祁 勇,李 贺1,付 杰2
1.绍兴市轨道交通集团有限公司运营分公司，浙江绍兴；2.浙江交通职业技术学院，浙江杭州
摘 要：地铁车辆车顶检修作业，作业内容明确、作业空间独立、作业的标准化易实现、作业人员固定，但作业劳动强度大、风险大、作业质量的影响较大。基于以上作业场景，研究发明一套车顶检修作业智能作业指导及安全监视系统，便具有很强的实用价值。本文重点介绍了一种可移动、可实时语音交互、可实时记录数据、可进行网络数据传输、可进行视频监视及预警的多功能智能化系统，该系统的使用可以保障车辆车顶作业质量，同时降低管理成本，减员增效，对于地铁行业来说，将具有重要的研究意义。
关键词：地铁车辆、车顶检修、作业指导、安全监视
1.概述
车辆在整个城市轨道交通系统设备中占据着重要的地位，是城轨系统中关键且复杂的设备，它是多专业综合性产品，涉及机械、电气、控制、材料、计算机等多领域。状态良好、数量充足的车辆是城市轨道交通运营的重要保障。故此，车辆的日常维护和检修也占据着地铁公司车辆工作人员的大量时间和精力，在车辆工作中占据着重要位置。
1.1地铁车辆车顶检修作业的现状
地铁车辆的检修作业按照作业范围可以分为车顶作业、客室作业和车下作业。每项作业因车辆部件、作业环境、影响程度的不同而存在各异的作业要求和作业风险。车顶作业主要包含受电弓、空调、废排、顶棚等部件的检修维护，相对来说作业内容明确、作业空间独立、作业的标准化易实现、作业人员固定。目前，大多数城市轨道交通车顶平台安全管控模式仍然采用传统的操作票（工作票）制度，采用执行＋复核模式，一人操作，一人监督，该方法在我国实行多年，但效率不高，安全管控力度不强，事故及险情时有发生[1]。
受电弓检修作业，主要包含受电弓外观、弓头、滑板、气囊、阻尼器、气阀箱、管路、受电弓静态接触压力及升降弓时间、控制箱等检查及测试、维护。一般要2-3个车辆检修工同时作业，需要进行五防锁作业操作、接触网断电并接地、挂安全带，属于高空作业，存在安全风险，检修质量对车辆的运营指标影响较大。
空调检修作业，主要包含机组状态、盖板状态、风机、加热器、空气净化装置、视液镜、各电源线和控制线、温度传感器、风门安装状态、管路等的检查，滤网的清洁和更换，蒸发器、冷凝器的清洁等。一般要2-3个车辆检修工同时配合作业，需要1个清洁工开展清洁作业，需要接触网断电并接地、挂安全带，属于高空作业，存在安全风险，检修质量对车辆的运营服务指标影响较大，特别是夏季乘客投诉较多。
废排和顶棚检修作业，主要包含外观检查以及废排口异物检查。1个检修工可以完成作业，需要接触网断电并接地、挂安全带，属于高空作业，存在安全风险。
1.2车顶检修作业智能作业指导及安全监视系统的研究需求及意义
地铁车辆车顶检修作业，作业内容明确、作业空间独立、作业的标准化易实现、作业人员固定，但作业劳动强度大、风险大、作业质量的影响较大。基于以上作业场景，研究发明一套车顶检修作业智能作业指导及安全监视系统，便具有很强的实用价值。该系统一方面可以实现车顶不同检修规程的标准化作业，及时指导和监控员工的作业流程、作业内容，防止出现漏项、缺项，同时对所有的作业内容进行实时记录，作业完成后可将作业报表实时上传工作服务站，做到所有作业可以有据可查；另一方面可以实现车顶作业的安全绳吊挂、安全监控、安全行为预警等，一旦作业人员发生不安全行为可以进行预警，一旦发生安全事故可以进行DCC联动报警，第一时间进行应急处置。该系统应用后，可以有效降低安全风险，提高作业质量，同时可以减少作业人数，减少安全管控人员，对于地铁公司的车辆检修管理和减员增效具有重要的实际意义。
2.车顶检修作业智能作业指导及安全监视系统的研究
本系统的研究目标是实现车顶检修作业的标准化和安全风险的实时监控。系统主要考虑设计为可移动、可实时语音交互、可实时记录数据、可进行网络数据传输、可进行视频监视及预警的多功能智能化设备。功能模块主要分为两部分：智能作业指导协同模块和安全防护及监视模块。
2.1智能作业指导协同模块
智能作业指导协同模块主要包含远程服务器、人机交互界面、人机语音交互系统等，主要实现功能包括作业任务的实时下发、作业提示、作业标准化流程的指导、作业全过程的数据记录等。该模块可达到的目标是，设定车顶检修作业的全流程指导，包括作业前的任务接收、作业前提示、作业过程的标准化检修、作业过程的全过程数据实时记录。
作业前的任务接收，该功能可在任务下发后提前收到当日作业的具体检修规程、作业人员信息、登顶作业前的断送电情况等，为后续的作业进行预判断和分析。作业提示，主要是对作业人员身份、作业内容、工器具及备品备件的确认和提示，作业人员确认无误后，在人机交互界面上点击确认按键，系统便可提示可以开始作业。作业标准化流程的指导，是指按照作业指导书的流程一一显示作业内容，同时可以进行语音提示，作业人员每完成一项工作可在确认按钮上进行完成确认，系统自动进入下一步作业指导。作业全过程的数据记录，是指在作业过程中需要对数据进行实时记录的，作业人员可以通过语音交互将数据实时报送给系统进行记录，系统还可以将全过程的所有作业内容、时间、用时等进行实时记录，便于台账管理及检修制度的优化。
智能作业指导协同模块，可以保障作业人员的作业标准化，作业人员必须按照作业指导书流程完成所有项点，不会出现缺项、漏项问题，同时可以让作业人员快速掌握不同检修规程的具体流程和内容，做到作业前、中、后的实时提示，保证作业质量。
2.2 安全防护及监视模块
安全防护及检视模块主要包含视频摄像头、视频分析系统、安全带悬挂及检测装置等，主要实现功能包括作业安全提示、作业过程的全视频监控、安全风险预警、安全事故联动、安全带悬挂及拉力检测等。该模块可达到的目标是，在作业前对安全要素进行确认和提示，在作业过程中通过机器视觉技术对安全行为进行监视和提示，在作业后对安全要素进行确认和提示，可保障安全带的安全悬挂，同时实时对拉力进行检测和预警。
作业安全提示，比如劳保用品是否正确佩戴，动火作业是否已准备了消防器材等。作业过程的全视频监控，是指对作业全过程进行录像并记录。安全风险预警，可提前设定车顶作业的不安全行为，比如空调盖板未正确打开、受电弓升弓后下部站人、安全带拉力超过设定值等，系统进行自动预警提示，若一定时期内未恢复，则系统联动至DCC进行报警。安全事故联动，若视频监控到人员跌落、设备砸伤人员、火灾等情况，系统第一时间联动至DCC进行事故报警，需DCC人员第一时间赶往现场进行应急处置。安全带悬挂，可保证2人同时进行安全带悬挂作业，同时对拉力进行实时监测，若拉力超限会进行预警或报警，以保证作业人员的安全。
安全防护及检视模块，复合车顶关键部件检测技术[2]，可以对作业人员的全过程进行监控，及时对安全风险进行提示和监视，保障作业人员的安全， 进一步提高作业质量，降低管理成本。
2.3 系统架构及研究思路
（1）系统架构
系统主要布置在车辆检修平台的三层平台上，由走行部和智能作业指导协同模块、安全防护及检视模块等组成。系统可根据预设的模式对所有检修规程或者临时作业进行全程的过程作业指导和检测，同时可根据人员的作业轨迹进行移动。系统强度除满足设备的安装要求外还需满足至少3个成年人进行悬挂的拉力强度。
（2）三月检车顶作业场景设定
选定三月检作为一个场景，在此展示一下该系统的功能。具体流程包括以下4个步骤（见图1）。
1）作业任务的实时下发及接收：DCC下发作业任务，班组确定车顶作业人员，服务器将该信息发送至车顶该系统，系统判断为三月检任务，自动调取三月检作业指导流程，同时系统判断该列位断送电、五防锁情况，若各项条件满足，开启作业准备。
2）作业提示：作业人员登顶后，系统开启作业提示，比如对人员身份、作业内容、工器具和备品备件准备等进行确认，确认无误后系统提示作业人员可悬挂安全带开展登顶作业，若信息不符，则作业无法继续进行。
3）作业标准化流程的指导：系统按照三月检作业指导书的流程对作业人员进行依次播报和指导，比如空调作业机组安装状态检查、接地线检查、更换混合风过滤网、清洁新风滤网、检查并清洁蒸发器冷凝器等等16个步骤，受电弓作业外观检查、碳滑板检查、受电弓弓头转动及位置传感器检查、静态接触压力测量等等11个步骤。每一项完成后，作业人员需要在预制的确认按钮上进行确认，该项工作才会完成，未完成作业不允许跳转作业。如受电弓静态压力、升降弓时间需要记录的，可进行语音交互，系统自行记录，不需要作业人员再纸质记录。发现故障项点，作业人员也可以通过语音交互进行实时记录，并通过系统反馈进行跟踪处理。系统除了记录作业过程中的测量数据、故障数据外，可以对作业人员、作业步骤、作业时长及视频信息等进行全过程的数据记录。
4）作业完成：作业完成后，系统自动对作业人员进行作业内容提示，确认所有设备状态正确，作业工器具已经撤清，作业人员安全带撤离后，系统提示作业人员已完成工作，可以撤出作业区域。系统自动将今日的作业数据全部发送给服务器供管理人员使用。
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图一 三月检车顶作业场景设定
（3）人员跌落场景设定
选定人员跌落作为另一个特殊的场景，在此展示一下该系统的功能。具体流程包括以下3个步骤。
1）系统检测：系统检测到安全带拉力大于设定值，视频监视系统若发现人员在车顶作业，则报警3秒钟，若拉力恢复，则系统恢复正常，若拉力未恢复或视频监视系统直接判定人员未在车顶画面中，则系统直接报警至DCC，且报警器持续鸣响。
2）DCC联动：DCC工作人员收到报警信号好，第一时间赶往现场进行突发事件处理，预防高空作业人员跌落伤亡事件发生。
3）系统恢复：工作人员处理完成突发事件后，复位系统报警模式，系统恢复正常，可继续工作。
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图二 人员跌落场景设定
3.车顶检修作业智能作业指导及安全监视系统的社会效益
车顶检修作业智能化作业指导及安全监视系统，基于车顶检修作业内容明确、作业空间独立、作业的标准化易实现、作业人员固定等作业场景而研发。若充分研究应用，便具有很强的实用价值，可以有效避免车辆段检修作业过程中人工管理与人工操作的不足与安全隐患[3]，降低安全风险的同时可以提高作业质量，减少作业人数，减少安全管控人员，对于地铁公司的车辆检修管理和减员增效，将创造巨大的经济效益。
3.1对作业安全的社会效益
该系统可以实现车顶作业的安全带吊挂、安全监控、安全行为预警等。通过科技手段检测安全带的拉力，同时结合视频监控，双重安全保障确保作业人员的安全，及时对作业人员不安全行为进行预警。若发生未知的安全事件还可以进行DCC联动报警，第一时间进行应急处置。视频监视系统里还可以预设火灾、跌落、砸人、触电等场景，一旦检测到，均可以及时报警。可以实现车顶作业的实时安全监控和预防，对安全作业起到了很大的社会效益。
3.2对标准化作业的社会效益
该系统可以实现车顶不同检修规程比如双周检、月检、季检、均衡修、年检等的标准化作业，实时指导和监控员工的作业流程、作业内容，避免出现漏项、缺项，同时对所有的作业内容进行实时记录，作业完成后可将作业报表实时上传后台服务站，做到所有作业可追溯，故障记录有统计有报表，为后续的技术管理提供强大的数据支撑。
3.3对人力成本的社会效益
该系统应用后，通过标准化作业和安全智能监控，可以减少作业人数，比如原有的3人作业可以减至2人作业；可以减少安全管控人员，无需安全员进行监控和巡视，无需质检员进行质量复查。可以节约人力成本，提高生产效率，对于地铁公司减员增效方面具有很大的社会效益。
4.结论
随着社会的发展，人们对城市轨道交通有了更高的要求，地铁公司对设施设备各系统也都提出了更严苛的要求，如何提高设施设备的安全可靠性，一直是专业人员关注的重点。利用科技手段，确保设备维护的标准化作业，确保检修维护人员的行为可监控，势必是管理上的重要手段。研发车顶检修作业智能化作业指导及安全监视系统，确保地铁车辆车顶检修作业的标准化，确保车顶作业人员的安全行为，势必会保障车辆车顶作业质量，同时降低管理成本，减员增效，对于地铁行业来说，将具有重要的使用价值。
参考文献
[1].魏存祥,万斌.城市轨道交通在线式车顶平台安全管控系统[J].公路.2017（07）：345-348.
[2].李建龙,王亚柯.受电弓状态及车顶异常动态监视和预警系统研究与应用[J].机电信息.2020（14）：47-48.
[3].叶鹏君.地铁车辆段检修作业智能管控系统的研究与应用[J].电工技术.2019（18）：139-141.
作者简介：祁勇，1974年生，男，汉族，中级工程师；李贺，1987年生，男，汉族，中级工程师；付杰，1984年生，女，汉族，副教授。