物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)技術(shù)在城市軌道交通設(shè)備維修中的應(yīng)用

張 舒，牟 凱，徐占杰

（吉林建筑科技學(xué)院 吉林 長春 130114）

0 引言

城市軌道交通在緩解城市交通壓力和提高市民出行效率等方面有重要作用，而城市軌道交通的高效和穩(wěn)定運行離不開各類設(shè)備的正常工作，但設(shè)備在復(fù)雜工況下難免產(chǎn)生故障，給整個軌道交通系統(tǒng)的運行造成或多或少的影響。另外，為適應(yīng)城市軌道交通未來發(fā)展需要，有必要對城市軌道交通設(shè)備維修予以必要的改進，引入物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)技術(shù)。

1 城市軌道交通設(shè)備維修主要特點與一般規(guī)定

1.1 主要特點

在城市軌道交通領(lǐng)域，設(shè)備維修及其管理的主要任務(wù)為采用適宜的設(shè)備檢查及維修保養(yǎng)措施，在保證成本合理性的基礎(chǔ)上，確保設(shè)備始終處于良好工作狀態(tài)，進而為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。在設(shè)備維修工作組織過程中，應(yīng)制定合理的維修策略，對維修成本與設(shè)備可用性目標予以綜合考慮，進而在計劃維修和狀態(tài)維修中找到平衡點，明確設(shè)備維修具有的特點。設(shè)備作為城市軌道交通重要載體，其運行狀態(tài)直接決定了整個軌道交通系統(tǒng)的服務(wù)水平，同時還會對公共交通安全造成影響。加強設(shè)備維修及其管理的主要目標就在于使各類設(shè)備均處在良好運行狀態(tài)，減小故障與事故的發(fā)生概率。對于城市軌道交通系統(tǒng)，其設(shè)備維修主要具有以下兩方面特點：其一，設(shè)備數(shù)量多、類型復(fù)雜；其二，設(shè)備的分布較為分散，使設(shè)備維修作業(yè)區(qū)域較廣。比如廣州地鐵，其單條線路包含20 余種專業(yè)設(shè)備，總設(shè)備數(shù)量可以達到2 萬臺以上，可見其設(shè)備維修難度和復(fù)雜度都很高。

1.2 一般規(guī)定

1.2.1 線路與軌道

1.2.1.1 日常檢查

線路與軌道日常檢查一般規(guī)定為：每天對走行軌、道岔與接觸軌進行檢查，以確定其實際狀態(tài)；每天對限界和其他線路是否存在故障進行檢查；對鋼軌、道岔、接觸軌和主聯(lián)結(jié)零件進行檢查，確認是否缺損；以接頭、曲線與道岔作為重點檢查項目；線路每季度至少檢查一次，并填寫相應(yīng)的檢查日志，同時做好分項判定。

1.2.1.2 定期檢查

線路與軌道定期檢查一般規(guī)定為：定期檢查應(yīng)嚴格按照要求的周期對整條線路設(shè)備實施全面且細致的檢查。通過對整條線路各設(shè)備實際狀態(tài)的檢查，為線路狀態(tài)開展綜合評定，以此為之后的維修工作提供指導(dǎo)。整條線路與設(shè)備都應(yīng)在每年春檢或秋檢過程中檢查至少1 次。

1.2.1.3 專項檢查

線路與軌道專項檢查一般規(guī)定為：當出現(xiàn)以下情況其中一種時，需開展專項檢查工作：超出容許值時；超出設(shè)計使用年限但需要繼續(xù)使用時；在日常檢查和定期檢查過程中發(fā)現(xiàn)無法判明的病害時。專項檢查結(jié)果需采用檢查記錄表的形式及時上報。

1.2.1.4 狀態(tài)評定

線路與軌道狀態(tài)評定一般規(guī)定為：線路狀態(tài)評定需分成三級，即優(yōu)良、合格與失格，其中，優(yōu)良為扣分后分值在85 ～100 分范圍內(nèi)，合格為扣分后分值在60 ～84 分范圍內(nèi)，失格為扣分后分值不超過60 分。當評定結(jié)果為優(yōu)良和合格時，說明線路使用狀態(tài)良好，僅需日常養(yǎng)護與維修；當評定結(jié)果為失格時，說明線路有病害存在，應(yīng)及時進行中、大修。

1.2.1.5 中修

線路與軌道中修一般規(guī)定為：中修要以線路變化特征與規(guī)律為依據(jù)，嚴格按照既定維修周期對線路設(shè)施進行適當調(diào)整，當發(fā)現(xiàn)已經(jīng)失效的零部件時，應(yīng)立即維修或?qū)⑵涓鼡Q；在制定中修計劃時，應(yīng)充分考慮之前的分項評定結(jié)果。

1.2.1.6 大修

線路與軌道大修一般規(guī)定為：大修要以線路設(shè)施損耗情況與規(guī)律為依據(jù)，有周期性和計劃性地實施修理或直接更新，進行大修的主要目的在于使線路功能得以恢復(fù)或提高，從而延長設(shè)施設(shè)備使用壽命；大修應(yīng)做好整體規(guī)劃，明確重點，然后嚴格按照步驟實施。

1.2.2 區(qū)間隧道

1.2.2.1 定期檢查

區(qū)間隧道定期檢查一般規(guī)定為：對區(qū)間隧道主體和附屬結(jié)構(gòu)實施全面且細致的檢查，其中，主體結(jié)構(gòu)檢查以行車隧道為主，附屬結(jié)構(gòu)檢查以聯(lián)絡(luò)通道、迂回風道和區(qū)間與活塞風道為主；完成檢查后還需實施狀態(tài)評定，以掌握區(qū)間隧道實際狀態(tài)，以此為專項養(yǎng)護工作開展提供可靠依據(jù)。

1.2.2.2 專項檢查

區(qū)間隧道專項檢查一般規(guī)定為：專項檢查的對象為襯砌結(jié)構(gòu)開裂、滲漏和掉塊等明顯病害；完成檢查后得出的結(jié)果應(yīng)采用表格的方式記錄和上交。

1.2.2.3 狀態(tài)評定

區(qū)間隧道狀態(tài)評定一般規(guī)定為：按照主體與附屬結(jié)構(gòu)對區(qū)間隧道分別實施狀態(tài)評定；狀態(tài)評定共分五級，分別為輕微病害、中等病害、較重病害、嚴重病害和極嚴重病害；如果評定結(jié)果為一級，則需采取日常養(yǎng)護維修的方法處理；如果評定結(jié)果為二級，則需要在日常養(yǎng)護維修基礎(chǔ)上加強檢查；如果評定結(jié)果為三級，需加強監(jiān)視，并在必要的情況下進行中修；如果評定結(jié)果為四級，應(yīng)盡快開始中修和大修；如果評定結(jié)果為五級，應(yīng)立即開始大修。

1.2.2.4 日常養(yǎng)護維修

區(qū)間隧道日常養(yǎng)護維修一般規(guī)定為：在檢查中與完成后及時進行；日常養(yǎng)護維修具體內(nèi)容包括經(jīng)常性養(yǎng)護、預(yù)防性養(yǎng)護與輕微破損維修。

1.2.2.5 中修

區(qū)間隧道中修一般規(guī)定為：根據(jù)區(qū)間隧道實際狀態(tài)評定結(jié)果編制合理可行的中修計劃。

1.2.2.6 大修

區(qū)間隧道大修一般規(guī)定為：根據(jù)區(qū)間隧道實際狀態(tài)評定結(jié)果編制合理可行的中修計劃。

2 基于網(wǎng)絡(luò)化運營的設(shè)備維修問題

在城市軌道交通不斷向網(wǎng)絡(luò)化運營模式發(fā)展的過程中，設(shè)備維修出現(xiàn)了很多問題。

（1）技術(shù)越來越多樣對線網(wǎng)設(shè)備有了更高要求，尤其是新設(shè)備和老舊設(shè)備間的相互協(xié)調(diào)仍然存在很多問題和挑戰(zhàn)。

（2）生產(chǎn)組織形式越來越復(fù)雜，使有限資源的調(diào)度與分配面臨更大困難。在運營逐步實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化之后，所有作業(yè)組織協(xié)調(diào)都越難過對線網(wǎng)層面進行統(tǒng)籌分析，在這種情況下如果依然使用傳統(tǒng)管理模式，必定對生產(chǎn)效率不斷提高造成很大阻礙[1]。

（3）設(shè)備現(xiàn)場維修難度日益增大，不同專業(yè)間的接口不僅有很高的復(fù)雜度，而且關(guān)聯(lián)性強，可能是維修人員產(chǎn)生誤判，導(dǎo)致維修效率及配合效率降低。比如某地鐵線路，在日間運營完成后，線路中20 余個專業(yè)近20萬臺設(shè)備廣泛分布，而且不同專業(yè)設(shè)備間的接口十分復(fù)雜，存在人工測點，如果依然采用傳統(tǒng)方式很難滿足當前的維修需要。

（4）業(yè)務(wù)控制越來越分散，對信息提出的集中優(yōu)化要求不斷提高。過去的信息獲取方式已經(jīng)無法保證信息真實性、完整性與實時性，如何對信息進行集中管控，同時以海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開展管理優(yōu)化，是現(xiàn)在大部分城市軌道交通主管部門面臨的主要問題。

（5）用戶的急速擴張以及形勢變化帶來的一系列安全隱患必須采用科學(xué)有效的手段加以防控。城市軌道交通線路及網(wǎng)絡(luò)的不斷完善必然吸引更多的用戶，在這種情況下必須通過合理可行的方法或工具將由此產(chǎn)生安全隱患及危害降至最低[2]。

3 物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)在1999 年召開的移動計算與網(wǎng)絡(luò)國家會議上被首次提出，現(xiàn)在公認的物聯(lián)網(wǎng)定義為：采用智能傳感設(shè)備使物體和互聯(lián)網(wǎng)之間實現(xiàn)通信，以此對物體進行智能識別與實時監(jiān)控管理，它將互聯(lián)網(wǎng)作為基礎(chǔ)，是互聯(lián)網(wǎng)的進一步擴展與延伸，將網(wǎng)絡(luò)延伸至物質(zhì)之間，使不同物體之間實現(xiàn)通信。如今，這項技術(shù)已經(jīng)在很多行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

移動互聯(lián)技術(shù)于20 世紀末產(chǎn)生，現(xiàn)在還處在拓展其內(nèi)涵的過程，還沒有形成相對統(tǒng)一且能得到廣泛認可的基本定義。從總體角度講，移動互聯(lián)將移動通信技術(shù)作為基礎(chǔ)，采用局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)通過一定協(xié)議實現(xiàn)互聯(lián)。目前，這項技術(shù)正表現(xiàn)出下列發(fā)展趨勢：其一，正逐步趕超傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)；其二，向社交化方向不斷發(fā)展；其三，向電商端方向不斷發(fā)展；其四，移動互聯(lián)終端越來越多樣；最后，開放平臺及其應(yīng)用多樣化[3]。

物聯(lián)網(wǎng)的核心是物和物之間的連接，包括連接的原因和連接后可實現(xiàn)的功能。在設(shè)備維修方面應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)及移動互聯(lián)技術(shù)，可從下列幾方面入手：借助物聯(lián)網(wǎng)具有的電子標簽，對設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)進行連接，以此由網(wǎng)絡(luò)動態(tài)感知設(shè)備實際狀態(tài)，從而為設(shè)備管理提供方便；借助移動互聯(lián)技術(shù)使設(shè)備維修做到“隨時隨地”；通過對物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)技術(shù)的整合，開發(fā)出一套企業(yè)級信息系統(tǒng)，以此統(tǒng)一設(shè)備維修及管理標準，提供設(shè)備操作指引，制定統(tǒng)籌計劃，監(jiān)控執(zhí)行過程，完善數(shù)據(jù)分析。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)及移動互聯(lián)技術(shù)的設(shè)備維修方案

將設(shè)備維修實現(xiàn)精細化作為方案設(shè)計重點，優(yōu)化并固化設(shè)備管理標準，借助先進可行的工具對整個作業(yè)過程進行監(jiān)控，保證質(zhì)量管控效果，并為實際工作過程提供可視化指引；按照以上原則和要求實施擴展設(shè)計，充分考慮不同業(yè)務(wù)之間的協(xié)同性，以此得到完整有效的解決方案[4]。

系統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)共包含以下4 層：維修業(yè)務(wù)決策支持層，包括維修績效管理與商務(wù)智能應(yīng)用（維修作業(yè)成本分析和設(shè)備運行分析）；維修業(yè)務(wù)支撐管理層，包括人力資源管理（排班與考勤管理、人員資質(zhì)管理）和財務(wù)管理，即固定資產(chǎn)核算管理；維修業(yè)務(wù)管理層，包括生產(chǎn)計劃管理、施工調(diào)度管理、作業(yè)排程及物流管理；維修作業(yè)管理，包括維修計劃管理（計劃的編制、調(diào)整與下達）、設(shè)備管理（基礎(chǔ)信息、設(shè)備跟蹤、履歷管理）、維修作業(yè)管理（作業(yè)分派、記錄與檢查）、維修標準管理（維修規(guī)程、工藝標準、檢查要素）；生產(chǎn)系統(tǒng)層，包括主控、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）、AFC（Automatic Fare Collection System）和EMCS（Electrical Monitoring and Control System）等[5]。

在設(shè)備維修系統(tǒng)中，維修數(shù)據(jù)作為核心所在需對大量數(shù)據(jù)予以全面梳理，編制合理的規(guī)則，在滿足管理要求的基礎(chǔ)上，與現(xiàn)場作業(yè)習(xí)慣相適應(yīng)，核心數(shù)據(jù)主要包含以下幾種類型：（1）公共位置編碼數(shù)據(jù)；（2）位置編碼數(shù)據(jù)；（3）設(shè)備編碼數(shù)據(jù)；（4）預(yù)防性維護編碼規(guī)則數(shù)據(jù)；（5）標準作業(yè)模板編碼規(guī)則數(shù)據(jù)；（6）故障代碼編碼數(shù)據(jù)。

考慮到系統(tǒng)在擴展性和穩(wěn)定性等諸多方面都有很高要求，所以建議對現(xiàn)有的成品和二次開發(fā)進行充分結(jié)合，即采用MAXIMO 等成熟產(chǎn)品，采用二次開發(fā)的方法進行施工管理，并提供手持終端。在架構(gòu)設(shè)計過程中要充分考慮以上兩項先進技術(shù)的應(yīng)用，在維修作業(yè)管理過程中結(jié)合電子標簽、軟件與手持終端。

為保證系統(tǒng)可用性和安全穩(wěn)定性，很多軌道交通都按照均衡原則部署APP 與PM，而數(shù)據(jù)庫則按照集群原則部署，以此保證其可靠性。在所有車站、檢修庫與調(diào)度室中均設(shè)置無線網(wǎng)絡(luò)，以便于工單的下載和數(shù)據(jù)上傳，確保實時數(shù)據(jù)及時送達服務(wù)器。對于手持終端設(shè)備，不僅運行速度快，而且穩(wěn)定性好；對于電子標簽，主要為二維碼的形式，可以對包含公共位置和設(shè)備所在位置等的信息進行標注。通過對物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)技術(shù)的引入，能使設(shè)備維修管理工作延伸至現(xiàn)場，使設(shè)備和人之間實現(xiàn)相互關(guān)聯(lián)，同時能實時采集設(shè)備各項狀態(tài)信息，最終為之后的分析、使用及預(yù)測均奠定良好基礎(chǔ)。

5 技術(shù)應(yīng)用效果

（1）在設(shè)備維修中，通過對物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)技術(shù)的合理應(yīng)用能使設(shè)備檢修計劃更加精確，使施工計劃更加快捷。在設(shè)備檢修周期到達60 d 前，采用系統(tǒng)自動生成維修工單，然后提前30 d 左右對生成的維修工單予以計劃排程，同時將工單內(nèi)容細化至具體人員，確保工單與檢修作業(yè)相互關(guān)聯(lián)，避免遺漏。此外，物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)技術(shù)的引入還能使工單和施工計劃之間實現(xiàn)關(guān)聯(lián)，維修工班可根據(jù)工單內(nèi)容直接對施工計劃進行申報，同時和現(xiàn)場維修作業(yè)進行匹配管理。

（2）在設(shè)備維修中引入物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)技術(shù)可以使設(shè)備檢修作業(yè)及其管理實現(xiàn)標準化。在系統(tǒng)作用下，能使標準作業(yè)模板得以固化，在開展維修作業(yè)的過程中完全按照工序開展檢修和確認，同時對檢修的人員與時間進行自動記錄，保證設(shè)備維修工作的精細化與標準化。

（3）使設(shè)備維修相關(guān)技術(shù)資料達到現(xiàn)場化，從而為維修作業(yè)提供現(xiàn)場指導(dǎo)。借助手持終端能對設(shè)備各項技術(shù)文檔及應(yīng)急預(yù)案進行查看，為全體作業(yè)人員提供指導(dǎo)，從而保證檢修工作質(zhì)量與效果。

（4）設(shè)備故障響應(yīng)速度大幅加快，維修作業(yè)時，采用手持終端對設(shè)備狀態(tài)信息進行采集，并能對故障信息進行錄入。在實際應(yīng)用中，可將AFC 系統(tǒng)各類設(shè)備的信息實施對接，以此動態(tài)獲取設(shè)備操作日志與分析結(jié)果，進而將故障信息轉(zhuǎn)換成維修工單，從而使故障響應(yīng)速度得以顯著的提升。

（5）使現(xiàn)場安全管理更加規(guī)范，提高安全防護能力和管控水平。維修人員達到設(shè)備維修現(xiàn)場后，應(yīng)通過掃描電子標簽進行報到；維修作業(yè)正式開始前，應(yīng)使用手持終端設(shè)備登記所有攜帶的工器具，同時開展安全交底，經(jīng)檢查確認能否達到安全作業(yè)要求；系統(tǒng)可以將設(shè)備維修工單返回至手持終端設(shè)備，通過對維修作業(yè)區(qū)域設(shè)置的電子標簽的掃描，能實現(xiàn)良好的安全防護及越界提醒，所有設(shè)備對應(yīng)的測量數(shù)據(jù)均可以實現(xiàn)越限提醒。采用以上在作業(yè)開始前、作業(yè)過程中與作業(yè)完成后進行的提醒設(shè)置，保證最終的安全防護效果。

（6）使設(shè)備的維修與管理更為高效，保證工作質(zhì)量。在利用系統(tǒng)前，由設(shè)備管理部門對總統(tǒng)計報表進行逐層匯報，通過對系統(tǒng)的利用能在系統(tǒng)中對報表數(shù)據(jù)進行動態(tài)調(diào)用，這一過程的耗時一般不超過幾分鐘，能極大地加快管理工作效率，保證數(shù)據(jù)的真實性與可靠性。

（7）通過大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)故障預(yù)防與預(yù)控，減小故障發(fā)生概率。采用數(shù)據(jù)累積和分析的方式能提前發(fā)現(xiàn)各類設(shè)備隱患，然后據(jù)此對維修策略和規(guī)程予以優(yōu)化，并積極推廣應(yīng)用狀態(tài)檢修方式。通過對各類設(shè)備狀態(tài)信息的動態(tài)掌握，提升對各類故障的檢查和與控能力，從而有效減小設(shè)備的故障發(fā)生率。

6 結(jié)語

綜上所述，城市軌道交通包含諸多設(shè)備，各類設(shè)備能否正常和穩(wěn)定運行決定了整個軌道交通系統(tǒng)的運行效率和服務(wù)質(zhì)量，但設(shè)備運行時難免產(chǎn)生故障，為了不影響軌道交通正常運行，必須對設(shè)備維修引起高度重視，實踐表明，在設(shè)備維修策略中引入物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)技術(shù)能大幅提高維修技術(shù)水平，并能及時發(fā)現(xiàn)和解決故障隱患，降低系統(tǒng)設(shè)備故障發(fā)生率。