近年來，中國城市軌道交通快速發展，在滿足人民群眾出行需求、支撐和引領城市發展等方面發揮了重要作用。截至2019年9月末，中國城市軌道交通運營里程已經超過6 300 km。城市軌道交通企業運用互聯網、大數據、物聯網、云計算、人工智能、故障預測與健康管理等技術，在城市軌道交通智能維保領域進行探索，智能維保逐漸成為行業焦點。針對車輛智能運維系統，上海地鐵通過車聯網技術與數字圖像處理融合，將列車檢修周期由日檢調整為8日檢，較之前新線運營服務水平提升63.7%。針對弓網、輪軌等實時監測，各地通過對列車走行部、線路、受電弓和信號系統等多種行車關鍵設備工況的實時監測，實現運維輔助決策。廣州地鐵利用車載綜合檢測可減少80%的軌道巡檢人工成本，道床異物等缺陷檢出率可達100%；東莞地鐵利用弓網、輪軌等監測管理系統探索故障預警，并將檢測數據與運營管理平臺數據共享，為智能維保提供依據和參考；香港地鐵利用信息化系統實時監控，提高了維修工作效率，從生產、預算、維修、人員、客流等方面為管理層提供信息并輔助科學決策。

1.1 智能維保的內涵

城市軌道交通智能維保是充分利用智能化、信息化和大數據等手段，在獲取大量的設備運行狀態數據基礎上，通過數據計算和深度挖掘，指導設備運用與維護、優化運營管理方式和管理成本，從而提升運營管理活動和促進高質量可持續發展的過程。智能維保的載體包括數據采集和傳輸設備、數據分析平臺和運營生產工具，并集成為一套智能化裝備。智能維保的目標是提升設備可靠性、降低勞動強度、優化設備檢修模式和行車組織方式、提高運營服務水平和城市軌道交通企業生產活動科學性。

1.2 智能維保的必要性

1) 智能維保是運營規模快速增長和新技術發展應用的必然選擇。城市軌道交通是復雜的系統工程，涉及車輛、信號、供電、通信、自動售檢票等多個系統，包括眾多子系統及產品部件，系統的安全、穩定運行需要各專業設施設備處于良好的服役狀態。隨著網絡規模的快速擴張，城市軌道交通設備數量迅速增加。廣州地鐵全網共計有超過40萬臺(套)設施設備，分布于線網延伸區域。由于設備種類繁多、數量龐大，長時間運行帶來的不可預期故障對運營服務影響很大，如此大體量的設備設施維修無法僅依靠傳統人工檢修模式進行。新技術的發展和應用為提升管理手段創造了可能，因此需要利用智能維保平臺和智能監測等技術支撐設施設備維保工作。

2) 智能維保能有效減輕維修人員工作強度和提高維保精準性。目前，北京、上海、天津、重慶、武漢、南京等多個城市部分線路運營時間已超過15年，隨著服役時間增加，部分設施設備維護若僅依靠人工不但檢修效率低，工作強度高，而且無法保障檢修精度。因此，需要探索新的智能維保手段，提高檢修效率與精度，減輕維修人員工作強度。以成都地鐵為例，自動售檢票(automatic fare collection，AFC)系統線網監測預警平臺可協助維保人員在固定值班地點借助大屏系統或管理終端掌握全網系統設備狀況，從人工巡檢硬件的10余項指標提升至平臺自動巡檢40余項，可做到全時段對AFC系統各層級通用設備、數據庫運行狀態實時監測，覆蓋日常人工巡檢監測不到的網絡協議、操作系統、數據庫、通信中間件等資源狀況，及時得知各級預警信息，在故障發生前開展排查和整改。

3) 智能維保為緩解運營成本壓力創造了技術條件。人力成本和設施設備維護成本是城市軌道交通企業成本支出的主要部分，前者占企業成本支出的50%～60%，后者占10%～15%。隨著城市軌道交通運營規模的增加，傳統維修模式下的用工成本過高，對企業可持續發展帶來了極大挑戰。通過應用智能維保手段，可以發現設施設備維護過程中是否存在過修或欠修問題，同時為后期大修、整改提供數據支持，更利于企業長期的可持續發展。上海地鐵17號線通過車輛軌旁綜合檢測，列車檢修人車比已由0.6降到0.33，實現了減員增效；成都地鐵借助AFC線網監測預警系統也精簡了隨線路增加而需倍增的巡檢人員數量，以4條線100個站點的系統設備計算，預計每年可節約43萬元。

中國城市軌道交通智能維保發展現狀

中國城市軌道交通的運營維保模式主要以傳統的計劃預防修和故障修為主，然而隨著各城市運營規模的持續擴大，部分線路的關鍵設施設備陸續進入大修階段，維保壓力不斷增大，因此各地均在探索構建基于狀態監測、特征提取、狀態評估、故障診斷、故障預測、維修模式優化和維修決策于一體的智能維保系統。概括來講，從監測分析與標準化、維修模式與修程修制、生產組織與管理模式以及維保能力建設4個維度來看，智能維保發展現狀概要如圖1所示。

以車輛、信號和供電系統為例，具體情況如下。

2.1 車輛系統維保現狀

以車輛系統為例，在緊張的運營壓力下，如何進一步提升維修效率、提高軌道車輛產品的可用性、延長產品的使用壽命，是當前維保系統的迫切需求。為充分提高車輛系統運維工作效率和水平，準確查找、判定車輛系統隱患，有效控制和減少車輛故障對正線運營影響，各單位利用車聯網、軌旁監測、車載監測等技術手段，對列車車輛外表故障、磨耗件尺寸、走行部溫度以及關鍵部件狀態等進行監測，有效減少車輛系統故障，保證車輛全生命周期安全性和可靠性。

圖1 智能維保發展現狀概要

車載監測方面，深圳、西安、哈爾濱、沈陽、蘭州等城市利用車載監測技術獲取列車走行部軸承、傳動齒輪、輪對踏面和構架的振動、沖擊及溫度信息，實現部件故障早期預警和分級報警，定期分析輪軌振動數據，監測全線路軌道狀態；受電弓及車頂異常動態監視方面，鄭州、蘭州等城市利用動態監視和預警系統，對車頂受電弓、絕緣子、避雷器、空調機組、天線等關鍵部件進行高清監視和記錄，實現對車頂故障的自動檢測并預警，包含車頂異物、車頂關鍵部件形變和丟失等；蓄電池監測方面，廈門等城市利用蓄電池在線監測系統對單體電池、電池組的電壓、電流、內阻等進行監測，當電池參數出現異常時將及時報警。

盡管城市軌道交通運營單位利用多種車輛監測技術和系統監測車輛運行狀態，但現有手段還不成熟，如由于車輛運行時間長、啟停頻繁等原因，車門傳感器等會出現故障誤報情況。如何充分整合、利用現有資源和技術，打破傳統維修方式，把事后維修、定期維修轉變為視情維修、預防性維修，從而有效降低維修保障費用、縮短維修時間、提高車輛完好率，還需要進一步探索。

2.2 供電、信號等系統維保現狀

各城市軌道交通企業相繼采用先進的運營監測技術和智能信息化系統，提高供電系統和信號系統的安全性和穩定性，如弓網在線監測系統、微機監測系統等。供電系統維保方面，青島、東莞等城市利用電力監控系統監測技術，實現對變電所供電設備的控制、保護、監視及運行數據的測量及傳輸，以及設備故障報警反饋、分合閘遠程遙控等；成都、上海、深圳等城市利用弓網檢測技術，對燃弧、弓網、軌道、限界等參數及弓網硬點、接觸線磨耗等進行監測，能有效提升接觸網運行質量，優化調整修程修制；青島等城市利用可視化自動接地系統監測技術，監測接觸軌帶電狀態、接地狀態、自動接地設備運行狀態等，能有效減少搶修時間、縮小事故范圍、提高檢修效率、節省定員編制。信號系統維保方面，重慶、哈爾濱、寧波、天津、合肥等城市采用維護支持系統監測和微機監測等技術，能采集道岔、信號機、外電網、電源屏、環境溫濕度等信號設備及機房環境的模擬量、開關量、報警信息，能有效在ATS/ATP等系統故障情況下幫助信號維護人員定位故障設備，并實現對信號系統各設備的集中維護、監測和管理。

雖然通過上述維保技術和手段能在很大程度上及時發現供電和信號系統故障，減少對運營的影響，但仍存在很多不足，如電力監控系統調試效率和故障判斷的準確性有待提高、故障點定位不夠準確、設備穩定性有待優化增強等。

2.3 發展趨勢

深度挖掘運營監測數據并進行分析和應用是一項長期的基礎性任務。當前，各專業主要依靠安裝的傳感器和下載設備系統運行數據進行分析，通常傾向于增加更多傳感器以便獲得更多數據，這一方面導致數據更加龐大，也使得系統更加復雜，增加系統維護難度。在通過狀態感知獲取數據的基礎上，進行數據深度挖掘和分析是一項長期的基礎性任務，依靠數據建立故障診斷、預警分析、維修模式、人員調度、備品備件管理、行車組織優化以及標準成本定額等模型，進行不同場景的技術驗證，為提升運營管理科學化水平提供深度的數據支撐。

建立多專業高度集成的智能維保系統是落實數據分析模型的重要載體。基于監測數據的分析模型需要集成到一套開放、兼容的智能維保系統中，依賴共同的基礎數據和工具進行綜合分析，并通過該系統為各專業的應用場景輸出分析結果。

開發專業化的智能維保工具和裝備并進行產業化，以滿足行業相關方的共同需求。目前，智能維保主要是各專業系統分散發展，相關軟硬件產品互相獨立，系統供應商、運營單位、智能維保解決方案提供方之間主要針對某項具體需求進行研發和應用，建立數據集共享機制的難度較大，缺乏專業化的工具和裝備。從長遠來看，統一基礎性的運營需求，開發專業化、標準化的智能維保工具和裝備，并進行產業化應用，既減輕了運營單位進行獨立研發的難度，為系統供應商提供了標準化的運營需求，同時又給智能維保解決方案提供者創造了產業化方向，可以滿足各方的共同需求。

存在的主要問題

3.1 智能維保技術參數和標準仍處于探索階段

目前，中國城市軌道交通運營維護類標準較少，尤其缺少設備技術狀態評價標準。《城市軌道交通運營設備維修與更新技術規范》以及跨座式單軌的車輛、道岔、軌道梁橋、接觸網等幾個系統的維護與更新技術規范，主要對日常維修制度、修程等管理類要求進行了規定，技術性內容規定較少。城市軌道交通企業雖然制定了詳細的企業標準，但參數通常是基于設備本身的使用壽命計算得出的，與實際的運營情況相結合不足。以車輛為例，企業標準一般規定車輛轉向架軸承需在運行到一定里程數時進行拆卸，但多家企業反映，在實際運營時通過車輛在線監測等信息化系統發現軸承狀態良好，無需更換，但目前行業沒有相關的車輛健康評價模型及行業標準去評價設備的技術狀態，從計劃修轉變成狀態修缺少依據，相關技術參數和標準缺失，不利于長遠發展。

3.2 智能維保專業分散化與建立集成系統平臺的兼容問題

目前，城市軌道交通智能維保通常針對某項設備系統，如車輛、軌道、信號、供電、站臺門等，通過設置多種傳感器實現設備運行狀態的采集、數據下載和分析，但尚未形成系統性工具，而且各設備系統獨立發展，呈分散化狀態。同時，各設備系統的維保工作在運營單位內部通常也是專業化運行的，搭建的技術平臺和數據應用互相獨立。這種情況導致對存在接口關系的故障判斷、預警以及系統性分析存在難點，缺乏統一的數據來源。建立一套集成各專業的智能維保系統平臺，解決目前各專業維保技術平臺的兼容問題，統一數據標準和數據源，在此基礎上建立各類應用，滿足復雜系統的數據采集、分析和智能維保需求。

3.3 智能維保與運營管理模式優化、前期設計和裝備制造的聯動問題

智能維保對優化運營管理模式的推動作用有待增強。智能維保通過設置大量的傳感器來獲得海量數據，并進行簡單深度分析，但這些數據與優化運營管理模式和改善運營績效尚未建立聯動關系。大量的監測數據可以用來進行哪些故障預警和設備狀態趨勢分析，并將分析結果如何應用到運營生產和設備維保等部門，仍存在很大局限性。例如，車輛智能維保與線上存車和優化行車組織方式的關系，與車輛檢修班組和修程修制的關系，與備品備件庫存管理的關系等，以及智能維保應用對改善列車服務可靠度的聯動關系等，應需要通過各專業系統進行充分技術驗證。

智能維保的監測數據及效果反饋到前期設計和應用到產品可靠度優化的作用尚需深入研究。車輛、軌道、信號等專業智能維保效果與車輛段設計、配線設計和設備選型等關系需要深入探討，提出更為具體的規劃設計階段的運營需求。同時，通過分析運營階段設備系統的故障預警和發生機理等，將結果反饋到系統承包商和設備供應商，從而優化設備系統前期設計制造等過程，提高設備系統可靠性等，這些方面的研究和應用尚處于空白狀態。

城市軌道交通維保智能化發展建議

綜上，如圖2所示，為推進智能維保工作，在監測分析與標準化、維修模式與修程修制、生產組織與管理模式以及行業維保能力建設等方面，應制定智能維保技術標準，加強數據共享指導修程修制優化，強化數據應用提升管理效能，并培育專業化的維保服務企業，實現智能維保綜合效益。

圖2 智能維保發展趨勢與建議

4.1 制定在線監測、分析等標準，規范智能維保管理

目前，中國各城市軌道交通企業都在建設信息化管理平臺和智能維保系統，但是建設過程中缺少統一的標準，存在業務系統間聯動性弱、可擴展性不強、信息孤島、重復建設等問題。此外，利用信息化平臺判斷設施設備技術狀態的標準處于空白，缺乏數據分析要求、修程修制技術指標以及分級管理等具體規定。因此，未來亟需建立一套智能化維保標準體系，統一規定設施設備狀態、維修要求、維修指標、系統間接口等，推動行業健康發展。具體而言，包括設備網絡標準、在線監測標準、運維數據分析標準和設備智能調度標準4大類。設備網絡標準用于線網層面統一通信網絡規劃，打通維保生產信息跨線和跨專業傳輸通道等問題；在線監測標準用于規范線網各專業設備狀態、預警及告警數據的集中管理；運維數據分析標準用于規范故障診斷和維修模型以及跨專業數據提取、分析和整合，實現數據分析的集約管理；設備智能調度標準用于規范線網集中維保的生產調度管理，實現設備管理智能化。

4.2 加強各專業數據共享，指導修程修制優化提升

車輛、供電、軌道、通信、信號等各系統都有專業故障檢測和運維數據，但數據往往由各系統專業人員掌握，形成了一個個“信息孤島”。以輪軌關系為例，通過振動檢測可以實現對車輪狀態在線分 析，同樣也可以實現對軌道狀態進行檢測和分析，及時發現軌道線路存在的故障和隱患，有針對性地指導軌道系統維護和保養，提高維修效率，減少維修成本。搭建行業設施設備維保信息共享平臺，對解決城市軌道交通系統隱患及健康狀態的感知與挖掘難題，突破基于可靠性與性能監測的柔性運維技術，實現物資管理、規程優化、維修決策運維一體化等目標具有重要支撐作用，利于促進行業健康可持續發展。例如，信號專業可以運用道岔、信號機等設備狀態數據分析保持高密度行車條件的修程修制，實現差異化檢修標準；軌道專業可以運用綜合檢測車的動態數據與軌道檢查的靜態數據進行復核，優化軌道專業的修程修制；變電專業應制定不同線路以及同線路不同負荷區域關鍵設備差異化檢修內容，接觸網專業結合弓網在線監測系統分析結果優化調整人工巡檢方式、周期和項目。通過挖掘監測數據與設備故障的關系，制定不同線路、不同型號設備的差異化檢修模式，實現精檢細修和智能維保。

4.3 強化數據應用，提升生產組織和管理效能

強化智能維保數據發揮綜合效應，利用數據優化規劃、設計和運營管理全過程管理效能。綜合考慮線網規模、設備數量與狀態、故障應急響應、維保模式與人員配置等因素，按照集約化管理思路，結合智能維保數據應用與技術優勢，優化現有生產組織方式和管理模式，提高故障處理、應急響應等環節工作效率。具體包括以下幾方面：區域化維保模式與專業化維保模式結合，新線開通時充分考慮區域化班組設置；調整區域維保組織架構，優化各專業系統工班與區域化工班界面，制定應急制度和流程，優化聯合值守、區域應急制度和流程；優化線網條件下區域范圍劃分，優化生產組織模式，實行檢修人員精細化管理，建立完善的人員配置方案；研究系統維保、區域化維保與智能維保相結合的方式，逐步實現遠程巡檢模式，從根本上改善生產組織模式和提升管理效能。

4.4 培育專業化維保服務企業，提升能力建設

運營單位、系統供應商和維保服務提供者依賴專業的技術裝備，在相同的技術平臺上進行數據分析、模型驗證和數據應用，既服務運營生產管理，又具備反饋和優化設計的條件，應鼓勵開發具有產業化前景的智能維保技術裝備，促進城市軌道交通智能維保技術標準化和裝備產業化。同時，考慮到軌道交通行業的專業性和可靠性要求，應當培育專業化的維保服務企業，充分挖掘和分析各類數據，建立統一的分析模型和驗證平臺，逐步形成行業統一的分析平臺和技術標準。專業化的維保服務企業可以提供穩定、專業、長期的維保服務，通過擴大維保社會化市場，發揮維保企業規模效益，降低行業平均維保成本。當暫不具備引入外部專業化維保服務企業條件時，運營單位內部應進行前瞻性思考，優化頂層設計，組建專業化維保服務分公司，為實現智能維保創造條件。例如，按線路、區域或專業組建多個維保服務分公司，各自負責所轄范圍的安全生產、運維管理和生產組織等運維工作，實現人員統一管理、資源整合和成本優化，分階段實施智能維保。

結語

城市軌道交通智能維保是當前行業的發展熱點，也是運營單位生產管理過程面臨的迫切需求。目前，車輛、軌道、供電、信號等各專業傳感器和各類監測設備獲取大量數據，但在深度數據分析和實際生產應用方面還存在較大差距。長遠來看，進行深度數據挖掘和應用分析是必須要解決的基礎性問題。通過運營單位、系統供應商和智能維保解決方案提供者的共同努力，加強數據共享，推動制定相關技術標準，建立統一的智能維保系統，研發具備產業化的技術裝備是今后一段時期的發展方向。

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