上海城建:基于智慧化运营的城市交通基础设施全寿命周期管理模式思考

原标题:上海城建:基于智慧化运营的城市交通基础设施全寿命周期管理模式思考

上海城建:基于智慧化运营的城市交通基础设施全寿命周期管理模式思考

编者按:本文为上海城建城市运营公司副总经理丁炜先生在“预见2021暨攀成德建筑业年度论坛”上演讲的速记稿,文字略有删节。

各位同仁,大家下午好!感谢论坛的邀请,非常高兴有机会与大家一起作交流,前面听了几位老师演讲,非常有感触。这里先给大家介绍一下我们企业,我们企业是由新基建和新的城市运营需求而产生的,企业成立的时间并不太长,2017年9月18日才成立,但是我们服务整个城市的过程已经历经半个世纪了。我今天的汇报主要有三个方面,一是以城市的视角提出全寿命周期智慧运营的背景;二是基于这样的背景,我们对全寿命周期智慧运维模式的前期探索;最后分享一些我们在城市运维过程中的思考与实践。因为是下午最后一场演讲,我想不需要讲太多的理论,我会更多的去分享我们在城市运维过程中的一些案例供大家参考。

一、全寿命周期智慧运维提出的背景

要讲创新,要先讲一讲我们上海城市交通的发展历程,下图是1994年上海城市的快速路、骨干路网、高架道路,我们都知道“要想富先修路”,所以上海从1978年提出“开发、开放浦东”的时候,也是交通先行,一部分地区先富起来以后,对城市交通的需求又会进一步发生转变。在2014-2019年间,上海城市快速骨干路网的发展是非常快速的,我们以前说上海的市中心是在内环线以内,内环线以内的房价是非常高的。但现在我们看到上海奉贤区、金山区的房价也发生了突破,整个城市市中心区域都发生了改变。在道路设施不断发展的同时推动了城市交通运行的需求也发生了转变。整个中心城区从内环、中环到外环一直到我们现在的公交枢纽高架,我们以前说有早晚高峰,现在就没有早晚高峰,每个时间段都是高峰,机动车的快速增长远远超过城市基础设施的建设速度,城市骨干路网运营保障的重要性越来越突出。

图1:1994-2019年上海城市快速骨干路网的发展

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上海内环线是1994年建造的,到现在已经运行了25年,当时的设计标准是50年,目前我们也在做内环线的更新方案。以前做内环线更新的方案都是设计单位来牵头,设计是按照标准来制定的,现在已经改过来了,为什么呢?因为2015年延安东路隧道往陆家嘴方向实施休克式大修10个月,从延安路高架到延安东路隧道基本上都不能走,对整个上海路网影响非常大;整个内环线道路如果要更新,我们最早的一个方案是由设计单位来牵头做的,安排2000多人,通过3-5年的时间,在春节、国庆节、五一劳动节等这些节假日7-10天的时间集中的去做,这个方案对城市的影响也非常大。为什么这样说?原来我们路网运维的时候,资源比较少,1994-1999年,我们的设施是分段建造、分段通车、分段运营,我们的前身还是体制内的上海市市政工程管理局,那时候是单一设施管理,基础设施运营保障的时间、空间及计划资源都是碎片化的,比如说,上海的高架晚上12点钟之后就都封道的,过江桥隧也会在半夜封道维护,最早的时候,维护是无序的,会发生什么呢?比方说你半夜从虹桥机场一出来,发现高架上不了,那么就走地面,地面走过去以后,去浦东发现过江隧道也封了,但是你提前可能并不知道这样的情况。现在集成化以后,我们在不断更新整个路网的维护计划,我们跟机场、高铁以及城市的交通枢纽都进行了联动。

同时,随着城市的发展,城市道路成网后的风险也越来越复杂,有交通事故风险、结构风险、恶劣天气风险等等。我们单位主要是承担整个上海路网的应急保障,例如,虹梅路隧道发生了车辆自燃的事件、2016年中环线倾覆事件、高速公路迷雾让一个事故造成了十几人伤亡等等,这些都是我们未来新基建的突破口,我们梳理了一下这些突破口,大概有100多个应用场景,后面会介绍。

我们现在运营的设施种类也非常多,基本上上海所有的城市隧道都是由我们来运营,最长的打浦路隧道是1971年开始运营,到现在已经快50年了,我们运营维护着上海城市快速路、越江大桥、高速公路和轨道交通,最近还参与了虹桥机场飞行区的跑道维护,所有的运营维护都要在3-5小时内完成。以前没有数据,没有信息化的管理手段,我们怎么进行运营维护?就是靠人。最早的时候我们一条隧道管理平均需要75人,现在有了信息化的管理手段以后,管一条隧道平均只需要15人。

为了更好地发挥交通基础设施的功能和效率,达到“服务一流城市”的管理要求,我们在对标东京、纽约等世界级城市时发现,他们提出的高品质交通系统有这些核心理念:安全、高效、智慧、生态、优质,围绕这些理念,我们提出,在设计之初就要前瞻性地思考未来城市的发展规律是什么?市民出行的需求是什么?对于整个路网的运行,我们也提出,如何做到更数据化的城市更新支持?更智慧的城市运维决策?更精细化的城市运营管理?更智慧、生态的交通环境?更安全、快捷的交通体验?

二、全寿命周期智慧运维模式的探索

接下里是讲我们的探索过程和一些思考,上海这样一座城市,城市运营有非常多的标准,绿化有绿化的标准,路灯有路灯的标准,路面有路面的标准,甚至是一个标志、一个标线、一个标牌,它都标准,而且这些标准是由不同的行业主管部门来制定。我们很难用统一的一套标准体系,怎么办?长时间的运营维护以后,我们积累了很多经验,比如说,过去传统的方式是以经验为主,老师傅时间长了以后,他自然知道用井盖在哪个位置,但是如果换了一个年轻人,在一条路更新完以后,他就不知道用井盖到什么地方去了,到下雨天一旦堵住就拼命的用排水车去排水,效率非常低。比如说,我们城市路网中流量最高的一条隧道是上中路隧道,现在的流量大概是15万辆/天,相当于你买一辆车每天开150公里,跟私家车一天只开15公里这个维护的需求是完全不一样的。我们上级单位是上海隧道股份,因为在体制内的原因,我们掌握了整个上海城市交通基础设施的设计数据、建造数据,以及最早能追溯50年的养护维修数据,有了数据以后我们的维护策略和维护计划就发生了转变。

我们从服务设施转变为服务道路交通的使用者、服务城市交通出行。以前我只要对设施负责就可以了,设施评价出来是好的,交通堵不堵跟我没关系。我们以前对路况的巡查,是用的传统的巡检车,靠人的眼睛去看。后来有了3G和4G网络,我们在车上装了监控,虽然它也是靠人眼睛看的,但是可以把视频带回来,也可以实时传输到我们的后台。到现在,我们用了数字化的巡检车以及专业的路面检测车,它们的视角是用激光雷达,把整个实施范围当中的防撞墙、标识标线、绿化带和路灯都经过数据化的标定以后,让机器不断的去学习。每次巡查过程中,路面有没有黄金带、标志标签是否完善、防撞墙是否完好、路灯是否亮都是通过这样一个方式来巡查。而且,我们在清扫车上搭载了自己研发的路车宝,在清扫的过程当中,它自动能够把路面的裂缝、坑头这些数据给带回来。以前我们维护的时候是按照“段”来维护的,现在用了专业的检测车以后,通过数据可以对车道进行维护,这些维护的数据都会直接存在我们的数据库中。

我们在大型桥梁结构检测和隧道的结构检测过程中,也充分的运用了互联网的数据,通过互联网的通道和方式,也进行了一些数据的积累。我们会发现,新建设施的时候数据非常多,数据截取的频次到底是一小时一次还是五分钟一次还是一天一次,没有标准。但真正当这些设施达到一定的寿命期以后,又缺少数据、没有数据,或者从设计、施工到运维的标准不同。现在我们可以通过健康监测手段进行全天候实时监测,维护行为从事后被动处置向全寿命周期主动评价转变。以文一路隧道为例,结合我们的海量的运营数据,我们可以对隧道20年的维修更新模式进行及时评价和调整,这样的模式对设施运营过程和城市交通的干扰次数更少,设施服务的性能和水平更高。

围绕全寿命周期我们取得了一系列的成果,其中运营标准体系中的成果已纳入浙江省一级规范中。与此同时,我们在整个城市更新和维护的过程中,充分体现了产业链的协同,我们以往运维的介入是非常短的,而现在北横通道在建的时候,我们其实在3年前就介入进去了,对于在上海隧道运营过程当中曾经发生过的问题,我们跟会设计单位严守,力求把这些问题在北横通道的设计阶段就规避掉。

三、实践与应用

1、隧道全寿命周期运维模式应用与实践

最后跟大家分享一些应用案例。我们的技术流其实差不多,也是GIS+BIM模型,我们运维的颗粒度是非常细的,为什么我们以前运营维护一条隧道需要75人,现在只需要15人?因为引用了大量的机器人技术,现在隧道的结构口和烟道层、车道层都是由机器人来巡查的,巡查机器人搭载了机动雷达、毫米波雷达以及摄像头。前置摄像设备对火灾、温度杆、抛洒以及异常运行行为等都会自动报警,隧道中的机电消防、排水的机电设备也会直接把数据传到我们的中控,为运行的人员提供决策依据。

我们是一家传统的基建企业,基于设施的全寿命周期考虑,我们在设施的基础结构里面植入芯片,最早是在G40长江隧道的管片内植入芯片,其实长江隧道已经运行超过10年,留存下来的数据只有20%而且很难恢复,我们现在在管片中植入了USB接口,每一个管片上都有一个USB接口,它的数据传感器是可更换的,而且从施工期到运营期,都是按照这样一个标准来做的。

杭州文一路隧道在设计的时候,我们就对机电设备的供方提出了机电设备的施控标准,这个是参照大飞机的要求来做的。我们运营隧道的时候,特别是盾构法施工的隧道,结构层不会在20年、30年当中发生太大的变化,但是机电设备现在迭代非常快,比如说现在的手机用了一年后速度就没那么快了,所以我们在整个隧道的机电设备的设计过程当中就要求它是自带芯片的,文一路隧道的机电设备布设了3400只传感器、土建结构布设了590只传感器、环境布设了65只传感器,是全国第一条制定了机电设备施控标准的隧道。交付的时候我们就把隧道比作是一个电视机、一个音箱,我们买的一个那么大件的产品,它居然连个说明书都没有,它每一个部件到底使用期限有多久?就像我们买一辆车的时候,销售方会告诉你,用这种机油多少公里要做一次保养、它的刹车片必须是多少里程就要作更换,包括很多耗材的更换要求,都是很标准很精细的。文一路隧道是一个PPP项目,20年当中都没有大修,为什么?就是因为我们在建造这个隧道的时候,提交的不是一个隧道本体,而是整个隧道的运营标准。我们在20年当中,整个机电设备、整个土建结构、环境健康监测都是实时的,这也是全国第一个在杭州接入杭州城市大脑的一个市政设施。

有了数据以后,我们还关注评价,原来的评价都是分专业来做的,例如土建、机电、环境、附属设施、运营服务等,很难有一个综合评价。我们在文一路隧道和大连路隧道改变了维护策略,因为我们这个行业跟基建行业还是有点像,不修它,你是没有钱赚的。我们和上海政府、杭州政府,以及其他城市的政府,对一些高速公路的经营性收费和一些非收费的公益性设施,提出了一个社会效益指标——我们运营的设施必须要减少重复维修,我要跟政府承诺每一天通行的车辆达到多少标准,对交通、对区域路网的交通分担量达到多少标准以后我才有钱赚,而不是拼命的去修路才有钱赚。

以大连路隧道为例,我们以前运维的时候就是封掉一条道,或者封掉一孔,这对我们运维人员来说最安全,成本也最可控,但是我们现在改变了这样的方式,通过大数据指导运维服务,调整以后一年可以增加72万车次,这个数据是交警委托交研所测算的,这是个什么概念?就是我们通过运营维护的方式,相当于把大连路隧道增加了一根车道。如果要在隧道当中要做一个13米的盾构和15米的盾构,大家都知道这个是两件事情,成本远远不是增加一倍。

2、智慧高速一体化运营模式应用与实践

我们做了上海第一条智慧高速——G15沈海高速公路,我们跟经营主体是对赌的,所有的智能感知,所有的车路协同,所有的车道管控全部是由我们来投资的。这一条高速公路可能大家还不是很清楚,它是上海市县高速公路当中单公里收费最高的、经营性收益最高的一条路,它一天的收益可以达到120万。我们对这些智慧化的改造以后,提高了它的通行效率,在120万的基础上能够提高的部分,我们可以跟经营主体分成,这可能是我们很多做信息化、数字化、新基建业务的服务商的出路。

在设计、施工期,我们做很多的新基建,我们知道这没有标准的,设计怎么样把“车路协同”的感知放进去?怎么样把激光雷达放进去?我们传统的基建设计是不包含这一块的,所有需要行政许可审批的都不同意,包括无人驾驶,到现在都还只能在开放的自治区来测试,要实现商业化的运营得到猴年马月。

我们也和很多的互联网公司合作,因为我们是一家非常传统的企业,但是我们有很多的业务场景,我们的业务场景就是我们的痛点,我们有非常非常多的痛点,这些痛点我可以变成什么?可以变成服务的产品,而互联网公司非常需要这些痛点,互联网公司带来的是应用场景,应用场景没有业务场景它活不了,而业务场景没有应用场景也活不了,总有一天会被替代掉。我们是怀着非常非常开放的心态,把运行当中的很多痛点,很真实的还原出来,和互联网公司一起,对交通运行、对车辆提供服务。我们提供车道管控服务,我们让货运车可以开上1号车道,在一天的几个小时内他能够实时的感知到数据,其实也没有那么高大上,就是让货运车知道前方到底发生了什么事,每一辆货运车上都能收到信息,而且我们跟高德、百度也都有合作。在这样的一条高速路上,我们采用的是无人驾驶的清扫车。

3、城市路网应急协同体系

我们针对一些痛点,也和很多的企业进行合作,有一些服务的产品,比如说井盖,井盖这个事真的是头大、说了很多年了,上海发布之后,把我们这些公司给推出来了,我们并没有承担上海所有的设施,在我们承担的设施中没有这样的问题,我们所有的井盖都安装了智能感知,出现井盖侧倾、移动、堵住等情况它都会自动报警。我们以前都是靠人在路上开车,我们巡查的驾驶员非常有意思,他说“我现在有强迫症,看到井盖我就要开上去,感觉一下它跳不跳,井盖会不会动”,但是有了这一套感知系统以后,我们不需要巡查人员了,而且巡查的成本大幅度节约,节约了以后怎么办呢?我们这个新基建传感器装上去也要钱的,要靠网络,还要靠平台,传统方式的是找一家单位来搭一个平台,然后传感器按多少钱一个收费,一次装1000个传感器能不能便宜一点,谈好价格以后由政府购买服务、公开招投标,现在做这样传感器的企业非常非常多,华为可以做,施工单位可以做,移动公司可以做,很多家单位都可以做,他们的竞争也越来越激烈。我们现在采取的方式是重新定义日常养护,我们的费用绝大部分来源于财政,疫情发生之后,我们的财政资金是非常紧张的,重新定义日常养护之后,我们把养护作业内容进行了调整,结构调整后节约出来的费用,用来支持新基建,这也是有我们的用意在的,以后我们这样的企业服务于城市才会有竞争力。

我们以前会看到交警发布积水点的警示,告诉广大驾驶员这个路段上易发生积水点,但是我们知道每一年路网的水系改造和设施更新之后,积水点会发生变化。上海的行业主管部门在所有的下立交中安装了积水点传感器,积水点传感器触发以后,直接告诉水务局,水务局再通知养护单位到现场,到了现场看这个地方是不是要影响交通,如果影响交通,两个单位再通知交警到现场来封路,这个流程做好以后,其实时间非常长。我们现在自己搭建了城市路网积水点传感以后,预警阀值比行业的标准要更高,在5公分的时候就已经预警了。整个路网的运营维护资源也是根据历史数据的积累和提取来配置,到现场的人员其实跳开了此前要报给水务局、报给交警这两个环节。这是一个预防性的应急,不会再有封路的现象,整个路网在运行过程当中,这些都是真实的数据,数据产生以后,我们都会向政府提出更新的需求。

4、城市让出行更美好

我们也和公共交通进行合作,现在的公交车站也非常智能,公交车前置和后置的监控,把这些数据推送过来以后,我们的巡视人员可以不间断的通过监控来巡查。同时我们把隧道中和高速公路上的一些突发状况,也主动推送给公交车的智能终端,能够直接让驾驶员和出租车知道道路运维过程当中发生的一些实际状况。

全国范围内没有一座城市,像上海这样,综合运维集成度那么高,也没有一家单位能够在一个城市当中既承担城市道路的运营,又承担公路运营。前面讲到了我们有100多个应用场景,更多的应用场景还有待开发。我们也孵化出了一些复合产品,像做路灯的,做智能传感的,做数字平台的,如果说你们愿意绑定我们这些比较传统的、比较老的服务商,我们非常欢迎,希望我们都可以在这样一个大平台当中焕发出更好的活力。谢谢大家!

演讲者丨丁炜

文字整理丨杨亚庆、王劭绅

排版编辑丨刘小小

本文演讲者丁炜,来自上海城建城市运营(集团)有限公司。文章所列内容仅代表演讲者观点,不代表攀成德立场。

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