德国铁路4.0战略

聂宁，官科，2，钟章队，2

（1. 北京交通大学 轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京 100044；2. 北京市高速铁路宽带移动通信工程技术研究中心，北京 100044）

德国铁路4.0战略

聂宁1，官科1，2，钟章队1，2

（1. 北京交通大学 轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京 100044；2. 北京市高速铁路宽带移动通信工程技术研究中心，北京 100044）

为应对数字化和互联网技术带来的影响和挑战，德国铁路股份有限公司提出了铁路4.0战略。介绍铁路4.0战略这场深刻的德国铁路数字化变革产生的背景、预期目标、重要举措和保障措施，分析铁路4.0战略中的运输4.0、物流4.0、基础设施4.0三大举措的具体内容，为我国继续提高铁路服务质量、促进铁路信息化建设提供借鉴。

德国铁路；铁路4.0；运输4.0；物流4.0；基础设施4.0；数字化

1 铁路4.0战略概述

当今时代，信息技术的迅猛发展和社会的数字化进程对铁路服务产生了全方位影响，不可避免地对铁路运营和发展带来挑战。同时，新型共享交通、长距离公共运输、廉价航空等运输方式也持续对铁路盈利带来压力。

近年来，德国铁路股份有限公司（DB）长距离运输业务的利润变化趋势见图1。由图1可知，2009—2012年DB长距离运输业务的利润呈上升趋势，而从2012年起，由于共享用车平台、长途公共汽车运输和廉价航空引起的市场变化，造成德国铁路运营利润大幅下滑[1]。为应对这一变化，DB将数字化进程视作宝贵的发展契机，实施了一系列举措，即铁路4.0战略（见图2）。铁路4.0战略包括运输4.0、物流4.0、基础设施4.0，并以生产4.0、工作环境4.0和信息技术4.0作为支撑；推出新型运输产品、服务和跨模式的联网方式；建立数字化客户界面用于实时信息推送；积极发展学术性合作伙伴[2]。

为实现铁路4.0战略，DB启动了一系列项目，投入大量精力来推进铁路运输和运营的数字化发展（见图3）。主要包括建立多模式约车平台、为物流业务开发手机应用、为顾客提供智能行程和列车线路规划等服务；推出在线机车诊断工具、基础设施建设项目虚拟规划与管控系统、使用数字化设备进行维护工作等，逐渐形成智能化运营体系；通过建立相关实验室、组织“创业夏令营”等措施促进铁路研究创新工作发展。

图1 DB长距离运输业务的利润变化趋势

图2 铁路4.0战略

图3 铁路数字化发展举措

2 运输4.0

2014年，DB市场部完成了顾客需求分析报告，报告显示，除传统的基础性服务外，还有四大综合体验因素影响着乘客的用户体验。传统的综合基础因素包括旅程是否省钱省时、可持续和可靠（列车是否准时、乘车环境是否洁净）；而四大综合体验因素包括旅程的舒适程度、丰富性、个性化，以及是否可以直达目的地（或转车线路是否简单易懂）。这些都是以客户为中心的企业所要关注的。

通过运输4.0的改革，DB想要达到为不同的目标客户，从商务出行者、通勤人员、休闲旅行者、背包客到家庭出游者和学生等，提供从旅客萌生出行意向、进行旅程规划和预订车票开始，到出发至火车站的路线选择，再到乘火车出行、到达目的火车站以及到达最终目的地，甚至包括旅程之后的反馈意见收集等整个与出行有关的所有产品和服务设计，从而满足客户全部已提出的和潜在的各种需求。

预计到2025年，在数字化大潮的驱动下，运输方式将发生巨大变化（见图4）。首先，廉价航空和共享用车新方式（如搭车、拼车、共享单车等在市内交通和局部地区的应用）将兴起并得到更多欢迎；无人驾驶汽车将在高速公路上提供更灵活和个性化的交通，机器人小汽车（Cab）将研制成功并投入使用，这些新型交通工具使出行方式更加多样化，公民的出行和生活更方便；此外，有外出需求的旅客将享受数字化旅程：旅程中的供应细节完全透明化，并由智能助手协助制定最优的个性化出行方案。

图4 运输4.0未来前景展望

近年来乘客已极大受益于众多数字化平台和应用，例如网上购票和验票、导航选择线路工具（DB Navigator）、租车平台（Call aBikeapp、Qixxit）等。然而，若要达到数字化旅程的要求，即运输4.0的目标，还必须保证乘客在乘车过程中始终保持无线通信连接，这就需要在电信基础设施和列车设计上投入更多资金。使乘客在列车上保持移动无线连接的技术基础和方案见图5：第一种方式是通过列车的独特设计使乘客的移动设备可以实现与基站信号直连；第二种方式是利用位于车顶的天线和基站相连接，并利用位于车厢内部的中继器对车顶天线接收信号进行放大转发，使外部信号有效抵达位于车厢内的移动用户终端，提供语音和数据服务；第三种方式是将第二种方式中的中继器改为车厢内Wi-Fi，让乘客可以享受数据服务。目前德国ICE高速列车均已实现Wi-Fi的免费全覆盖，其中一等座旅客可以无限制享用数据服务，二等座旅客可使用的数据量有限制，但依然可以保证邮件收发和各种社交软件的在线连接。

图5 电信基础设施

3 物流4.0

在物流4.0中，德铁信可（DB Schenker）推出了一系列数字化变革举措，以期望在未来的物流市场可以取得关键性进展，形成先进的商业模式，使DB更具竞争力。

未来，希望在产品开发中推出新的智能解决方案，并开发出未来的客户交互界面；在资产货物存储和物流过程的优化方面，力图达到资产存储的智能化，形成新型数字化车间，并通过数据分析来优化物流过程。DB Schenker计划通过建立实验室、与第三方研究人员合作以及与客户共同建立创新项目等方式促进物流4.0目标的实现。

此外，DB Schenker还将持续进行创新性研发，以期能尽快使铁路货运列车自动运行（ATO）成为现实。目前，世界各国已经成功建设了很多能够运行无人驾驶列车的地铁。2015年，澳大利亚制造了世界首列全自动的重载铁路列车，无人驾驶列车早已在技术上成为可能。无人驾驶列车主要有3个特征：自动驾驶、障碍物检测和自诊断，在这些方面，德国铁路已取得了一定的技术成果。

通过运输4.0和物流4.0两大举措，可以看到数字化发展的以下8大关键性进展将塑造铁路运输和物流的未来：

（1）数字化工作流程：传统的纸质化运营将被数字化工作流程替代（例如生产过程）；

（2）客户交互界面：努力提高服务的透明度、可见性，使客户能便捷地获取实时有效信息，同时保证乘客的舒适性；

（3）数字化平台：在线售票平台将提供供求信息，协助分析变化，提高市场透明度；

（4）电子商务：在封装和邮寄发货方面提供更多工作机会；

（5）（大）数据分析：新时代下将不断产生大量信息数据，加大对数据处理和分析方法的研究投入，将使大数据尽快为铁路高效运营提供依据；

（6）资产（货物）智能化管理：仓库将逐渐配置传感器或其他智能设备，用于实时监测货物的贮存状态，包括声、光、温度、湿度等指标，利于管理；

（7）设备自主化：设备本身以及设备之间的联系都将变得更加自主化，例如自动驾驶车辆、自主化仓库等；

（8）3D打印：DB推动采用3D打印技术以缩短供应链，减少交货时间和备件库存成本，从而提升物流竞争力。

4 基础设施4.0

在数字化改革中，DB致力于将运营中面向乘客的环节简洁化、智能化，使乘客接受服务需要进行的操作更加简单便捷；而其他复杂的环节，如财务、基础设施建设、负载计算等将有条不紊地在系统后台运行。

在铁路养护维修方面，数字化可以起到很大作用。例如，现场维修工人在检查钢轨时往往不能立即对故障做出准确判断，需要专家的专业指导。DB开发出Mayday手机应用，使现场维修工人在按下Mayday键后能够和专家建立实时连接，通过图片和视频及时交流现场情况和维修方案。由于专家具有更多的专业知识，并能在数据库中获取有用的信息和资料，可以进行远程指导，从而实现更有效和快捷的维修。这种方式提高了维修效率和顾客满意度。

铁路系统的数字化还有利于提高基础设施的可用性。如图6所示，远程诊断工具“DIANA”通过在钢轨、轨旁设施和架空线路上部署检测点，利用传感器实时监控各项指标，可远程分析钢轨状态和设施的可用情况，预测故障发生概率。相关部门可以实时关注反馈信息，可以及时、有针对性地对各种情况采取处理措施。

列车时刻表的数字化极大提高铁路运输的竞争力。在未来列车完全数字化的情况下，客户可以随时查询旅程或货物运输的全部信息。

未来数字化的铁路系统将拥有以下不可替代的优势：第一，列车运行完全按照规划，列车到达各站点的时刻都可以准确预测，若有变化，也会实时上传调整信息；第二，数字化的铁路将是最安全的运输方式之一；第三，与水运和公路运输相比，铁路对环境更友好；第四，列车运行信息将更透明并更易获取，乘客可以随时查询到符合自身要求的列车信息，从而制定合适的出行计划。

图6 智能化监测手段

5 结束语

德国铁路4.0战略是一次以提升乘客满意度为目标，并深入到生产、运营、维修养护、客户交互等铁路系统各环节的技术变革。在与客户交互方面，运输4.0、物流4.0和基础设施4.0三大举措致力于形成基于数据的商业服务模式，简化客户交互界面，优化定价模式；在运营维护方面，这三大举措逐渐实现铁路系统工作流程智能规划、列车无人驾驶和物流过程自动化，并基于数据分析进行产品优化。

此外，生产4.0包含基于路况的预测性维护、无人驾驶列车控制、新的通信标准应用（5G）、机器人手臂应用、3D打印维护、运营过程自动化等。工作环境4.0、信息技术4.0和其他前沿研究提供了强大的技术支撑。工作环境4.0形成工作人员全新的组织和合作模式，注重员工培训，使员工不断提高专业素质，各有所长、各司其职；信息技术4.0包括建立大数据处理中心，建立IT工具箱，并致力于系统安全保密性的研究；同时，DB还建立了相应实验室来进行前沿技术的研究，并创办一些活动赛事吸引创新人才，为研究注入活力。

总体而言，德国铁路4.0战略目前已初见成效，举办了大量企业活动、促进大量项目的立项与推进，带动DB企业文化的建设，使员工对铁路行业的数字化前景有了明确认识。这次变革必将引起相关市场发生变化，促进相关规范标准向数字化方向改进。但从长远看，仍存在一些挑战，例如如何提升产品的吸引力、大数据有效分析的方法研究、文档的简化和数字化、基础设施和列车运行的自动化、连接的安全性等。这些也是学术上开放的、有潜力的研究领域，有待各界研究人员共同进行突破。

德国铁路这次变革是一项有远见、紧跟时代发展的举措，为正在腾飞和准备走出去的中国铁路带来很多启示。首先，当数字化手段和多元化交通方式给铁路行业盈利带来压力时，德国铁路采取了积极的、顺应技术发展潮流的方式，发起了致力于实现铁路数字化和盈利多元化的大变革，从而能够及时应对挑战，避免了被时代发展所淘汰的命运。其次，铁路4.0战略是一次技术的革新，DB专门建立相关实验室，与大学和研究所进行多种学术合作，并举办多种创业活动吸引人才，这些深入的技术研究和广泛的学术合作保证铁路4.0战略的各项举措都处于技术的前沿，DB也得以确立了在包括铁路移动通信技术在内的相关领域的国际领先地位。最后，德国铁路4.0战略的改革始终将客户满意度放在最重要的位置，真正做到了以顾客为中心。当前，我国正处于“十三五”这一铁路改革发展关键的五年，应着眼时代发展新要求，顺应人民群众新期待，主动适应经济新常态，加快实现新发展，这也是促进铁路改革发展、推动中国铁路“走出去”的深层次需要[3]。

[1]MARKUSKSOLL.DeutscheBahn-DigitalTransformationand Long-termChallenges[EB/OL].（2016-03-27）[2016-12-01].http://fsr.eui.eu/wp-content/ uploads/2016/03/151127KsollM.pdf.

[2]国家铁路局.德国铁路的工业4.0战略初步设想[EB/OL].（2015-10-15）[2016-12-01].http://www. nra.gov.cn/xwzx/zlzx/jwtlxx/201510/t20151015_ 17921.shtml.

[3]国铁科法［2017］15号铁路标准化“十三五”发展规划[S].

责任编辑李凤玲

German Railway 4.0 Strategy

NIE Ning1，GUAN Ke1，2，ZHONG Zhangdui1，2
（1. State Key Lab of Rail Trafc Control and Safety，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；2. Beijing Broadband Mobile Communication Project Technology Research Center for High Speed Railway，Beijing 100044，China）

To cope with the infuence and challenge brought by digitalization and internet technology, Deutsche Bahn (DB) put forth railway 4.0 strategy. The paper introduces the background, targets, major moves and safeguard measurements for this digital change of German railway, analyzes the contents of three major moves, including transport 4.0, logistics 4.0 and infrastructure 4.0, providing references for the improvement of service quality of high speed railway and the IT technology extension for China railway.

German railway；railway 4.0；transport 4.0；logistics 4.0；infrastructure 4.0；digitalization

U29

A

1001-683X（2017）05-0086-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.05.086

2017-03-13

聂宁（1992—），女，硕士研究生。

E-mail：15120429@bjtu.edu.cn