天津軌道交通智慧運營的探索

文/王路萍，天津城市軌道咨詢公司總經理

目前天津軌道交通建設正處在發展的關鍵時期，推動智慧城軌相關項目研究和建設符合《交通強國建設綱要》《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》等國家政策和行業發展需要。《天津市“十四五”規劃和2035年遠景目標建議》同樣指出打造交通強市，加快城市軌道交通和市域（郊）鐵路建設，推動傳統和新型基礎設施整體優化、協同融合，提升社會服務管理數字化、智能化水平。

隨著天津城市軌道交通運營規模的迅速擴展和信息化水平的不斷提高，如何高質量推進城軌信息系統向網聯化、協同化和智能化方向發展成為重要的研究方向。車站作為城軌網絡中最為關鍵的銜接部分，車站的有效監測與管理關系著整個城市軌道交通運營的基礎。

針對城軌車站業務系統設備部署分散、信息資源共享程度低、業務流程融合協同效率不足，智能化綜合管控提升難等問題，依托BIM、工業互聯網、人工智能等技術，研究以數據為核心構建車站人、機、物等要素的全面互聯，實現城軌車站綜合業務、復雜專業系統集成的運營管理優化和效率提升，推動城軌車站實現數字可視化、業務協同化、管理智慧化。

主要意義：一是推進智能感知技術在車站管理中的應用，增強設備運行狀態數據的監測廣度與深度，為設備運營故障及健康狀態的分析提供技術支持；二是采用基于BIM和數字孿生的車站生產要素全景可視化展示，有利于車站管理的全局管控，保障車站安全穩定運營；三是實現多種運營場景的可視化監控、應急事件感知、人員異常行為感知，提升車站運營及應急指揮能力。

天津軌道交通現狀

天津軌道交通開通運營線路地鐵線路共有6條，線網覆蓋11個市轄區，通車線路分別為1、2、3、5、6、9號線，總運營里程232千米，共設車站143座；2019年，天津軌道交通年客運量為5.2506億人次，日均客運量約為143.85萬人次。

2015年9月14日，中國國家發展和改革委員會批復了《天津市城市軌道交通第二期建設規劃》，規劃建設M3線二期（南延）、M7線一期、M8線一期、M10線一期、M11線一期、Z2線一期、Z4線一期和B1線一期等8個項目，總長約228.1公里。建成后將形成14條運營線路、總長513公里的軌道交通網絡。

天津市城市軌道交通遠景年線網由28條線路組成，總里程1380公里。目前正在進行新一輪線網規劃修編工作，為推進京津冀一體化戰略落地，促進京津冀都市圈經濟繁榮，進一步規劃了市域郊鐵路。天津各區縣結合城際鐵路、市域鐵路、軌道交通等規劃建設工作，也在開展中低運量軌道交通的規劃和建設工作。

天津智慧城軌的研究及技術路徑

天津軌道交通經過多年的研究與實踐，總結提煉出屬于天津地鐵基本特征的智慧地鐵 定義，并進行相應的設計與執行；同時構建了“一朵產業云：互聯網產業云；兩類智能數據：管理數據、生產數據；三大標準體系：運營管理、綜合技術標準、智能裝備；四個智慧領域：智慧建設、智慧運營、智慧資源、智慧管理；五層技術架構：綜合決策層、業務應用層、數據處理層、服務平臺層、智能采集層”的天津智慧城軌框架并同步開展了一系列的智慧地鐵應用探索。天津智慧城軌的研究與試點是網絡化運營下的業務痛點與需求出發，以“安全、服務、效率、效益”4 個維度作為智慧智慧城軌的建設目標。各類智慧化應用的試點項目需要以上這四個維度指導建設，構建智能感知、協同聯動的能力，以數字化驅動地鐵業務的執行提升，支撐天津軌道交通網絡的可持續發展。

（一）總體技術思路

對標國家和行業發展策略和目標，參照《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》中“1-8-1-1”發展藍圖，對技術發展現狀進行調研，對天津軌道的現狀、存在問題、發展需求進行分析和評估，落實智慧城軌建設需求，實現智慧城軌的建設目標。

（二）頂層設計規劃——技術路線

行業技術發展和天津軌道實際需求相結合，落實指導思想和基本原則，確定總體目標和建設目標，貼合天津軌道交通特點分版塊確定需求及功能，進一步設計應用功能架構、技術架構、數據規劃和標準體系，落實智慧軌道的實施方案，包括建設項目、實施籌劃、保障措施。

（三）智慧城軌建設——PEOS模式

以人為本，因地制宜，結合現狀以科學定位，合理配置資源，開展統籌規劃（Plan as a whole）；選取典型應用場景和車站進行試驗、示范（Experiment）；優化完善（Optimise）智慧化應用成果，打造可復制、可推廣的智慧城軌建設管理模式，最終實現推廣應用（Spread）。

（四）生產業務智慧化

從業務需求出發，以智能感知為基礎，實現對設施、人員、運營態勢的感知智能；通過對數據的分析利用實現健康狀態判斷、業務閉環管理、自主學習提升，逐步實現認知智能、行動智能，實現提質增效的總體目標。

（五）管理提升智慧化

根據天津軌道交通管理架構特點，分析管理提升的業務需求，結合新型信息化技術手段，落實管理提升的規劃建設方向，實踐智慧化技術方案措施。

（六）數據規劃路線

數據規劃是智慧城軌規劃的核心，首先建立各專業感知數據的采集原則，確定數據服務平臺的架構和技術設施，進一步確定數據的共享共治方案，建立分類存儲處理規則，根據業務應用落實數據分析方法、挖掘數據價值，實現綜合決策的應用場景。

（七）核心技術建設方向

結合天津軌道交通智慧化建設實踐，根據業務版塊特點，發展天津智慧城軌的特色核心技術，主要包括：網絡統籌管理技術、智慧車站技術、數據治理技術、車輛及設備運維技術、新型技術裝備。

智慧車站

（一）總體定位

結合采用全自動運行系統的車站運營場景，設計智慧車站的總體功能，具體實現車站態勢全感知、客運服務智能化和人員管控精細化，全面支持多職能隊伍的建設，實現崗位復合和減員增效。一方面確定車站運營需求，定義車站管理內容，明確運營場景，并以車站各崗位作業內容為引導，轉換車站智能化需求; 另一方面梳理現有的技術支持，如系統設備和大數據支撐，以及車站現有的工作流程、臺賬記錄、崗位標準和預案文本等，并從車站運營管理、設備管理和人員管理智能化以及故障聯動、消防聯動、大客流應急聯動需求進行梳理，并從人員布崗作業、信息流轉和設備聯動三方面確定功能需求和系統配置。

（二）特征分析

1.線網特征：線網架構高度依托城市重要節點；雙城化發展，中心城區和濱海新區分區規劃和建設；以外環為界，環內相對高密度和環外低密度。

2.客流特點：通勤客流為主，潮汐客流突出，時段客流差異較大；客流強度較低，分為樞紐站，中心站、一般站和小客流站；客流組成中老人及小孩占比較高。

3.管理特點：集團制版塊化管理，職能及管理較為清晰；PPP建設模式下存在多個建設主體和運營管理主體；資金和成本控制壓力較大。

4.技術特點：各期建設線路技術差異較大，存在較大代差；設備廠家較多，設備系統的標準化需要進一步提高。

5.系統架構：智慧車站以高效的運營管理、優質的乘客服務為目標，實現車站系統及設備運行狀態的實時監視，實現車站環境、客流、突發事件的實時感知，實現車站的自主運行，實現乘客服務的無人化或者少人化運作，總體框架分為7層。

（1）感知系統層。包括各智能化系統、智能設備、控制裝置、執行裝置和傳感設備，實現對建筑結構及建筑內部附屬設施、環境和人的實時感知與智能控制。

（2）網絡傳輸層。采用統一的通信接口協議，通過公網或專網以無線或有線方式，將信息、數據與指令在感知系統層與數據層、平臺支撐層和應用層之間傳遞。

（3）基礎設施層。包括平臺運行所需的計算、存儲、網絡和安全設備，可采用物理服務器，也可采用云服務器。

（4）數據層。實現數據資源統一組織和管理及數據的標準化與統一表達，為數據交換和共享提供支撐。

（5）平臺支撐層。支撐上層應用的各種服務組件，可根據實際需求不斷增加。

（6）應用層。包括滿足運營管理和辦公生活需求的各類應用。

（7）展示層根據不同的應用場景，提供多種展示交互方式。

6.功能設計：基于數字孿生技術的車站多元生產要素數字模型及可視化監視技術，通過研究建立車站人員、設備、設施、建筑、環境等生產要素3D模型，通過物聯網接入設備實時信息實現三維可視化的車站聯動控制監測系統，實現了對車站設備運營階段故障預測和聯動控制，高可靠性預警。

對“人員—設備設施—環境”等在時域空間的預測與推演，基于多智能體協同控制技術，對客流、設備、供電、視頻、其他等專業之間數據實時交互、數據和設備協同聯動控制，實現車站作業自動化、管理信息化、乘客服務自主化、信息發布多樣化以及設備管理精細化。本技術實現應急處置自動化，提高車站運營的智能化水平。

基于數字模型的創建適應于車站生產要素融合平臺，采用BIM、物聯網和大數據技術，建立融合無人客服、智慧信息、客流監測與預警、智能安防、智能站務等各模塊信息的多源信息融合處理框架，形成集數據采集、數據傳輸、數據處理、數據清洗為一體的多專業、多結構的全面信息融合體系，本技術實現融合12類設備監測數據、 TB級數據處理能力，并實現車站無人化或少人化。

7.試點情況

（1）天津站。天津站位于天津市河東區天津站后廣場地下，是天津站交通樞紐重要組成部分，是天津地鐵2號線、天津地鐵3號線和天津地鐵9號線的換乘節點，同時滿足地鐵2、3、9號線、京津城際、津秦客專、地下直徑線、國鐵等旅客換乘的需要，實現了軌道交通與城際鐵路及其他交通方式之間的“無縫換乘”。天津站為一類車站，客流量大，是交通樞紐車站，試點工程將側重于面向乘客服務與智慧出行特色試點項目，主要示范項目如下：一是智慧票務，語音購票、無感支付；二是智慧客服與導向，無人智能客服中心、智能導向；三是智慧出行，智慧信息發布、智慧出行移動APP體驗、智能列車的信息服務、智慧衛生間；四是客流監測與預警；五是智能安防；六是智能站務管理。

（2）文化中心站。文化中心站是5、6、11號線的換乘車站，為二類車站，是地鐵大型換乘站，試點工程將側重面向設備智能運行與科技體驗為試點特色項目，建立示范站。主要示范項目如下：智慧客服與智能導向、設備運行感知、能源管理、一鍵開關站、智能站務管理。

（3）張貴莊站。張貴莊站為地鐵9號線的高架車站，三類車站，試點工程將在側重面向環境感知與站務管理特色試點項目，建立示范站。主要示范項目如下：智能環境感知與動態調控、電扶梯與異常行為監控、能源管理、一鍵開關站。

天津軌道交通在經過近些年的高速發展，逐漸形成了從滿足運營基本需要向智慧化發展的行業趨勢，通過對智慧車站的研究，打破當前設備系統之間數據互聯互通的壁壘，更重要的是重新定義了車站的服務功能，洞悉了乘客及車務運營管理的新需求，從業務流程、管理流程上進行了優化，并形成天津軌道交通智慧車站的建設標準，進而指導后續線路的智慧車站建設，也可為其他城市智慧地鐵的建設提供參考。