城市軌道交通車(chē)站資源集約化管理策略*

劉海東 盧萌萌 蘇 鵬 安俊峰 王建軍

(1.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院， 266100, 青島； 2.濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司， 250014， 濟(jì)南；3.山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 250022， 濟(jì)南∥第一作者， 正高級(jí)工程師)

車(chē)站集約化是要實(shí)現(xiàn)資源集約，資源集約是集約化車(chē)站的基本和前提。車(chē)站的資源可以包含建筑、設(shè)備系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)人力、運(yùn)營(yíng)耗材、數(shù)據(jù)、能耗、算法、算力、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、知識(shí)等。資源集約化是需要集合資源的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到節(jié)約建設(shè)成本、節(jié)約運(yùn)維成本、降本增效等目的。集約化車(chē)站需要通過(guò)提高資源品質(zhì)、增加資源內(nèi)容、資源集中及資源組合等方式的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)，誠(chéng)然也離不開(kāi)新技術(shù)的應(yīng)用。

集約化應(yīng)具備真實(shí)性、增益性和可復(fù)制性。真實(shí)性要源自集約且回歸到集約，從總體看真實(shí)地實(shí)現(xiàn)集約效果；增益性要在實(shí)現(xiàn)集約的前提下，不降低車(chē)站品質(zhì)，并可以帶來(lái)安全、高效、便捷、節(jié)約和舒適等有益成果，如節(jié)約建筑面積的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)降低工程造價(jià)、降低能源消耗、減少設(shè)備數(shù)量、減少運(yùn)維人員等某些優(yōu)勢(shì)，而不是為了集約而集約；可復(fù)制性，要避免特殊場(chǎng)景的個(gè)例應(yīng)用，在成熟、穩(wěn)定的前提下可在行業(yè)推廣復(fù)制。

城市軌道交通生產(chǎn)系統(tǒng)眾多，生產(chǎn)類(lèi)型多樣，系統(tǒng)的RAMS(可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性)指標(biāo)仍需提升，具備融合、集成、節(jié)約的潛力。目前云平臺(tái)、人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)研究熱度高，物聯(lián)網(wǎng)、BIM(建筑信息模型)、手持終端的應(yīng)用廣泛，從技術(shù)上為資源集約提供了可行性。

1 車(chē)站資源集約化管理策略

1.1 提高資源質(zhì)量

1) 動(dòng)力照明系統(tǒng)集約化：實(shí)現(xiàn)設(shè)備用房綜合利用，如可將站臺(tái)門(mén)控制室和照明配電室進(jìn)行整合；也可按照GB 51309—2018《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，將照明配電室和應(yīng)急照明電源室進(jìn)行整合，使其同時(shí)成為消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)專(zhuān)用房。

2) 環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)集約化：采取節(jié)能策略，降低空調(diào)能耗。應(yīng)用技術(shù)手段，減少冷卻塔、地鐵空調(diào)的占地面積，降低冷卻機(jī)房面積。對(duì)于車(chē)站空調(diào)系統(tǒng)，如采用傳統(tǒng)冷源方案，需要設(shè)置冷卻水泵、冷卻塔、冷卻水處理裝置及相關(guān)閥門(mén)，占地面積大，能耗高；如采用優(yōu)化方案，蒸發(fā)冷凝機(jī)組設(shè)置在室外地面上，取消了冷卻水泵、冷卻塔及相應(yīng)閥門(mén)和管道，減少了設(shè)備大端用房，適當(dāng)減少了小系統(tǒng)機(jī)房，減少占地面積約45～60 m2，同時(shí)降低了能耗。

1.2 增加資源含量

1) 模塊化技術(shù)：采用一體化和模塊化的設(shè)計(jì)理念預(yù)置設(shè)備，實(shí)現(xiàn)模塊化裝配。可提高施工速度、減少資源和施工人員、集成建設(shè)耗材、降低施工難度。比如：模塊化裝配式機(jī)房主要由機(jī)柜、各弱電機(jī)電系統(tǒng)組成，占地面積小、機(jī)柜數(shù)量少，可快速部署，并能實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的目的；模塊化裝配式站臺(tái)門(mén)，可降低施工難度、縮短施工工期；模塊化裝配式車(chē)輛由司機(jī)室、側(cè)墻、底座、中間端等模塊組成，可實(shí)現(xiàn)集約增效的目的。

2) 物聯(lián)網(wǎng)和智能運(yùn)維技術(shù)：采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高設(shè)備感知能力。通過(guò)加裝傳感器采集多類(lèi)型數(shù)據(jù)，借助深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等算法，計(jì)算得到設(shè)備健康度，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警功能，并逐步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維，改善現(xiàn)有的修程修制，以減少維修工作量。

應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備系統(tǒng)較多，每一個(gè)系統(tǒng)若都獨(dú)立建立平臺(tái)，則投資會(huì)很大，建議設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)集約共享平臺(tái)。以風(fēng)機(jī)設(shè)備為例，可以對(duì)數(shù)據(jù)、算法模型、組件、微服務(wù)等進(jìn)行集約共享，在平臺(tái)應(yīng)用層可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)設(shè)備的PHM(故障診斷與健康管理)，實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈共享應(yīng)用及信息追溯等功能，在AI(人工智能)算法層實(shí)現(xiàn)多個(gè)算法的集成應(yīng)用，在IoT(物聯(lián)網(wǎng))層綜合使用攝像頭、聲音、電流等多種感知手段，加強(qiáng)互聯(lián)響應(yīng)能力，同時(shí)通過(guò)該平臺(tái)還可將風(fēng)機(jī)系統(tǒng)資源共享給其他設(shè)備系統(tǒng)。一方面要實(shí)現(xiàn)技術(shù)的融合集成，如區(qū)塊鏈、人工智能、PHM的融合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷能力提升，降低運(yùn)維壓力；另一方面，實(shí)現(xiàn)多維度的融合節(jié)約，比如通過(guò)攝像頭、電流傳感器的數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電機(jī)故障預(yù)警、風(fēng)機(jī)扇葉缺陷檢測(cè)、風(fēng)機(jī)連鎖風(fēng)閥狀態(tài)異常監(jiān)控等多個(gè)功能，通過(guò)該平臺(tái)能聯(lián)動(dòng)門(mén)禁系統(tǒng)，當(dāng)有人進(jìn)入設(shè)備房間，才啟動(dòng)照明，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用電。

3) BIM和GIS(地理信息系統(tǒng))：采用BIM技術(shù)，可降低施工期間的管線碰撞，減少返工，節(jié)約耗材；在運(yùn)營(yíng)期間，再結(jié)合智能運(yùn)維技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)可視化和自動(dòng)巡檢。在BIM中整合GIS，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的復(fù)用，提高系統(tǒng)分析診斷能力。

1.3 資源集中

1) 云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)：采用云架構(gòu)可提高計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、安全等資源的利用率，減少設(shè)備數(shù)量。通過(guò)云計(jì)算技術(shù)可實(shí)現(xiàn)智慧車(chē)站計(jì)算單元、智能運(yùn)維、綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)、門(mén)禁系統(tǒng)和PIS(乘客信息系統(tǒng))等的資源整合，1個(gè)車(chē)站可節(jié)約各類(lèi)服務(wù)器約4～7臺(tái)。采用熱插拔、模塊化、靈活組合的模式，可減少設(shè)備機(jī)柜數(shù)量、減少車(chē)站面積、提高資源復(fù)用率、提升數(shù)據(jù)資源的互用性、提高數(shù)據(jù)共享處理能力。采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可將車(chē)輛運(yùn)維數(shù)據(jù)、新型創(chuàng)新應(yīng)用(如電扶梯故障診斷、擁擠度等客流信息展示、站臺(tái)門(mén)間隙探測(cè)等)的數(shù)據(jù)匯總在智慧車(chē)站計(jì)算節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)行采集存儲(chǔ)、邊緣計(jì)算、運(yùn)營(yíng)檢測(cè)、業(yè)務(wù)分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析挖掘、微服務(wù)開(kāi)發(fā)等。在這個(gè)過(guò)程中，如果弱電系統(tǒng)采用一體化機(jī)柜，數(shù)據(jù)可從終端感知層匯總到一體化機(jī)柜，打破了原一一映射格局，這會(huì)減少機(jī)柜數(shù)量和機(jī)柜占地面積，實(shí)現(xiàn)資源集約和數(shù)據(jù)融合驅(qū)動(dòng)的目的。

2) 手持終端智能化：一方面要考慮系統(tǒng)之間的設(shè)備共享，另一方面要考慮手持終端集成更多功能。運(yùn)營(yíng)人員通過(guò)手持終端可便捷獲知運(yùn)營(yíng)狀況、環(huán)境等信息。將各個(gè)系統(tǒng)盡可能地集成在一個(gè)手持終端，可提高多專(zhuān)業(yè)運(yùn)維能力。考慮將無(wú)線對(duì)講電話功能集成融合在手持終端，提高手持終端的集約化程度。

1.4 資源組合

1.4.1 區(qū)域車(chē)控室設(shè)置方案

多個(gè)區(qū)域采用共享車(chē)控室方案，將原來(lái)系統(tǒng)功能集約到區(qū)域車(chē)控室，可實(shí)現(xiàn)對(duì)管轄范圍內(nèi)車(chē)站的數(shù)據(jù)監(jiān)視、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)、故障報(bào)警等。將原客運(yùn)組織、行車(chē)組織、施工管理等功能集中在區(qū)域車(chē)控室，可實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維，進(jìn)而提升運(yùn)維管理能力；可實(shí)現(xiàn)區(qū)域車(chē)控室人員一專(zhuān)多能，并提升統(tǒng)籌管控能力、增強(qiáng)中心級(jí)的監(jiān)控能力。

1) 將FAS(火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng))移動(dòng)到站長(zhǎng)室，IBP(綜合后備盤(pán))部分采取電子IBP的形式并將其移動(dòng)到站長(zhǎng)室或區(qū)域車(chē)控室，將信號(hào)、綜合監(jiān)控、CCTV(視頻監(jiān)控)、無(wú)線電話等系統(tǒng)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到區(qū)域車(chē)控室，通過(guò)軟件權(quán)限配置可實(shí)現(xiàn)區(qū)域車(chē)控室監(jiān)控多個(gè)車(chē)站。

2) 將原多專(zhuān)業(yè)工作站軟件功能轉(zhuǎn)換到手機(jī)APP，通過(guò)APP處理操作各項(xiàng)業(yè)務(wù)，并實(shí)現(xiàn)客運(yùn)組織、行車(chē)管理，以及乘客服維護(hù)管理的數(shù)據(jù)展示、信息接受、任務(wù)派發(fā)、閉環(huán)控制、設(shè)備預(yù)警、故障定位和應(yīng)急搶修等功能。

3) 配置增強(qiáng)型智能運(yùn)維系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維，降低運(yùn)維人員勞動(dòng)強(qiáng)度。如一鍵開(kāi)關(guān)站功能，通過(guò)運(yùn)維系統(tǒng)完成站內(nèi)自巡檢、自啟動(dòng)和自處理等。區(qū)域車(chē)控室設(shè)置方案需要大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)、設(shè)備全自動(dòng)化技術(shù)等的支撐，有望在將來(lái)成為現(xiàn)實(shí)。區(qū)域車(chē)控室設(shè)置方案，可以節(jié)約車(chē)控室面積40～80 m2，并且實(shí)現(xiàn)了調(diào)度人員和車(chē)站值班人員資源的有效利用，提高了區(qū)域管控能力和資源集約，降低了運(yùn)維成本。

1.4.2 功能區(qū)域車(chē)站布置方案

按照功能區(qū)域優(yōu)化車(chē)站布局，按照管理用房的集中整合理念，分設(shè)設(shè)備房和管理用房，遵照人、設(shè)備的分離分設(shè)原則，優(yōu)化布局，能夠節(jié)約部分管線，降低部分能耗，同時(shí)可節(jié)約用房面積，減少線纜敷設(shè)數(shù)量和管線槽的數(shù)量，降低氣體滅火等系統(tǒng)的容量。將站長(zhǎng)室、交接班室、站務(wù)室、票務(wù)室整合為站務(wù)綜合室1，將維護(hù)工班、安檢休息室整合為站務(wù)綜合室2，可節(jié)約土建面積為45～60 m2。把設(shè)備房間和管理用房分不同的區(qū)域進(jìn)行整合設(shè)置，所需要的能耗、電量、管線量等都會(huì)減少。分開(kāi)設(shè)置還可減少部分動(dòng)力照明和氣體滅火管線施工安裝費(fèi)用、后期的運(yùn)維費(fèi)用。

2 車(chē)站資源集約化管理應(yīng)用案例分析

2.1 基于“城軌云”的設(shè)計(jì)規(guī)劃實(shí)例

以某典型地下車(chē)站弱電系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。按照弱電系統(tǒng)的原設(shè)計(jì)方案，其弱電設(shè)備系統(tǒng)有信號(hào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、安檢系統(tǒng)、車(chē)輛智慧運(yùn)維系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、民用通信系統(tǒng)和公安通信系統(tǒng)等，設(shè)備及電源房間均獨(dú)立設(shè)置。基于“城軌云”平臺(tái)方案，可以將弱電系統(tǒng)的設(shè)備及電源集成在1個(gè)房間，車(chē)站用房面積可節(jié)約25～40 m2。由此可以證明，通過(guò)采用“城軌云”平臺(tái)節(jié)約車(chē)站設(shè)備房間面積是可行的。在減少設(shè)備用房面積的同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)相關(guān)其他效益，如：提高資源利用率，提高運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)部署效率，減少機(jī)柜數(shù)量，減少施工難度，降低設(shè)備的能耗功耗和發(fā)熱量，進(jìn)而節(jié)約地鐵車(chē)站的冷負(fù)荷電費(fèi)、減少運(yùn)維難度、減少運(yùn)維人員數(shù)量、降低運(yùn)維頻次。

基于“城軌云”平臺(tái)可同步研究多維度集約技術(shù)方案，減少車(chē)站基礎(chǔ)設(shè)施投資，提高資源復(fù)用能力，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2.2 云交自動(dòng)化系統(tǒng)案例

在原方案下，綜合監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等都有單獨(dú)的自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)。采用云技術(shù)方案，可以整合資源，實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)資源共享、信息互聯(lián)互通；建立于統(tǒng)一的分層分布式網(wǎng)絡(luò)、同一個(gè)系統(tǒng)體系之上，各個(gè)專(zhuān)業(yè)可以實(shí)現(xiàn)資源統(tǒng)籌調(diào)配、信息快速傳遞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)快速聯(lián)動(dòng)控制。

作為集成多專(zhuān)業(yè)數(shù)字化信息的云共享平臺(tái)，超越了各獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)和監(jiān)控的局限性，通過(guò)將各個(gè)系統(tǒng)的信息進(jìn)行統(tǒng)一采集、集中處理、分解、協(xié)議轉(zhuǎn)換、分析，可提供最簡(jiǎn)便、直接又詳盡的信息，輔助決策人員及時(shí)響應(yīng)、快速?zèng)Q策。

以昆明軌道交通4號(hào)線為例。該線的綜合運(yùn)行管理平臺(tái)系統(tǒng)，可稱(chēng)為云交自動(dòng)化系統(tǒng)或者多專(zhuān)業(yè)綜合的自動(dòng)化系統(tǒng)，是融合所有以“終端-數(shù)據(jù)-采集-應(yīng)用-挖掘”為模式子系統(tǒng)的綜合系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)終端、數(shù)據(jù)、采集、挖掘達(dá)到協(xié)同、組織、管理、服務(wù)、運(yùn)營(yíng)等目的。該平臺(tái)系統(tǒng)的核心設(shè)備為車(chē)站級(jí)智能控制一體機(jī)，是具有服務(wù)器、交換機(jī)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、編輯、軟交換等功能的綜合性設(shè)備，代替了原來(lái)的BAS(環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控)系統(tǒng)、群控系統(tǒng)、MCC(智能環(huán)控柜)系統(tǒng)等自帶的PLC(可編程邏輯控制器)設(shè)備、交換機(jī)設(shè)備等。將各終端的處理單元橫向虛擬化，組成基礎(chǔ)設(shè)備云池，分布式上傳數(shù)據(jù)；上層系統(tǒng)依靠統(tǒng)一的軟件，實(shí)現(xiàn)集約搭建；數(shù)據(jù)采用大數(shù)據(jù)平臺(tái)的多個(gè)智能組件進(jìn)行處理。因此該平臺(tái)系統(tǒng)具備系統(tǒng)高集成、節(jié)約土建面積、提高設(shè)備系統(tǒng)效益的特點(diǎn)。

多專(zhuān)業(yè)綜合的自動(dòng)化系統(tǒng)下，大數(shù)據(jù)平臺(tái)匯總了各個(gè)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速整合；使用車(chē)站的綜合一體柜，取消了多系統(tǒng)的多面柜子。更進(jìn)一步，ISCS、AFC(自動(dòng)售檢票)系統(tǒng)、ACS(門(mén)禁系統(tǒng))、PIS、PA(廣播)系統(tǒng)和云計(jì)算節(jié)點(diǎn)都需電源，可考慮將所有電源室房間進(jìn)行整合，這樣可節(jié)約約30 m2建筑面積；結(jié)合云交自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)，可將弱電設(shè)備房間整合為綜合弱電設(shè)備房間。同時(shí)，打破各專(zhuān)業(yè)限制，從資源整合角度出發(fā)，做好感知層數(shù)據(jù)的采集、匯總及整理；做好平臺(tái)層的通用化與模塊化方案；做好應(yīng)用層的模塊化、微服務(wù)化、容器化、可視化方案，使得系統(tǒng)之間的交互更加敏捷，數(shù)據(jù)可以復(fù)用，進(jìn)而提高運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的處置效率、增強(qiáng)應(yīng)急處理能力、便捷智慧運(yùn)維實(shí)施，為降低運(yùn)維成本打好基礎(chǔ)。

2.3 濟(jì)南地鐵物聯(lián)網(wǎng)和智慧運(yùn)維集成系統(tǒng)探索案例

濟(jì)南地鐵基于AI、PHM、區(qū)塊鏈等先進(jìn)技術(shù)，以及結(jié)合IoT理念的機(jī)電設(shè)備智慧運(yùn)維系統(tǒng)，構(gòu)建了風(fēng)機(jī)、水泵、空調(diào)等多設(shè)備的集成共享平臺(tái)(見(jiàn)圖1)。該平臺(tái)集成了多傳感器物聯(lián)信息，如采集風(fēng)機(jī)設(shè)備的振動(dòng)數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、風(fēng)閥狀態(tài)圖像數(shù)據(jù)；集成了故障預(yù)警、壽命預(yù)測(cè)、健康評(píng)估等AI算法模型。濟(jì)南地鐵通過(guò)探索，旨在實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全息感知、故障預(yù)警、在線監(jiān)測(cè)等功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維、降低運(yùn)維壓力、減少運(yùn)維成本。

3 結(jié)語(yǔ)

1) 做好頂層設(shè)計(jì)方案。從全過(guò)程和全生命周期角度考慮車(chē)站資源集約化管理策略，綜合權(quán)衡各項(xiàng)指標(biāo)的可行性。車(chē)站集約化的表征應(yīng)包含減少車(chē)站面積、減少設(shè)備系統(tǒng)數(shù)量、集成節(jié)約設(shè)備系統(tǒng)、減少建設(shè)成本、減少運(yùn)維人員等。

2) 系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商應(yīng)加強(qiáng)新技術(shù)的研究，提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的智能化程度，共同推進(jìn)集約化車(chē)站建設(shè)。

3) 籌劃運(yùn)維生產(chǎn)模式革新。隨著智能運(yùn)維、云方案、弱電系統(tǒng)及機(jī)電系統(tǒng)的深度集成等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，運(yùn)營(yíng)規(guī)則、維修規(guī)則和修程修制等都會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，需要搭配相應(yīng)的系統(tǒng)方案、維保方案和運(yùn)維方案，并適當(dāng)調(diào)整運(yùn)營(yíng)人員的組織模式，需要提前協(xié)調(diào)溝通，謀劃規(guī)章制度建設(shè)。