干货|地铁数字化科技创新实践研究

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文章来源：《现代城市轨道交通》编辑部、铁科院咨询公司

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杭州市轨道交通发展的进程伴随杭州市第19届亚运会迎来建设高峰。随着城市规模扩大，杭州地铁从线到面，从原有的1 条线路编织成为线网。近年来，随着地铁线网脉络快速延展，相关联的运营安全、管理制度、维护效率、全生命周期资产管理等运营维护管理面临挑战，亟需高度重视，认真对待。如何通过创新与智能化的管控措施，探索出一条可以解决运营痛点、难点及可持续发展的运维管理道路，一直是运营管理者重点关注的焦点。文章通过建立全球港铁系营运标准学院平台、全球港铁系36房创新理念共享平台、线网级智能运维综合数字化平台、企业级资产管理系统、综合运营管理系统、风险管理因果评估及可视化设备管理平台，从企业级视野对运营公司财务、资产、投资与收益情况作全面管理，以此为地铁运营发展提供借鉴。

1 因地制宜发展地铁

1.1 杭港地铁概况

杭港地铁系杭州市属大型企业杭州地铁集团有限责任公司与香港上市公司香港铁路有限公司（以下简称“港铁”）在杭州共同组建的合作企业，运营地铁1号线与5号线。其中，2012年开通的1号线线路全长约53km，共设车站33座，2023年日均客流超过84万人次，准点率达到99.99% ；2019年分段开通5号线，线路全长56.21km，沿线39座车站，2023年日均客流61万人次，准点率达到100%。杭港地铁通过先进的运营维护管理理念，保障所辖线路平稳安全运营。

1.2 港铁基因

港铁作为杭港地铁的主要股东，从杭州地铁1号线建设初期便开始派遣专业团队参与杭州地铁的建造，并在杭州地铁1号、5号线的运营中扮演重要管理角色。近几年，港铁团队通过推行最新的全球营运标准学院平台（GOSI）与杭港地铁分享良好的运营工作方法，如图1所示。并且港铁总部与内地各分公司开展联系交流，将港铁积淀多年的运营管理经验传承至各分公司。

1.3 可持续发展的轨道交通概念

可持续发展的轨道交通应当既能满足当前城市规模的交通需求，保证其经济有效、环境友好和社会受益，又能提供更优质的服务、更安全的科技防护手段。杭港地铁结合港铁运营管理理念从3个方面逐步提升：“自上而下”方面，多视角、全方位、全过程、多维度对流程痛点逐一解决；“从小至大”方面，从前线、基层至管理层，建立安全文化理念；“横向贯通”方面， 渠道连接不同系统程序、专业，打破信息及管理架构孤岛，提升决策效率。为真正体现可持续发展的目标，杭港地铁认为活用科技创技术是不可或缺的手段。

2 杭港地铁数字化科技创新举措

2.1 智能运维

杭州地铁1号线作为杭州地铁线网中运营时间最长的线路，大部分车站设备、电客车的服役年限都已超过10年，大量部件进入维修或者更换年限。在“更新换代”期间，为实现在保证日常运营同时，监控好设备，做好更换计划与维修策略非常重要。杭港地铁计划建立全新的智能运维系统，从安全、运营、维修、智能运用4个方面持续提升。在安全方面，杭港地铁探索智能安全系统，配合智能机器人与人工智能（AI）技术辅助运营；在日常运营方面，杭港地铁提升全方位的服务，减少客伤事件；在维修方面，杭港地铁建立维修平台，利用状态监控的手段，提升维修效率，降低维修成本；在智能运维方面，积极采用新技术与新科技，提升运营效率与乘坐感受。

2.2 可持续发展

碳达峰、碳中和理念也深入到杭港地铁运营理念中，为在未来的环境保护领域发挥更重要的作用，杭港地铁提出绿智概念，对运营中的设备提升能源利用率、能源回收率，以及提升车站能源合理分配能力。例如，在新增电客车中采用永磁电机牵引，提高行驶效率，在标准车公里数下，可节约大概16% 的电力；在车站里配置能馈回收装置收集钢轨回流电，以减少电力浪费。

2.3 优质的乘客体验

杭港地铁在过去10年分别经历了杭州G20峰会、杭州第19届亚运会的考验，顺利完成运营保障任务，但随着后亚运时期的到来，新的运营要求不断提高，作为“互联网+”落地衔接最好的城市之一，杭港地铁计划与有关企业合作，建立智慧出行方式，做好人、车、站的三维立体模型。此构想中，将乘客作为首要对象，增设摄像头、传感器、无线射频识别（RFID）标签等智能终端设备，对乘客信息进行全方面掌握，做到无感进出站。同时利用信号系统控制屏蔽门，缩短开关门响应空隙，提高上下车效率；并在车站内外提供智能导航，便于乘客选择出入口便利通行等。其目标在于将乘客系统纳入综合系统平台，实现数据的充分利用，为乘客提供更便利的出行体验。

2.4 资产数字化管理

轨道交通作为重资产行业，如何做好资产与投资者利益平衡是一个重要课题。杭港地铁目标在运营范围内建立全新的企业级资产管理系统（EAMS）、综合运营管理系统（OIMS），打通财务系统（ERP）及采购合约系统（SRM）与资产及运营管理平台的通道，从企业级的视野对公司整体财务、资产、投资与收益情况作全面监控，提高管理精度，对齐颗粒度。

3 GOSI 理念融合科技创新

杭港地铁运用港铁的GOSI 36房理念对现有、未来将落实的管理方式进行效率与成熟度的筛选甄别，提出不断提升的创新应用办法。维修专业创新应用包括以下几个方面。

（1）地铁保护。传统的隧道沉降监控方法是利用隧道沉降监控系统（ADMS）对区域做每2h的监控。杭港地铁目前更好的做法是将保护区分段降低监测间隔到20min，从影响程度分为A、B、C级，对线路保护区管理范围内的项目进行监控，统计告警次数，对有效告警跟单处理，并告知风险情况，建立独立的视频监控系统。更优秀的做法包括已建成的全线网的杭州地铁保护综合智能管理平台，并辅以无人机+人工智能视频监控系统（CCTV AI）管控技术，全方位提升监控精确性与时效性。

（2）车站防汛。杭港地铁的良好车站防汛方法是在汛期将防汛物资预放置在出入口，并加强巡检水泵动态并分析运作数据，预判风险点。目前采用更优的做法是建立属地、政府、运营控制中心（OCC）防汛联络机制，并在各车站出入口及段场加装防淹挡板及“U”型槽，改装人防门为明装，使之能够在3min内关闭，建立线网级抢险救援应急，提升防淹应急能力与响应能力。下一步，杭港地铁将建立综合AI防汛信息系统，如图2所示，实时识别出入口的水淹情况，提升警报与响应速率。

（3）轨道维护。传统的轨道维护方法是日常人工步行巡检与计划检修（PM）级别的监测，存在周期长、巡检频率低等问题。杭港地铁目前新的做法是准备开发综合轨道智能巡检小车，提升每次巡检点的频率，并结合综合轨道探伤，超声波、图像甄别等有效手段快速精确地找出钢轨病害处。下一步，将在电客车上安装在线轨道几何及振动监测系统与AI故障分析装置，利用计算机和算法建立数据库并提出预测性维修建议。

（4）接触网维护。传统的接触网维护方法采用日常人工登高巡检，存在周期长、巡检效率低等问题。杭港地铁目前的做法是运用车载摄像头拍摄运营中电客车弓网关系，实时拍摄拉弧、爆闪照片，并进行判断分析。下一步是在电客车上安装在线温度监测系统与AI故障分析装置，利用高帧率摄像头提升拍摄精度，同步确认拉弧接触网位置，便于夜间高效安排检修。

（5）电客车设计优化。传统的电客车功能单一，注重载客运营功能，但内装局促。杭港地铁不断提升电客车智能运维水平，例如，电客车安装隧道监测摄像头，行驶过程中可实时监测隧道情况；安装车载轨道几何尺寸监测系统，通过激光和图像处理，对钢轨内外侧进行轮廓数据的损伤智能识别；与综合监控系统结合，实现车辆段控制中心（DCC）及OCC实时监控警报车辆及轮轨信息；在大修及增购车时，采用更多的逻辑控制单元（LCU）集成模块替代原继电器，减少由继电器故障产生的列车紧急制动及延误；车厢设计更人性化，照明灯光采用发光二极管（LED）冷暖光调整，空调单卡单独控温，增设可开启客窗等新的优化。下一步是逐步提高LCU的替代率至67%，进一步减少故障发生概率；牵引系统使用永磁同步电机，提高牵引能源利用率，节能15% 以上，减少全生命周期成本。不断优化的管理、运维、设计举措是科技创新带来的部分效益与优势，但伴随科技技术更迭，相应的高效管理措施也会应运而生。

4 运营管控措施与设备维护管理智能化结合

4.1 智能运维综合数字化平台
地铁运营公司普遍包含2个信息管理平台，即生产网与管理网。随着运营年限不断增加，设备维护要求也增加，生产网相关设备越来越多，但管理网的数据与整理却没有同步跟上设备的更新。杭港地铁为打通2个平台通道，计划建立智能运维综合平台信息交互系统，将生产网的各专业系统，通过车辆智能健康管理系统（PHM）、车站智能化系统、自动列车系统（ATS）及综合监控系统（ISCS）开放平台向管理运维平台单方向传输信息，实时获得各设备的运行情况，便于全时段了解系统风险，助力落实状态为主的维修方案，节约维护成本，精益维护安排，具体如图3所示。

此套综合系统对运营资产管理可更有效地控制，不断提高资产使用效率及降低资产运维成本。系统将覆盖超过14万个运营设备全生命周期管理，重点立足于资产维修使用过程的管理控制。维修维护系统通过积累资产全生命周期数据和分析优化维护资源，提升设备及员工生产效率。维修维护系统提供丰富的终端用户可视化界面、轻易简便的操作系统。终端用户不仅可以通过个人电脑（PC）端访问操作系统的各应用环节，且可使用移动端软件或小程序移动办公。此系统具备的基本功能包括：与各系统对接，如财务管理系统、资产管理系统、供应链管理系统、物资仓库系统、人力资源系统、施工管理系统、车站及区间可视化系统等；为运营设备的周期性及状态维护灵活建立计划并实现对计划有效监控；能够分类建立各种工作类型的工单，监控各种工作项目，并收集工作相关的数据信息；通过获取工单上准确的人力成本及物料分析数据，优化工作计划及流程，实现设备全生命周期管理服务及准确可靠的资产价值管理；利用智能运维综合数字化平台，助力管理层进行对整个线网的智能分析、多维关联、动态管控与实时掌握风险隐患情报。

4.2 风险管理Bowtie因果评估及可视化管理

建立新的管理界面与拥有新的操作工具后，为有效、动态地解决复杂地铁运营安全挑战，杭港地铁运用港铁GOSI中领结（Bowtie）安全风险模型，对管理中存在的重大风险进行深入的分析及管控。

Bowtie模型最早出现在澳大利亚昆士兰大学关于帝国化学工业公司危害分析的课程中，后被西方石油公司广泛应用。港铁通过Bowtie模型，针对地铁运营领域的所有重大安全风险，系统地可视化展示风险原因及可产生的不同后果，从而不断学习及加强风险管控措施。

在港铁GOSI需要的Bowtie理念中，管理人员能够通过建立思考结构系统的风险分析，识别从哪些角度投入控制措施可以得到最优的效果，也同时能够促进交流和风险认知能力提高。其核心是分析事件危害根源及后果，通过设置针对性的多重屏障，避免事件发生或持续降低其发生的概率或影响。而通过设置后果树，可以有层次地分析不同后果，包括财产设备损坏、环境污染、运营延误等后果，并从而实施恢复措施、补救措施等补救屏障。

例如，杭港地铁对于所辖的电扶梯维护管理便运用了此模型，如图4所示。电扶梯逆行作为危害点，左侧分析原因，主要分为机械部分设备老化、电气部分功能失效导致的梯级失去动力，右侧分析保护措施失效的后果和屏障，经汇总，整合出一套以提升维护频率，加强设备状态的维修及更新改造攻略，降低电扶梯重大安全风险。

5 结束语

‍未来杭州市轨道交通进入新发展阶段，对于设施设备的维护策略与创新发展都有新的需求，在把握机遇和快速发展的同时，更应该保持改变的心态，充分认识到运营进入新阶段所面临的问题，高度重视科技创新技术应用。杭港地铁汇聚港铁GOSI理念，共享经验，结合多元知识，运用科学技术，持续提升智能化运维水平，提供卓越及可持续发展的铁路服务，提升安全保障，不断完善资产管理，实现降本增效的目标，并制定配套的运维策略以倡导城市轨道交通的快速、健康、可持续发展。

参考文献：

[1]吴伟鸿, 杨子昂. 地铁数字化科技创新实践研究[J]. 现代城市轨道交通, 2024(09): 10-15.