首都機(jī)場(chǎng)自動(dòng)旅客運(yùn)輸系統(tǒng)數(shù)字化管理工作平臺(tái)建設(shè)方案

任海平 王 超

(北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)股份有限公司，100621，北京//第一作者,助理經(jīng)濟(jì)師)

北京市首都機(jī)場(chǎng)3號(hào)航站樓的自動(dòng)旅客運(yùn)輸(APM)系統(tǒng)建成于2008年北京夏季奧運(yùn)會(huì)期間，是中國(guó)首次引進(jìn)無人駕駛技術(shù)的軌道交通線路。目前，首都機(jī)場(chǎng)APM線共有18節(jié)列車，采用龐巴迪公司生產(chǎn)的CX-100車輛和CITYFLO550列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，每節(jié)車廂長(zhǎng)約12 m，寬2.8 m，額定載客量為83人。該線自投入運(yùn)行以來，伴隨著首都機(jī)場(chǎng)旅客吞吐量的不斷增長(zhǎng)，線路所需承擔(dān)的旅客運(yùn)輸任務(wù)也越來越重。首都機(jī)場(chǎng)APM線對(duì)實(shí)際運(yùn)維工作流程進(jìn)行了全面梳理，建立了一套滿足全生命周期管理的電子化運(yùn)維平臺(tái)，旨在不斷提高運(yùn)行效率和客服水平，最大限度提升APM系統(tǒng)的保障能力。

1 首都機(jī)場(chǎng)APM線的運(yùn)營(yíng)組織方案

1. 1 APM線的建設(shè)背景

2008年，作為北京奧運(yùn)會(huì)的重要配套項(xiàng)目，首都機(jī)場(chǎng)3號(hào)航站樓(簡(jiǎn)為T3)投入使用，其總建筑面積98.6萬m2，南北跨度達(dá)到2 900 m，是當(dāng)時(shí)世界上面積最大的單體航站樓。根據(jù)國(guó)際民航組織對(duì)機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)原則,從辦票柜臺(tái)至登機(jī)門,在沒有任何機(jī)械輔助設(shè)施的情況下,可接受的最大步行距離是300 m。在300～1 200 m的距離內(nèi)可采用自動(dòng)步道作為輔助設(shè)施,而超過1 200 m則需要采用更為快捷的交通方式[1]。

因此，為了滿足旅客的出行需求，有必要建設(shè)一套舒適便捷、安全可靠的軌道交通系統(tǒng)。根據(jù)T3的實(shí)際運(yùn)輸場(chǎng)景，該軌道交通線路設(shè)T3-C、T3-D和T3-EH 3個(gè)車站。其中：T3-C站臺(tái)至T3-E站臺(tái)的路程距離為2 080 m，沿途的高度落差較大，允許車輛變換道岔的曲線半徑較小，且車輛需滿足自動(dòng)運(yùn)行、換端自由等特點(diǎn)。線路的軌道斷面圖如圖1所示。

圖1 首都機(jī)場(chǎng)APM線的軌道斷面示意圖

通過對(duì)比鋼軌制式和膠輪制式的軌道交通特點(diǎn)后發(fā)現(xiàn)，膠輪制式運(yùn)輸系統(tǒng)在爬坡能力、轉(zhuǎn)彎半徑、制動(dòng)性能、噪聲和舒適度方面更勝一籌，且線路設(shè)計(jì)的自由度更強(qiáng)。因而，選用膠輪制式的APM系統(tǒng)，更適合在首都機(jī)場(chǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行短距離的旅客運(yùn)輸[2-3]。

1. 2 運(yùn)營(yíng)組織分析

首都機(jī)場(chǎng)APM線采用世界范圍內(nèi)成熟度較高的龐巴迪CX-100型車輛及CITYFLO550型列車自動(dòng)控制系統(tǒng)。線路系統(tǒng)規(guī)模雖然不大，但專業(yè)多、子系統(tǒng)復(fù)雜。首都機(jī)場(chǎng)主要負(fù)責(zé)APM范圍內(nèi)的運(yùn)行組織、旅客服務(wù)、安全保障、維保維修、備件采購(gòu)、升級(jí)改造等全過程的管理工作，線路的運(yùn)行與維護(hù)則采取了長(zhǎng)期外包模式。這樣的管理方式，既保障了運(yùn)維的專業(yè)性，又做到了職責(zé)和權(quán)限的分工明晰。

如圖2所示，首都機(jī)場(chǎng)APM線正線部分共2條軌道。列車主要的運(yùn)行模式可分為3種，分別為緊閉循環(huán)模式(PL，Pinch Loop)、單軌往復(fù)模式(SH,shuttle),以及屏蔽掉某指定軌道區(qū)段的特殊緊閉循環(huán)模式(PL-no-X)。

圖2 首都機(jī)場(chǎng)APM線正線線路圖

2 首都機(jī)場(chǎng)APM線運(yùn)營(yíng)組織問題分析

APM線投入運(yùn)行以來，隨著旅客運(yùn)輸量的持續(xù)快速增長(zhǎng)和設(shè)備的逐步磨損老化，線路在有限的運(yùn)行資源下，運(yùn)營(yíng)管理的各類瓶頸短板也不斷暴露出來。

2. 1 線路運(yùn)能不滿足運(yùn)量需求

首都機(jī)場(chǎng)T3-D航站樓正式啟用后，APM線停靠站由原有的2個(gè)車站增加至3個(gè)車站。由于進(jìn)港航班高峰時(shí)段與出港航班高峰時(shí)段存在時(shí)間差，導(dǎo)致了各站臺(tái)搭乘的旅客量不均衡；此外，如果E類及以上機(jī)型的大型航班集中進(jìn)港，也會(huì)導(dǎo)致站臺(tái)旅客量的瞬時(shí)激增。雖然APM線靈活配備了一列備車，但由于沒有準(zhǔn)確的站臺(tái)旅客量統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)系統(tǒng)，往往是在站臺(tái)產(chǎn)生旅客積壓后才開始啟用備車或更改運(yùn)行模式，時(shí)間緩沖不足造成線路的運(yùn)力難以保障，客運(yùn)服務(wù)水平由此降低。

2. 2 未能實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道區(qū)施工狀態(tài)的集中監(jiān)管

首都機(jī)場(chǎng)APM線軌道區(qū)為露天環(huán)境，涵蓋軌道線路、車地通信、綠化噴淋、軌道照明、走形面加熱等多個(gè)子單元，可謂“麻雀雖小，五臟俱全。”當(dāng)多組施工人員進(jìn)入軌道區(qū)實(shí)施斷電作業(yè)時(shí)，中央控制中心只能通過局部監(jiān)控或?qū)χv機(jī)溝通的方式對(duì)其施工狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)管。線路不具備采用可視化方式對(duì)軌道區(qū)進(jìn)行集中監(jiān)管的條件，一旦發(fā)生因人員誤操作對(duì)停電區(qū)域供電，將存在重大的安全隱患。

2. 3 設(shè)備子系統(tǒng)管理粗放，統(tǒng)計(jì)分析功能薄弱

首都機(jī)場(chǎng)APM線包含中央控制、車輛、軌旁、弱電通信、配電等子系統(tǒng)，設(shè)備種類復(fù)雜、數(shù)量繁多，以往的臺(tái)賬記錄僅以紙質(zhì)版維保工單及檢查單存檔，沒有對(duì)各個(gè)單一設(shè)備子系統(tǒng)建立起完備的臺(tái)賬；設(shè)備故障維修、備件更換等環(huán)節(jié)的管理上較為粗放，不能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全生命周期管理；此外，各設(shè)備子系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析功能薄弱，也不利于故障點(diǎn)定位追溯或故障預(yù)判。

3 數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)方案設(shè)計(jì)與實(shí)踐

APM系統(tǒng)是一套各個(gè)子系統(tǒng)相互協(xié)同運(yùn)行的整體系統(tǒng)，在運(yùn)行維護(hù)的過程中，各子系統(tǒng)間緊密協(xié)作。從另一個(gè)角度分析，APM系統(tǒng)涵蓋了備件采購(gòu)、運(yùn)行服務(wù)、維保維修等多個(gè)階段，若僅僅著眼于解決單一的一個(gè)問題點(diǎn)，必然不能帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)與提升。因此，在系統(tǒng)內(nèi)開發(fā)并推廣一套電子化工作平臺(tái)，利用技術(shù)手段代替人工來解決系統(tǒng)綜合性的運(yùn)行與維保問題，可有效推動(dòng)APM系統(tǒng)全方位的智慧管理。

3. 1 設(shè)計(jì)原則

本著“提升工作效率同時(shí)減少工作量”的原則，根據(jù)實(shí)際工作情況，通過調(diào)研明確了首都機(jī)場(chǎng)APM線電子化工作平臺(tái)的4個(gè)基本需求：

1) 具備多層次、多維度、高并發(fā)處理的軟件能力。APM線運(yùn)行與維護(hù)所涉及的工作單位和工作人員眾多，為了實(shí)現(xiàn)人員的權(quán)限管理，需要制定多層次、行之有效的操作方案；為全面覆蓋各項(xiàng)工作，需要對(duì)軟件進(jìn)行多維度的管理設(shè)計(jì)；為同時(shí)滿足多用戶的并發(fā)使用需求，軟件還需要具備穩(wěn)定快速的處理能力。

2) 具備關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性、閉環(huán)管理的能力。由于APM系統(tǒng)需要各個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行，因此軟件平臺(tái)的各個(gè)模塊并不是單獨(dú)運(yùn)行的，而是通過設(shè)定其內(nèi)部的邏輯關(guān)系，進(jìn)行合理的數(shù)據(jù)挖掘和信息關(guān)聯(lián)。

3) 具備制度電子化、流程信息化的特征。由于首都機(jī)場(chǎng)APM線各項(xiàng)制度的落實(shí)是依靠人工檢查等方式予以實(shí)現(xiàn)的，因而，新設(shè)計(jì)的軟件平臺(tái)應(yīng)實(shí)現(xiàn)制度與各項(xiàng)工作流程的有效融合。

4) 具備統(tǒng)計(jì)分析、提醒推送等輔助決策特征。在采用提醒式管理來推動(dòng)工作的同時(shí)，軟件平臺(tái)還應(yīng)具備數(shù)據(jù)總結(jié)與匯總的功能，輔助工作人員做出智能分析，提供可靠的可視化參考數(shù)據(jù)。工作人員可以此為抓手，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式管理，提升運(yùn)維效率。

3. 2 體系架構(gòu)

根據(jù)上述4個(gè)使用需求，對(duì)首都機(jī)場(chǎng)APM系統(tǒng)數(shù)字化工作平臺(tái)的體系架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖3所示。底層數(shù)據(jù)的采集基本涵蓋了APM系統(tǒng)日常運(yùn)行所需的各類數(shù)據(jù)，除人工錄入數(shù)據(jù)外，還涉及了與旅客人數(shù)統(tǒng)計(jì)服務(wù)器、APM列車位置采集服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)經(jīng)過存儲(chǔ)、融合、挖掘、統(tǒng)計(jì)、分析等處理后，在實(shí)現(xiàn)電子化辦公的同時(shí)，還可根據(jù)不同用戶的需求提供可視化的管理和決策數(shù)據(jù)。在用戶應(yīng)用層面，APM線數(shù)字化工作平臺(tái)共涉及6個(gè)方面，分別為運(yùn)行管理、備件管理、維保管理、施工管理、系統(tǒng)評(píng)估管理以及知識(shí)庫(kù)管理，對(duì)首都機(jī)場(chǎng)APM系統(tǒng)日常運(yùn)行的各項(xiàng)基本流程進(jìn)行了有機(jī)整合。

圖3 首都機(jī)場(chǎng)APM線數(shù)字化工作平臺(tái)體系架構(gòu)

3. 3 構(gòu)建步驟

首都機(jī)場(chǎng)APM線數(shù)字化工作平臺(tái)體系的建設(shè)，主要有以下工作步驟：

1) 為了嚴(yán)控軟件開發(fā)及落實(shí)過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)實(shí)施人員、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、硬件資源等方面進(jìn)行可行性評(píng)估。

2) 成立專項(xiàng)攻關(guān)小組，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作的特點(diǎn)及一線人員的使用訴求，確定數(shù)字化平臺(tái)的體系架構(gòu)，形成完整的軟件功能清單。

3) 完成軟件各功能模塊之間的網(wǎng)狀關(guān)系圖架構(gòu)設(shè)計(jì)。

4) 制定風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)計(jì)劃，以里程碑時(shí)間節(jié)點(diǎn)為依據(jù)，定期召開項(xiàng)目組全員的項(xiàng)目總結(jié)會(huì)，嚴(yán)控各項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)的進(jìn)度與風(fēng)險(xiǎn)。

5) 軟件平臺(tái)通過測(cè)試和試運(yùn)行后，需配套建立金字塔式的培訓(xùn)體系，即先對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的關(guān)鍵負(fù)責(zé)人員進(jìn)行宣貫培訓(xùn)，再進(jìn)行全員培訓(xùn)。在使用過程中，不斷收集用戶反饋的問題，持續(xù)完善軟件功能。

4 數(shù)字化工作平臺(tái)的實(shí)施效果

4. 1 運(yùn)行效率得以有效提升

工作平臺(tái)通過與“APM旅客統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)”進(jìn)行集成，在旅客進(jìn)入站臺(tái)的6個(gè)主要通道上方加裝了人數(shù)統(tǒng)計(jì)攝像機(jī)，后臺(tái)服務(wù)器實(shí)時(shí)對(duì)“15 min”、“30 min”、“60 min”的站臺(tái)旅客數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，并將結(jié)果更新到APM線控制中心的大屏上。調(diào)度員可將站臺(tái)旅客量與當(dāng)前實(shí)際運(yùn)力進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，一旦發(fā)現(xiàn)有運(yùn)力不足的情況，可及時(shí)通過發(fā)放備車上線或增加上線列車數(shù)等方式及時(shí)增能，為優(yōu)化APM線的運(yùn)行模式，以及提升旅客滿意度奠定良好的基礎(chǔ)。數(shù)字化平臺(tái)和“APM航班預(yù)警系統(tǒng)”進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在較大機(jī)型航班集中進(jìn)港時(shí)，可通過“閃爍高亮”的形式向調(diào)度員發(fā)出提醒，確保調(diào)度員及時(shí)發(fā)放備車，有效提升了APM線的運(yùn)行效率。數(shù)字化平臺(tái)推廣后，APM線的運(yùn)行效率提升了近1.5%，人均旅客耗電量約降低了9.7%。

4. 2 實(shí)現(xiàn)了對(duì)軌道區(qū)施工狀態(tài)的集中監(jiān)管

數(shù)字化工作平臺(tái)借助“手寫板”，將原有的紙質(zhì)版軌道區(qū)施工單更改為電子化審批流程，管理人員可隨時(shí)隨地監(jiān)控查看施工單的流轉(zhuǎn)情況。這樣，不僅實(shí)現(xiàn)了電子歸檔，審批形式也更加自由；數(shù)字化平臺(tái)規(guī)范了施工人員安全培訓(xùn)及資質(zhì)審核流程，安排專業(yè)安監(jiān)人員進(jìn)行全程作業(yè)引領(lǐng)；通過建立“軌道區(qū)人員資質(zhì)庫(kù)”，省掉了以往“人工查人名”的操作步驟，在施工申請(qǐng)時(shí)便可在“資質(zhì)庫(kù)”中選中相應(yīng)的人員，節(jié)約了人員工時(shí)，提升了軌道區(qū)作業(yè)的安全保障能力；工作平臺(tái)還建立了“軌道區(qū)監(jiān)控”模塊，通過繪制軌道區(qū)的電子模擬圖，實(shí)現(xiàn)了“軌道區(qū)哪處有施工，電子地圖哪處有顯示”的目標(biāo)，以可視化的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)軌道區(qū)施工的集中監(jiān)管。

4. 3 建立了設(shè)備子系統(tǒng)的健康臺(tái)賬

通過規(guī)范并集成各個(gè)設(shè)備子系統(tǒng)的主要工作流程，使APM系統(tǒng)的各項(xiàng)工作在軟件平臺(tái)上均能得以體現(xiàn)，軟件后臺(tái)依據(jù)制定好的邏輯規(guī)則，將設(shè)備子系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、維保作業(yè)、備件出入庫(kù)、故障維修等環(huán)節(jié)進(jìn)行了有效關(guān)聯(lián)，可為一線工作人員自動(dòng)推送合理的工作計(jì)劃及周期性的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，有效推動(dòng)了APM系統(tǒng)設(shè)備的精益化管理。

4. 4 推動(dòng)了設(shè)備全生命周期管理

工作平臺(tái)通過對(duì)多重功能模塊的集中式數(shù)據(jù)管理分析，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的全生命周期管理，并可為管理人員提供綜合性的數(shù)據(jù)支撐，為解決其他系統(tǒng)的瓶頸問題奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

以數(shù)字化平臺(tái)為核心的APM系統(tǒng)運(yùn)行組織方案,不僅僅是各類信息的可視化集成展示平臺(tái)，更應(yīng)該是一個(gè)輔助管理決策平臺(tái)。在借助計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，APM系統(tǒng)工作平臺(tái)通過人工智能學(xué)習(xí)，根據(jù)周期性的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，結(jié)合移動(dòng)端應(yīng)用，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障預(yù)警、設(shè)備故障排除、運(yùn)行優(yōu)化等功能，從以往的“通病通治”向“專病專治”轉(zhuǎn)變。與人工操作相比，數(shù)字化工作平臺(tái)的投入使用，大幅提升了APM系統(tǒng)的安全管控、服務(wù)提升以及運(yùn)行保障等水平。