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国外铁路数字化与智能化的发展

2019-3-13 19:02| 查看: 339| 评论: 0|来自: 铁路BIM联盟

  人工智能、BIM等新技术与铁路融合后形成智能建造、智能装备、智能运营等成套理论和技术体系,将为实现智能铁路战略提供重要技术保证。依托智能京张、智能京雄、智能蒙华等重大工程建设,智能铁路的系统性研究成果将得以验证、应用、推广,形成既具有中国特色,又能为世界其他国家铁路发展参考的智能铁路成套理论技术体系。
  通过新一代信息技术大幅提升铁路运输组织效率效益、优化客货运输服务品质、提高铁路运输安全水平成为各国铁路发展的必由之路,铁路智能化已是世界铁路发展的重要方向。在此背景下,德、英、澳、美、日等国铁路相继提出数字化与智能化发展战略规划,并制定实施路线图和重点任务。

  欧洲铁路数字化战略
  Rail Route 2050战略规划
  2011年,欧盟发布《欧洲一体化运输发展路线图》白皮书,旨在将欧洲目前的运输系统发展为具有竞争力和高资源效率的运输系统。
  欧洲铁路研究咨询委员会(ERRAC)同步制定《Rail Route 2050》,在智能移动、能源与环境、基础设施等方面,提出一个高资源效率、面向智能化的2050年铁路系统发展蓝图。

欧洲铁路系统发展蓝图(至2050 年)
  Shift2Rail科技创新战略
  数字化铁路已成为欧洲铁路一体化发展的首要任务,欧盟出台一系列战略规划,在2013年提出以市场为导向的Shift2Rail科技创新战略。

欧洲Shift2Rail战略目标
  Shift2Rail实施周期为2014—2020年,重点关注生命周期成本降低、路网容量增强、服务可靠性与准时性提高,最终实现欧洲铁路一体化、增强欧洲铁路的吸引力及竞争力、巩固欧洲铁路在全球市场的领导地位等目标。

  ★ 德国
  2016年,德国铁路公司(简称德铁)与德国联邦交通部、德国铁路工业联合会联合签署合作协议“铁路数字化战略”(铁路4.0)。这是以提升乘客满意度为目标,深入到生产、运营、维修养护、客户交互等铁路系统各环节的技术变革,全面支撑德国运输4.0计划。
  近期(至2025年)
  实现半自动化列车无线分配;提供下一代电子行程服务;通过列车独特设计使乘客的移动设备与基站信号直连。同时在2020年底实现所有铁路建设项目应用BIM的规划战略
  中期(2025—2035年)
  实现列车无人驾驶;能够提供更灵活、个性化的交通方式;机器人小汽车(cab)研制成功并投入使用
  远期(2035—2045年)
  形成新型数字化车间;实现电子商务、3D 打印维护、运营过程全自动化;智能设备成为设备维护的日常工具

德国铁路发展展望
  ★ 法国
  2015年,法国国家铁路公司提出数字化法铁战略,通过加强工业互联网建设,构建连通列车、路网和站房三大区域网络。一方面实现对安全运输、生产效率、能源经济、工作质量等的追求,另一方面满足旅客对准点率和舒适度的需求。预期在2031—2040 年为客户建立一个有竞争力、便捷、可持续、与未来运输紧密结合的铁路系统。
  近期(至2020 年)
  对现有铁路系统改进,在郊区线路引入自动驾驶。推进3D 打印技术,减少20% 零件制造时间和成本
  中期(2021—2030 年)
  构建颠覆性创新的铁路系统,功能包括列车实时定位、“门到门”运输、客流智能管控、路网运力自适应等
  远期(2031—2040 年)
  ● 为客户实时提供满足需求、可靠安全、易于访问的服务
  ● 最大化路网和库存利用率以降低成本
  ● 实现系统简化和标准化,缩短新技术实际应用时间
  ● 通过优化资源利用和限制碳排放,完成公共服务使命
  ● 将铁路系统纳入全球“门到门”运输服务,使车站变成集成服务和各项运输方式的站点

法国铁路发展展望

  ★ 瑞士
  2017年,瑞士联邦铁路提出瑞士SmartRail 4.0战略,旨在进一步提高铁路系统容量和安全性,有效地利用铁路基础设施,长期保持瑞士铁路的竞争力。
  具体战略目标:
  ● 成本:每年节约450 Mio CHF(百万瑞士法郎),为客户提供更优的价格和更好的服务质量
  ● 能力:增加15%~30% 的铁路网容量,为客户提供紧凑、灵活、互通的服务
  ● 可用性:信号系统性能提升50%,为客户提供准时、不受干扰的行程
  ● 安全:铁路运营故障减少90%,为客户提供更可靠的安全运输
  ● 服务:铁路企业内部互联互通,为客户提供更好的在线旅行体验
  ● 同时,SmartRail 4.0将战略实施过程划分3个阶段,明确每阶段目标任务,对ETCS L3+ 移动闭塞、集中简化联锁设备、基础设施建设自动化、列车模块化等技术进行规划。

瑞士铁路发展展望
  ★ 英国
  2018年,英国铁路制定数字铁路战略,在人才技术与业务能力、列车运行控制、自动驾驶、交通管理与可靠性、移动通信数据互联、智能基础设施等领域布局,提出数字化铁路三阶段发展蓝图,从而实现资产可持续性、提高载运能力、增强安全性、加强用户体验、加速经济增长、改善环境等目标。
  近期(至2019年)
  基于现有成果,实施部署数字铁路项目(ETCS试验轨道开发和ETCS车辆改装);借鉴类似领域先进技术成果,开展创新技术,为下一阶段实施提供支撑
  中期(2019—2027年)
  重点关注安格利亚、伦敦东北、东南、威塞克斯和西部等五大铁路线的发展规划;确定数字铁路方案并按优先级排序;通过数字化方式大力提高受限的运力,并以较低的运营成本为铁路用户和英国经济带来更广泛利益
  远期(2027年后)
  随着数字化技术发展日趋成熟,预计在数字信号、智能基础设施和列车控制等方面将会大幅降低成本;未来数字化技术将成为铁路网的日常运营手段

  日韩铁路数字化战略

  ★ 日本
  日本JR东铁路公司制定《技术创新中长期规划》,旨在实现安全保障、强化服务和营销、优化运用维护、注重能源和环境等4方面目标。
  ● 安全保障。积极推进技术改造、设备更新研发及安全教育培训技术研发。建立安全辅助系统。未来的旅客服务系统可提供客流和车辆设备信息,实时提供公交车、出租车等其他交通工具及气象等信息,为旅客提供个性化定制信息服务
  ● 优化运用维护。逐步推进“状态修”体系实用化,加快自动驾驶技术及利用智能机器人和人工智能的辅助技术研发。通过技术创新来改变运用和维修成本的结构,实现“人与系统”密切结合的工作模式
  ● 注重能源和环境。建立从发电到输变电和配电的全过程能源管理网络平台,综合利用可再生能源和节能蓄能技术,实现2030年铁路能耗降低25%、二氧化碳排放量减少40% 的管理目标(以2013年为基准)

  ★ 韩国
  韩国铁路重点关注基础设施BIM技术应用,并构建面向2030年的铁路基础设施BIM发展路线图,将BIM发展划分为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0等阶段。
  BIM 1.0(至2018年)
  初始阶段,基于BIM的公众展示和设计审查
  BIM 2.0(至2020年)
  成长阶段,基于BIM的设计、工程、误差监测
  BIM 3.0(至2022年)
  成熟阶段,基于BIM的综合项目与设施管理
  BIM 4.0(至2024年)
  高级阶段,智能工厂和非现场组装
  BIM 5.0(2030年后)
  智能阶段,智能建造4.0和基于人工智能的项目及设施管理

  澳大利亚铁路数字化战略
  澳大利亚铁路结合本国国情与全球经济发展形势,并充分考虑物联网、大数据、人工智能等先进技术发展,从材料与制造、运行控制与管理、节能减排等方面制定铁路创新战略规划。
  近期规划(至2020年)
  利用新方法、新手段提高铁路规划设计水平;基本实现列车少人驾驶、实现系统化全覆盖;采用列车智能化驾驶降低能源消耗
  中期规划(至2030年)
  重点发展先进制造业,利用高性能重载材料,克服铁路货运物理限制;利用大数据、人工智能实现铁路运行安全风险自动检测与控制;实现列车先进制动系统,实现机车交流牵引及电子电力系统改造
  远期规划(至2040年)
  实现铁路建设与装备材料轻量化;利用运行数据实现更高级别的铁路运行与控制;充分实现可再生能源在铁路领域的应用,降低碳排放量

  北美铁路数字化战略

  ★ 加拿大
  加拿大国家铁路公司制定了信息化发展战略并稳步落实,近期利用数字化技术对铁路运营进行多项创新实践。
  ● 精确化运输。为支撑“准时制”运输,建设货运服务可靠性系统,实现订单、货票、列车运行、场站作业、车辆配置、机车周转、货物联运等所有与铁路货物运输相关业务的一体化管理
  ● 数字化商务。建立标准化客户服务流程,并通过电子商务、电子数据交换及客户服务系统,实现数字化商务
  ● 数据城市。将数据作为关键的企业级资产,将高质量数据作为实现高质量铁路运输作业和客户服务的根本,基于统一的数据管理和企业级数据仓库前提下,构建DataCity 系统以有效支撑铁路业务分析与决策

  ★ 美国
  美国铁路以货运为主,在预测性维护、客户服务等方面进行数字化技术探索。
  ● 2011年,美国货运铁路启动“ 资产健康战略计划”(AHSI),对各铁路公司收集和存储的数据进行分析,并由此解决行业内最关键的铁路设备管理与维护问题
  ● 美国Strukton 公司开发了预测性维护和故障诊断系统POSS,优化维修间隔,减少维修成本和故障
  ● 美国Amtrak公司利用大数据提升乘客的互动和体验,将列车运行图与谷歌地图相结合,开发实时列车定位地图,通过该网站访客可以访问有关列车的最新信息

  分析启示
  国外铁路积极探索信息新技术,在铁路融合应用的发展方向纷纷制定一系列中长期战略规划,加快新技术与铁路业务场景深度融合和创新应用,促进大量项目的立项与推进,在工程建设、安全保障、列车控制等领域积极布局。

国外铁路智能化发展趋势对比
  各国铁路的数字化和智能化发展战略主要分为2020、2025、2035年三个里程碑节点。在战略内容设计上呈现出如下发展趋势:
  ● 自动驾驶成为铁路智能化重要内容,德、法、澳及瑞士铁路均列为重点任务之一
  ● 面向全球的铁路运输“门到门”服务、跨多种交通方式的无缝化运输成为未来铁路运输智能化的重要目标。法、德、日及瑞士铁路均作为战略目标之一
  ● BIM技术成为基础设施智能化的重要手段,德、韩及瑞士铁路均制定了相应目标
  ● 新一代列车控制与调度系统得到多国铁路高度关注。法、德、英、澳铁路等均着力研发集中联锁、移动闭塞、ETCS、列车实时定位等新一代列车控制系统设备,以便实现装备智能化
  ● 绿色低碳成为未来铁路运输的重要指标之一。法、澳、日及瑞士铁路等均制定了相应指标

内容来源:中国铁道科学研究院集团有限公司(铁路BIM联盟成员单位)
作者:李平,邵赛,薛蕊,张晓栋. 国外铁路数字化与智能化发展趋势研究[J]. 中国铁路.

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