轨道交通行业：数字化如何帮助轨道交通行业建设更可靠、可持续和高效的基础设施？

数字化如何帮助轨道交通行业建设更可靠、可持续和高效的基础设施？ 作者：ValerieLayan 摘要 到2025年，全球城市轨道交通客流量预计将达到近9000亿人公里。为迎合这一增长需求，轨道交通企业需要对其基础设施和网络采取数字化举措，以实现更可靠的可持续运营，铸就更绿色的社会。本白皮书探讨了轨道交通行业要如何建造未来基础设施，从而提升运营效率、提高可持续性、确保可靠性并强化网络安全。 引言公共交通是城市的命脉，保障了人们能以轻松、经济的方式前往他们的目的地。据预测，到2050年，全球的城市交通网络上每年的乘客周转量为50万亿人公里。有鉴于目前公共 交通的载客量，这是一个可实现的合理目标。单单2021年，新加坡日均有530万乘客使用公共交通工具，而美国的公共交通客流量则近100亿人次。 除了满足人们的出行需求，公共交通也是大多数国家可持续发展计划的支柱。因为公共交通相比自驾，能显著减少人们的碳足迹，所以其也有助于建设更绿色的社会。比方说，一趟中等距离的旅程，搭乘火车而非小汽车可以减少约80%的排放量。 在本白皮书中，我们将围绕轨道交通（包括铁路交通和地铁）以及公共汽车，指出4个可以改进其基础设施的领域： 1.通过数字化提高可靠性 2.通过全面掌握各子系统的工作情况，提高运营效率 3.提高轨道交通基础设施电气化，从而减少轨道交通碳足迹 4.强化网络安全 数字化如何帮助轨道交通行业建设更可靠、可持续和高效的 #1 数字技术如何确保可靠性？ 由于轨道交通基础设施的故障或减速运行，法国轨道交通乘客每年累计损失3.4亿分钟。 UFC-QueChoisir调查 世界上最可靠的轨道交通有何共通之处？数字骨干 虽然每天全球有18亿人次搭乘轨道交通，但可靠性是一个普遍问题 无论是长途铁路还是城市轨交，轨道交通都肩负着一个重要使命：那就是作为乘客的可靠交通工具，助其安全、准时地抵达目的地。要做到这一点可不容易，因为仅仅在欧盟，轨道交通每年就要运送超过70亿人次的乘客和16亿吨货物。一次延误，比如维护问题，可能会迅速升级为漫长的二次延误，甚至影响其他车次的运营。这会给日载客量达百万人次的繁忙地铁系统造成极其严重的影响。 事实是，许多轨道交通运营企业都在竭力应付可靠性方面的挑战。比如，单是美国最繁忙的客运轨道交通走廊，基础设施相关问题每年就造成32.8万分钟的火车延误——相当于700次7小时的火车行程。 轨道交通数字化帮助人们安全、准时地抵达目的地 具有未来前瞻性的现代化轨道交通运营企业都知道，提高可靠性和避免轨道交通延误的第一步是采用数字技术和先进的软件，如传感器、数字化配电系统、远程监控和数据分析。因为这些数字技术能帮助轨道交通运营商们做出基于成熟信息的决策，以及制定全新的运营和维护策略。数字化项目已经在许多国家顺利铺开。比如，德国联邦轨道交通企业 （DeutscheBahn）正在对其整个轨道交通网络推进数字化，预计这些技术能将轨道交通网络载客量提高20%。 数字化如何帮助轨道交通行业建设更可靠、可持续和高效的 轨道交通数字化能提高信号系统等关键设备的可靠性 轨道交通系统的确十分复杂，但轨道交通系统的管理却可以充分简化。使用数字化技术便可以简化运营，轨道交通中耗时的活动现在都可以实现安全的自动化操作，确保配电系统的稳定性以及设备资产的远程监控。 数字化信号系统是轨道交通确保安全运营和列车准点的一种手段。例如，轨道和信号故障是挪威轨道交通延误的主要原因。但在进行过信号系统升级的地区，现在成为全国最准时的路段。信号的数字化提高了轨道交通的可靠性和运营表现。 相比之下，过时的信号系统甚至可能无法收集基本的信息，例如火车的精确位置，从而可能导致延误和安全问题。为解决或缓解这些问题，一个性能可靠、设计精良的信号电源系统发挥着重要作用。 只有能够监测、控制和优化电气设备资产的智能解决方案才能够保证轨道交通的可靠运营 数字化提高可靠性的两个最重要领域： 1.可靠配电和电气化：使用数字化系统进行控制和电网分析，确保从变电站到架空设备和辅助系统（信号和电信设备）再到车站的可靠配电网络。使用具备数字化功能的中低压配电设备为车站供电，从设计上保障可用性。 其工作原理是什么？我们来举一个电能质量方面的例子。电能质量对可靠运营至关重要。但电能质量是一个复杂的问题，因为它既受制于供电基础设施，又受到某些电力负载的影响。为防止电能质量事件威胁到正常运行时间，工作难点往往是确定电能质量问题的来源，并在整个电力系统中对这些来源进行印证。例如，如果五个位置几乎同时发生瞬态电压干扰或具有相似特征的事件，则很有可能电能质量问题有一个共同的来源。 一个全面的电能管理系统将提供识别这些来源所需的信息，从而解决电能质量问题。 基于状态的维护极大地提高了效率：提高了约10%的设备效率，以及缩减了60%较为耗时的人工诊断时间。 麦肯锡 2.通过优化维护来实现可靠性：在优化运营支出的同时保持设备正常运行是轨道交通方面在应对可靠性问题时面临的最大的挑战之一。轨道交通企业利用带有先进数据分析和远程监控功能的数字化技术来最大限度地提高正常运行时间。该技术利用设备的实时状况信息，帮助轨道交通企业针对发生的问题快速做出反应，并在恰当的时间开展合理的维护，以防止潜在的设备故障，以及延长设备的使用寿命。 就“如何通过更好的维护来实现可靠性”问题，我们再来举一个更直观的例子。诊断工具可以验证电气组件的健康状况，并将当前性能与设备运行初期的性能进行比较。 数字化如何帮助轨道交通行业建设更可靠、可持续和高效的 基于状态的维护方法是通过数字传感器收集到的健康和性能数据执行诊断，然后将这些数据发送给分析软件进行数据处理，对任何性能的异常情况进行识别和分析。远程专家可以查看结果，并提出基于实际情况的维护建议，以确保系统持续的运营。 上海地铁借助技术保障可靠性并优化运维 上海地铁是全球第二繁忙的地铁系统，日载客量达1000万人次，占到上海市居住人口的52%，它也是世界上最长的地铁线路，轨道交通线路总长482英里。为管理这套复杂的地铁系统，保障安全可靠和高效的交通运输，上海地铁方面需要确保不间断的、稳定的电力供应，以及提高运营效率。为实现这一目标，地铁运营企业对中低压电力系统进行了升级改造，以保证电气设施的安全性，以及支持系统的正常运行。 此外，上海地铁也充分利用物联网技术，比如远程监控等功能，优化日常运维，还运用了数据分析系统为紧急维护提供支持。最终，他们提高了运营效率、可持续性和设备的性能表现。了解更多关于数字化技术如何通过减少停电和防止中断来确保安全、可靠和高效的轨道交通运营方面的资讯。 2021年，上海地铁的客流量为36亿人次。 Statista #2为何全面了解子系统的情况可以帮助轨道交通方面优化运营？ 效率低下的高昂代价和轨道交通如何应对 轨道交通方面还有很多提升运营效率的机会 预计到2050年，客运和货运轨道交通活动将翻一番。但即使到了今天，许多轨道交通企业仍旧无法获得子系统的全面可视化能力，没有意识到子系统之间如何相互作用，因为子系统都在孤立运作。这种在整体性把握上的缺失会拖累轨道交通的整体运营效率和表现。 这三个子系统是主要的优化目标 我们来详细了解一下通常需要改进的三个轨道交通子系统： •轨道交通配电系统——配电子系统是轨道交通系统的骨干，因为它为轨道交通保障了可靠的供电能力，始终保障关键和辅助耗电设施供电，如牵引变电站和接触网。例如，配电子系统使用自动电源恢复功能来防止停机，该功能可以隔离故障并自动恢复系统中未受影响区域的供电。 •隧道管理系统——轨道交通隧道管理子系统控制和管理隧道的通风和辅助系统，以及其他功能，如将电信、排水和信号系统整合到一个集成解决方案。 •客站管理系统——轨道交通客站子系统包括电力系统、楼宇设施系统和第三方子系统，采用集成控制系统进行管理。例如，轨道交通企业可以使用楼宇管理系统来帮助管理地下地铁站的通风。 数字化如何帮助轨道交通行业建设更可靠、可持续和高效的 第1步：对每一个子系统进行优化和集中化管理 优化子系统的第一步就是进行远程集中化管理。对子系统进行远程集中化管理的轨道交通企业可以通过控制中心对子系统进行远程管理、监测和控制，这让他们拥有了提高运营效率的新手段。例如，车站可以使用远程集中化管理来控制客站的暖通空调、照明、电梯和自动扶梯系统，最大限度地提高运营效率，同时确保乘客的舒适度和安全性。 他们还可以使用这些远程功能来监视子系统的性能，允许轨道交通企业实时访问有关设备资产健康状况的相关信息，让操作人员无需离开工位也能快速识别和解决运维方面的问题，最终大大缩短耗费在维护和修复意外停机等工作上的时间。 第2步：集成子系统数据，以掌握全面的信息 如果轨道交通企业能从整体性而不是单独系统层面来获得子系统的信息，那么他们将能更好地了解这些系统。为什么端到端的运营可见性至关重要？倘若轨道交通企业不清楚系统和数据的利用方式，那么他们在提高效率方面就无从下手。 整合式运营中心（UOC）会汇总各个子系统数据并进行可视化呈现，为轨道交通企业提供“全面情报”，在一个屏幕界面上呈列所有系统的概况。使用“系统之系统”方法的整合式运营中心可以将流程和非流程信息源（如HMI/SCADA、分析、工程图和GIS源）聚合到一个平台中。集中化运营还能带来其他的效率优化，例如通过让职能部门共享信息并协调日常活动和流程。集中化运营也可以改善职能部门之间的配合和协作。 数字化如何帮助轨道交通行业建设更可靠、可持续和高效的 西班牙轨道交通基建行政局 （ADIF）使用集中电源管理应用程序提高了牵引变电站和辅助服务20%的运营效率。 施耐德电气 #3电动化如何减少公共交通的碳足迹？ 一辆电动公交车每年可节省 60吨的碳排放量。 FORESIGHT气候与能源 西班牙轨道交通基建行政局（ADIF）通过专注于子系统的全局性，将运营 效率提高了20% 西班牙轨道交通基建行政局目前专注于发展其欧洲最长的高速轨道交通网，并升级其轨道交通基础设施。这一发展的结果是，西班牙轨道交通基建行政局现在必须集中管理近3300公里的高铁网络，其中包括170多个变电站。 为此，西班牙轨道交通基建行政局开始使用施耐德电气面向牵引变电站和辅助系统应用的集中电源管理应用程序。该技术通过集成的主控制中心和备用控制中心，提供实时的、统一的国内高速轨道交通网络信息。该公司还通过集成监测和能源管理系统对能源使用情况进行优化，安装了近1000个机柜覆盖整个轨道网络，为牵引和信号系统提供可靠的供电。目前，其运营效率已提高了20%。 零排放的公共交通工具——电动公交车 柴油公交车的尾气排放对环境和健康都构成威胁 交通运输业是温室气体排放的最大来源之一。据预测，这种情况在未来30年里会变得更糟。使用最为广泛的公共交通工具柴油公交车就是“主犯”。交通运输部门排放的黑碳中有25%来源于这些重污染元凶，黑碳对人类和环境都有害处。 将市政柴油公交车全部改用100%电动公交车，可以通过减少车辆尾气排放和消除空气污染来扭转气候变化趋势。虽然乘用车的电动化转型已进行多年，但现在，纯电动公交车作为城市、地方政府和交通部门实现城市交通可持续发展目标的一种方式，正渐渐受到人们的关注，以实现更绿色的未来。 相比之下，一辆电动公交车每年可节省60吨碳排放 促使电动公交车成为环保解决方案的因素有哪些？一辆每天行驶200公里的电动公交车可以节省60吨二氧化碳。 与柴油公交车相比，全球每年已经有近60万辆电动公交车上路。例如，ZeEUS项目正在欧洲90多个城市公交系统网络中测试电动公交车，该项目致力在欧盟推动城市公交电动化进程，目前总计纯电动行驶里程已超过2000万公里。 电动公交车帮助城市交通满足环保法规要求 城市交通决策的制定往往会影响着整个城市。所以，从柴油公交车转向电动公交车，从城市的角度来看，可以享受以下好处： •提高可