北京地铁智慧车辆段方案研究.pdf
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1、第1期2 0 2 4年1月N o.1J a n.2 0 2 4运营管理文章编号:2 0 9 7-0 3 6 6(2 0 2 4)0 1-0 0 6 1-0 7 北京地铁智慧车辆段方案研究丁明辉,魏 运,朱鸿涛,侯思亦(北京市地铁运营有限公司,北京 1 0 0 0 4 4)摘 要:地铁车辆段是地铁列车的停放、日常保养、检修基地,同时还具备车辆救援、办公综合、材料供应等重要功能。当地铁列车结束运营或出现特殊状况时,都会返回车辆段进行“体检”或“治疗”,为安全运营做充分准备。随着北京地铁的高速发展,为应对不断增长的列车数量和客流量,车辆段的运维检修、调度运行、生产管控压力持续增大。本文在分析传统地铁
2、车辆段运营现状的基础上,介绍了地铁智慧车辆段的定义与业务功能。结合北京地铁智慧车辆段建设需求,以车辆运维和设备维护为核心,开展北京地铁智慧车辆段方案的顶层需求分析,研究面向生产调度、检修维护和综合管控的车辆段智慧化提升技术,在保证车辆段安全稳定运营的前提下,提出了涵盖调度运行智能化、运维检修信息化、综合管控数字化的智慧车辆段方案,既能降低运维成本能提高运维管理效率,建立可推广、可复制的车辆段建设管理模式,可促进运维水平持续提升,助力“智慧城轨”建设再上新台阶。关键词:智慧车辆段;生产调度;检修维护;综合管控;智慧城轨中图分类号:U 2 3 1 文献标志码:B d o i:1 0.3 9 6 9
3、/j.i s s n.2 0 9 7-0 3 6 6.2 0 2 4.0 1.0 1 2S t u d y o n t h e I n t e l l i g e n t C a r D e p o t P r o g r a m O f B e i j i n g S u b w a yD I NG M i n g h u i,WE I Y u n,Z HU H o n g t a o,HOU S i y i(B e i j i n g S u b w a y O p e r a t i o n C o.,L t d.,B e i j i n g 1 0 0 0 4 4,C h i n a)
4、A b s t r a c t:A m e t r o c a r d e p o t i s a b a s e o f p a r k i n g,d a i l y m a i n t e n a n c e,i n s p e c t i o n a n d r e p a i r o f m e t r o t r a i n s w h i c h h a s a l s o i m p o r t a n t f u n c t i o n s s u c h a s c a r r e s c u e,a d m i n i s t r a t i o n a n d m a
5、t e r i a l s u p p l i e s.W h e n a m e t r o t r a i n f i n i s h e s i t s o p e r a t i o n o r e n c o u n t e r s a s p e c i a l s i t u a t i o n,i t w i l l r e t u r n t o t h e c a r d e p o t f o r“p h y s i c a l e x a m i n a t i o n”o r“t r e a t m e n t”i n o r d e r t o m a k e f
6、u l l p r e p a r a t i o n f o r t h e s a f e o p e r a t i o n.F o l l o w i n g t h e h i g h-s p e e d d e v e l o p m e n t o f B e i j i n g S u b w a y,t o c o p e w i t h c o n t i n u a l l y i n c r e a s i n g q u a n t i t i e s o f t r a i n s a n d p a s s e n g e r s,t h e p r e s s
7、u r e o f o p e r a t i o n,m a i n t e n a n c e,i n s p e c t i o n a n d r e p a i r,s c h e d u l i n g,o p e r a t i o n a n d p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t a n d c o n t r o l o n t h e c a r d e p o t k e e p s i n c r e a s i n g.B a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e c u r
8、r e n t o p e r a t i o n a l s i t u a t i o n o f c o n v e n t i o n a l s u b w a y c a r d e p o t s,t h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e d e f i n i t i o n a n d t h e s e r v i c e f u n c t i o n s o f t h e i n t e l l i g e n t c a r d e p o t o f s u b w a y.C o m b i n i n g
9、w i t h t h e c o n s t r u c t i o n n e e d o f t h e i n t e l l i g e n t c a r d e p o t o f B e i j i n g S u b w a y a n d c e n t e r e d o n t h e o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e o f c a r s a n d t h e m a i n t e n a n c e o f e q u i p m e n t,i t a n a l y z e s t h e t o
10、p-l e v e l n e e d o f t h e i n t e l l i g e n t c a r d e p o t p r o g r a m o f B e i j i n g S u b w a y,s t u d i e s t h e i n t e l l i g e n t u p g r a d i n g t e c h n o l o g i e s f o r t h e c a r d e p o t i n t e r m s o f p r o d u c t i o n s c h e d u l i n g,i n s p e c t i o
11、n,r e p a i r a n d m a i n t e n a n c e a n d i n t e g r a t e d m a n a g e m e n t a n d c o n t r o l.I n t h e p r e m i s e o f g u a r a n t e e i n g t h e s a f e a n d s t a b l e o p e r a t i o n o f t h e c a r d e p o t,i t p r o p o s e s a d i g i t a l i n t e l l i g e n t c a r
12、d e p o t p r o g r a m c o v e r i n g t h e i n t e l l i g e n t s c h e d u l i n g a n d o p e r a t i o n,t h e i n f o r m a t i z a t i o n o f o p e r a t i o n,m a i n t e n a n c e,i n s p e c t i o n a n d r e p a i r a n d t h e d i g i t a l i z a t i o n o f i n t e g r a t e d m a n
13、a g e m e n t a n d c o n t r o l w h i c h c a n r e d u c e t h e o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e c o s t s a n d i n c r e a s e t h e e f f i c i e n c y o f o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e m a n a g e m e n t,e s t a b l i s h a p r o p a g a b l e a n d r e p r o d
14、u c i b l e m o d e o f c a r d e p o t c o n s t r u c t i o n a n d m a n a g e m e n t,c o n t i n u a l l y i m p r o v e t h e o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e l e v e l a n d h e l p t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e“i n t e l l i g e n t u r b a n r a i l”r e a c h a h i g
15、h e r s t a g e o f d e v e l o p m e n t.K e y w o r d s:i n t e l l i g e n t c a r d e p o t;p r o d u c t i o n s c h e d u l i n g;i n s p e c t i o n,r e p a i r a n d m a i n t e n a n c e;i n t e g r a t e d m a n a g e m e n t a n d c o n t r o l;i n t e l l i g e n t u r b a n r a i l收稿日期:
16、2 0 2 3-1 0-1 0第一作者:丁明辉(1 9 8 7),男,高级工程师。地铁车辆段是对地铁车辆进行清洗、检查、维修等生产作业的基地,以保证车辆处于健康状态,保障车辆在正线安全运行1。目前,我国传统地铁车辆段还存在如下问题:地铁车辆段的计划编制,如检修计划、日第6 1卷第1期2 0 2 4年1月运营计划等,需要收集大量的数据,依靠调度员编制,效率低下;资源利用率低,车辆段的调度在编制计划时往往依靠经验对资源做出安排,难以做到对资源的合理利用,带来资源的浪费;生产管理效率低,一些车辆段对生产过程采用人工管理,如工单的生成、下发和销单,都需要到车辆段调度中心人工领取工单和销单,造成了时间上
17、的浪费2-3。近年来各城市轨道交通建设模式,从传统逐渐向智能、智慧化方向不断迈进,尤其是在轨道交通协会 智慧城轨发展纲要 的指引下,在各城市轨道交通逐步开始建设GOA 4标准的全自动运行线路的大背景下,建设符合全自动运行列车特点的智能化、智慧化车辆段已成为一种趋势4。国内许多车辆段采用了一些智慧化的管理手段,如重庆和成都建设了乘务派班系统、合肥地铁建设了智能架大修管理系统等,在一定程度上提高了信息化管理水平,但仍缺乏统筹计划,导致一些信息系统之间无法数据共享。1 智慧车辆段研究现状针对传统地铁车辆段暴露的运维管理问题,为了提升地铁车辆段的智慧化水平,众多学者进行了广泛研究。刘丙林等5对车辆段智
18、能运维系统进行了研究,将系统分为智能检测系统、智能生产管理系统和车辆智能专家诊断系统,完成对车辆部件状态的智能检测、运营日计划编排、工单冲突的智能检测,以及通过采用大数据、人工智能等技术,对车辆运行状态进行监测和故障预测,评估车辆健康状态,并结合车辆段的维修资源情况,给出合适的维修决策。胡佳琦6对上海地铁的车辆智能运维系统进行了研究,在物理上将车辆智能运维系统划分为车地无线实时传输子系统、轨旁车辆综合检测子系统和车辆维护管理子系统三部分,涵盖能够支撑车辆运维的技术、管理和标准。金艳萍7和武舒然8从设计角度对地铁车辆智能检修管理系统的功能和架构进行了研究。上述研究主要针对车辆段的车辆运用业务,并
19、未包含其他业务,达不到对车辆段进行智能化和精细化管理的目的。在已有研究的基础上,本文针对传统车辆段生产运营所暴露出诸多问题的解决方法,从智慧车辆段的顶层进行流程的梳理和设计,通过信息化手段,采用大数据及人工智能技术,实现流程电子化和智能化、提升运维效率、改善运营质量,探索建设智慧化车辆段以便更好地维护全自动运行列车9。2 智慧车辆段的定义按照我国现行地铁设计规范中规定的,地铁车辆段主要功能是承担车辆的定修、大修、架修等定期修程任务,完成段内设备和机具的维修,调车停放、编组和日常检查、一般故障处理、清扫洗刷及定期消毒等日常维护保养。随着全国各个城市地铁线路建设数量的增多以及智慧地铁、智慧城市的不
20、断发展,目前按照全自动运行模式设计建造的地铁线路越来越多。在全自动运行模式下,为保证安全及系统功能,车辆段设计需要结合自动运行区及非自动运行区的功能需求进行统筹考虑,以满足全自动驾驶地铁车辆的要求。地铁智慧车辆段是在工业自动化与信息化融合的背景下,围绕改善地铁场段生产、运营、管理等资源,综合利用工业互联网、物联网、大数据、5 G、云计算等信息技术手段,结合地铁车辆段先进的管理理念,建立广泛覆盖和深度互联的地铁车辆段信息网络,对地铁车辆段的车辆、设施、设备、物料、人员等资源的多方面生产要素进行全面感知采集,并整合构建协同共享的地铁车辆段信息网络平台,对采集的信息进行智能处理利用,从而为地铁车辆段
21、的生产管理、调度管理、乘务管理、设备设施管理、物料管理、人员管理等提供智能决策依据及手段,为地铁车辆段管理提供智能信息资源及开放式信息应用平台1 0。3 智慧车辆段业务规划及架构3.1 智慧车辆段业务需求(1)面向车辆段检修维护的业务需求地铁车辆段所涉及的专业众多,其中涉及到车辆、供电、机电、信号、设备、器具、测试台等设备数量巨大,而每种设备的检修维护内容、流程和模式又存在较大的差异,为了统一分析设备的运维智慧化需求,从状态监测、诊断决策和检修维护3个方面进行纵向分析,具体场景及内容如图1所示。图1 检修维护的业务场景在上述面向检修维护的场景中,状态监测、诊断决26北京地铁智慧车辆段方案研究
22、丁明辉,魏 运,朱鸿涛,侯思亦策和检修维护仍以人工为主,智能化水平较低,导致作业人员劳动强度大、效率低、易出错,且难以实现对检修数据的深度挖掘和分析等,设备设施一旦出现故障或病害,对运营的影响极大。从面向检修维护侧来看,现有的模式和手段难以满足地铁更加可靠、经济、智能的运维需求,主要表现在:线感知需求,通过利用传感技术、物联网技术、边缘计算技术等,实时采集车辆段设备设施的运行状态数据,提升感知的智能化水平和效率;“状态修”需求,深度挖掘感知数据,分析设施设备的劣化机理和演化规律,优化全寿命周期的修理策略,实现诊断决策由经验支撑向数据支撑转变;智能化作业需求,利用智能化无人检修装备和远程维修手段
23、替代现场人工作业方式,并可对作业质量进行后评价,实现“智能化状态修”;资产联动需求,统一设施设备管理与资产管理的颗粒度,打通检修数据和资产状态数据,保证资产价值属性与物理属性一致性,支撑资产全寿命周期管理。(2)面向车辆段生产调度的业务需求地铁车辆段面向调度组织的场景可分为场段内的车辆调度和场段内的生产调度。具体场景的业务内容和作业流程如图2所示。图2 生产调度业务场景 相较于高度自动化的地铁正线运营管理,地铁车辆段生产组织调度仍基本采用传统的较为粗放的管理模式,诸如:通过电话、手台、纸质单据等方式传递调度信息,及时性、准确性差;多岗之间人工互控保障安全,效率低、易出错。从面向调度组织侧来看,
24、既有管理手段和方式也难以满足段场信息的互联互锁、高效率、高可靠性、安全、高效、精准的运行智慧化需求,主要表现在:调度运行数字化提升,方便统一管理、统一协调、统一调度;简化各调度作业配合的中间环节,提高信息交换效率,提高调度工作效率;安全隐患主动辨识需求,减少或及时消除调度误差造成的潜在事故隐患,提高故障、灾害模式下的反应能力。(3)面向车辆段乘务运用管理的业务需求地铁车辆段面向乘务运用管理的场景主要是对乘务任务进行合理划分配对和对司乘人员进行统筹、优化安排,以实现乘务任务、司机出/退勤、司机中途轮换、用餐和司机工作量等调度和管理,保障正线行车安全,保证乘务人员身心健康和工作量均衡,并达到减员增
25、效的目的。乘务运用业务流程如图3所示。随着城轨运营装备水平的不断提升,在地铁车辆段统一数据集成平台的基础上,原来的人工编制乘务计划逐渐发展为计算机辅助编制,但是还没有实现乘务计划的智能化和最优化,需要利用信息化手段,优化完善乘务管理方式,统一作业信息机制,将乘务管理中行车计划的编制、自动派班、出勤管理、退勤、劳时统计以及公寓自动叫班管理各个作业环节的数据汇总统一形成完整的信息链,实现乘务员的数据集中、动态传输与信息共享;推动乘务安全管理、生产调度指挥的流程优化,实现精确调度指挥,满足精细化管理需要,实现全过程的无人派班管理。36第6 1卷第1期2 0 2 4年1月图3 乘务运用管理的业务场景(
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