上海土木工程协会出品2023版《土木工程建设新技术手册》

上海市土木工程学会（1953-2023）序上海市土木工程学会成立于1953年7月，是上海市科协、市社团5A级、5星级社会团体组织。半个世纪以来，为上海这座城市现代化建设发展起到积极的引导作用，做出了卓越贡献。学会发展至今，已成立20个学术团体专业委员会，现有团体会员单位233个，囊括了全市主要高等院校、设计研究院、土木工程管理机构、施工企业和有关外省市驻沪单位。学会现有个人会员4000余人，有孙钧、江欢成、项海帆、魏敦山、林元培、肖绪文、吕西林、朱合华8位院士及30位勘察设计大师，云集了全市最优秀的土木工程专家、学者、高级技术人员，是上海专业技术人员公认的“工程师之家”。学会本着促进土木工程科技创新与城市现代化建设发展结合，促进土木工程科学技术与城市经济发展结合，促进土木工程科技人才成长、提升城市能级和核心竞争力相结合的宗旨，坚持“四服务一加强”管理理念和“以学为主”工作方针，积极开展学术研讨、交流合作、科学普及、科技评价、评审认证、优秀、专业培训、书刊编著等工作，取得了优异的成绩。2023年恰值学会成立70周年，为纪念这个重要的节点，学会集结专委会与会员单位的专家资源、技术力量，汇编上海市土木工程建设新技术手册，旨在总结提炼以往的工作经验寻求新的发展目标，为推进上海这座全球卓越的世界级城市建设打下更为坚实的基础，做出更大的贡献。上海市土木工程学会理事长2023年10月001城市轨道交通全自动运行技术027城市更新领域新技术091超高结构建造整体钢平台模架装备技术 117数字化智能盾构技术 167超高压喷射注浆N-Jet工法 181微扰动压入式沉井技术225世博文化公园生态环境营建新技术 289SAM新技术及VSM新装备城市轨道交通全自动运行技术城市轨道交通全自动运行技术1城市轨道交通全自动运行发展概况 11.1国外发展概况 11.2国内发展概况 11.3上海发展概况 22全自动运行关键技术及应用 32.1列车自动化运行控制技术 32.2基于物联网云平台的新一代综合监控技术及应用 2.3基于LTE的多业务综合承载技术及应用 2.4面向多专业复杂场景的智能运维技术及应用 2.5全自动运行运维管理模式及应用 213成效及展望 233.1应用成效 233.2技术展望 24城市更新领域新技术城市更新领域新技术1既有建筑功能提升与绿色更新技术 311.1既有居住建筑功能空间重组改造技术 311.2既有公共建筑功能空间综合改造技术 341.3既有公共建筑立面形象改造技术 371.4既有建筑绿色低碳改造技术 391.5既有公共建筑不间断运营改造技术 422既有结构改造置换与地下拓建技术 452.1地基基础与结构构件加固技术 452.2上部结构置换技术 452.3结构抗震加固与减震隔震技术 522.4既有建筑（群）地下空间逆作法拓建技术 583既有建筑整体移位技术 643.1结构托换技术 643.2水平移位技术 653.3交替顶升施工技术 674城市更新数字化技术 694.1历史建筑数字测绘建模技术 694.2历史建筑材料组分分析技术 734.3建筑结构损伤自动识别分析技术 744.4复杂工况设计与安全分析技术 784.5历史建筑数字孪生技术 超高结构建造整体钢平台模架装备技术超高结构建造整体钢平台模架装备技术1整体钢平台模架发展历程 932钢梁与筒架交替支撑式整体钢平台模架技术 952.1模架系统组成 952.2模架系统构造 982.3标准施工流程 3钢柱与筒架交替支撑式整体钢平台模架技术 3.1模架系统组成 3.2模架系统构造 3.3标准施工流程 4协同爬升式集成平台模架技术 4.1模架系统组成 4.2模架系统构造 4.3标准施工流程 5塔机一体化集成平台模架技术 5.1模架系统组成 5.2模架系统构造 5.3标准施工流程 数字化智能盾构技术数字化智能盾构技术 1.1数据中心 1.2盾构法施工集群管控平台 1.3项目管理平台 2智能装备——盾构机推拼同步技术 2.1原理说明 2.2技术特点 2.3工程应用 3盾构自主驾驶 3.1自主驾驶控制体系 1363.2盾构机设备改造 1373.3智能控制模型 1373.4标准化部署流程 1403.5工程应用效果 1414施工配套 1414.1电机车自动驾驶 1414.2盾构车架段管片自动运输 1454.3垂直运输技术研究 155超高压喷射注浆超高压喷射注浆N-Jet工法 1692技术特点 1692.1成桩直径大，最大可达10m 1692.2施工深度深，最大深度超过115m 170图1-3云岭西项目成桩试验（施工深度115m） 1702.3可形成多种状体截面形状 1702.4复杂地层适应性强，可在砂卵石层中成桩 1712.5垂直或倾斜施工，喷射流量大，施工功效更高 1713应用范围 1724施工设备与工艺 1735应用案例 1765.1市域铁路机场联络线华泾站N-Jet墙缝止水 1765.2上海市轨道交通14号线歇浦路站封底止水加固工程 1775.3上海轨道交通市域线机场联络线工程1标封底止水工程 1785.4上海轨道交通市域线机场联络线工程2标封底止水工程 179微扰动压入式沉井技术微扰动压入式沉井技术1传统沉井工艺起源与发展 1831.1沉井发展现状 1831.2沉井应用范围 1841.3应用局限性 1852微扰动压入式沉井工艺概述 1862.1压入法沉井工艺特点 1862.1微扰动压入式沉井工艺起源 2.2微扰动压入式沉井技术发展 3压入式沉井施工技术（压沉工艺1.0版） 3.1压入式沉井工艺 3.2压入式沉井受力监测及分析 3.3应用案例 4微扰动压入式沉井施工技术（压沉工艺2.0版） 4.1工艺介绍 4.2应用案例1 2014.3应用案例2 2044.4应用案例3 2055数字化微扰动压沉工艺（压沉工艺3.0版） 2095.1工艺介绍 2095.2应用案例 2176技术成果 2197推广价值 2217.1创新点 2217.2应用前景 2218未来展望 2219参考文献 222世博文化公园生态环境营建新技术世博文化公园生态环境营建新技术世博文化公园生态环境营建新技术 2272总体设计策略 2282.1城中有景，景中有城的整体架构（图2-1） 2282.2特色鲜明，互融互通的功能布局 2282.3绿色出行，立体多维的交通系统 2292.4七彩森林，春花秋色的景观设计 2292.5延续现有，融合消隐的建筑设计 2302.6互联互通，站城一体的地下空间 2302.7以人为本，回归自然的灯光设计 2312.8资源整合，便捷舒适的智慧公园 2312.9蓝绿交织，全域系统的海绵城市 2312.10统一管理，区域联动的运营方式 2313生态环境营建新技术 2323.1超大城市再生型中央公园山体建造关键技术 2323.2超大城市再生型中央公园长效水质保障关键技术 2343.3超大城市再生型中央公园生态冠层再生营建关键技术 2353.4超大城市再生型中央公园全生命期智慧管控关键技术 236世博文化公园-上海大歌剧院 2381.1建筑概况 2381.2室外双螺旋楼梯建筑特点 2392室外双螺旋楼梯结构体系与布置 2402.1A区悬挑区结构方案 2402.2B区结构方案 2422.3C区结构方案 2423双螺旋壳体结构设计 2433.1B2区厚壳承载力校核 2433.2B1区厚壳承载力校核 2444缓粘结预应力UHPC悬挑梁设计 2454.1截面设计 2464.2单梁SOFISTIK分析 2474.3实体单元结构分析 2494.4试验研究 250 252世博文化公园-上海温室 2542项目创新技术 2582.1主体结构与幕墙一体化设计创新 2582.2张弦铝合金网格结构体系创新设计 2612.3新型“日”字形铝合金截面开发及应用 2632.4悬挂铝合金屋盖温室结构 2642.5自然通风 266上海世博文化公园-双子山 2702结构主要特点 2713结构体系 2723.1边界条件、实体堆土和结构空腔相结合的造山方式 2723.2结构方案比选 2744地基基础 2794.1场地条件 2794.2地基基础设计 2795整体结构计算分析（C区为例） 2815.1C区概况 2815.2抗震设防目标 2825.3计算结果 2836业化专篇、装配式结构介绍 2876.1预制装配式指标、预制范围介绍 2876.2预制率统计 288SAMSAM新技术及VSM新装备1概述及背景 2911VSM超深地下空间开发新装备 2912SAM机械掘进悬吊拼装竖井施工新技术流程 2942.1原理 2942.2工序 2943新技术、新装备、新工艺的突出优势 2984典型应用 3014.1南京儿童医院沉井式停车库 3014.2盾构、顶管工作井（地铁、水务、电力隧道等领域） 3045潜在应用及未来展望 3055.1VSM装备及SAM新技术在水务工程中的应用场景 3065.2地铁通风井、紧急逃生井、出入口 3085.3核心城区地下智能立体停车库的全国布局 308 30911城市轨道交通全自动运行发展概况1.1国外发展概况自1983年全世界第一条全自动运行线路法国里尔1号线的开通运营，全自动运行线路一直保持着高速增长。根据国际公共交通协会（简称UITP）2019年4月发布的统计报告：新加坡、吉隆坡、迪拜、温哥华、里尔、首尔、釜山、巴赛罗那、巴黎、仁川等十多个城市已开通全自动运行线路，未来全球新建线路中将有75%采用全自动运行系统，改造线路中也将有40%采用全自动运行系统。据不完全统计，截止2022年底，全球已有42座城市开通运营64条全自动运行线全自动运行线路最初适用于小运量线路（低于300人/列车列车多采取胶轮。据UITP统计在2009年之前，全世界范围内超过350km的全自动运行线路采用的是中（300-700人/列车）、小运量，而采用大运量（大于700人/列车）的全自动运行线路不超过50km。随着时代的进步、运营压力的提升和网络化运营，城市轨道交通对于效率的要求越来越高。全自动运行技术水平随之逐渐提升，城市轨道交通管理结构和管理水平不断改善提升，全世界首条大运量城市轨道交通全自动运行线路新加坡东北线（高峰容量4.2万人次/小时）于2003年6月正式投运。随着全自动运行技术成为城市轨道交通选择的潮流，大运量、多编组的全自动运行线路逐渐被认可。近十年，采用大容量的全自动运行线路较2009年之前增加约46%，总线路长度增加约300km，其中包括国内首条GOA4等级高密度大运量的全自动无人驾驶线路上海地铁10号线，线路最高日客运量更是超过1.2国内发展概况1996年开通的台北文湖线是国内首条全自动运行线路，也是台湾最早开始营运的捷运路线，属于中运量胶轮捷运系统。此后随着台湾的新北环状线、台中捷运绿线，香港的迪士尼线、南港岛线、澳门轻轨氹仔线等线路陆续投入运营，港澳台地区均已开通全自动运行系统。中国大陆地区最早开通的全自动运行地铁为2010年运营的上海地铁10号线，该线开通初期由司机手动驾驶，经过分阶段调试于2014年正式开始全自动运行。截止2022年底，中国内地共计有北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、武汉、南京、成都、苏州、宁波、南宁、济南、太原、芜湖等15市开通了全自动运行2线路，共计30条，已形成716.83公里的全自动运行线路规模。其中2022年开通了162.46公里全自动运行线路。截止2022年底，中国内地有北京、上海、深圳、广州、武汉、郑州、太原等21座城市正在建设全自动运行系统轨道交通线路共计42条，1354.76公里。据UITP数据统计，到2030年，全球城轨全自动运行的线路公里数较2018年底将增加3倍多，其中大部分增长源于中国。由此可见，未来10年将是我国城轨全自动运行系统迎来全面爆发的黄金发展阶段，这也将给轨道交通建设与产业发展带来广阔的空间。由于客流规模差异，全自动运行系统被引入中国大陆后，车辆制式由中低运量为主发展为高运量为主；由胶轮系统为主发展为钢轮钢轨为主。诸如远程控制列车、远程故障处置、自动开关车站等系统功能也随着运营需求不断推陈出新。1.3上海发展概况随着2021年12月30日上海地铁14号线、18号线一期北段的开通运营，上海地铁迈入了超过800公里超大规模网络和高质量发展的新征程，其中有5条轨道交通线路实现了GoA4等级的全自动运行，运营里程达到了167公里，位居全上海地铁10号线是上海采用全自动运行技术的第一条线路，于2010年4月开通运营，2014年8月开通全自动运行功能。10号线实行全自动运行之后已运营近十年在全自动运行系统的功能磨合和管理能力提升方面积累了丰富的经验，也为后续新线采用全自动运行技术、推行全自动运营管理模式奠定了基础。如2020年至2021年期间开通的15号线、18号线和14号线的系统功能、运营一体化管理、多职能队伍运作等均是在10号线基础上“发扬光大”，上海地铁已开通运营的全自动运行线路基本情况如表1-1所示。表1-1上海地铁已开通运营的自动运行线路等级线路运营里程（km）开通时间全自动运行模式开通时间列车值守方式GoA410号线45.032010.04.102014.08.09有人18号线36.112020.12.262020.12.26有人15号线41.732021.01.232021.01.23有人14号线38.202021.12.302021.12.30有人浦江线6.292018.03.312018.03.31无人GoA317号线34.772017.12.302017.12.30有人5号线32.692003.11.252018.12.30有人3上海轨道交通5号线和17号线的自动化等级为GoA3,目前列车监护采用有人值守，也就是DTO模式运营；而上海轨道交通5条自动化等级为GoA4的全自动运行线路中，均具备无人值守的功能，但只有小运量的浦江线实施了列车无人值守，其余4条大运量线路均安排了多职能队员（列控）在车厢内进行巡视监根据未来的建设计划，上海地铁既有线信号大修更新改造时计划升级到GoA3全自动运行系统，新建线路拟将采用自动化等级最高的GoA4全自动运行系统。由此可见，未来上海地铁全自动运行线路规模将呈现快速增长态势，全自动运行技术也将在上海地铁的发展过程中留下浓墨重彩的华章2全自动运行关键技术及应用2.1列车自动化运行控制技术城市轨道交通全自动运行在全线路段采用的是无人驾驶模式，根据自动运行系统的运营场景和功能需求，需要列车具有高可靠的自动化控制技术。列车运行自动化控制技术主要体现在列车正常运行全过程的自动化、非正常情况下的快速恢复、应急场景下的多专业联动。列车运行全过程的自动化是指在正常运营情况下，由自动化设备取代司机，自动驾驶列车在车辆基地和正线运行。故障场景下自动处置是指由于设备故障等原因，造成列车不能按运行图正常运营，但又不危及乘客生命安全和严重损坏车辆等设备的情况下，城市轨道交通运输系统能够维持降低标准运行的状态。应急场景下多专业联动是指当发生自然灾害、运营突发事件等已经导致或可能导致事故发生或设施设备严重损坏的情况下，信号、车辆、供电、机电等系统联合动作，为中央调度员提供充分的监控信息，便于调度员快速处置。2.1.1全过程自动运行技术列车在正常情况下的全自动运行作业流程如图2-1所示。每天运营开始前，控制中心能够根据列车出库计划，分批次将休眠状态的列车唤醒，车辆收到唤醒命令后，触发车上各设备系统上电和综合自检，综合自检除检查车辆系统相关设备外，还检查列车运行相关的控制设备状态（如信号的车载控制器、车辆的牵引制动系统等）、运营服务相关的机电设备状态（如车门、空调、照明、通风、广播、乘客对讲系统、车载信息系统等）和运营安保相关设备的状态（如视频、温感、烟雾探测器等）。4图2-1全自动运行系统作业流程自检通过的列车将进入待命状态，系统会根据当日的出库计划自动发车，当列车出库后自动运行至转换轨停车，对列车运营服务相关设备状态进行切换，如通风、照明和空调等。列车从转换轨进入正线后，将自动根据运行时刻表进行“发车、区间运行、进站停车、开门、关门、发车”动作，直至运行时刻表中该车当天运营任务结束。在当天任务结束的前一个车站，系统将自动启动清客程序，通过列车广播和车载信息提醒乘客注意该车即将退出运营，并在最后一个车站进行清客作业。当清客结束后，列车自动进入车辆段库线或正线停车点停车，当系统判断列车具备休眠条件后实施自动休眠操作，列车休眠前能够自动记忆列车的状态信息，在休眠过程中持续监控休眠情况，等待新任务的唤醒。休眠唤醒功能可以有助于实现列车运行过程的全自动化。改变了原本司机从库内上车的方式，可选择在离家较近的车站登车，降低了司机的劳动强度，增加其休息时间，车辆基地的司机公寓或休息室也可随之减少甚至取消。同时列车在正线休眠过夜也可节约能耗，并减少车辆基地的规模。在全自动运行场景中，列车洗车作业也是全自动化的，全自动洗车相比传统洗车，具有高可靠性、高安全性、高自动化程度的特点。当列车根据作业计划或设置的目的地自动运行至洗车库前，车载控制器向洗车机发送洗车请求，收到洗车机的确认回复后，车载控制器向车辆发送洗车模式及牵引命令，待列车就位后开始洗车作业；在洗车作业的过程中，车载控制器控制列车定点停车及折返换端，完成列车的清洗；洗车完成后，车载控制器控制列车出清洗车库停车点，列车停稳后退出洗车模式，系统再根据洗车作业计划自动触发回库进路，列车自动回库。2.1.2故障场景下自动处置技术5列车运行自动化控制技术能够使得轨道交通运输系统在非正常情况下快速恢复，GB/T30012-2013中对“非正常情况”定义为：“因列车晚点、区间短时间阻塞、大客流以及设备故障等原因，造成列车不能按运行图正常运营，但又不危及乘客生命安全和严重损坏车辆等设备，整个系统能够维持降低标准运行的状态”。在这种情况下全自动运行系统除具备普通系统应具备的等间隔运行、在线时刻表调整等应对非正常情况的功能外，还需要考虑在系统出现非安全功能相关的异常情况下尽可能使系统快速恢复正常。常见的列车非正常情况下的快速恢复技术措1）列车自动重新对位停车当列车因各种原因在站台不能精确停车时，将会影响列车车门和站台门的打开，进而影响乘客的上下车，导致大范围的晚点。为避免或降低这种情况的出现，当列车不能精确停车时，全自动运行模式下的列车具备在站台自动重新对位停准的能力，根据列车距离当前停车点的距离，自动启动车辆的轻制动模式，采取缓慢式跳跃方式，尝试使列车精确停车。若列车在尝试精确停车后达到了目标停车点，则联动开启车门和站台门；若尝试数次后仍停不到位，则列车可自动跳停至下一站台，以减少对运营的影响。2）蠕动运行正常情况下车载控制器与牵引制动系统协调控制列车自动运行，若车载控制器与牵引制动系统间的通道出现问题，即列车控制和管理系统（TCMS）故障，或车载控制器与TCMS通信故障，列车将因失去控制而自动停车。若列车停在区间，将不得不采取派司机上车或救援等措施，将对线路运营造成重大影响。为避免出现这一情况，全自动运行列车可向中央调度员发送蠕动模式请求，中央调度员可远程授权列车以蠕动模式继续运行。蠕动模式是一种降级的全自动运行模式，在车载控制器与TCMS主要通信通道中断的情况下启用备用的硬线接口，确保列车仍有基本的安全保障措施，能限速运行到就近站台并清客，由站台工作人员登车处理故障。3）远程限制运行全自动运行列车由于某些原因（如丢失信标、车载控制器重启等）丢失定位，正常情况下如果列车无法提供位置信息，也就无法获得有效的移动授权，列车会因此紧急停车无法继续运行。若列车停在区间，则需要派遣司机登车转为人工限制模式以电话闭塞的方式行车，直至恢复定位后才能升级为全自动运行模式。为避免出现这一情况，全自动运行列车可向中央调度员发送远程限制模式请求，中央调度员可远程授权列车限速限距继续运行，在运行过程中轨旁区域控制器会对列车进行安全防护，当重新获取到定位后，列车将自动恢复为全自动运行模式。6远程限制模式也是一种降级的全自动运行模式，在保证运营安全的前提下，提高降级列车的运行效率和运营效益。4）车门站台门自动对位隔离对于全自动运行来说，列车车门和站台门故障处理非常关键。根据国外无人驾驶项目运营数据显示，因车门或站台门故障导致的延误占故障延误总数的一半以上。因此全自动运行系统为车门或站台门故障提供充分的应对处理手段，即对位隔离。对位隔离分为两种情况，车门故障下对位隔离站台门和站台门故障下对位隔离车门。车门故障下对位隔离站台门是指列车单体车门故障不能打开的情况下，工作人员将故障的车门进行隔离，信号系统会将需要隔离的站台门信息发送给站台门系统，列车进站停车后被隔离的车门不会开启，对应的单体站台门也将保持关闭状态。当乘客乘降完毕，列车离站后，站台门系统不再执行该车门故障隔离站台门的指令，站台门隔离状态恢复，继续执行后续列车进站后的车门和站台门联动站台门故障下对位隔离车门是指当站台门单体门故障不能打开的情况下，工作人员将故障的站台门进行隔离，信号系统会将需要隔离的车门信息发送给车辆系统，列车进站停车后被隔离的站台门不会开启，对应的单体车门也将保持关闭状态。当乘客乘降完毕，列车离站后，车辆系统不再执行该站台门故障隔离车门的指令，车门隔离状态恢复，抵达后续车站后，车门和站台门执行联动开关。2.1.3应急场景下多专业联动技术列车运行自动化控制技术能够使得轨道交通运输系统在应急情况下快速处置，GB/T30012-2013中对“应急情况”的定义为：“因发生自然灾害以及公共卫生、社会安全、运营突发事件等，已经导致或可能导致事故发生或设施设备严重损坏，不能维持城市轨道交通系统全部或局部运行的状态”。在这种状态下全自动运行系统需要考虑如何快速处置，以避免系统性的安全风险问题，全自动运行系统通过整合轨道交通控制的各个专业系统进行联合动作，可以为中央调度员提供充分的信息，以便于中央调度员快速处置，提高运营管理效能，避免运营风险。常见的应急情况下的多专业联动技术措施有：1）火灾告警联动为了防范列车火灾，全自动运行列车配置了车载烟感探测器，一旦检测到火灾报警，综合监控、CCTV、广播和信号等专业联合动作，第一时间为中央调度员提供火灾告警区域的视频监控，同时对讲系统自动启动乘客语音通话，信号专业立即切换至列车控制，随时启动对列车的临时控制界面。通过多专业联动，中7央调度员减少沟通和操作次数，可以大大缩短现场故障的处理时间提升处置效率，避免更大的损失。2）区间列车堵塞联动列车在封闭的区间运行时，一旦发生列车停车，活塞风就会立刻停止，列车上乘客人体和列车设备工作产生的热量将集中在停车区域释放，无法快速散去。因此，在列车发生区间堵塞的情况下，需要开启车站隧道通风系统，进行机械通风，从而使得隧道壁和列车自身的温度降低。全自动运行过程中，信号系统会对列车是否在区间停车进行实时监控，一旦检测到列车在区间停车，将立即通知中央调度员，中央调度员通过视频监控确认后将直接联动综合监控系统启动隧道通风系统的阻塞模式。3）牵引供电故障联动牵引供电故障联动是为了避免在现场突然发生失电情况下后续列车运行至失电区间，进而导致列车救援困难。因此信号系统需要对失电区间提前执行站台扣车；同时对已经进入该区间的列车执行停车控制，尽量防止列车进入过多的失电区间，尽可能避免机车救援，中央调度员在检测到系统的自动处理后，根据系统告警提示立刻进行确认，并安排相关的维修和处置。如果没有联动，在沟通的过程中可能引起更多的列车进入失电区间，增加救援的难度。4）人员入侵区间防护联动全自动运行列车运行区间属于全封闭空间，为了提高对维护人员的防护，需要对区间线路和出入口门禁进行监控，一旦检测到门被打开，或者轨道区间有人员走动，则需要对列车进行以下操纵：首先，降低列车的运行速度；其次，需要自动鸣笛，提醒前方人员注意，同时在控制中心产生告警，提醒中央调度员确认；中央调度员确认后，现场的CCTV视频自动切换到相关区域，便于工作人员查看。中央调度员经过与车站相关人员沟通后，确认相应的告警是否属于误报警。如果确认为误报，可在中央进行旁路，同时列车恢复正常运行速度；如果确认告警正确，则维持列车限速运行。2.1.4灵活编组技术既有的城市轨道交通非全自动运行线路多采用固定编组列车，无法通过灵活调配列车的编组数量以满足不同运力的需求。在全自动运行线路上调整车辆的编组模式，即灵活编组，根据不同时间段、不同空间条件下的客流特征，在保证较高列车运行间隔的条件下，通过列车编组形式快速变化的方式实现客流需求与运行能力最优协同。灵活编组技术可有效解决不同时段客流不均衡、列车运输能力与运输效率动态匹配的问题，平衡运力及服务水平之间的矛盾。8灵活编组技术主要体现在信号安全防护、车辆解挂编控制、运行计划调整和地面设施匹配等方面。信号安全防护是指设施设备自动实现列车联挂/解编过程和自动确认编组状态的整个过程中，信号系统提供对列车的全程安全防护。车辆解挂编控制是指对每一个基本列车编组，在进行连挂和解编作业时，根据不同编组情况，自动识别并对列车网络进行组网，实现对全编组列车进行监督运行计划自动调整是指运营单位根据不同编组列车在线联挂解编时，列车运行计划能自动匹配对应编组的列车，无需人工操作为列车分配运行任务或修改运地面设施自动匹配是指线路在建设阶段应针对可能存在的连挂解编任务，对车站站台长度，站台门系统，乘客信息系统等相关设施设备进行整体考虑，统一安排实施。1）基于动态车长的信号安全防护在固定编组的运行方式下，因为列车长度不会发生改变，因此在计算列车位置时，信号系统车载设备主要通过测速测距设备和应答器建立列车位置信息，并根据列车固定的长度向地面设备持续实时报告相关信息，地面设备可根据位置信息计算列车的下一个运行目的地。采用灵活编组的运行方式时，列车的长度信息将会发送动态变化，需考虑列车位置信息发送的实现方式。主要有两种实现方式：（1）单包络方案，即两列短编组列车进行联挂后，两车之间的信号车载设备建立通信，并将两列车的安全包络进行融合，车载设备向地面设备发送的位置信息为联挂后的长编组列车长度，地面设备将长编组列车按一列车的方式进行防护和控制。（2）双包络方案，即两列短编组列车进行连挂后，两车之间的信号车载设备建立通信，各自维持独立的安全包络，分别向地面设备发送本车的位置信息，地面设备按两列车联挂状态进行防护。同时需要考虑双包络在列车折返换端、休眠唤醒定位等场景下的列车位置信息。两车的信号车载信号设备需要交互信息，以保证和单车情况下基本一致的功能分配和功能要求。双包络方案的信号车载设备间逻辑耦合度较低，为后续虚拟联挂/解编提供了技术支持，顺应技术发展的方向，在上海16号线的项目实施中，采用双包络同时，为了安全实施列车联挂解编作业，确保列车联挂后的安全运行，信号车载设备需要对联挂列车进行安全、可靠的识别和实时监督。在信号-车辆接口9信息中，在每个基本编组列车的两端均增加了安全采集信息，用于判断每个驾驶端的联挂状态。通过同时采集两列基本编组列车的对应点位的电平信号，组合后判断联挂列车是否处于有效状态，用于信号系统实现将联挂列车整合为一个统一整体进行管2）车辆解挂编自动控制为实现在线灵活编组作业，城市轨道交通车辆一般配备全自动车钩。该类型车钩在联挂解编作业过程中机械、气路和电路可以实现完全自动连接和分离，也可人工解钩。相较半自动车钩和半永久车钩，全自动车钩在实施作业时，司乘人员可在司机室内通过按钮操作实现车钩的自动连接或断开，无需人工下车操作，具有较高安全性和实施效率，同时避免人身伤害的危险。在列车运行过程中，需要持续对列车完整性进行检查，防止因列车解体而出现的撞车风险。通常固定编组列车的完整性通过制动风管压力进行检查，对于长编组列车，应能保证其完整性检查范围包含全部编组单元，对列车进行整体防护。3）运行计划自动调整运行计划是用于描述列车运营过程中在车站到发时刻的计划信息，运行计划应与每列上线列车相匹配，而采用灵活编组技术时，由于存在快速的列车联挂和解编作业，会导致在运营列车数量的不规律变化，因此要求运行计划在编制和使用时，应能自动化调整以匹配对应的列车编组情况。通过自动列车监控系统提供的正线行车计划离线编制工具，根据运营部门制定的在线联挂/解编运营计划，首先分别完成多个运行到指定联挂/解编区域的运营车次编制，并在这些计划车次的计划联挂/解编区域点上，定义“待联挂”/“待解编”列车属性。然后根据系统设计所需的联挂/解编作业时间及运营需求，定义新的计划车次，用于执行列车完成联挂/解编后的运营任务，并在该计划车次中，定义“已联挂”/“已解编”列车属性。最后，将所有“待联挂”/“待解编”计划车次与对应的“已联挂”/“已解编”计划车次进行自动关联，完成一次完整的列车在线联挂/解编作业的行车计划编制。4）地面设施自动匹配为支持灵活编组作业，需要在线路定义联挂/解编区域，其长度需至少大于2列正线最长单种配置列车长度及其保护区段长度之和。解挂编更适合复合式站台并具备站后折返线路，一是站后折返清客作业效率高，耗时少的优点。二是站后解挂编发生故障不会影响车站正常接发车，对正常运营影响小。三是专用线选择上尽可能选择战后折返站、进出库的接口站或者离车库较近有存车线的车站。站台门系统能根据信号系统发送的不同编组列车的信息，打开和关闭对应数量的站台门。PIS/广播根据信号系统发送的3编车和6编车信息，对乘客进行上车引导。列车解编后通信专业的无线对讲需能自动恢复为3编车配置，无需司机人工将紧急频道恢复为正常频道。2.1.5列车自主运行控制技术国内城市轨道交通全自动运行系统普遍采用的是“车-地-车”的信息传输方式和系统架构，当承载全自动运行功能后，面临了系统设备增多、接口复杂、列车运行对系统设备严重依赖等问题，导致有限的线路资源难以进一步提升利用效率，列车之间的运行间隔无法进一步缩短等问题亟待解决。在这样的背景下，基于车-车通信的列车自主运行技术应运而生。将传统车-地控制器间的强耦合式架构更新为精简的弱耦合式架构，将以进路为基础的集中式资源管理方式升级为以列车为主体基于资源点的分散式资源管理方式，从而构建更高效、更灵活、更经济的新型列车运行控制系统。作为基于列车自主资源管理进行主动间隔防护的列车自动控制系统，列车自主运行系统通过对列车控制技术的创新，能够在全自动运行基础上进一步提高控制精度和执行效率，最终提升列车的运行效率。1）精细化线路资源管理列车自主运行系统中采用了低耦合式的系统架构，如图2-2所示。图2-2列车自主运行技术中采用的弱耦合式架构低耦合式的系统架构降低了信息交互和资源交易的成本，提升了线路资源在单位时间内的利用效率。而精细化的资源管理，通过对线路资源的进一步细分，提升了资源在单位空间内的利用效率，从而实现在同等线路配置下运行更多的列车，释放更多的运能。如图2-2(b)所示，对于传统全自动运行系统，线路资源管理由联锁子系统负责，调度系统将列车运行计划进行拆解，然后向联锁子系统发送进路建立的命令，同时给列车发送列车运行任务的命令，命令分别通过2条路径进行传递。在这种资源管理方式中，以进路方式对列车运行所需要的多个资源进行打包，采用一次性分配进路并锁闭进路的方式，释放进路/区段解锁时可以根据列车位置按区段释放（即3点检查解锁方式资源的利用效率相对较低。对于列车自主运行系统而言，取消了联锁子系统，线路资源管理由列车负责。如图2-2(a)所示，基于调度系统下发的运行计划，车载子系统根据自身当前位置生成列车的运行任务，自主计算对轨旁资源的需求，择机向轨旁控制器申请资源，资源被分配后将提供给列车的车载使用，使用后车载释放资源。在资源管理的全过程中信息流采用单一路径，资源的分配和释放效率提升。此外，对于线路上的道岔资源，采用分布式资源管理的方式进行资源分配，当列车出清道岔可动区后即可释放相应资源，其他列车便能申请道岔可动区资源并控制道岔转动，能够有效提升列车在岔区的通过能力，缩短折返间隔时间，提升列车的折返效率。2）自主式列车间隔防护列车的间隔防护功能一方面是为了确保列车在线路上的行车安全，避免列车冲撞的风险；另一方面，信号系统也采用了智能算法来实时调整列车间的运行间隔，在保证安全的前提下尽可能地缩小行车间隔，以达到列车运能的最大化。对于传统信号系统，列车间隔防护功能由区域控制器承担，所有列车均需将自身的位置发送给区域控制器，区域控制器在考虑列车位置不确定性及通信时延等因素后形成列车包络，区域控制器对列车的包络及列车的顺序进行统一管理，按此基础为各请求列车提供移动授权信息。这种制式下，列车的间隔防护功能需要经由“车-地-车”的信息链路，降低了间隔防护的实时性，进而影响到列车的运而列车自主运行控制下的车载子系统，可以基于列车运行任务和列车当前位置，主动与相邻列车交互信息，并根据交互的信息自主更新移动授权，调整列车的运行状态。列车自主运行系统实现列车A与列车B之间信息的直接交互，通过“车-车”通信的链路增强了列车间隔防护的实时性。此外，列车自主运行中后车可通过直接与前车通信，获取前车的速度、加速度、位置等更多信息，从而生成更平稳的列车控制速度曲线，提高乘客的舒适度。通过列车之间位置和牵引制动状态的实时交互，还能够有效提高能馈制动的利用率，降低了能耗指标，使轨道交通更加绿色节能。2.1.6技术应用通过列车自动化运行控制技术，将运行调度、列车驾驶等工作完全交由高度集成、智能化的运行控制安全平台来完成，杜绝了人为因素带来的安全隐患。1）列车自动化运行控制技术的应用列车自动化运行控制技术应用于上海10号线、14号线等全自动运行线路，列车自动化运行通过车辆、信号和综合监控等系统的有机集成，实现了全过程GoA4级的列车运行控制和服务管理，以及对线路和停车场资源的高效控制和管理。包括列车的全自动休眠/唤醒、综合检测、全自动无人洗车、在线诊断实时调整等在内的全自动运行功能的实施，克服了人为判断的失误，实现了故障情况下自动应对和紧急情况下的应急处置，避免了人工处置过程中可能得失误，安全性和可用性提升了。得益于高度集成和智能控制，使得车站技术作业时间得以缩短，旅行时间得以提升，在同等运营服务质量条件下减少上线列车3列，降低了运维成本。2）灵活编组技术的应用上海地铁16号线列车首次在地铁线路的正线实施了解编联挂作业，通过采用列车灵活编组技术，可以在线路运营高峰时段通过“大编组，高密度”的运营方式，做到“多拉快跑”，在运营平峰低谷时段通过“小编组，高密度”的运营方式，在保证行车密度的基础上通过减少列车编组的车厢数目，来降低消耗，达到节能减排的目的。图2-3上海16号线龙阳路列车解编连挂停车点示意图上海地铁16号线在线联挂解编作业的投入应用，是对既有运营模式的一种新尝试，从固定编组优化成灵活编组形式，在保证服务水平的同时，可以提高轨道交通系统的运营经济性。上海地铁16号线在正线联挂解编的应用也为上海崇明线全自动解编联挂的实施提供重要的参考依据。上海地铁崇明线于2019年开始建设，预计2025年12月开通运营，为全自动运行线路，目前正在工程建设中。根据测算，崇明线高峰与平峰客流差异较大，早高峰两个小时客流占全日客流的33%，晚高峰一个小时占全日客流的14%，三小时客流共计占全日客流47%。平峰时段每小时客流仅占全日客流的4.1%左右。因此，崇明线采用全自动灵活编组技术，在高峰时段开行6编组列车，平峰开行3编组列车，可更精准匹配客流特征。3）列车自主运行控制技术的应用目前正在实施的上海轨道交通3号线、4号线信号改造项目将采用列车自主运行控制技术，针对列车自主运行控制技术当前的薄弱点，开发了后备列车定位设备实现降级后的列车定位功能，增强车地传输设备的冗余设计保障网络通信可靠性，列车自主运行控制技术得到进一步提升。此外，上海3号线、4号线改造项目中取消了作为后备的联锁控制模式，设备数量进一步缩减。2.2基于物联网云平台的新一代综合监控技术及应用在数字化转型和全自动运行建设的背景下，综合监控技术在实现城市轨道交通机电设备监控与管理、防灾与安全、乘客服务、行车辅助等功能之外被赋予更多的需求，需要支撑更多的智慧应用场景，如全面感知车站/车辆段设备、环境、客流、人员的实时状态信息，为智能分析应用提供数据支撑；提供多源异构数据融合处理能力，提供线网统一的数据管理，支撑基于线网的客流分析预测模型，并为大数据分析和数据资产管理提供基础；提供跨专业系统集成和积木式快速拼装与融合应用能力，支持2D监控界面与3D可视化图形界面的融合应用，支持结构化数据与音视频流的实时融合展现，支撑不同智慧运营场景的实现；根据不断增长变化的业务需求，提供系统持续改进和应用快速迭代的能力，提供便捷高效的应用开发部署能力。可以说，新一代城市轨道交通综合监控技术是全自动运行核心技术之一。新一代综合监控技术基于物联网云平台，采用云、边、端相结合的总体技术架构，层次分明，结构清晰，系统可扩展性强，应用迭代开发便捷。系统总体技术架构如图2-4所示。云端系统采用三层架构，包括基础设施资源层（IaaS）、运控能力平台层（PaaS）和综合业务应用层（SaaS实现线路中央级综合监控系统和线网级综合监控系统的功能。其中IaaS层为云平台基础设施，提供池化的计算、存储和网络资源。PaaS层基于工业物联网平台，提供设备接入能力、数据管控能力和轨道交通综合业务集成能力，并提供通用能力中间件和配套的应用开发工具。SaaS层面向轨道交通用户需求，提供相关业务管理的应用软件，包括线路控制中心的运营调度应用模块、线网指挥中心的管理协调应用模块等，还包括设备故障诊断、客流分析预测、可视化管理等高级应用模块。边端系统由边缘智能层构成，实现车站级综合监控系统的功能。边端系统作为云端系统的边缘节点，提供边缘网关、边缘计算和车站综合应用能力。鉴于边缘应用的可靠性和可用性要求，车站边缘计算和综合应用模块采用本地化部署方案，从而化解现有方案中边端部署降级系统所带来的架构上的复杂性。端部系统为新一代综合监控系统全部监控对象的集合，内容覆盖车站机电设备、供电设备、通信/信号设备、车辆以及车站环境、客流、人员等。端部系统对象通过泛在物联方式接入边缘网关。图2-4基于物联网云平台新一代综合监控技术架构在上海地铁智慧车站研究和机电系统集成优化研究的基础上，提出基于物联网云平台的新一代综合监控技术，采用云边端相结合的总体技术架构和边缘系统本地部署方案，可以有效化解既有云平台方案网络结构复杂、可靠性较差的问题，并提供PaaS平台服务能力，满足快速迭代的应用开发需求。新一代综合监控技术采用的基于中台技术的PaaS层融合方案，不仅能实现全网数据统一管控，为后续智慧地铁建设和大数据分析应用提供数据支撑，还能提供更多的云平台服务能力，更好支撑快速迭代的应用开发需求。既有综合监控系统云平台方案包括线路级云平台方案和线网级云平台方案。新一代综合监控技术采用的边缘系统本地部署方案，取消既有云平台方案为提供车站降级服务而增设的后备系统，简化了网络结构，规避了车站降级模式切换的繁冗环节，增加了系统的可用性和可靠性。同时，由于边缘系统采用本地化部署方案，工程实施阶段对云平台建设时序要求不再严苛，工程实施难度相对较小。具体对比分析如表2-1所示。表2-1新一代综合监控系统与既有系统的对比指标线路级云平台方案线网级云平台方案新一代综合监控系统方案云平台规模线路级线网级线网级云平台服务能力Iaas层未明确Paas层网络结构较复杂较复杂简洁建设时序严苛严苛相对宽松系统实时性较好较好较好可用性与可靠性较差较差好可维护性较好较好较好可扩展性一般较好好2.3基于LTE的多业务综合承载技术及应用立足于上海地铁无线通信资源网络化共享的需求，在国内首次提出了包含核心网主备场景的核心网与基站间的S1-T接口协议标准和测试要求，并在上海14、15号线工程实现了LTE集群核心网与异厂家基站、终端的互联互通，稳定运行至今，打破了LTE在行业应用中关键网元间的兼容性壁垒，解决了多线路共享LTE核心网、网络化通信互联接口的瓶颈问题，引领LTE在行业的良性发展。面向集群由TETRA演进到LTE带来的多媒体、宽带数据传输能力引入，行业内首次从网络化角度分析宽带集群使用需求，完整提出了地铁宽带集群功能设计、业务流程和系统架构，统一了软硬件界面、终端配置等，为运维生产提供更丰富灵活、集成高效的无线通信。1）LTE集群核心网与接入网的互联互通上海地铁在国内首次牵头完成了网络级的LTE集群核心网与不同品牌接入网之间的S1-T接口标准化要求（网络架构图如2-5所示）。针对LTE集群接口标准在主备核心网组网架构方面的通信协议空白，在深入分析中兴、华为两家主流厂商方案的优缺点基础上，研究形成了主备冗余标准，以提高线路侧LTE集群接入网设备采购灵活性，降低建设成本。图2-5上海地铁LTE网络架构示意图2）宽带集群二次开发终端技术自主制定了宽带集群调度系统的二次开发终端技术规范，对相应的系统架构、功能、接口和终端界面（其中调度台主界面如图2-6所示）、配置等进行了规范，实现运维管理人员在全线网的系统操作过程统一化、使用经验通用化，有利于减少维护成本，降低管理难度。图2-6标准的调度台主界面3）LTE实验平台搭建与工程实践基于张江实验基地，搭建了上海轨道交通LTE实验平台，行业首创牵头研发相应检验工具，既可以用来检测不同厂家S1-T接口的互联互通一致性，又可以作为行业仿真应用平台，搭建各种业务应用环境，开展相关方案验证、设备调试。国内首次实现异厂家基站和终端接入到核心网，对于测试和调试中发现的问题，明确功能实现的具体配置和细化流程，牵头实现了终端注册、语音组呼、电子工单等核心功能的互联互通。该技术成果已应用于14、15、18号线建设和2、3、4号线改造中，并将持续应用于后续新线和既有线改造。基于该技术研究成果，对14、15、18号线的基站与核心网间S1-T接口开展了相关接口标准化检测（相关合同证明），从而保证功能实现的正常。项目基于B-TrunC标准，补充形成了集群核心网容灾备份相关的标准要求。后续相关要求将纳入到B-TrunC下一阶段标准中，从而将以上海轨道交通为应用起点，服务整个宽带集群行业。该技术的实验平台为2号线项目的实施提供了开发和测试的环境，并提供了验证环境，支持了项目推进。2号线专用无线系统改造项目的集成商，利用平台环境进行LTE集群调度子系统的开发、调试、互通测试。另外，还在平台现场开展了2号线相关项目的厂验。2.4面向多专业复杂场景的智能运维技术及应用随着物联网、大数据、云计算、移动互联网、人工智能等新一代信息技术的蓬勃发展，已具备了通过智能维护提高轨道交通安全、降低工作强度和人才依赖的基础，在这样的背景下，搭建城轨车辆智能运维系统和信号智能运维系统的需求提上了日程。构建城轨车辆全寿命周期运维体系及标准规范，建成国内首套基于全寿命周期理论的车辆智能运维系统，并率先在全线网应用，有效提升车辆运营的可靠性、可用率，降低检修人车比，填补国内外超大规模地铁网络下车辆全寿命周期智能运维模式空白，大幅推动运维模式转变；运用信号专用IoT大范围获取关键设施状态信息，设计多型智能设备高效率完成人工巡检工作，通过人工智能算法高精准完成故障诊断预警，依托健康指数精细化制定维修决策，借助大数据平台集成化联动运营运维多专业，能够实现智慧化、自动化的信号系统全寿命周期健康管2.4.1车辆智能运维技术城市轨道交通全自动运行在全线路段采用的是无人驾驶模式，该线路列车不设置单独司机室，驾乘人员与列车设备状态交互能力急剧下降，因此利用数字化、数据传输等技术远程感知全自动列车各个子系统状态感知显得尤为重要。同时，为保证全自动运行列车设备的可靠性和可用率，需采用大数据、大模型、智能化手段实现对列车设备关键设备健康状态评价、故障的精准处置和维修、合理的列车检修计划排程。1）基于RCM+APS城轨车辆全寿命周期运维体系面对像上海地铁超大规模网络运营，各条线路的运营条件及配属车型多少会有差异，因此对于检修修程的精细化管理和优化有着天然的要求。随着运营要求（可用性、可靠性经济性）的不断提升，对检修规程管理、适配和优化的要求必定会越来越高。RCM+APS城轨车辆全寿命周期运维体系的研发，则通过制定精准的维护内容，实现了最优化检修计划智能柔性排程，打通了低级修制与高级修制的鸿沟。传统检修规程没有对规程与计划进行彻底的解耦，维护规程与维护计划的纠缠，制约了规程体系与计划体系的持续改进。为此，结合上海地铁超大规模网络运营的现状，以RCM理论为基础，建立城轨车辆标准化构型，编制全寿命周期城轨车辆检修规程与工作包，依据列车实际运营状态进行工作包动态组合，结合数字化运筹以柔性计划APS的方法开展城轨车辆维护排程工作，形成了“专家型故障修+经验型计划修+感知型状态修”的城轨车辆全寿命周期运维体系与生2）超大规模复杂制式下高并发轨道车辆联网车辆的运行状态对车辆运营的安全尤为重要，在日常运维中主要包含两项工作，一是要做好对列车运行状态的监测工作，及时发现车辆的风险隐患；二是协同司机高效开展对正线应急故障的及时处理。传统的驻点保障模式显然无法满足这一需求。为此，结合轨道交通车联网建设创新需求，建立适应于超大规模网络的车联网系统（IOR，InternetOfRollingStock具有高频大数据实时上传、通道高安全性传输、故障实时智能预诊断分析等技术特点，能够支持智慧化运营的车联网专家诊断系统。面向超大规模线网车辆可靠性交付运营保障需求，研发了轨道交通车联网系统IOR。系统将城轨车辆整车、车辆各子系统以及车辆关键部件通过安装传感器进行智能化升级，将车辆状态数据化，通过4G、WIFI等各种无线网络连接车辆与地面智能运维系统RISE。实现持续监测线网车辆运行状态与与支持司机做好应急故障处置。3）复杂工况下小样本深度学习的车辆自动检测识别上海地铁的轨旁检测设备大部分安装在既有线路上，面临着各种复杂工况：露天及上盖物业会产生雨雪侵入以及阳光直射或光线变换不同的场景。同时，由于轨道列车原本的高可靠性，难以收集到足够数量真实故障，如部件松动和裂纹等故障，会导致难以收集到足够的数据来进行准确的算法模型建立。传统城轨车辆的日常维保主要依靠人力完成，劳动强度大，信息化作业水平较低，检修结果无法用于故障预警与统计分析，无法用于全寿命周期管理。为提高自动化日列检作业水平，研发了覆盖全线网各基地的轨旁综合检测系统（SMIT，SmartMetroInspectionTechnology通过图像对比、人工智能、机器视觉等技术，发现故障、缺陷及问题，实现在线远程实时了解车辆外观状态，降低人工检修劳动强度，提高检修效率，并且有效支持车辆检修作业。4）行部与轮轨关系车载在线监测诊断预测城市轨道交通车辆走行部的机械故障是影响车辆运行安全的重要因素，同时车辆走行部的维护保养成本在车辆维护保养总成本中所占的比重较大，如何运用有效的运维手段，实时掌握走行部及轨道的运行状态并做出合理的应对策略，规避安全风险，节约维修成本，成为轨道交通运维工作中亟待解决的问题。为此，研发了车辆走行部振动检测健康管理系统（PHM,PrognosticandHealthManagement实现趋势分析、轴承异常管理、轨道振动分析、设备的健康管理以及对轮轨关系的验证。实现对走行部监测、轨道状态监测等多系统数据集成管理，提升了各系统应用效率。融合走行部、轨旁系统、检修系统等多源异构数据，将所有线路数据统一存储到全量数据仓库中，科学指导列车运用和维护。此外，基于部件的全寿命周期数据，采用寿命分布的可靠寿命评估方法，结合不同运行阶段部件产生的诊断特征值与运营里程分布统计特性，PHM系统还可以进行部件剩余寿命的动态评估预测。2.4.2通号智能运维技术1）多元技术融合智能感知通号智慧维保应用了新型感知设备（智能传感器、智能仪表、智能视频、智能音频、智能标签等通过多元技术融合实现智能感知；并能实现面向核心设备的非侵入式声、光、电、信息流等感知技术以保障感知的安全性；实现可智能自识别关键场景、自切换采样模式的综合智能感知设备。2）多驱动引擎融合的实时预警分析及诊断结合波形分析、推理分析、故障树分析、机器自学习、概率统计分析等多种引擎混合驱动的实时预警分析及诊断技术已势如破竹。通号智慧维保利用了该分析技术，预计实现的目标为：当设备存在隐患时，系统自动预警并提供维修建议，提前消除隐患于萌芽状态。设备故障时，系统实时发现故障，维护人员根据系统给出的维修建议进行快速维修，有效压缩故障延时。同时，通过引入领域性的知识图谱，并将故障领域内的知识结合设备拓扑知识通过CMDB技术和一些机器学习的技术抽象化，构建成图谱结构。然后，在数据赋能的情况下，实现数据与图谱动态结合，用于辅助解决复杂查询、关联分析、根因追踪等场景的需求。最后，结合数据分析手段，通过多级数据反馈结果，完成对故障根源的搜索定位。3）设备主动维修决策传统的定期检修制度一方面带来了检修和维护人力、成本的浪费，另一方面对设备的过度检修也会降低设备的可用性，对设备的正常运行带来隐患。通号智慧维保基于智能感知和协同识别信息，研究建立设备健康评估、主动维护模式（PAPPredictandPrevent有针对性地完善保障设备可靠运行；基于设备全生命周期质量监控和评估，智能预测、推荐设备检修周期和设备使用寿命；以设备的真实质量水平、结合维修预案，动态智能提出设备维护和维修计划，辅助实现主动维护决策，在实现设备高度可靠性的同时，实现维保工作的提质增效。4）基于数字化理念的管理体系和操作规范智慧维保的本质是围绕数据的采集、传输存储与分析、应用等流程开展软件系统及硬件的建设，整合与共享运营生产、运营管理及资源管理等业务领域各类信息及相关外部信息，从而对运营、管理、维护、服务等各种需求做出智能响应和自动化处理，提升地铁运营的数字化管理，打造集成化、联动化、精细化的管集成化：从现场操作过程中、从平台运作过程中，以及设备监测过程中，采集大量不同维度的业务数据，统一汇聚至生产管理系统中并进行即时处理，将处理后的应用数据同步至指挥层或现场实施层，最大化提升管理汇报和现场指导的时效性和准确性。联动化：融汇了柔性扁平化管理的概念，将各主要业务的数据、流程和平台进行标准统一和接口打通，使各生产环节的数据链贯通，并可以同步触发其它节点的业务操作，使管理的有效范围拓展至生产操作的全生命周期中的每个重要环精细化：为保证集成数据的准确性和后期大数据分析的可靠性，通号生产管理的信息采集已经细化至操作的最终端，即每个人员的详细操作数据，例如，时间的采集精细至秒、设备信息的采集精细至序列号，这些精确的数据为统计和分析提供了可靠的信息基础。多元化：系统融合了联动设备监测系统自动告警、资源盯控、移动APP、二维码转换、数字化处置流程图、大数据采集和集成等关键技术，将各技术进行串联应用，使多项数字化应用贯穿生产管理的每个主要操作环节，大大提升了生产业务的效率和准确度，加强了管理与实施的交互效力。可视化：将传统的文字、表格和留言或手写记录等展示方式，全部转化为易懂易操作的集成可视化界面，以图元代替大量文字、以图形代替表格、以提醒图标代替手动记录，完全体现了数字化环境下的视觉集成和叠加，极大地突出了信息浏览的全局性和便捷性；电子化：以电子化作为业务操作的核心驱动力，将手动、纸质、电话沟通、人工查询等操作形式，转变为自动推送、无纸化操作、远程盯控和一键式触发或提取，在精简了操作流程同时，又增强了各层级、各业务和各平台之间的粘合度，使整个生产管理的运作具备网格化操作基础，最大程度优化了使用习惯和操2.4.3技术应用上海轨道交通车辆智能运维系统实现了全路网1191列7460辆车的状态感知、故障处置、部件检测等，覆盖了20条线、38个基地的车辆运维工作，打造了车辆运维专业的统一生态圈。建成了国际领先的上海轨道交通车辆智能运维系统和管理体系，实现全网7460辆车的状态在线实时感知、故障自动诊断、部件在途检测功能和20条线路38个基地的轨旁自动检测、预警。上海轨道交通车辆智能运维系统的使用，使得检修人车比下降38%，推动上海地铁车辆转型升级到按需通号智能运维项目在陈太路试点构建了适合通号特点的运维端节点，依托14号线、15号线现场进行了数字化综合运维系统多项功能的测试，并完成了数字化综合运维系统的联调。通过全设备接入在线监测，根据设备及人员实时情况来组织生产，派发任务，取消人工巡检，实现无人值守机房。精准定位故障，快速联动处置。根据故障数据迅速生成基本信息并定位到故障点，同时推送处理预案，抢修人员实行接单模式。施工作业卡控，维护质量管控。施工作业关键工序关联设备状态，进行自动化管控。陈太路试点线路底层设备感知覆盖率近100%，系统诊断和预警准确性超过95%。通号智能运维系统在陈太路试点线路的试用结果显示，维修响应时间缩短30%，列车延误率大幅下降。在经济效益方面，陈太路端节点大幅度减少了投入的人工数。原来通号分公司每公里需要配4个人，处于全国的平均值每公里4到6人左右的最低值。在陈太路端节点的试点完成以后，三条线的维护人员可以从原来的每公里4个人，再降低到2.6个人。2.5全自动运行运维管理模式及应用相较于传统城市轨道交通，全自动运行线路的运行系统设备功能和要求发生了较大变化，因此，在列车控制、乘务组织、客运组织、应急处置、设施设备维护、员工配置、安全防护等各个方面都存在很大差异。为了充分发挥全自动运行系统在高效、经济、安全和节能等方面的优势，挖掘其各项功能和性能潜力，城市轨道交通运营单位一般会对运营生产管理在"调度指挥、设备维护、岗位复合、应急处置"等方面提出更高的目标要求。2.5.1全自动运行运维管理模式1）调度指挥全自动运行线路与常规线路最大的差异在于不配备专职司机，从而使控制中心由“面向司机”变为“面向设备、面向乘客”，拉近了OCC与现场的距离，使OCC需要具备“实时了解现场、掌握故障情况、快速判断决策、远程指挥控制及现场联动处置”的能力，对行车指挥和综合监控等设备系统提出了高度集成的需求。因此，为实现调度指挥、列车驾驶、客运组织、应急处置等核心业务的统一管理和协同运转，提高正常情况下的协同运转效率及非正常情况下的调整配合效率，需采用高度集中的调度指挥一体化管理模式。2）设备维护全自动运行线路集约中央级控制势必造成各系统间关联性、统筹协调性更强，个体故障事件处理需要多个系统联合处理，传统的分系统维护体制在事件处理的效率和统筹方面均存在不适应性。因此，应根据全自动运行系统的特点，兼顾传统有人驾驶工况条件，建立高效的、综合的运维团队，包括综合素质更高的多职能队伍和专业齐全、素质过硬的专业维修队伍，承担全线的二级维修管理以及应急抢工作；并将设备巡视、先期应急处置类的初级维护工作进行整合，由专职从事设备初级维护的多职能队员完成，而设备深度维护的工作仍由专业维护人员完成，实现“检修分离、岗位复合、减员增效”及整合各专业内部资源的目标。全自动运行系统不同于传统系统，多个设备系统之间的关联性、集成度、自动化水平都比较高，需要各专业、各岗位之间高度协作、高度联动，全自动运行线路的运营管理能力、运营管理队伍也应达到与之相匹配、相适应的水平。有效的岗位复合在实现“减员增效”的同时，还可以满足不同运营场景在延误、故障或事故等不同工况时，有具备相应能力的人员进行现场安全介入，以保证全自动运行系统的安全高效运转4）应急处置在全自动运行线路无人值守的情况下，一旦发生紧急情况，其故障修复及应急反应时间将远远不及传统线路，亟需通过建立合理的运营组织模式，配套高效的应急处置办法，以保障全自动运行系统在车上无人值守、车下人员精简的条件下高可用、高可靠等优势的充分发挥。2.5.2全自动运行运维管理模式应用上海地铁10号线采用了运维一体化管理模式，主要是在传统线路业务模块的基础上，将运营线路的控制中心OCC、维保板块人员和相关业务统筹管理，全面负责调度、客运、乘务、机电、车辆、供电和通号专业等工作。由单一的管理部门，即10号线运营维护管理部负责正线、车场运营，以及线路、车场各专业设备的检修维护任务，仅部分大修项目引入委外或专业机构执行，10号线运维一体化线路组织架构图如2-7所示。10号线运维管理部POCC检修板块车务板块POCC调度班组业务管理车辆专业供电调度班组业务管理车辆专业供电专业信号专业机电专业客运乘务计划客运乘务管理图2-7上海10号线运维一体化组织架构图10号线运营维护管理部根据所辖业务分为POCC、检修和车务三大板块。其中，POCC主要负责调度管理、施工管理以及相关业务管理，下设调度班组，生产计划管理和业务管理；车务板块主要负责乘务管理和客运管理；检修板块主要负责设施设备的日常维护及抢修工作，主要包括车辆、供电、通号和机电四个专业，实行设备一体化管理。10号线行车关键设备的维修管理，由10号线运维管理部四个维修专业进行管理。在运维一体化改革过程中，本着“人员高效、管理创新、技术先进”的原则，整体突出“检修分离、岗位复合、减员增效”及各专业内部资源整合为目标，实行检修分离模式，整合出车站多职能队伍，并通过有效的岗位复合达到“减员增效”的生产模式优化管理要求。通过岗位复合后，维修分部将不断完善和推进“标准化、精细化、规范化”为主的安全生产管理体系，打造专业化、高安全性管理理念，最终实现专业化优化整合管理需求。上海地铁10号线采用运维一体化模式，将OCC（集控）职能和检修板块划入运营公司管理，既强化了运营公司对各业务版块的统一管理，还提升了各专业协同联动能力。作为国内首条高密度、大客流全自动运行线路，10号线自2014年8月份启用全自动运行至今，在极高客流强度下依旧保持优异的运营指标。在提高运行效率、降低故障率、提高服务水平等各方面都取得了一定的成效。3成效及展望3.1应用成效从全国首条大客流全自动地铁线路上海10号线到最新一轮建成的新三线，上海地铁积累了丰富的全自动运行经验。全自动运行及相关关键技术也给上海轨道交通带来了显著的应用成效，在为乘客提供更安全、更高效、更便捷、更舒适的出行服务的同时，大幅提高了上海地铁的运营和管理效率，节约了建设和运维1）运营服务能力显著提升采用全自动运行技术的地铁线路，可有效缩短正线运营间隔，全自动运行技术应用于车辆基地和调度指挥中心，可实现对线路、车辆和停车场资源的高效控制和管理，较常规线路可显著减少出入库时间，提升平均旅行速度。以上海地铁10号线为例，自2014年10月进行全自动运行系统运营以来，平均正点率和兑现率均达到了99.9%，平均周转时间缩短600秒，平均折返时间缩短60秒，列车出入库时间由原来人工操作下的5分钟降低至2.5分钟左右，列车的平均旅行速度提升2.73公里/小时，较常规线路提升了7.8%。2）安全性与可靠性有效提升全自动运行技术基于具有国际先进水平的安全运控平台，应用安全相关功能的安全编码与差错控制技术、故障实时检测等技术，在完成高精度列车运行的同时，可显著提升系统查错、纠错和容错能力，使得平均无故障里程较常规线路显著提高，同时也解决了故障情况下维持无人驾驶列车自动安全运行的难题。依托智能运维技术，可实现维保工作的提质增效。以上海地铁智能运维系统为例，通号智能运维系统投用后，信号系统故障平均修复时间降至10分钟，车载设备故障率降至1047万车公里发生1起，转辙机故障率降至47万次发生1起，实现了线网的高可用度。车辆智能运维系统实现全网7460辆车的状态在线实时感知、故障自动诊断、部件在途检测功能和20条线路38个基地的轨旁自动检测、预警功能，列车平均无运营故障间隔里程从6.4万公里提升至20万公里，列车可用率从93%提升至97%。3.2技术展望全自动运行已经成为城市轨道交通行业发展的必然趋势，尤其是列车主动防撞探测和全自动救援等相关创新技术的研究与应用，对推广全自动运行技术发展将起到重要支撑作用。1）列车主动防撞技术全自动运行系统的行车效率和安全主要依赖于信号系统的可靠性，而信号系统对于具有突发性、不可预测的异物侵限事件无法提前预警，列车无法主动感知运行前方环境。为了提高系统对障碍物侵限的应对能力，列车需要具备防撞检测防撞检测技术一般分为被动式检测和主动式检测。其中，被动式检测是通过车载机械杆实现障碍物检测，触发传感器信号后传递给车辆，实现列车紧急制动。主动式检测是通过车辆前端传感器采集前方线路信息，当检测系统识别出障碍物时，可向调度人员发出预警信号，并可做出紧急制动处理。列车主动防撞系统核心设备是智能检测主机，负责完成视觉摄像机、激光雷达及毫米波雷达等传感器的数据处理计算和多传感融合与决策，在检测到存在碰撞风险时输出报警信息，或通过干接点接入紧急制动回路实现控车功能，并可实现相关故障信息记录和数据回放。列车主动防撞技术在现场应用应具备如下能力：（1）适应复杂的列车运行环境城市轨道交通系统运行环境具有复杂性、多变性特点，障碍物检测系统的难度来源于地铁列车运行工况及检测对象的多样性、复杂性等因素，如恶劣天气(雨天、沙暴天气)、障碍物多样性、光亮明暗变化、地形干扰(弯道、坡道)等。（2）对地铁环境适应较高的高性能传感器常用传感器主要有激光雷达、毫米波雷达、二次雷达、工业摄像机等。激光雷达通过红外激光扫描成像，对低照度环境的适应和探测距离有优势，但分辨率低。摄像头分辨率高，但受环境影响大，在强光、弱光、强逆光等场景下表现不佳，检测效果依赖于图像增强算法及摄像机本身的动态范围。毫米波分辨率和定位精度不够，但对恶劣环境适应性好，具备有限的穿透雨雪和雾霾的能力，适用于恶劣天气条件下的补充探测。（3）具备弯道障碍物检测能力城市轨道交通线路通常铺设于隧道内，受线路地形限制存在较多小半径曲线及大坡道，且坡度变化大、线型复杂。在较小半径曲线区段、进站前有弯道或其他情况的敏感区段，视频、雷达等无法进行有效感知，弯道的等效视距小于直道，障碍物检测比较困难。目前主动防撞技术的行业应用情况基本处于试点调试阶段，例如北京新机场线目前采用的智能障碍物检测系统是将图像信息和激光雷达信息相结合，通过神经网络算法识别障碍物。由于主动防撞系统安全等级要求较高，接入全自动无人驾驶线路需要长时间的运行测试，因此初期只做障碍物检测报警，不参与直接控车。后续根据技术发展和行业推进，最终达到直接参与控制列车的目的，可在