新基建时代
如何推动城市轨道交通行业数字化转型？
导读
2020年新冠疫情影响下，启动“新基建“成为增内需、稳增长、稳就业的发力点。”新基建“最可能集中的七大领域之一就是城际高速铁路和城市轨道交通，城市轨道交通进入了“促创新”和“补短板”的新时代。推动城市轨道交通”新基建“，就是要加快大数据、人工智能、物联网等前沿技术的部署和应用，推进城市轨道建设向全自动驾驶、线网运营、服务创新、智能运营等方面转型升级，促进城市轨道交通行业的数字化转型。
我国城市轨道交通自20世纪60年代北京地铁建设投运至今，已经走过了50多年的历程。由于其具有容量大、速度快、环保性能好、土地资源节约等优点，已经成为我国城市公共交通的主要发展方向。近年来，我国城市轨道交通由单一的地铁发展到包括地铁、轻轨、单轨、市域快轨、磁悬浮、现代有轨电车和旅客捷运系统等7种制式；其中，地铁是最为主要的城市轨道交通制式，占比超过75%。
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城市轨道交通行业发展现状及数字化需求
城轨交通线路总长度达5761.4公里
根据《2018年度城市轨道交通统计分析报告》（中国城市轨道交通协会），截至2018年底，中国大陆地区共有35个城市开通城市轨道交通运营线路185条，运营线路总长度达5761.4公里，其中地铁运营线路占比75.6%。2018年全年共完成城轨交通建设投资5470.2亿元，我国已进入城市轨道交通建设的大发展阶段。
城轨交通客运量持续上升、客运强度略有下降
据报告统计，2018年城市轨道交通全年累计完成客运量210.7亿人次，比上年增长25.9亿人次，增长14%。在客运强度上，全国城市轨道交通平均客运强度为0.8万人次/公里日，比上年略有下降；各城市的线路高峰小时断面客流与上年相比整体都有所增长；高峰小时最小发车间隔平均为265秒；平均运营服务时长16.6小时/日，比上年增长2%。
城轨交通线网密度仍有待提升
目前上海市城市轨道交通线网密度为0.71公里/平方公里，位列全国第一；北京以0.55公里/平方公里的线网密度位列全国第二；但是和纽约1.26公里/平方公里的线网密度、柏林1.06公里/平方公里的线网密度、以及东京都0.96公里/平方公里的线网密度相比，我国城市轨道交通线网密度仍旧偏低。
城轨交通建设从东部向中西部大城市延伸
随着我国城镇化进程的加快，城市空间结构、经济发展对城市轨道交通的依附性日显突出，城市轨道交通对城市可持续发展的驱动性也日益增强，我国城市轨道交通的建设已逐步由经济发达的中心城市、东部沿海城市向经济实力显著增强的中西部大城市延伸。
城轨交通运营入不敷出
2018年全国城市轨道交通平均单位车公里运营成本为23.8元，平均单位人公里运营成本为0.84元；平均单位车公里运营收入为17.2元，平均单位人公里运营收入为0.48元；全国运营收支比为78%。其中运营收支比超过100%的城市有杭州、青岛、深圳、北京4市，均为资源经营收入较高的城市，其余24个城市运营收支比均低于100%。整体看，城市轨道交通运营入不敷出依然是普遍状况。
推动城市轨道交通行业转型的六大数字化趋势
在以“数字中国”、“智慧城市”为代表的信息技术高度集中与迅猛发展的数字时代，想要加快城轨线路建设、缓解客运压力、提高线网密度、平衡城市城轨交通发展、提高城轨交通经营绩效，就必须利用大数据、物联网、人工智能、5G、区块链、高级分析等技术，构建可视化、自协调、精准定位、自动监控的城市轨道交通数字化系统，解决从规划建设到运营管理等各阶段的信息共享、综合利用问题，从而最终实现数字化城市轨道交通，这也是城市轨道交通行业数字化转型发展的必然要求。
02
城市轨道交通行业数字化转型要迈出第一步
当前，国内城市轨道交通行业数字化转型仍然处于初期状态，国内长期按线路和专业划分的城轨建设模式，造成线路、专业条块分割，各系统联动、协同困难，很难满足线路网化运营的需求。目前城轨行业还未收获系统性的数字化转型成效，城轨行业面临一系列数字化转型升级的问题，使其困在原地或挣扎在转型陷阱当中。
首先，城市轨道交通行业IT基础还不够完善，要实现对线路、车辆、车站三大基础设备的协同管理，以及电气、运行和信号灯控制系统的自动化与数字化，这需要复杂的IT基础和技术架构的升级，而现有IT环境和技术架构还达不到这样的程度，这是企业迟迟无法开启数字化转型的重要原因之一。
其次，城轨业务系统间联动性较弱、可扩展性不强、系统间实效性差、具有延时问题，严重影响了系统间的业务关联和事件联动。造成这样的局面主要是因为业务需求、业务流程与数字化系统的融合程度较差，没有形成业务协同数字系统，难以发挥业务联动效率，使得数字化转型成效放缓。
最后，城市轨道交通作为公共交通行业的一部分，积累了大量行车、运营、乘客相关数据，但是由于现有IT基础条件无法对数据进行有效处理和高级分析，使得包括数据孤岛、无法挖掘和发挥数据价值、数据口径和标准不统一以及数据处理速度慢等数据问题凸显，影响企业迈出数字化转型之路。
在城轨数字化转型过程中，要重视IT基础不完善、业务系统间联动性弱、数据问题凸显等难题，通过数字手段与技术战胜现有困难。但更加重要的是，要尽快迈出第一步，加入到数字化转型大潮中不断探索，在实践中推动城轨行业转型升级。
（1）确立数字化转型战略目标
梳理业务需求。地铁等城市轨道交通企业需要重新梳理业务需求，评估线路规划、建设、运营、管理、设施设备维修各个业务环节对数字化转型的需求，以及数字化可以给企业带来的收益与节省的成本，列出最需要进行数字化转型的业务环节，并且考虑使用哪些数字技术来率先进行转型升级。
确定转型目标。城轨企业需要在组织层面上确定数字化转型目标，以企业愿景激励组织上下朝同一建设目标共同努力。聚焦由“大”变“强”、由信息化升级为数字化、智能化，明确数字化智慧城轨交通建设的发展方向，以数字化、智能化城轨交通建设，助力我国由交通大国向交通强国迈进。
找到新的增长点。在城轨基础建设投资不断增加的基础上，通过数字化升级找到建设企业、运营企业新的增长点，利用数字技术挖掘整条城轨交通运输行业价值链，通过提升城市人口出行效率、提高乘客出行体验、开发综合交通服务，建立企业竞争优势。
（2）推动核心环节数字化
推动核心环节数字化，是城轨企业确立数字化转型战略目标之后的重要任务，也是城轨企业数字化转型的重要发力点，需要从城轨线路规划建设、运营、乘客服务、管理这四个主要环节着手促进数字化转型。
规划建设。我国城轨交通网络规划与城市土地利用规划、城市综合交通规划的协调性往往不够，城轨交通与自身线路及其它交通方式间协同性也不强，影响城市交通的综合效率和运输水平。
线路设计。通过加强综合交通及城轨交通网络规划数字化仿真研究，完善分析评价决策系统，来合理确定网络构成、线路走向、站点选择及换乘枢纽布局及方式等；加快发展TOD公共交通导向开发模式，并通过地铁线路设计展示系统，实现地铁线路全线的场景漫游、沿线站位展示、节点定位切换以及线路沿线地理信息查询等展示功能。
空间布局。加快大型综合枢纽的复杂地下公共空间建造技术研究以及数字化建设，优化空间布局，带动节能环保城轨建设。
城轨建设。推进智能技术装备自主化、智能基础设施数字化、智慧城轨技术标准系列化，利用新技术实现施工期和运营期性能监测、安全评估、处置决策等，提升城轨建设、运营的机械化、自动化程度。
运营。城轨运营是其核心环节，包括列车运行组织与调车工作、线网运营、在线监控、设施设备维护等。
行车运行组织与调车工作。通过人工智能、数字化技术实现智能列车运行、全自动化运行。目前国外已经开始运行全自主化、自动化等级最高(GOA4级)的全自动驾驶地铁列车，我国上海地铁已经引进该项技术建设无人驾驶地铁，未来无人驾驶地铁发展会不断加速，实现列车唤醒/休眠、出入库、运行、洗车等全自动化。
线网运营。利用大数据、物联网技术实现智慧线网运营、智能运输，提高车站工作组织、轨道系统运营分析的数字化和智能化；并通过构建城市交通出行数据库，对城轨旅客出行行为进行系统分析，建立城市总体发展战略与城轨交通线网运营之间的有机联系。
在线监控。综合运用现代传感技术和失效模式自动判别列车故障，建立应急决策系统。通过对车辆、信号系统、供电系统、隧道、桥梁等实施在线监控，构建设备互联的智能化监控体系，提供可视化和数字预警服务，避免安全事故发生。
设施设备维护。通过智能运维实现设施设备安全感知化、提高检测效率和设备安全维护可靠性，提高物联网、高级分析在设施设备维护中发挥的作用，降低设施设备维护成本，提高设施设备维护效率。
乘客服务。实现城轨交通数字化转型，还需要利用数字化技术，帮助乘客做线路规划，构建智慧交通出行文化，提升乘客出行体验与服务质量。
乘客体验。在车站以及运输中提供WIFI接入服务，实现无线信号在地铁站台、站厅和车厢的全覆盖；针对夜间晚归乘客，实施周末和节假日延时运营服务过零点政策；提升乘客体验的车载服务，实现乘客服务便捷化和专业化。
导向系统建设。目前在国外，已经有为乘客解决个人出行而设计的智慧线路导向方案。国内大部分仍是以传统的平面导视系统为主，而国际上已经有很多科技成果应用于导向系统设计之中，例如RFID射频识别技术、红外蓝牙传感器技术、计算机网络技术、数据库技术、通信技术、大数据与云计算技术等；同时，地铁导向系统在分流和引导乘客上也起着十分重要的作用。
管理。城轨交通行业的管理主要包括对城轨交通信息的管理、大客流分析管理等，促进管理体系和手段的数字化转型能够大大提升管理效率。
城轨交通信息管理。通过设置智能信息平台、共享服务中心、城轨云平台等，实现对城轨交通信息的数字化、智能化管理，并增强不同业务系统之间的联动关系。
客流预测与分析。利用手机和Wi-Fi、图像人群识别、数字化、智能技术等，建立大客流监测预警系统和大客流管理系统，实时统计客流数据、判断客流强度、提前发出预警，从而提高大客流的响应和处置效率，提升大客流管控应对能力。
（3）探索数字化新业态
在城市轨道交通运营入不敷出的现状下，数字化转型可以推动城轨交通产业升级，并实现业态创新，以新的业务形式、新的业务生态来创造价值、增加收益。
传统产业升级。城轨交通企业应当首先考虑通过数字化转型推动传统业务升级，加深对乘客出行需求的了解，挖掘需求背后的价值，例如根据乘客出行大数据建立导向信息系统、为乘客定制个性化出行方案、联合城市出行服务商为乘客提供综合交通服务、推进全自动无人驾驶地铁建设；并不断实现城轨交通的节能环保、绿色发展，节省资源，降低运营成本。
业态创新。城轨交通作为人们的重要出行方式，与人们生活紧密相关。城轨交通企业可以借助出行需求开辟新的业务形式，比如将地铁与物业开发相结合，打造都市新的生态圈，建设居民出行、居住、消费、办公相融合的都市生活新空间；还可以通过搭建智慧城轨线上平台，实现城市轨道交通的统一视图管理、统一调度管理和统一监控管理，共同支撑智慧城轨的业务创新。
(4)打造数字化转型支撑体系
为了实现城市轨道交通企业数字化转型，需要从组织、流程、人员、系统及数据、生态等多方面进行变革，打造数字化转型支撑体系。
组织。目前城市轨道交通行业面临的外界环境处于非常快速的变化当中，组织必须不断调整、优化，以适应外界不断的变化，城市轨道交通企业数字化转型，就需要打造敏捷化组织，通过数字化产品开发、敏捷团队建设、数字平台应用，围绕城市出行，提高组织反应能力，建设协作、创新、高效、以城市服务为核心的组织文化，为全面数字化转型打好基础。
流程。数字化转型通常涉及业务流程的IT化、系统化、数字化，所以必须将业务流程与IT深度融合，发挥部门之间的协同作用，通过对流程的统一、部门业务的衔接来实现数字化转型。需要从提高城轨运行效率、提升乘客出行体验等目标出发优化每一个业务流程，并实现业务流程的精简化、敏捷化、数字化，通过流程再造来促进数字化转型。
人员。一方面要帮助员工建立数字化观念，明确数字化转型的原因和方向，并使其了解到自己在这场变革中能发挥的作用；另一方面，还要培养人员的数字化技能，如掌握人脸识别智能系统的使用方法、理解智能交通预警监测系统的作用、学习城轨运行系统平台及软件等，提升其职业技能，并从市场上招募更多的数据科学家、数据分析师、数字专家等，提高企业人员数字化能力。
系统及数据。搭建城轨数字化系统体系，建立数据通道，实现对数据的深度分析、深度挖掘与数据共享。早期城轨信息化系统建设以单个系统推进、单线运营模式为主，随着城轨运营从单线向网络化运营过渡，需要促进系统升级，实现系统资源共享、数据互通互联。通过系统升级、搭建智能数字平台，以及信息和架构云化，构建承载各种资源管理、业务运营系统的城轨交通大数据平台，为数字化城轨交通构建提供系统及数据基础。
生态。城轨交通大数据平台是城市轨道交通的“数据大脑”，通过建设基础设施、网络运营、线路管理、乘客服务、列车安全等数据中心，不断提高数字平台的融合能力，实现城市轨道交通企业与生态伙伴的融合创新，提高整个城市轨道交通上下游环节的数字能力与感知能力，构建数字城市轨道交通生态圈。结合生态伙伴创新智慧应用，提高行业服务能力，推动城轨交通行业向网络化、数字化、智能化转型升级。
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