新時代我國城市軌道交通運營新模式探討

謝正光，魏 運

（1. 北京市交通委員會，北京 100073；2. 地鐵運營安全保障技術北京市重點實驗室，北京 100044； 3. 北京市地鐵運營有限公司，北京 100044）

1 我國城軌交通發展階段及其特征

城市軌道交通(以下簡稱“城軌交通”)既是大城市的骨干交通方式和核心基礎設施，也是其他軌道交通(市郊鐵路、城際鐵路和干線鐵路)與城市公共交通系統融合、發揮綜合交通網絡效益的骨干系統。經過近些年的快速發展，我國城軌交通在城市公共客運系統中的地位不斷提升，已成為改善城市居民生活品質、提升人民群眾獲得感和幸福感的重要載體[1]。截至2020 年底，上海(62%)、廣州(58%)、南京(56%)、深圳(54%)、北京(53%)、成都(50%) 6 座城市的城軌交通客運量在公共交通客運量的占比均超過50%。另外，南寧(45%)、武漢(44%)、杭州(43%)、西安(40%)等城市的相應占比也呈明顯的上升趨勢[2]。

我國城軌交通從20 世紀60 年代開通運營，至今已有50 多年的發展歷史，因時代的不同，在不同的階段呈現出不同的發展特性[3]。總結其發展歷程，大致可分為4 個階段：起步探索階段、緩慢發展階段、快速發展階段，以及目前正轉向“以運營為主導”的高質量發展階段。每個階段從指導思想、技術裝備、工作重心、線路建設、管控模式、安全、服務、管理等多個方面，均呈現出鮮明的代際特征，也展現出我國城軌整體發展脈絡。各階段的發展特征如表1 所示。

表1 我國城軌交通發展階段及其特征 Table 1 Development stages and characteristics of urban rail transit in China

經過半個多世紀的發展，我國擁有城軌交通的城市之多、線路之長和客運量之大，高居世界前列。北上廣深等城市的超大規模城軌交通網絡基本形成，成都、西安等大城市骨干網已基本形成，其他大城市也相繼完成骨干線路的建設[4-5]。城軌交通的發展已經從拼速度、比規模的快速發展方式轉向拼質量、比效率的高質量發展方式，這對高質量的運營管理提出了更高的要求。然而，傳統的單線建造模式，造成了當前我國城軌交通仍以物理層面網絡化下的單線運營模式為主，網絡化效能有較大的提升空間，運營服務水平難以匹配高品質服務要求下的居民高效出行需求，還存在常態限流、換乘大客流集聚、“小故障、大影響”等突出的現象。因此，亟需探索新型運營模式，以滿足網絡化發展要求，提升線網運營的綜合效能，增強綜合服務與管控水平。

2 新時代城軌交通運營發展需求與趨勢

城軌交通作為百年工程和城市最大的單體建筑，其發展與人民需求、城市和交通發展等方面息息相關。新時代人民的出行需求提升、城市現代化發展以及交通一體化發展，均對我國城軌交通高質量發展提出了要求，需要從基礎設施的優化提升、技術裝備的智能升級及運營管理模式的重構等方面進行變革創新。

2.1 新時代城軌交通運營需求分析

1) 我國社會主要矛盾轉變對城軌交通高質量發展提出新要求。我國社會的主要矛盾已經轉變為“人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾”，人民的交通需求也從“走得了”演變成了“走得好”[6]。單純的安全可達、方便快捷已難以滿足乘客的出行需求，特別是新冠疫情發生后，列車滿載率已引起高度關注。人民群眾對城軌交通安全、效率、舒適、經濟、個性化和定制化的要求越來越高，出行品質日益成為關注重點，城軌交通高質量發展必須有人民滿意的一流服務，做到乘客“走得好”。

2) 我國城市現代化對城軌交通高質量發展提出新要求。城軌交通是城市發展的產物，也是城市發展的重要支撐，城軌交通與城市發展始終相輔相成。首先，城軌交通和城市發展互為支撐。城軌交通在緩解城市交通擁堵、優化城市空間結構等方面，發揮了重要作用；城市現代化須交通先行，“智慧城市”必然離不開“智慧城軌”的支撐；支撐城市現代化，是新時代城軌交通的重要使命。其次，城軌交通對城市經濟的依賴性強。城軌交通作為公共交通，具有成本高、票價低的特點，其運營需要有足夠的財力支撐，特別是隨著線網規模的擴大，成本控制壓力越來越大，更加注重質量和效益。實現降本增效，是我國城軌交通新時代高質量發展的重要特征和必然要求。最后，城軌交通是城市社會發展的重要載體。城軌交通是一項重要的社會公共事業，被稱為“軌道上的流動社會”，直接關系到社會公共利益，關系到人民群眾的生活質量，關系到城市的可持續發展。借助新技術賦能，改變城軌交通的生產方式，促進城市生產要素流動，改善城市生態環境，建設城市社會文明，提升人民群眾的獲得感和幸福感，也是實現新時代城軌交通高質量發展的必由之路。

3) 交通一體化對城軌交通高質量發展提出新要求。交通強國建設、都市圈發展所提出的“一張網”“一體化”等內容，也為未來交通指明了發展方向。城軌交通一體化，就是使城軌交通體系的各子系統之間及與外部因素高度協調，所有資源進行統一調配、統一管理，以達到系統的整體優化[7]。從居民出行角度來看，交通系統本是一個“一體化”的網絡體系，需要破除軌道一體化發展既有硬件和軟件方面的掣肘，以便統籌安排既有資源，統一協調線網間的關系，實現線網運營社會效益、經濟效益的最大化[8]。遵循交通“一張網”自身發展的規律性，是軌道交通向更高服務質量、更高管理水平發展的必然趨勢。

2.2 新時代我國城軌交通運營發展趨勢

城軌交通作為滿足居民美好出行需求、支撐城市現代化和交通一體化的重要基礎設施，在新一輪科技革命和產業變革的驅動下，呈現出全新的發展態勢。

1) 在基礎設施方面，“多網融合”已成為未來發展方向。推進城軌交通與其他交通方式融合發展，構建城市(群)一體化交通網，“城市交通區域化、區域交通城市化”已成為未來發展趨勢[9]。這需要城軌交通運營方式不僅要從“單線運營”過渡到“網絡化運營”，而且要實現城軌與其他交通方式互聯互通。一體化、網絡化、智能化的一流基礎設施，是實現上述目標的前提。

2) 在技術裝備方面，自主創新、智慧引領已成為歷史必然。當前，我國城軌技術裝備已實現了由整體“跟跑”到部分“跟并跑”的轉變。進入新時代，北斗、5G、物聯網、云計算等新一代智能技術的賦能，為我國城軌行業的智慧化提供了可能；同時實現核心技術裝備的自主創新，并推進我國城軌裝備的整體“領跑”，已成為城軌交通發展的必然要求。我國交通發展階段的必然選擇，就是實現我國城軌技術裝備的自主創新和智慧引領。

3) 在管理方面，智慧化、網絡化和治理現代化是城軌交通運營發展的大趨勢。隨著線網規模的逐步擴大及新興技術的不斷推進，運營管理也逐步從粗放、低效的人工管理和單線管理，轉向智慧化、網絡化、現代化的管理方向發展。其中，智慧化是手段，是基于新一代信息通信技術與城軌交通運營場景的深度融合，是實現設備或系統自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等的智能化生產方式；網絡化是本質，既是城軌交通線網規模化發展后的本質屬性，也是最大限度發揮城軌線網效能、實現高質量發展的根本途徑；治理現代化是基本路徑，治理主體更加多元、理性，治理結構更加開放、科學，治理方式更加先進、有效。建設人人有責、人人盡責、人人享有的城軌交通現代化治理共同體，是城軌交通高質量發展的重要保障。

3 城軌交通網絡化運營新模式探討

基于城軌交通運營發展的新需求與趨勢分析，未來城軌交通發展理念將由“服務車”向“服務人”轉變，發展目標將由以運營企業為中心的“單線管、按圖跑”向以乘客為中心的“網絡管、按需跑”轉變。因此，未來城軌交通更會將“網”和“智”作為重點發展方向，重構城軌交通運營新模式，實現城軌交通網絡化運營、智慧化管理和個性化服務。

3.1 城軌交通網絡化運營新模式涵義

城軌交通網絡化運營新模式，是在地鐵網絡化優化提升和智慧地鐵發展基礎上形成的一種以人為本的城軌交通高質量發展形態。在這種新的模式下，對城軌交通的人、載運工具、基礎設施、管理系統等各地鐵要素進行了重構[10]，改變了傳統的運行指揮體系、乘客服務體系、維護支撐體系和安全保障體系的邏輯架構，從而構建起一個“以乘客為中心，以客流驅動的運行指揮體系為核心，以需求驅動的乘客服務體系為出發點，以狀態驅動的設備維護體系和風險驅動的安全支撐體系為保障”的城軌交通運營新模式。這種運營新模式包括面向乘客需求的全時程智能服務新模式、面向客流-車流耦合的網絡化韌性運行新模式、基于數據支撐的集約化預防性狀態維護新模式和基于風險驅動的“知-辨-治-控-救”主動安全防控新模式。在這種新模式下，運行指揮體系由客流驅動，通過客流調度實現全線網客流動態信息實時監控、信息報送和客流引導，為行車調度和設備調度做支撐，最終實現以客流驅動的動態調圖、多線路集約化的網絡化調度、靈活響應的高效列車控制的目標；乘客服務體系以乘客需求來驅動，利用智能化技術感知乘客需求后，定制個性推送和自助服務的響應，并將服務質量反饋給乘客，由乘客進行服務質量評價；維護保障體系以設備狀態驅動作業，以智能感知檢測為基礎，實現從在線感知設備設施狀態、應用大數據智能自主診斷分析狀態信息、維修決策優化和專家遠程輔助維修，到最后對維修作業質量進行評價的閉環管理，從而實現資產全生命周期管理；安全支撐體系以風險驅動，通過對風險隱患的辨識，觸發風險預警機制，主動做出防控輔助決策，實現被動安全向主動安全防控的轉變，達到內保運營安全、外防環境安全、嚴控公共安全的目標(見圖1)。

3.2 城軌交通網絡化運營新模式重點任務

城軌交通網絡化運營新模式具有設備設施關聯性強、安全管控難點多、客運組織管理復雜，以及運營服務管理更注重統一性、聯動性、協調性和共享性等特點，需借助新技術、開發新系統、研制新裝備，突破單線運營模式。鑒于此，本文重點從安全、運行、服務、維護、安檢、基礎保障、企業管理和社會治理等角度，給出8 個方面的重點任務建議，以期全面支撐網絡化運營新模式的實現。

1) “知-辨-治-控-救”閉環管理，構建主動安全防控新模式。安全是城軌交通運營的永恒主題。區別于傳統安全管理模式的異常被動接報處置，主動安全防控新模式的目的是實現系統風險的提前防控，將“安全關”前置，將異常排除在運營線外，盡可能消除“在線故障”。面對城軌網絡的巨型系統運行風險、海量乘客行為風險、危險品/人威脅，需強化由“人-機-環-管”四大要素和“治-控-救”三道防線組成的矩陣式安全管控體系。該體系的重點是在“控”上下功夫，通過推廣應用智能感知、在線監測等技術，對“人、機、環、管”四大要素提前感知、預判、預測和預警，實現對風險要素的精準“知-辨”，制定主動防控策略，盡可能避免問題發生在運營線上，打造安全閉環管理機制，形成網絡主動安全防控的新模式、新平臺，確保城軌交通運營安全。

2) 精準感知、耦合優化，構建網絡化韌性運行新模式。網絡化韌性運行新模式，其本質在于精準匹配線網的運力和運量、快速響應線網異常情況，最大限度地發揮線網運輸整體效能，保持線網的運行能力。在網絡化運營階段，客流動態性和不均衡特征明顯。客流時空分布不規律，不同線路之間客流分布不均衡，具體表現在：同一線路不同方向、不同區段客流分布也存在不均衡現象。然而目前的城軌交通系統，一方面，各線路的折返線、庫線等配線少，線與線之間、線與場段之間的聯絡線少，導致線網運行韌性不足；另一方面，列車固定編組，造成網絡客流-車流協同管控、精準耦合難，導致資源利用不集約、運力浪費。因此，需要構建網絡化韌性運行新模式：在管理層面，要從理念上改變傳統管理權限，對線網進行網絡化改造優化，打破車輛、車輛段、線路管理主體之間的固定配屬關系，靈活設置車輛編組和發車間隔，加快實現不同線路之間列車的直聯直通和跨線運行，提升網絡韌性；在技術層面，不僅要突破智能客流感知、網絡化動態調度、基于車車通信的列車控制3 項關鍵技術，構建客流-車流耦合的線網級協同調度平臺，還要建立實時客流-車流耦合的動態調度及列車控制聯動機制，實現客流-車流的耦合優化和線網列車群的協同優化。最終，形成城軌交通網絡高效韌性運行的新模式，全面提升城軌網絡運行效率和網絡韌性。

3) 無人化、智能化、個性化，構建乘客全時程出行服務新模式。乘客全時程出行服務新模式不僅是在乘客出行中提供服務，而且是針對乘客全出行鏈提供個性化、定制化的高品質服務。例如出行前的規劃、預約，出行中的定位、引導，出站前的交通接駁等。目前，乘客全時程出行存在諸多問題，如資訊不便、導向不清、站外限流、站臺滯留、車廂擁擠等。下一步的工作重點：一是實現線下服務設施標準化、智能化、自助化，打造智能車站；二是確保線上交互服務個性化、定制化，通過全方位感知乘客全時程個體出行時空規律、路徑偏好、決策機理與個性化需求，建立乘客個體出行特征的精準畫像，重點突破乘客智能交互服務技術、乘客智能助推服務技術、服務信息精準發布與推送技術，研發個性化、無人化智能交互客服平臺，構建乘客全時程出行服務新模式。

圖1 以乘客為中心、以運行指揮體系為核心的運營新模式 Figure 1 The new operation mode with passengers as the center and operation command system as the core

4) 資源共享、資產聯動，構建網絡化集約維護新模式。網絡化集約維護是基于維修資源、人員、設備設施狀態數據的共享機制，整體規劃，合理布局，不僅要實現維修資源的網絡化布局和網絡化調度，還要統籌車輛等設備設施的維修計劃，達到車輛等設備設施利用率高效和降低維護成本的目的。城軌交通目前仍采用以計劃修、故障修為主的維護方式，導致運營企業維修成本高、維修資源共享率低、維修資產與需求無聯動、維修模式不集約等問題。城軌交通未來的維護模式將由現在的“計劃修+故障修”模式，向“預防性狀態+網絡化應急搶修”模式轉變。與此同時，通過采用網絡化思維和科學的運籌規劃方法，探索維修對象、維修資源和維修模式之間的最佳匹配機制，以及多專業協同作業信息融合分發機制。重點攻克城軌關鍵裝備感知增強技術、全生命周期服役評估增強技術和網絡化智能維護能力增強等關鍵技術，開發網絡化運維增強平臺，最終實現維修資源的網絡化調度和動態管理，形成軌道交通網絡集約維護新模式。

5) “信用+”精準辨識，構建乘客一體化無感安檢新模式。安檢是安全防控平臺的一部分，是乘客對地鐵服務最直接的體驗點，不僅直接影響乘客的出行效率，還影響著地鐵系統的運營安全。在超大規模的城軌運營網絡中，現行的安檢模式“檢人”能力與客流量之間的矛盾日益尖銳：“嚴安檢”導致大量乘客長時間排隊等候，也造成新的安全隱患；“保暢通”則需降低安檢標準，導致“檢人”環節質量不高。一體化無感安檢新模式的目標是實現人、物、票的無感同檢，以實現快速安檢、高效通行和降本增效的目標。打造基于乘客信用的“信用+”智慧安檢新模式重點在于：一是突破基于“生物識別”的海量客流的快速通行技術瓶頸，實現大客流場景下乘客身份的精準辨識；二是建立基于乘客信用體系的安全驗證技術，使安檢力量更有針對性地使用在重點人群；三是研發新興智能人、物、票無感同檢新技術和新設備，構建乘客信用安全認證標準和動態管理平臺。

6) 高精度定位+高通量傳輸+空間數字化，構建城軌新基建時空基準體系。城軌新基建時空基準體系，是以數據的形式表示城軌系統地理要素在真實世界的空間位置及其時變的參考基準，是精準掌握城軌交通系統時空態勢的基礎。高精度的時空基準同步，暴露空間和非暴露空間連續定位，大容量高通量的通信和高精度的空間數字化是構建城軌運營新模式、建設智慧城軌的基礎保障。未來將重點突破基于北斗+5G 的城軌交通室內外一體化高精度連續定位技術、基于通用網絡協議的大范圍高精度時頻傳遞技術、基于EUHT-5G 的城軌超高速無線通信技術和基于北斗統一時空基準的空間數字化技術，形成城軌交通時空基準信息網絡，為城軌網絡化和智慧化轉型創造良好的基礎條件。

7) 數字化、信息化、智能化，構建現代化運營管理新模式。智能管理是建設城軌交通網絡化運營新模式、提高企業治理能力的有效途徑。城軌交通現代化運營管理新模式是指以運營為中心、以現代信息技術為支撐，通過建立城軌交通管理信息系統和創建新的城軌交通管理體制而形成的城軌運營管理新架構，目的是實現城軌運營生產的高效化、科學化、柔性化、智能化及管理流程的持續優化。目前，企業管理存在過程控制和管理不精細、管理質量和效益不高等問題。未來將通過綜合運用現代化管理理念和數字化、信息化、智能化手段，對現有整體業務管理體系進行重構，實現與業務創新同步的管理創新模式。重構的重點包括組織體系、權責體系、規章制度體系和監管體系，以實現系統的安全態勢研判，全系統、全要素的資源優化配置，全業務、全流程的智能監管和基于智慧大腦平行推演的綜合決策，構建管理精細化、運行高效化、效益最大化的網絡化和智慧化管理體系，全面推進企業治理能力和治理體系的現代化。

8) 共建共治共享，構建城軌治理新格局。城軌治理新格局是指通過強化人民群眾的主體地位與決定力量，積極鼓勵社會公眾參與城軌交通治理，與運營單位通力協作，在不同環節形成制度合力，共享城軌交通治理成果。城軌運營的最大特點是開放性、公共性和自助性，廣大乘客既是城軌運營服務的對象，同時也是城軌運營的直接參與者，城軌運營安全、服務水平很大程度上取決于廣大乘客的支持和配合。但極少數乘客的不良行為可能直接威脅城軌運行秩序和公共安全，損害公眾利益。這些行為雖然影響惡劣，但很多情況下并不構成違法違規，處于社會治理的“灰色地帶”。產生這些問題的根本原因：一是少數乘客的文明素養不夠；二是交通文明程度還不夠高，對不文明行為的制約還不夠強。誠信建設和志愿服務能夠有效解決上述問題。法律和行政管理是交通治理的基本手段，培育文明文化則是交通治理的更高境界。因此，推進城軌交通治理體系和治理能力現代化，必須強化共治理念，通過誠信建設和志愿服務，攜手各方參與者“共建共治共享”，共同培育交通文明。

4 結論與展望

網絡化和智慧化是我國城軌交通新時代發展的兩大重要特征，也是城軌交通實現高質量發展的必由之路。要正確認識我國城軌交通發展階段與現狀問題，深刻理解我國城軌交通發展的新需求，全面把握我國城軌交通發展的新趨勢，充分融合新一代信息技術與方法，從實際出發解決行業痛點問題，構建城軌交通網絡化運營新模式。從安全保障、精準運力投放、乘客服務、智能維護、無感安檢、新基建時空基準體系、企業管理和社會治理等角度，全面深化和推進新模式的落地與推廣。