城市軌道交通“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的若干思考

文/李海博，中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司

隨著科技的不斷發(fā)展，以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和5G移動(dòng)通信技術(shù)“云大智物移”為代表的新一代信息技術(shù)正在帶來前所未有的變革，在這一趨勢(shì)下，各城軌交通行業(yè)都在探索適合自身發(fā)展的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的道路。

一、發(fā)展背景

城市軌道交通項(xiàng)目建設(shè)可概括為三個(gè)主要階段，分別是前期準(zhǔn)備期、開工建設(shè)期和通車運(yùn)營(yíng)期。其中，前期準(zhǔn)備階段主要工作內(nèi)容為項(xiàng)目的規(guī)劃和勘察設(shè)計(jì)，開工建設(shè)階段是土建施工、車輛及機(jī)電設(shè)備安裝調(diào)試，而開通運(yùn)營(yíng)階段主要是面向乘客的運(yùn)營(yíng)服務(wù)和面向工作人員的運(yùn)維服務(wù)。

圖1 軌道交通項(xiàng)目建設(shè)階段劃分

目前各地在城市軌道交通項(xiàng)目建設(shè)中，三個(gè)階段均有不同程度的信息化、數(shù)字化應(yīng)用，如BIM技術(shù)、協(xié)同辦公技術(shù)、智慧工地監(jiān)控、機(jī)械設(shè)備監(jiān)控、材料管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)等，部分城市也在進(jìn)行一體化工程項(xiàng)目管理平臺(tái)和智慧運(yùn)維平臺(tái)的開發(fā)和嘗試，但總體來說應(yīng)用水平參差不齊，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，缺少線網(wǎng)層面的整體規(guī)劃，信息共享程度較低。

城市軌道交通的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與傳統(tǒng)行業(yè)有一定差異，尤其是核心的運(yùn)營(yíng)維護(hù)業(yè)務(wù)不能照搬其他行業(yè)的建設(shè)模式，需要結(jié)合城軌的行業(yè)特點(diǎn)，深入分析行業(yè)邏輯，按照“頂層規(guī)劃、分步實(shí)施”的原則，做好頂層設(shè)計(jì)，做到系統(tǒng)與業(yè)務(wù)、流程和組織的有效融合，并結(jié)合自身實(shí)際，確保建設(shè)周期、投資控制、運(yùn)營(yíng)水平與數(shù)字化建設(shè)相匹配。

二、數(shù)字化轉(zhuǎn)型目標(biāo)

從規(guī)劃建設(shè)階段的規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、土建施工數(shù)據(jù)、機(jī)電設(shè)備調(diào)試數(shù)據(jù)，再到運(yùn)營(yíng)階段的運(yùn)營(yíng)維護(hù)及資產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合，都應(yīng)貫穿對(duì)數(shù)字化成果的應(yīng)用，通過大數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行持續(xù)的正向改進(jìn)，提升生產(chǎn)效率，優(yōu)化應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化成果在城軌全生命周期中的有效運(yùn)用，同時(shí)還應(yīng)從管理安全和技術(shù)安全兩方面系統(tǒng)性的考慮信息安全體系，最終實(shí)現(xiàn)智慧城軌的目標(biāo)。

三、關(guān)鍵問題思考

（一）為什么要進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型

數(shù)字化轉(zhuǎn)型，是響應(yīng)國家戰(zhàn)略的需要，是兩化融合的需要，也是技術(shù)發(fā)展革新的必然，更是實(shí)現(xiàn)軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的迫切需求。隨著國內(nèi)軌道交通建設(shè)自2008年以來十多年來的迅猛發(fā)展，截止到2020年末，40余座城市的軌道交通線路開通運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)里程將近8000公里，全球城市軌道交通運(yùn)營(yíng)里程TOP10中國占據(jù)6席，上海、北京、成都三城更是占據(jù)世界前三名。越來越多城市進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)階段，線網(wǎng)規(guī)模急速擴(kuò)張，如何在消費(fèi)升級(jí)的背景下為乘客提供個(gè)性化的服務(wù)，如何保證動(dòng)輒上萬員工的運(yùn)維部門高效運(yùn)轉(zhuǎn)，如何從企業(yè)累積的海量數(shù)據(jù)中提取出有效的信息并加以利用，這些都是新形勢(shì)下需要面對(duì)的挑戰(zhàn)。通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型，在流程、業(yè)務(wù)、組織架構(gòu)等方面在線網(wǎng)層面進(jìn)行重塑，采用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的技術(shù)手段，通過智能化的設(shè)備和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，打通信息孤島，實(shí)現(xiàn)資源深度共享，最終達(dá)到減員增效，降低成本的目的，為軌道交通網(wǎng)絡(luò)化、智慧化運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支撐。

（二）城市軌道交通數(shù)字化轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)

我國的城市軌道交通行業(yè)已經(jīng)有五十多年的歷史，進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，由于現(xiàn)有的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)的分工已經(jīng)比較成熟，各個(gè)專業(yè)人員各司其職責(zé)任明確，而數(shù)字化轉(zhuǎn)型則會(huì)打破這一常態(tài)，對(duì)傳統(tǒng)的分工沖擊較大，改變總是痛苦的，同時(shí)又沒有相應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制，因此導(dǎo)致數(shù)字化轉(zhuǎn)型基礎(chǔ)薄弱，動(dòng)力不足，人才短缺。

其次，雖然很多軌道交通企業(yè)已經(jīng)在進(jìn)行頂層信息化規(guī)劃設(shè)計(jì)，但專業(yè)之間的壁壘不僅僅是技術(shù)方面，反而是管理方面的阻力更大，回顧綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程，不難看出不同系統(tǒng)之間的信息接口是有一定局限性的，這也導(dǎo)致了整體數(shù)據(jù)的共享困難，數(shù)據(jù)流動(dòng)性較差；第三是信息利用率低，數(shù)字治理程度低，很多時(shí)候并未在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析、迭代的基礎(chǔ)上提升功能，而僅僅是實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制功能，卻將其稱之為智能或智慧，隨著越來越多的城軌云和大數(shù)據(jù)平臺(tái)在各地城市軌道交通中成功運(yùn)用，也為城軌數(shù)字化轉(zhuǎn)型積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，隨著各城市軌道交通企業(yè)的加速上云，類似數(shù)據(jù)共享困難、數(shù)字治理程度低的問題也在逐步得到解決。

最后，是標(biāo)準(zhǔn)體系亟待完善，近年來，隨著《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》的發(fā)布以及一系列針對(duì)云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)指揮中心等標(biāo)準(zhǔn)的頒布，為城市軌道交通信息化、數(shù)字化和智慧化的建設(shè)提出了愿景，統(tǒng)一了標(biāo)準(zhǔn)，指明了方向，但由于目前大部分項(xiàng)目都處于建設(shè)期，而且不同城市、不同線路、不同基礎(chǔ)條件下的方案選擇彈性較大，因此具體的實(shí)施方案還需要進(jìn)一步的探索和驗(yàn)證。

（三）合理構(gòu)建云-邊-端一體化的業(yè)務(wù)體系

城市軌道交通信息化業(yè)務(wù)應(yīng)用主要包括運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)管理、企業(yè)管理、資源管理、建設(shè)管理以及乘客服務(wù)等業(yè)務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)，結(jié)合城軌云的業(yè)務(wù)規(guī)劃“一云三域”的邏輯架構(gòu)，上述應(yīng)用系統(tǒng)分別劃歸到安全生產(chǎn)網(wǎng)、內(nèi)部管理網(wǎng)和外部服務(wù)網(wǎng)，內(nèi)部管理網(wǎng)側(cè)重于企業(yè)管理，外部服務(wù)網(wǎng)側(cè)重乘客服務(wù)和信息發(fā)布，安全生產(chǎn)網(wǎng)承載的是軌道交通的核心業(yè)務(wù)，合理構(gòu)建云-邊-端一體化的安全生產(chǎn)網(wǎng)，是實(shí)現(xiàn)深度資源共享的前提，也是城軌數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)。

圖2 城軌云“一云三域”邏輯架構(gòu)

云-邊-端三級(jí)架構(gòu)中，“云”作為頂層規(guī)劃，承載生產(chǎn)+管理+服務(wù)三張網(wǎng)，在項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中需要針對(duì)每張網(wǎng)進(jìn)行細(xì)化，生產(chǎn)網(wǎng)是整個(gè)城軌云的核心，但也會(huì)有管理信息化的需求，管理網(wǎng)的部分功能也需要生產(chǎn)網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)生產(chǎn)網(wǎng)和管理網(wǎng)的數(shù)據(jù)又是服務(wù)網(wǎng)的主要數(shù)據(jù)來源，因此在項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，就需要結(jié)合具體的業(yè)務(wù)需求梳理三張網(wǎng)的信息交互機(jī)制，理清三張網(wǎng)邏輯邊界和數(shù)據(jù)邊界的關(guān)系，為智慧城軌提供平臺(tái)層面的支持。

“邊”和“端”的全面數(shù)字化，是對(duì)城軌云內(nèi)涵的豐富、細(xì)化和具體化，三級(jí)架構(gòu)相輔相成，合理級(jí)配，才能實(shí)現(xiàn)完善的城軌云體系，為智慧城軌提供整體支撐。

圖3 應(yīng)用層次與數(shù)據(jù)描述系統(tǒng)架構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

對(duì)于車站的邊緣云節(jié)點(diǎn)設(shè)置方案，有的項(xiàng)目采用的是車站備份服務(wù)器方案，并未納入云管平臺(tái)統(tǒng)一管理，或是納入了云管平臺(tái)但僅負(fù)責(zé)某一專業(yè)的備份作用，不能充分發(fā)揮云平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)以及冗余備份的作用；業(yè)務(wù)軟件主備冗余部署時(shí)，沒有充分考慮云平臺(tái)與業(yè)務(wù)軟件冗余機(jī)制的關(guān)系，片面強(qiáng)調(diào)云平臺(tái)的作用，未結(jié)合工業(yè)控制的理念。比如根據(jù)《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，在骨干網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，必須實(shí)時(shí)切換到車站降級(jí)運(yùn)行，各項(xiàng)功能須實(shí)時(shí)切換不受影響，如果片面強(qiáng)調(diào)云平臺(tái)的能力，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)配置時(shí)將中央云節(jié)點(diǎn)的邏輯車站級(jí)配置為主用，反而不能很好的保證系統(tǒng)降級(jí)功能，應(yīng)結(jié)合業(yè)務(wù)系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能需求，將站段云節(jié)點(diǎn)配置為主用，才能更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)降級(jí)功能；根據(jù)《城市軌道交通云平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)規(guī)范》的要求，車站邊緣云不應(yīng)是簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)機(jī)，而是需要把站內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行車站層級(jí)的整合，與中心級(jí)云平臺(tái)做到邏輯統(tǒng)一。

車站現(xiàn)地端也需要全面響應(yīng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的要求，底層物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大大增加，需考慮現(xiàn)地端物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)如何部署，才能既不影響既有的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)又不增加運(yùn)維負(fù)擔(dān)。因此在生產(chǎn)網(wǎng)中建設(shè)專門的智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)專網(wǎng)，確保傳統(tǒng)實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)的可靠穩(wěn)定，是下一步的研究方向之一。

（四）高度重視信息安全和網(wǎng)絡(luò)安全

目前各城市運(yùn)營(yíng)公司大多以生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)安全為主，對(duì)于信息安全重視不夠，安全組織體系和安全管理制度不完善、很少配置專業(yè)的安全管理人員。隨著城軌云的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)，傳統(tǒng)封閉的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)邊界被打破，安全風(fēng)險(xiǎn)問題也隨之而來。信息安全與網(wǎng)絡(luò)安全是數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的重要內(nèi)容，簡(jiǎn)單想象一下城軌云遭到網(wǎng)絡(luò)安全攻擊的情況，就可以得出沒有數(shù)據(jù)安全，就做不到真正數(shù)字化轉(zhuǎn)型的結(jié)論。

因此，在城軌數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中應(yīng)同步開展信息安全頂層設(shè)計(jì)、加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全，保證目前城軌云和未來智慧城軌的邊界安全、云平臺(tái)環(huán)境安全、各業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全，避免出現(xiàn)信息安全和網(wǎng)絡(luò)安全問題。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是利用信息化技術(shù)手段對(duì)業(yè)務(wù)重新定義的一個(gè)過程，數(shù)字化只是一個(gè)開始，是向智能化、智慧化發(fā)展的基礎(chǔ)。具體到城市軌道交通的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，既需要有宏觀的頂層規(guī)劃，又要有微觀的具體實(shí)施方案，合理構(gòu)建云-邊-端一體化的業(yè)務(wù)體系，逐步實(shí)現(xiàn)智慧城軌的建設(shè)目標(biāo)。