摘 要：数字孪生运维管理平台以数字孪生技术作为运维核心，具有可视化、自动化、智能化等显著特征，并兼具高效、智能、可靠等特点。将此平台应用于城市轨道交通管理中能够全面展示、监控、优化轨道交通运维数据，共享多位异构数据，提前预测城市轨道运行中可能出现的事故情况，联动事故报警，大大提高城市轨道交通的安全性、可靠性和运营效率，有力保证人们的生命安全和财产安全。同时能够进一步加强城市轨道交通的数字化、智能化建设，加快形成城市轨道交通的绿色低碳发展体系，促使城市轨道交通走上绿色、智慧转型发展之路。本文主要研究分析了城市轨道交通数字孪生运维管理平台的设计需求、架构组成以及特色功能，希望能为相关从业人员提供参考借鉴。

关键词：城市轨道交通；数字孪生；运维管理平台

引言

近年来，科学技术蓬勃发展，大数据、人工智能、区块链、数字孪生等技术应运而生，其中数字孪生技术以其显著的技术优势广泛应用于各个行业领域中，为行业的创新发展带来强大驱动力。城市轨道交通行业也不例外，依托于数字孪生技术搭建而成的运维管理平台包含数字孪生建模、实时监测、数据融合共享、可视化模拟等功能，实现了轨道交通运维数据“实时监控、实时看、可管理、可优化”，为城市轨道交通全寿期运维与管理决策制定提供智慧支持，不仅大大提升了城市轨道交通的运维质效，也加快实现了城市轨道交通高效、智慧的运维管理目标。因此，研究城市轨道交通数字孪生运维管理平台有着重要的现实意义，其是推进城市轨道交通建设与治理信息化、数字化、智慧化的关键路径。

1. 城市轨道交通数字孪生运维管理平台设计核心需求

1.1注重优化管理维度

就当前城市轨道交通运维管理情况来看，仍旧采取相对扁平化的运维管理结构，通过台账、管理制度、管理流程等手段开展日常运维管理工作。此种管理维度只能用于处理简单的运维任务，一旦遇到繁琐、复杂的运维管理任务，就会进一步凸显管理弊端和不足，难以有效解决数据信息壁垒问题，最终难以运维管理效率和质量大打折扣[1]。为了有效解决上述不足和缺陷，设计城市轨道交通数字孪生运维管理平台时，也需要站在管理维度的角度，对运维管理结构进行优化完善，提高管理模式的灵活性，打破管理层次间的壁垒，让各个层次之间能够畅通传输、流动数据信息，保证运维效率和质量。

1.2数据查看实时性、可视化

以往所构建的城市轨道交通运维管理系统普遍存在站点数据无法直观化可视化表达、站点数据分散等问题，由于整体运行数据缺乏充足性，不能实现三维场景掌控，运维管理人员就很难对设备运行状态进行全面实时了解，在一定程度上会对城市轨道交通的运行安全、运行效率产生或多或少的影响。现阶段，数字孪生运维管理平台需要以三维地理信息作为引擎，积极使用数据可视化技术和数字孪生技术，以提供三维地理信息实景孪生服务，可视化、动态化展示数据信息、设备运行状态，让运维人员全面了解、感知城市轨道交通全景态势，实时掌握设备运行情况，科学处理突发事件，确保城市轨道交通安全[2]。

1.3管理流程自动化

以往城市轨道交通的运维管理平台中设置了多个资产管理模块，如采购、库存、保养、维修维护等，这些管理模块处于独立状态，较为分散，管理模块间的数据信息缺乏较强的关联性，这就很难优化整合数据信息，无法实现自动化运维管理流程，致使城市轨道交通运维管理效率低下。现阶段，所构建的数字孪生运维管理平台需要对这些分散的流程和管理模块进行集中整合，增强数据关联性，实现资源的统一无缝管理以及运维流程自动化，从而减少人为干预，合理规避人为操作失误，降低运维管理成本的同时保证运维效率和质量。

1.4资产档案精细化

目前，城市轨道交通仍旧采取的是粗放型资产档案管理模式，没有分类堆放、有效存储各类设备详细信息，导致设备信息较为匮乏，难以为后续设备运维管理提供可靠依据。此种情况下，数字孪生运维管理平台可建立全面完善的资产管理模块，为每个设备建立全生命周期的专业资产数据档案，以文字、视频、图片等方式详细登记各个设备的出厂信息、日常维修保养记录、运行状态等等，使运维人员能够一目了然地掌握设备和系统的运行情况，更好的分析优化设备资产使用性能，大大提升城市轨道交通运行效率和运行安全性[3]。

1.5诊断决策智能化、专业化

以往，城市轨道交通存在“重建设、忽运维”的情况，所构建的运维管理平台并没有积极使用多种智能化技术，缺乏智慧化应用，这样就很难充分发挥专业诊断、辅助决策等工具的优势作用，也在一定程度上增加了运维人员的工作压力和工作量。数字孪生运维管理平台需要提供专业诊断、辅助决策、报表自动生成等服务，这样就可以结合实际所需自动化生成各种报表，并提供专业化的运维建议，帮助运维人员进行数据分析和决策，保证运维决策制定的科学性、准确性和专业性。

2. 城市轨道交通数字孪生运维管理平台架构组成

2.1采集接入层

采集接入层囊括了运维管理平台的所有数据信息，包括现有站点数据、历史数据、新增数据等等，以此对异构云数据资源进行统一化、无缝化管理。其中现有站点数据主要接入了多种监控管理系统，如轨旁声学监测系统、弓网智能化监测系统、故障检测系统、智能巡检系统等，从而全面采集城市轨道交通运行数据信息，协助日常运维管理工作开展[4]。历史数据是指以往城市轨道交通运维管理平台中所遗留的数据信息，这些数据可以为现阶段运维管理工作提供有效参考和指导。新增数据则是采用新型技术构建的数据端口所收集的结构化数据信息，常用的技术手段包括语言识别技术、人工智能数据技术、物联网技术等。在此过程中，需要科学开发相关技术接口，合理制定相应的数据标准，并精准定点定位物联网设备空间，为数据传输的实时性、准确性、全面性打下坚实基础。

2.2数据支撑层

数据支撑层相当于一个集中式的数据存储库，简单称之为大数据湖，用于对大规模、多样化的数据信息进行集中存储和处理，无论是结构化数据、半结构化数据，还是非结构化数据都能原样存储。根据性质的不同，可以将数字孪生运维管理平台数据支撑层的数据信息分为两类，（1）模型数据。顾名思义就是指各类技术数据模型中的数据信息，如GIS模型、BIM三维模型、点云扫描模型等。（2）业务数据。主要是指城市轨道交通运行中所产生的业务数据，如轨道交通建设数据、设备维修维护保养数据、设备运行参数指标等。

2.3应用服务层

应用服务层详细划分为三个组成部分，（1）业务服务库，主要提供多种业务信息服务，包括设备资产台账、运营信息、运维信息、安全信息等等。（2）孪生服务库，主要是提供数字孪生服务，虚拟映射各类数据信息，建设360度全方位三维可视化的应用系统，融合全景视频拼接、三维场景融合及多源应用数据[5]。（3）决策服务库，包括业务场景数据、设备日常运维管理、预防性养护计划、人员组织安排等等，以高效服务城市轨道交通运维管理决策制定，大大提高城市轨道交通的运维管理能力和应急调度能力。

2.4用户交互层

用户交互层主要是面向工作人员的人机交互界面，用于一体化展示同源数据，便于用户之间的沟通交流，以提高工作效率。用户交互层与上述各个结构层之间的连接方式以“公网+内网”组合方式为主，有力保证系统运行的安全性。需要注意的是，用户交互层更看重易用性、交互性、即时性，需要基于用户的角度降低操作难度，或者提供清晰的导航和反馈机制，以人性化的设计提高用户满意度，改善用户体验。

3.城市轨道交通数字孪生运维管理平台的特色功能

3.1数字孪生建模

数字孪生运维管理平台的核心功能就是数字孪生建模，主要是利用数字孪生技术对整个轨道交通进行三维建模，构建高质量的轨道交通孪生模型，利用实时渲染技术一网展现全范围内的轨道交通情况。用户可以通过三维全景数字孪生模型浏览车站、运行线路、地铁线网、单个站点的运行状态和结构布局，真正做到视觉直观、位置明确、所见即所得。

3.2实时监测

数字孪生运维管理平台集合使用了多种先进的科学技术，包括无接触式感知技术、通信技术、物联网技术等等，以数字孪生可视化的方式实时监测城市轨道交通的运行情况，科学分析系统和设备的运行状态、性能指标，提前发现系统设备运行中的异常问题，并及时预警，提醒运维人员快速精准定位，对潜在的安全隐患进行有效处理，确保城市轨道交通安全、稳定、高效运行。

3.3数据融合共享

数字孪生运维管理平台的数据融合共享功能主要是通过BIM技术实现的。通过应用BIM技术科学构建每个车站、站点区间的设备三维模型，并有机关联各个模型对应设备的数据信息，包括设备的出厂技术参数、安装位置、日常维修维护数据等，还原真实场景信息，将设备资产状况实时呈现在运维人员面前，便于运维人员科学了解设备资产历史情况和当前运行状态的基础上科学制定运维管理方案，以强化设备资产的全生命周期管理，保证城市轨道交通安全运营。

结语

综上所述，随着经济的高速发展，人们的生活质量有了很大的改善，对出行安全、出行服务质量、出行体验提出了更为严格的要求。传统的城市轨道交通运维管理模式存在一定的不足，无法整体化直观化表达传统站线、站点的运维数据，也无法实现运维数据共享，难以为城市轨道交通应急指挥和决策环境掌控提供有力支撑，也无法满足现阶段城市轨道交通运维在安全、质量、成本方面的高质量发展要求。此种情况下，加快城市轨道交通的数字化、智能化建设迫在眉睫。数字孪生运维管理平台作为一种三维可视化管控平台，无疑是推动城市轨道交通全面开启科技引领、绿智赋能新征程的必然选择，将在城市轨道交通高质量发展中发挥重要引领作用，值得大力推广。

参考文献：

[1]张威，徐平平. 轨道交通车辆基地数字孪生运维平台研究[J]. 铁道勘测与设计，2022（3）：64-69.

[2]冯爱军．国内城市轨道交通技术发展现状与展望[J]．江苏建筑，2020（3）：1.3．

[3]刘燕，金珊珊．BIM+GIS一体化助力CIM发展[J]．中国建设信息化，2020（10）：58．59．

[4]汪鸣，程世东．城市轨道交通智慧化发展方向及实现途径[J]．现代城市轨道交通，2020（8）：8-11．

[5]符润泽. 城市轨道交通数字孪生运维管理平台[J]. 现代城市轨道交通，2023（8）：100-104.