天津轨道交通智慧运营的探索

文/王路萍，天津城市轨道咨询公司总经理

目前天津轨道交通建设正处在发展的关键时期，推动智慧城轨相关项目研究和建设符合《交通强国建设纲要》《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》等国家政策和行业发展需要。《天津市“十四五”规划和2035年远景目标建议》同样指出打造交通强市，加快城市轨道交通和市域（郊）铁路建设，推动传统和新型基础设施整体优化、协同融合，提升社会服务管理数字化、智能化水平。

随着天津城市轨道交通运营规模的迅速扩展和信息化水平的不断提高，如何高质量推进城轨信息系统向网联化、协同化和智能化方向发展成为重要的研究方向。车站作为城轨网络中最为关键的衔接部分，车站的有效监测与管理关系着整个城市轨道交通运营的基础。

针对城轨车站业务系统设备部署分散、信息资源共享程度低、业务流程融合协同效率不足，智能化综合管控提升难等问题，依托BIM、工业互联网、人工智能等技术，研究以数据为核心构建车站人、机、物等要素的全面互联，实现城轨车站综合业务、复杂专业系统集成的运营管理优化和效率提升，推动城轨车站实现数字可视化、业务协同化、管理智慧化。

主要意义：一是推进智能感知技术在车站管理中的应用，增强设备运行状态数据的监测广度与深度，为设备运营故障及健康状态的分析提供技术支持；二是采用基于BIM和数字孪生的车站生产要素全景可视化展示，有利于车站管理的全局管控，保障车站安全稳定运营；三是实现多种运营场景的可视化监控、应急事件感知、人员异常行为感知，提升车站运营及应急指挥能力。

天津轨道交通现状

天津轨道交通开通运营线路地铁线路共有6条，线网覆盖11个市辖区，通车线路分别为1、2、3、5、6、9号线，总运营里程232千米，共设车站143座；2019年，天津轨道交通年客运量为5.2506亿人次，日均客运量约为143.85万人次。

2015年9月14日，中国国家发展和改革委员会批复了《天津市城市轨道交通第二期建设规划》，规划建设M3线二期（南延）、M7线一期、M8线一期、M10线一期、M11线一期、Z2线一期、Z4线一期和B1线一期等8个项目，总长约228.1公里。建成后将形成14条运营线路、总长513公里的轨道交通网络。

天津市城市轨道交通远景年线网由28条线路组成，总里程1380公里。目前正在进行新一轮线网规划修编工作，为推进京津冀一体化战略落地，促进京津冀都市圈经济繁荣，进一步规划了市域郊铁路。天津各区县结合城际铁路、市域铁路、轨道交通等规划建设工作，也在开展中低运量轨道交通的规划和建设工作。

天津智慧城轨的研究及技术路径

天津轨道交通经过多年的研究与实践，总结提炼出属于天津地铁基本特征的智慧地铁 定义，并进行相应的设计与执行；同时构建了“一朵产业云：互联网产业云；两类智能数据：管理数据、生产数据；三大标准体系：运营管理、综合技术标准、智能装备；四个智慧领域：智慧建设、智慧运营、智慧资源、智慧管理；五层技术架构：综合决策层、业务应用层、数据处理层、服务平台层、智能采集层”的天津智慧城轨框架并同步开展了一系列的智慧地铁应用探索。天津智慧城轨的研究与试点是网络化运营下的业务痛点与需求出发，以“安全、服务、效率、效益”4 个维度作为智慧智慧城轨的建设目标。各类智慧化应用的试点项目需要以上这四个维度指导建设，构建智能感知、协同联动的能力，以数字化驱动地铁业务的执行提升，支撑天津轨道交通网络的可持续发展。

（一）总体技术思路

对标国家和行业发展策略和目标，参照《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》中“1-8-1-1”发展蓝图，对技术发展现状进行调研，对天津轨道的现状、存在问题、发展需求进行分析和评估，落实智慧城轨建设需求，实现智慧城轨的建设目标。

（二）顶层设计规划——技术路线

行业技术发展和天津轨道实际需求相结合，落实指导思想和基本原则，确定总体目标和建设目标，贴合天津轨道交通特点分版块确定需求及功能，进一步设计应用功能架构、技术架构、数据规划和标准体系，落实智慧轨道的实施方案，包括建设项目、实施筹划、保障措施。

（三）智慧城轨建设——PEOS模式

以人为本，因地制宜，结合现状以科学定位，合理配置资源，开展统筹规划（Plan as a whole）；选取典型应用场景和车站进行试验、示范（Experiment）；优化完善（Optimise）智慧化应用成果，打造可复制、可推广的智慧城轨建设管理模式，最终实现推广应用（Spread）。

（四）生产业务智慧化

从业务需求出发，以智能感知为基础，实现对设施、人员、运营态势的感知智能；通过对数据的分析利用实现健康状态判断、业务闭环管理、自主学习提升，逐步实现认知智能、行动智能，实现提质增效的总体目标。

（五）管理提升智慧化

根据天津轨道交通管理架构特点，分析管理提升的业务需求，结合新型信息化技术手段，落实管理提升的规划建设方向，实践智慧化技术方案措施。

（六）数据规划路线

数据规划是智慧城轨规划的核心，首先建立各专业感知数据的采集原则，确定数据服务平台的架构和技术设施，进一步确定数据的共享共治方案，建立分类存储处理规则，根据业务应用落实数据分析方法、挖掘数据价值，实现综合决策的应用场景。

（七）核心技术建设方向

结合天津轨道交通智慧化建设实践，根据业务版块特点，发展天津智慧城轨的特色核心技术，主要包括：网络统筹管理技术、智慧车站技术、数据治理技术、车辆及设备运维技术、新型技术装备。

智慧车站

（一）总体定位

结合采用全自动运行系统的车站运营场景，设计智慧车站的总体功能，具体实现车站态势全感知、客运服务智能化和人员管控精细化，全面支持多职能队伍的建设，实现岗位复合和减员增效。一方面确定车站运营需求，定义车站管理内容，明确运营场景，并以车站各岗位作业内容为引导，转换车站智能化需求; 另一方面梳理现有的技术支持，如系统设备和大数据支撑，以及车站现有的工作流程、台账记录、岗位标准和预案文本等，并从车站运营管理、设备管理和人员管理智能化以及故障联动、消防联动、大客流应急联动需求进行梳理，并从人员布岗作业、信息流转和设备联动三方面确定功能需求和系统配置。

（二）特征分析

1.线网特征：线网架构高度依托城市重要节点；双城化发展，中心城区和滨海新区分区规划和建设；以外环为界，环内相对高密度和环外低密度。

2.客流特点：通勤客流为主，潮汐客流突出，时段客流差异较大；客流强度较低，分为枢纽站，中心站、一般站和小客流站；客流组成中老人及小孩占比较高。

3.管理特点：集团制版块化管理，职能及管理较为清晰；PPP建设模式下存在多个建设主体和运营管理主体；资金和成本控制压力较大。

4.技术特点：各期建设线路技术差异较大，存在较大代差；设备厂家较多，设备系统的标准化需要进一步提高。

5.系统架构：智慧车站以高效的运营管理、优质的乘客服务为目标，实现车站系统及设备运行状态的实时监视，实现车站环境、客流、突发事件的实时感知，实现车站的自主运行，实现乘客服务的无人化或者少人化运作，总体框架分为7层。

（1）感知系统层。包括各智能化系统、智能设备、控制装置、执行装置和传感设备，实现对建筑结构及建筑内部附属设施、环境和人的实时感知与智能控制。

（2）网络传输层。采用统一的通信接口协议，通过公网或专网以无线或有线方式，将信息、数据与指令在感知系统层与数据层、平台支撑层和应用层之间传递。

（3）基础设施层。包括平台运行所需的计算、存储、网络和安全设备，可采用物理服务器，也可采用云服务器。

（4）数据层。实现数据资源统一组织和管理及数据的标准化与统一表达，为数据交换和共享提供支撑。

（5）平台支撑层。支撑上层应用的各种服务组件，可根据实际需求不断增加。

（6）应用层。包括满足运营管理和办公生活需求的各类应用。

（7）展示层根据不同的应用场景，提供多种展示交互方式。

6.功能设计：基于数字孪生技术的车站多元生产要素数字模型及可视化监视技术，通过研究建立车站人员、设备、设施、建筑、环境等生产要素3D模型，通过物联网接入设备实时信息实现三维可视化的车站联动控制监测系统，实现了对车站设备运营阶段故障预测和联动控制，高可靠性预警。

对“人员—设备设施—环境”等在时域空间的预测与推演，基于多智能体协同控制技术，对客流、设备、供电、视频、其他等专业之间数据实时交互、数据和设备协同联动控制，实现车站作业自动化、管理信息化、乘客服务自主化、信息发布多样化以及设备管理精细化。本技术实现应急处置自动化，提高车站运营的智能化水平。

基于数字模型的创建适应于车站生产要素融合平台，采用BIM、物联网和大数据技术，建立融合无人客服、智慧信息、客流监测与预警、智能安防、智能站务等各模块信息的多源信息融合处理框架，形成集数据采集、数据传输、数据处理、数据清洗为一体的多专业、多结构的全面信息融合体系，本技术实现融合12类设备监测数据、 TB级数据处理能力，并实现车站无人化或少人化。

7.试点情况

（1）天津站。天津站位于天津市河东区天津站后广场地下，是天津站交通枢纽重要组成部分，是天津地铁2号线、天津地铁3号线和天津地铁9号线的换乘节点，同时满足地铁2、3、9号线、京津城际、津秦客专、地下直径线、国铁等旅客换乘的需要，实现了轨道交通与城际铁路及其他交通方式之间的“无缝换乘”。天津站为一类车站，客流量大，是交通枢纽车站，试点工程将侧重于面向乘客服务与智慧出行特色试点项目，主要示范项目如下：一是智慧票务，语音购票、无感支付；二是智慧客服与导向，无人智能客服中心、智能导向；三是智慧出行，智慧信息发布、智慧出行移动APP体验、智能列车的信息服务、智慧卫生间；四是客流监测与预警；五是智能安防；六是智能站务管理。

（2）文化中心站。文化中心站是5、6、11号线的换乘车站，为二类车站，是地铁大型换乘站，试点工程将侧重面向设备智能运行与科技体验为试点特色项目，建立示范站。主要示范项目如下：智慧客服与智能导向、设备运行感知、能源管理、一键开关站、智能站务管理。

（3）张贵庄站。张贵庄站为地铁9号线的高架车站，三类车站，试点工程将在侧重面向环境感知与站务管理特色试点项目，建立示范站。主要示范项目如下：智能环境感知与动态调控、电扶梯与异常行为监控、能源管理、一键开关站。

天津轨道交通在经过近些年的高速发展，逐渐形成了从满足运营基本需要向智慧化发展的行业趋势，通过对智慧车站的研究，打破当前设备系统之间数据互联互通的壁垒，更重要的是重新定义了车站的服务功能，洞悉了乘客及车务运营管理的新需求，从业务流程、管理流程上进行了优化，并形成天津轨道交通智慧车站的建设标准，进而指导后续线路的智慧车站建设，也可为其他城市智慧地铁的建设提供参考。