基于中央一體化綜合監控系統的城市軌道交通設備運維管理模式優化與創新

王悅婷

(上海申通地鐵集團有限公司,201103,上海 ∥ 高級工程師)

1 上海軌道交通的運維管理現狀

上海軌道交通的線網規模大、設施設備的體量也大，其設備的長期高負荷運行給設備維保工作帶來巨大壓力。城市軌道交通設施設備的專業眾多、技術含量高，各專業之間接口關系復雜，設施設備的維保工作對運營安全、服務質量、運營成本有重要影響，維保成本也隨著設施設備生命周期的消耗而日益增加。

設施設備維保主要采取自主維保、委托維保和混合維保三種模式。目前，維保工作主要面臨以下問題：維保人員來自不同單位，其專業化技術能力參差不齊；部分專業設備的維保人員需持證上崗，但很多現場一線維保人員欠缺資質考核渠道；缺乏設備設施維護行業標準；維護系統所要采集的監測信息不統一；監測信息采集不全面；維護系統的集成化、綜合化及智能化水平不足，不能有效支撐設備維修模式向狀態修轉變；數據分析功能有待進一步加強；故障處理支持較弱；等等。這些問題導致設施設備的維保管理效率低、成本高。

針對上述問題，上海軌道交通的運營單位積極探索新的維保模式，開發利用CIOS(中央一體化綜合監控)系統，希望不僅能及時發現設備隱患、減少運營影響、降低故障等級，還能在完成巨大維保工作量的同時，盡量減少人工作業、降低勞動強度、減少人為影響。

2 CIOS系統及其架構

2.1 CIOS系統

CIOS系統是一個高度集成的綜合自動化監控系統，其主要通過集成多個主要弱電系統，形成統一的監控層硬件平臺和軟件平臺，從而實現對城市軌道交通主要弱電設備的集中監控和管理功能，進而實現對列車運行情況和客流統計數據的關聯監視功能，最終實現相關各子系統之間的信息共享和協調互動功能。

在超大規模網絡運營背景下，上海申通地鐵有限公司基于對機電系統集成的深入研究，提出了車站和線路控制中心機電系統的集成優化方案，并同步將線路級機電系統接入路網控制中心。

路網控制中心設置的CIOS集成了FAS(火災報警系統)、環境控制通風系統、電力系統、給排水系統、PIS(乘客信息系統)、PA(公共廣播)系統、CCTV(視頻監控)系統等專業子系統，可實現對線路級機電系統狀態信息的采集和全局監視，以實現對全線機電專業系統的綜合監控和一體化管理。

通過統一的用戶界面，運營管理人員能更方便有效地監控管理整條線路的運營情況，維護人員可通過網管平臺等輔助系統來監控后臺設備的運行情況。從而提高生產自動化水平，提高線路的安全性、可靠性及高響應性。

2.2 CIOS系統架構

CIOS采用C/S(客戶端/服務器)體系架構，由歷史數據服務器、實時數據服務器、前端處理器(FEP)、接口服務器、光纖磁盤陣列、調度員工作站、打印機、中央網絡交換機等設備構成。歷史數據服務器和光纖磁盤陣列共同構成綜合監控系統歷史數據庫系統，完成全線歷史數據和記錄的存儲管理；實時數據服務器接收原線路OCC(運營控制中心)轉發的專業數據和中央相關系統提供的機電設備狀態信息，完成數據處理并更新實時數據庫；在配置的兩套冗余FEP中，一套FEP設置在本地，用于實現與CCTV、PA等專業的接口，另一套FEP設置在原線路的OCC，用于采集原線路OCC轉發的專業數據；配置冗余的接口服務器，負責完成CIOS系統與ATS(列車自動監控)系統的全數據轉發任務，以及CIOS系統與路網級管理系統的接口通信，還負責轉發電力監控、機電設備監控和火災報警等專業數據，以滿足上層調度網絡的全局監控需求。

CIOS系統采用雙網冗余架構設計，其關鍵設備采用熱備冗余配置方式，以確保單點故障不影響CIOS系統正常的使用。CIOS系統總體網絡結構如圖1所示。在環境控制通風子系統中，歷史數據服務器、實時數據服務器、FEP、調度員工作站等關鍵設備采用了熱備冗余配置方式。此外，配置了1套備用的隧道風機控制終端，用于緊急情況下對重要防災設備的手動控制。隧道風機控制終端采用觸屏控制方式，由一體化觸屏工控機和隧道風機監控軟件構成。隧道風機控制終端與CIOS系統相互獨立，僅靠網絡相連。除網絡故障外的其他CIOS系統故障都不影響隧道風機控制終端的應急操作功能。

考慮到既有各子系統的現狀及改造條件，CIOS系統的各子系統通過不同協議進行數據接入，從而實現操作界面的集成化，進而實現跨專業系統之間的聯動，以提升線路集成化管理效率。在實現全線供電設備和車站機電設備集中監控的基礎上，CIOS系統實現了與ATS系統的數據整合及界面集成。

將原先分別設立的ATS系統和PSCADA(電力監控與數據采集)子系統等機電系統的數據適當融合，建設1套集成了ATS、PSCADA子系統、EMCS(機電設備監控系統)的CIOS系統。

3 運維工作模式的優化與創新

3.1 提升運營效率

傳統ATS系統在監視路網的車輛運行情況時，無法詳細地監控路況的車站機電設備的實際信息。CIOS系統增設了ATS子系統數據接口，可將車站機電設備的實際信息轉發至ATS系統運行界面，由ATS系統內部對相關數據進行處理，從而使調度員能更加全面地監控整個列車運行環境及狀態。此外，ATS系統可通過接口將其車輛位置信息及車次號信息傳送給CIOS系統；CIOS系統進行數據處理后通過專業界面展示相關信息，使調度員在日常的維護和使用過程中，能做出是否可以進行環控操作試驗，能否開啟隧道風機等判斷。

原PA系統和CCTV系統的終端設備多樣，操作繁瑣，容易導致調度在日常使用的誤操作。CIOS系統集成了硬件設備，通過簡單的軟件操作界面，可幫助調度員實現一鍵下發人工廣播，并可輕松調取所需的監控畫面。

CIOS通過對多個專業系統的集成、資源共享、信息互通，能極大地提高運營效率。其多功能的操作方式，給調度員提供了極其便捷的操作手段，充分發揮了集成系統的優勢。

圖1 CIOS系統總體網絡結構圖

3.2 提升檢修維護的效率

路網控制中心設置有CIOS綜合監控網絡管理室。在網絡管理室內，每一條線路都設有對應的網絡管理工作站，維護人員可以通過網絡管理工作站，對各線路的所有設備健康狀態及網絡通信情況了如指掌，極大地節省了維護成本。據上海地鐵通號分公司統計，采用CIOS系統后，網絡通信故障率下降了近5%，維護成本下降了近8%。

CIOS系統的界面還集成了人機界面，能展現各專業通道的通斷情況及通道的在線情況。一旦發生網絡中斷或者設備故障，CIOS系統會第一時間發動聲光報警來提醒相關維護人員。維護人員只需定時巡檢，確認設備情況，即可很好地掌控設施設備整體情況。

城市軌道交通的夜間施工資源緊缺，FAS的月檢及年檢工作往往受供電專業在該區域停送電操作的影響。在傳統模式中，FAS和PSCADA系統是分開獨立運行的系統，兩者之間未實現信息互通，需人為查閱信息平臺的施工信息，十分不便。CIOS系統集成了FAS和PSCADA系統，使得調度員能同時監控兩個專業的實時信息，及時下發調度指令，極大地提高了工作效率。據上海地鐵維保公司統計，涉及機電及通信專業的總體工時利用率提升了0.8%。

3.3 運維管理模式的革新

CIOS系統投入使用后，每個子系統都會為維護人員提供便利。充分利用一體化監控的優勢，重新調整設置控制中心班組人員的崗位和職責，使其原來的單一專業職責向多職能監控轉型。崗位職責的復合進一步減少了控制中心及各線路配置的班組人員，使設備維修逐步從計劃修向狀態修優化，有利于減輕超大規模網絡化運維的成本壓力。

例如，在傳統的EMCS系統中，隧道風機模式的控制和監視設備調度員按傳統方式控制命令的下發和執行，如發生故障導致風機無法正常運轉，則需維護人員趕往現場，并在現場查明原因和情況才能做出響應。這種處理耗時長、效率低。在CIOS系統中，維護人員使用的NMS(網絡管理系統)增設了專門界面，以追蹤調度員日常使用過程中控制命令的運行途徑。通過該方式，維護單位可在第一時間判斷故障的類型及原因，從而組織有效的修復工作。將全路網的信息集中，實現各線路維護界面的統一化和標準化，只需1個維護部門即可肩負整個路網控制中心的維護工作，真正做到了維護成本的降低和維護效率的提升。

3.4 實際應用案例

上海軌道交通8號線的設備設施維保工作應用了CIOS系統。在路網控制中心，設置了6個CIOS系統監控員席位及8臺服務器。CIOS系統在網絡管理工作站的NMS網絡狀態監視圖能直觀反映所有設備的健康運行狀態。維護人員可通過日常對該圖的檢查，了解當前的設備運行狀態。

CIOS系統網絡管理工作站的界面還展現了全線各子系統的網絡通道狀態，以便維護人員直觀地對各站各子系統的通斷情況作出判斷，做好相應的維修和防護工作。

4 結語

CIOS系統在軟件平臺上實現多專業、多系統的數據采集、信息集成和信息共享，為城市軌道交通科學和高效的運營組織和管理提供了先進的技術手段。新運維管理模式基于CIOS系統集成平臺，能實現對多個專業的設備設施的統一監視和集中控制，實現了不同專業的信息共享和聯動控制，提高了運營和維護效率，突破了行業數據處理瓶頸，能充分滿足線路及線網運營精細化管理及擴展需求。