近年来，智慧城轨应用在行业内得到广泛推广和建设，但真正转化为生产力，并成功固化成可推广、可复制、可应用且成效显著的智慧城轨建设模式却不多见。南京地铁在开通最早、设备最老旧且种类最多的1号线引入以360°检测技术和车辆巡检机器人为核心的“数智人”家族。通过对“数智人”应用规则及责任界定的评估，并依托南京地铁已建成的设施设备运维管理平台，实现“数”与“智”的融合。从现场感知检测到任务派发执行，南京地铁经过长期研究验证、调整与优化后，结合生产组织的相应调整，形成可复制的“数智人+自然人”列车巡检协作模式，真正将技术转化为生产力，实现降本增效的目标，为行业智慧城轨发展提供借鉴。
国家《交通强国建设纲要》及中国城市轨道交通协会《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》的出台为城市轨道交通高质量发展指明方向。南京地铁积极响应智慧城轨建设，先后发布《南京地铁智慧城轨规划》、《绿色城轨发展行动方案》、《南京地铁绿智运营14533行动方案》，进一步细化智慧城轨在南京地铁的实施方案。在城市轨道交通运行系统中，车辆作为确保运行安全的关键设备，其巡检维护投入巨大。随着科学技术的进步，图像识别、温度感知技术日益精进，算力大幅提升，算法持续迭代，智能巡检产品也在不断升级。尤其是360°检测系统与巡检机器人系统的诞生，加速智慧城轨建设步伐。南京地铁以目标为导向，统筹规划车辆智能巡检工作，以巡检机器人系统和360°检测系统为核心，构建数智人家族，推进生产组织方式变革，探索出可推广、可复制的智慧城轨新型生产组织模式。
南京市已开通运营13条地铁线路，其中包括7条市区线、6条市域线，共226座车站（换乘站重复计算），总运营里程473km，是中国首个实现区县地铁全覆盖的城市，同时也是继上海、广州之后第三个开通跨市地铁线路的城市。最早开通的1号线是南京市客流最大的线路，采用A型6编组列车，共5种车型、67列列车在运营。由于车辆部件类型繁多，且作为运营年限最长、车辆种类最多、设备最老的线路，1号线的日常巡检工作面临巨大挑战，亟需联合应用智能、智慧技术，以改善生产组织关系，全面提升安全可靠性和维护效率，因此选择该线作为“数智人+自然人”示范线。
“数智人”是指利用数字化与智能化技术，对设施设备的外观、部件及结构进行全面检查，通过算法判断设备状态，指导维修作业的智能化设备。南京地铁构建以巡检机器人系统和360°检测系统为核心的“数智人”家族。巡检机器人系统由巡检机器人本体、股道切换装置以及机器人配套设施等部分组成，可全自动执行作业，实现对电客车车底和车侧的巡检作业。（1）巡检机器人本体集成移动载体、通信设备和检测设备，可通过远程控制发布指令或遥控手柄近距离遥控，对电客车车底和车侧进行巡检。（2）股道切换装置安装在轨道地沟端部或中间位置，负责承载机器人本体在地沟与地面之间升降，辅助机器人进入电客车车底和车侧，并具备切换作业股道的功能。（3）机器人配套设施包括设备充电桩、无线接入点（AP）以及远程控制子系统等。机器人被部署在地铁检修地沟和车侧平台上，利用轮式运动平台结合图像识别等技术，对车底和车侧底部关键检修点进行精确成像和智能分析，解决传统人工巡检任务重、检测难度大、漏检率高等问题，实现列车巡检的降本、提质、增效，及时发现并全面消除列车运行中的安全隐患。（1）缺陷诊断。可智能识别车底与车侧底部的各种缺陷，包括螺栓、销、铭牌、阀门、温贴、线夹的异常情况，油污、异物的存在，以及接头松脱等设备故障，实现精准诊断和识别。（2）声纹检测。具备异常声音检测功能，可识别空气弹簧、气管漏气等设备异常声音。（3）自保护。具备避障、防倾覆、防跌落、防碰撞等自保护功能，可在复杂环境中安全稳定运行。（4）断网运行。在网络异常的情况下，机器人可继续执行巡检任务，并在任务结束后自动返回充电。（5）自主调度。机器人支持爬坡、越障，可在不同股道中自主运转，自适配股道和列车数据。（6）实时监控。允许后台系统实时监视机器人作业图像，并支持3D位姿展示，发生故障可紧急停止。（7）分析预警。后台监控系统可对机器人巡检任务、告警信息进行实时监控、分析和提前预警。360°检测系统包括360°检测模块、受电弓检测模块及轮对检测模块。（1）360°检测模块通过在轨道上方、轨旁及轨道中间安装视觉图像传感器、激光光源等检测装置，采集车顶、车侧、车底的可视部位图像信息。借助数据处理与图像智能识别技术，可进行关键尺寸检测、图像异常识别和故障分级预警。（2）受电弓检测模块通过在轨道上方安装视觉图像传感器、激光光源及接触式压力检测传感器，实时采集受电弓的可视部位图像信息及其与接触网的压力值，可检测受电弓关键尺寸、碳滑板破损及磨耗、弓形和羊角异常，分析弓网接触压力值，并自动分级预警。（3）轮对检测模块利用激光源与高分辨率高频数字相机，构建基于光学三角测量法的测量系统，通过相机进行高精度激光轮廓多幅成像，并经可编程门阵列（FPGA）硬件对图像进行压缩处理，可实现多幅激光图像对比计算，自动判别通过电客车的轮对外形尺寸是否超差。360°智能检测系统将数字图像处理技术与自动控制技术相结合，对运行车辆的车顶、走行部、制动部件、底架悬吊件等关键部位进行异常分析和故障预警，实现对车辆在线运行部件状态的监控，提高故障产生初期的预警能力和联网追踪能力。轨旁车辆关键部件红外在线监测系统采用非接触辐射测温技术，可在线检测运行通过的电客车走行部温度，自动测量牵引电机、齿轮箱和轴箱温度，温度误差在±2℃以内，实现对被检测部件的自动实时故障诊断和分级报警。系统包括红外温度采集装置、轨旁机柜、车号识别设备、车轮传感器和服务器等。
城市轨道交通领域众多智能巡检设备各具优势和局限，如何更好地将“数智人”融入城市轨道交通巡检体系已成为目前行业的重要课题。涉及3个核心挑战：检修项的合理整合应用、“数智人”检查可靠度和可信度的提高，以及“数智人”与“自然人”的有机结合。（1）检修项合理整合。根据各类智能检测系统的特性，对列车检修项进行专项对照和整合，充分发挥各系统的优势。电客车的车底、车侧及车上部分在检修规程中均有明确描述，且多为机械部件，非常适合“数智人”进行巡检。因此可对上述部分进行优化整合，提升巡检效率。（2）有机结合。基于已建成的设施设备运维管理平台，合理划分“数智人”与“自然人”工单任务，通过实现台账、故障、物料、状态监测、健康评估5个维度的数据同步，促进“数”与“智”的高度融合。除巡检项的区分外，“数智人”的巡检结果还需由“自然人”进行应用，实现业务流程上的衔接。（3）提升可靠度和可信度。自2020年开始研发并应用智能巡检系统，经过4年多的反复测试、验证及自主学习，该系统已覆盖11000余个点位，故障检出率超95%，系统误报率低于5%，可靠度得到充分验证。智能巡检系统自身运行稳定可靠，可信度满足设施设备巡检要求。（4）责任界定。基于“数智人”的工作原理及产品特性，明确划分设备责任和管理责任，“数智人”的检测项、检测任务执行标准内的未识别等责任由厂家承担，标准外的责任由运营单位承担，由于管理不当造成漏检由运营单位承担。维修模式的变革需要历史数据和科学理论的支撑，涉及以下步骤。（1）对日检作业内容及电客车历史故障数据分析，旨在探讨协作模式的应用潜力及延长巡检周期的可行性。（2）基于失效模式及效应分析（FMEA）理论，构建日检修程延长可行性评价方法，并针对南京地铁1号线的5种车型进行分析。（3）根据分析结果，对评价较低的部件进行进一步分析，结合“数智人”技术确定管控措施。（4）综合以上各项分析内容，确定维护策略，完成“数智人”与“自然人”在巡检工作中的界面划分。根据南京地铁1号线日检规程，除车上检查及电客车功能测试外，共统计出590个重要子部件（表1），均为机械及结构类部件，具有高可靠性且失效特征明显，利用图像识别技术可准确识别部件状态。
南京地铁1号线NJ01-1车型自2005年开通运营以来，已服务近20年，走行部主要部件大多超过设计半寿命期，日常故障情况颇具代表性。2014年—2023年1号线NJ01-1车型共发生故障12242件，日检过程中发现8391件故障，全效修过程中发现3851件故障（图1）。其中车下巡检类故障在日检中发现3449件，占比日检故障总数的28.2%，全效修中发现1448件，占比全效修故障总数的11.8%。NJ01-1车型的车下巡检故障集中在转向架、制动、牵引、辅助、车体和ATC等系统。其中转向架的故障率最高，占比达到67%，主要故障类型包括渗油故障、止动销故障以及堵头故障。其次为制动系统，故障占比达到24%，制动系统中闸瓦故障占比最高，原因为闸瓦达到正常使用寿命需更换。通过统计分析南京地铁NJ01-1车型近10年巡检故障数据，发现巡检故障发生频次相对较低，且危害性较大的故障数量较少。若“数智人”每次巡检全覆盖电客车车下及车侧的所有可检测部件，会耗费大量时间，导致效率低下，而且受目前技术限制，无法实现对车下及车侧部件所有失效形式的全面检测。因此采用FMEA方法对电客车各类部件进行失效模式及影响的评价分析，区分部件潜在风险高低，确定各设备最佳巡检周期，并优化“数智人”的协作检测模式。（1）失效严重度（S）（表2）是指在风险评估过程中，电客车部件失效模式可能造成的最严重影响。（2）潜在频度（O）（表3）是指电客车故障发生的频率。（3）潜在探测度（D）（表4）是指在检修过程中，可开展检查的深度及有效性相关评价。（4）巡检策略。以NJ01-1车型转向架及其所附系统为例，对其进行使用过程中潜在失效严重度（S）、部件发生故障的潜在频度（O）和部件隐患在检修过程中的潜在探测度（D）评级进行风险分析，最终计算其部件措施优先等级（表5）。转向架及其所附系统共统计检查部件52个，其中措施优先级为“H”的5项，措施优先级为“M”的3项，措施优先级为“L”的44项。L级部件完全由“数智人”巡检；M级部件采用差异化的“数智人”巡检模式，即需要“自然人”对“数智人”的巡检结果进行审图确认；H级部件初期采取“自然人”隔日检与“数智人”全检相结合的方式，随着管控措施逐步完善，再有序过渡到差异化的“数智人”巡检模式。根据GB 50157-2013《地铁设计规范》及《城市轨道交通设施设备运行维护管理办法》要求，电客车检修间隔不超过0.5月或5000km，因此将日检周期延长至0.5月以下符合规范要求。基于问题分析、规程指导、历史故障及理论研究综合考量，“数智人+自然人”协作具有坚实基础，为此增设“数智人”虚拟班组，以满足日检周期优化至4日的条件。（1）360°检测系统。每日完成上线列车车下部件的快检及车顶检查，确保7天覆盖所有列车。（2）巡检机器人。每日完成回库列车车下及车侧部件的精细检查，采取夜班普检与白班精简检查模式，3日内完成一轮所有列车的深度检查。（3）轨旁专检系统。每日检测上线列车轴箱、齿轮箱、联轴节以及电机温度等，运营期间持续监测。（4）自然人。按照现有日检规程要求每4日完成1轮列车的检查，每日完成所有列车上线前的出库检作业，及时完成专项巡检作业。
南京地铁1号线配备小行车辆基地（以下简称“小行”）、药大停车场（以下简称“药大”）和二桥停车场（以下简称“二桥”）3个检修基地，目前已完成阶段一的部署及应用，小行1股道、药大2股道引入智能巡检机器人进行日常巡检，小行正式启动1套360°智能检测系统，实现“数智人”巡检+人工复检的“数智人+自然人”协作模式。选取8列车作为试点车辆（各车型至少1列、各班组包保2列），开展人工4日检，进行巡检验证和日检数据对比分析。每日需巡检的列车被安排在“数智人”可覆盖股道，由“数智人”与“自然人”各自对试点列车进行4日检。每个日检班组夜班对包保的2列车进行巡检，巡检机器人每日完成另外2列验证车巡检作业，确保每4日由“自然人”与“数智人”各完成1轮验证电客车巡检作业。“数智人”完成车辆巡检作业后，由“自然人”开展人工巡检复查和车上检查。其余待检电客车日检作业由“自然人”独自进行。即为每2列验证车设定循环作业模式：“第1天：自然人→第2天：无作业→第3天：数智人+自然人→第4天：无作业”。随着智能运维设备的投入运用，传统上依赖人工检查的轴温、电机温度、受电弓等部分关键部件已实现自动检测，同时，引入“数智人”替代传统人工互检，可有效缩减每次作业互检人员配置，带来多方面的显著成效。（1）降本增效成果持续扩大。1号线维保团队已从201人减至141人，人车比降低至0.35，每年节约用工成本约1000万元。（2）巡检效能大幅提升。巡检机器人每4日完成1轮电客车巡检，360°智能检测系统每2日完成1轮电客车巡检，巡检效率提升约60%，巡检质量提升约50%。（3）应用场景不断丰富。依据12个全效修修程的不同侧重点，创新性地开发“数智人”专检模式，同时与日常临时作业深度融合，增加“数智人”专项普查、临修质量监督等功能。
随着数据积累及技术进步，“数智人”巡检能力将逐步提升，南京地铁会同专业厂家组建专业团队，从硬件、算法、运用情况、运用场景等方面入手，横向扩大建设范围，纵向挖掘数据价值。（1）持续推进“数智人”线路配置标准化建设，同时优化修程修制和生产组织流程，固化模式经验，提高巡检质量，同步降低人力成本。（2）以1号线为标杆，将成功经验在全线网推广，将协作模式固化经验向全线网推广，按照标准化的“数智人”线路配置增设智能检修设备，并依据优化后的修程，有序在全线网推行4日检，进一步提升“数智人”巡检能力。（3）深度协作模式的全面普及，逐步将电客车检修周期延长至8日检、半月检，使数智人精准检修、专家诊断以及电客车全寿命周期状态化、均衡化、精细化检修模式成为现实。（1）深度融合全效修作业，依据全效修修程的不同侧重点开发专检模式，如Q4修程的辅助设备、电机，Q9修程的制动阀件、管路，Q10修程的接地碳刷、电机加油，Q12修程的车钩、跨接线、空压机、齿轮箱。（2）深度参与临修作业，协助开展临修故障处置、部件普查以及临修质量监督等工作。（3）对巡检覆盖面进行扩展，从当前电客车车底、车侧巡检，延伸至电客车设备巡检、工程车辆巡检以及场段工艺设备巡检。
城市轨道交通“数智化”道路需要各相关方长期紧密合作与充分融合，结合企业管理模式的转型升级，确保数智化成果真正实现可复制、可落地、可推广，达到降本增效的目的。南京地铁在车辆巡检应用领域探索的“数智人+自然人”协作模式，已被证明具有可复制性和推广价值，但“数智人”的未来依旧面临挑战，如技能等级的评定标准以及如何拓展其应用场景等，需要整个行业共同努力，持续探索、实践、改进与提升。 / 参考文献 /
[1]赵振江,胡方阳,王彩文.南京地铁电客车“数智人+自然人”巡检协作模式研究及应用[J].现代城市轨道交通,2024(12):29-35.来源：现代城市轨道交通
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