基于智能高铁建设实践的智慧城轨整体设计方案研究

基于智能高铁建设实践的智慧城轨整体设计方

案研究

2020 年3 月，中国城市轨道交通协会发布了《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》，以统筹发展战略，明确建设目标，确定重点任务，谋划实施路径。《发展纲要》的提出点燃了各地建设智慧城轨的热情，但由于当前相关设计标准以及项目实践经验的匮乏，城轨企业在规划实施智慧城轨项目建设时，面临难以结合自身发展基础与实际需求，科学、合理制定实施方案的困境。文章基于已实施建设的智能高速铁路相关实践经验，同时结合城轨领域各专业的业务特点，提出一套针对智慧城轨建设的整体设计方案及相关建议，旨在为城轨企业开展智慧城轨建设相关研究或实践提供思路与启示。

智能高速铁路建设实践

2017 年，新时期铁路信息化总体规划发布，提出“智能铁路”的战略目标，中国铁路总公司正式启动智能京张、智能京雄等重大工程建设，并提出了建设智能高铁的发展目标。中国国家铁路集团有限公司以京张高铁、京雄城际铁路技术攻关和工程建设为依托，从顶层设计角度出发制定了完整的智能高铁体系架构。智能高铁是广泛应用云计算、大数据、物联网、移动互联、人工智能、北斗导航、建筑信息模型（BIM）等新技术，综合高效利用资源，实现高铁移动装备、固定基础设施及内外部环境信息的全面感知、泛在互联、融合处理、

主动学习和科学决策，实现全生命周期一体化管理的新一代智能化高速铁路系统。智能高铁的总体组成以一个智能高铁大脑平台为核心，包含智能建造、智能装备、智能运营3 部分，总体功能架构如图1 所示。

图1 智能高铁总体功能架构

2019 年12 月30 日，京张高铁开通运营。京张高铁是我国智能铁路最新成果的首次集成化应用，其实现了智能建造、智能装备和智能运营，开启了世界智能铁路的先河，为构建智能铁路技术标准体系，初步形成智能铁路应用格局奠定了基础。京张高铁在智能建造方面形成了5 类典型示范，包括参数化协同设计、BIM + GIS（地理信息系统）工程管理平台、路桥隧轨智能施工、四电智能施工以及客站智能施工；在智能装备方面形成6 类典型示范，包括智能动车组、高速列车自动驾驶系统、智能牵引变电所、智能灾害监测、一体化综合视

频以及基于BIM 的智能综合检测；在智能运营方面形成6 类示范应用，包括工电供一体化运维故障预测与健康管理（PHM）系统、智能调度集中系统、智能票务、智能客站、北斗应用以及大数据中心。国铁集团提出打造“精品工程，智能京张”的战略举措，使京张高铁集中国铁路建设运营技术和管理水平之大成，全面展示我国智能铁路创新发展的最新成果，成为中国高铁从世界先进水平向世界领先水平迈进的标志性工程。

智慧城轨整体设计方案

对于智慧城轨发展整体规划设计，一些地区城轨业主企业已经形成并提出了自有方案。中城协发布的《发展纲要》中也对智慧城轨建设提出了“1-8-1-1”布局结构的整体发展蓝图，其包括了创建智慧乘客服务、智能运输组织、智能能源系统、智能列车运行、智能技术装备、智能基础设施、智能运维安全和智慧网络管理八大体系，以及建立一个城轨云与大数据平台和制定一套中国智慧城轨技术标准体系。可以说，《发展纲要》较为全面地确立了建设智慧城轨需要规划建设的各大体系及相应的目标及重点任务，为今后我国发展智慧城轨把控住了总方向。但是，由于其属于规划类文件，所阐述内容尚不足以直接指导工程建设实施。在此，本文全面基于《发展纲要》建设思想、目标与内容，结合智能高铁实践经验以及城轨从业经验，从构建能力架构、功能架构与物理架构3 方面，提出具有实操性的智慧城轨整体设计方案。

2.1 能力架构

智慧城轨建设应以形成全面智能化应用与服务能力为目标，以引领城轨领域智慧化发展为标杆，以新技术、新材料、新工艺为支撑，实现覆盖城轨交通规划、设计、建设、运营和维护全业务流程、全价值链条、全生态体系的智能化，加速推动城轨企业运营安全、服务水平、生产效率、经济效益的全面提升，更好满足市民幸福出行。在明确上述建设原则的基础上，提出“1 中心”“2 支撑”“3 应用”的“1-2-3”智慧城轨设计框架，如图2所示。

图2 “1-2-3”智慧城轨设计框架

（1）“1 中心”。建设1 个智慧城轨云脑平台，全面部署“大、物、移、云、智”，综合承载智慧业务与应用，围绕云脑平台形成全局数据信息的充分汇集、交互、融合与分析能力，进而实现全系统的自主采样、学习与决策。

（2）“2 支撑”。建设2 个支撑体系，即智能建造技术体系与智能技术装备体系。设施设备是开展运营工作的基本载体，智能装备与建造技术体系的构建，可为智慧业务与应用场景提供应用基础与数据信息源支撑。

（3）“3 应用”。构建3 类智能应用场景，即智能乘客服务、智能运营管控、智能运维保障。基于云脑平台及智能装备与建造技术体系形成智能感知、智能分析、智能联动能力，面向服务主体用户需求，生成运营、服务、维保3大智慧场景，用数据驱动安全、效率、效益和服务的提升。

在“1 中心”“2 支撑”与“3 应用”体系的基础上，形成开展智能化运营业务的支撑能力、覆盖主要运营业务智能化的应用能力及主动思维决策能力。通过构建上述各体系，总体形成面向乘客、运营、供应商、政府部门、协作单位、区域同行的服务能力。

2.2 功能架构

功能架构通过综合考虑用户业务应用需求与技术发展应用条件

而制定形成，在需求分析的基础上对“2 支撑”与“3 应用”体系作

进一步细分，在18 个服务方向形成若干智能化功能应用，整体功能架构如图3 所示。

图3 整体功能架构

（1）智能建造技术。以BIM、物联网等先进技术为手段，以满

足工程项目的功能性需求和不同使用者的个性需求为目的，构建城轨项目建造和运行的智慧环境，通过技术创新和管理创新对工程项目全生命周期的全过程实施有效改进和管理。智能建造技术体系包含基于BIM 的工程建设管理、桥隧路轨工程智能化施工、四电工程智能化施工、车站智能化建造以及综合调试验收5个智能化服务方向，可针对城轨交通轨道、桥梁、隧道、路基、车站、通信、信号、供电、风水电全专业相关基础设施，在设计、建造、调试、验收各阶段进行智能化管理与实施。

（2）智能技术装备。以新技术、新材料、新工艺为支撑，装备应用智能化、网络化、集约化、人性化的新一代城轨交通车辆系统、能源系统、通信系统以及机电系统，实现列车全自动运行与互联互通、能源使用绿色环保、信息通信能力强劲与灵活便捷、机电设备系统集中可视可控。智能技术装备包含智能列车运行、智能绿色能源、智能通信平台、智能机电系统4 个智能化服务方向，可为我国城轨自主化技术装备的创新研发应用提供广阔舞台。

（3）智能乘客服务。重视乘客出行体验，链接生活要素，通过更人性化、智能化的服务手段，实现对乘客出行全链条服务需求的主动感知以及精准分析，并围绕资讯、出行等关键服务内容进行智能整合、提升，全面提供主动、及时、舒适、便捷的乘客服务[21]。智能乘客服务体系包含票务服务、站务服务、乘务服务、客运组织4 个智能化服务方向，可为乘客出行全场景提供智能化服务。