城市軌道交通自動折返方式研究

王亞文

中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司濟南分公司 200331

摘要：隨著國內(nèi)軌道交通的發(fā)展，對運營效率的要求越來越高。其中折返效率又是影響整個線路運營效率的關(guān)鍵因素之一。因此為了提高折返線的效率，滿足運營需求，信號系統(tǒng)開發(fā)了一種基于CBTC運營模式下的新的折返功能-自動折返。本文就針對自動折返進行初步討論，對功能需求，安全要求等提出解決方案。

關(guān)鍵詞：軌道交通；效率；自動折返；安全；安全分析

引言

目前，國內(nèi)各城市軌道交通的發(fā)展日新月異，同時，對運營效率的要求也越來越高。而在整個地鐵線路的運營過程中，折返效率又是影響整個線路運行效率的一個重要環(huán)節(jié)。對此，一方面，在線路設(shè)計時，需要盡可能對折返線的配線設(shè)計的更合理；另一方面，從信號系統(tǒng)來說，也對折返功能進行盡可能地優(yōu)化，并開發(fā)新的功能以滿足要求。自動折返—一種新的折返方式便是為此而開發(fā)設(shè)計的，并已在部分開通線路中得到推廣應(yīng)用，對提高運營效率效果顯著。

1功能定義

自動折返（Auto Turn Back）：指CBTC列車在折返過程中無需司機操作的情況下，由預(yù)定的自動折返區(qū)域自動由牽入進路進入折返線，自動完成駕駛室轉(zhuǎn)換后，再由牽出進路自動到達預(yù)定目的地的過程。

如下圖所示，CBTC列車在S站上行站臺的自動折返區(qū)域（紅色部分），經(jīng)進路S3-S1自動到達折返軌G1，自動完成駕駛室轉(zhuǎn)換后，經(jīng)進路X1-X2自動達到下行站臺。

Figure 1 自動折返

2 功能需求

為實現(xiàn)自動折返，有以下功能要求：

1.只有在特定的區(qū)域才允許司機選擇自動折返功能（并自動給出燈提示），如圖1中上行站臺的紅色區(qū)域；

2.司機通過操作司機臺的折返按鈕來激活自動折返功能；或，

3.司機通過操作站臺的折返按鈕來激活自動折返功能；

4.折返功能一旦被激活，整個折返過程不需要人工參與；

5.自動折返功能需為安全功能；

3 實現(xiàn)方式

圖2和圖3分別是司機臺和站臺折返按鈕電路原理圖：

Figure 2 司機臺自動折返按鈕原理圖

注1：司控器鑰匙關(guān)閉，即不選擇駕駛室；

注2：將駕駛手柄放于零位；

Figure 3 站臺自動折返按鈕設(shè)置及信息傳遞方式

基于以上原理圖，可以總結(jié)出軟件功能/操作流程如下：

ATB 操作過程：

第一步 ATB模式選擇

當(dāng)以下條件具備時，信號系統(tǒng)ATB模式可用：

>列車在自動折返操作被授權(quán)的區(qū)域內(nèi)停車

>乘客完成換乘

>列車站和屏蔽門關(guān)閉

>駕駛手柄置于0位

>關(guān)閉司機臺鑰匙

然后進入ATB運行，有兩種方式可以激活A(yù)TB運行

>司機按壓駕駛臺ATO按鈕，或

>按壓站臺ATB按鈕

第二步 列車運行至折返區(qū)域

列車自動運行至折返區(qū)域并完成換端操作。

第三步 列車運行至目的站臺

可以有以下幾種操作方式：

>司機留在列車內(nèi)，并在自動折返過程中走到列車另一端；或，

>司機等在目的站臺，并在列車停穩(wěn)后上車。

ATB模式自動完成（終止）的方式，有以下幾種配置：

>在列車到達目的站臺且正確停穩(wěn)后自動終止，或

>當(dāng)有司機臺鑰匙激活命令時（司機留在車內(nèi)的情況）

4 安全要求

4.1 風(fēng)險定義

因自動折返功能涉及乘客和司機的人身安全，所以以下安全風(fēng)險需要考慮：

A.列車運動過程中導(dǎo)致的司機受傷；

B.列車運動過程中導(dǎo)致的乘客受傷；

C.非期望的屏蔽門關(guān)門導(dǎo)致的乘客受傷；

D.自動折返過程中列車故障后的救援；

4.2 風(fēng)險矩陣定義

安全分析參考EN50126中定義的風(fēng)險矩陣，風(fēng)險的分類和可接受性主要基于以下定義：

事故或危害的嚴(yán)酷度等級（I 至IV），如表1中定義。

表1 風(fēng)險分類及可接受度

風(fēng)險接受矩陣

事故頻率等級 事故嚴(yán)酷度等級

I特大的 II重大的 III次要的 IV輕微的

A 頻繁的 IN IN IN UN

B 經(jīng)常的 IN IN UN TO

C 有時的 IN UN UN TO

D 很少的 UN UN TO NE

E 極少的 TO TO NE NE

F 幾乎不可能的 NE NE NE NE

風(fēng)險被分類為：

風(fēng)險等級 定義

不可接受的IN 從安全觀點來看風(fēng)險是不可接受的，應(yīng)該拒絕且消除。

應(yīng)避免的UN 應(yīng)采取風(fēng)險降低措施，以使風(fēng)險達到可接受水平。

可容忍的TO 在得到相關(guān)部門的批準(zhǔn)后可以接受

可接受的NE 可接受

表 2：風(fēng)險可接受性

事故頻率（A～F）定義如下：

事故頻率

（列車/小時） 10-3 ≤f 10-5 ≤f< 10-3 10-7 ≤f< 10-5 10-8 ≤f< 10-7 10-9 ≤f< 10-8 f< 10-9

A B C D E F

表3 嚴(yán)酷度等級定義

類別 定義

I 特大 多人死亡，和/或是多人嚴(yán)重傷害，和/或?qū)Νh(huán)境的較多損害.

II 重大 一人死亡，和/或是嚴(yán)重傷害，和/或?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生明顯的損害。主系統(tǒng)失效.

III 次要 較小的傷害和/或?qū)Νh(huán)境的明顯影響。嚴(yán)重的系統(tǒng)損害。

IV 輕微 可能存在的較小的傷害。較小的系統(tǒng)損害。

4.3 安全分析

4.3.1 風(fēng)險A：列車運動過程中導(dǎo)致的司機受傷

發(fā)生這種有以下幾種情形：

-司機下車按站臺ATB按鈕

-一個司機下車按站臺ATB按鈕時，另一個司機上車

風(fēng)險評估：

根據(jù)表3，嚴(yán)酷度等級定義為“重大”，且考慮到ATO軟件失效的概率為10E-5，所以由表1可得出，該風(fēng)險為不可接受。

因此，必須有消除風(fēng)險的措施。

消除風(fēng)險措施：

1 在自動折返區(qū)域設(shè)置一個安全區(qū)域，該區(qū)域平時為非激活狀態(tài)，在非激活狀態(tài)下如果有列車移動，ATC將產(chǎn)生緊急停車。

只有當(dāng)司機臺ATB模式選中（這時司機在車上），或站臺ATB按鈕按下時（司機已下車），安全區(qū)域才為激活狀態(tài)，可消除司機由于上下車過程中列車移動使司機受傷的風(fēng)險?；颍?/p>

2 將司機室門串入列車門關(guān)且鎖閉狀態(tài)中。這樣，當(dāng)司機門未關(guān)閉是時，列車不會移動。或，

3 司機下車時將駕駛手柄置于快速制動位。

4.3.2 風(fēng)險B：列車運動過程中導(dǎo)致的乘客受傷

由于乘客上下車過程中，列車門處于打開狀態(tài)，且該安全輸入由ATP SIL4級功能處理，所以該風(fēng)險可以消除。

4.3.3 風(fēng)險C：非期望的屏蔽門關(guān)門導(dǎo)致的乘客受傷

列車開關(guān)門方式與車輛有關(guān)，如有的車輛在司機激活駕駛室且完成自動折返后，會自動關(guān)門。

開關(guān)門操作方式一般有三種：自動，半自動，人工。

如果選擇了自動或半自動方式，列車將在到達目的站臺后自動打開車門；

如果選擇了人工模式，列車在到達目的站臺后，司機需進入司機室打開列車門。

只要司機不激活駕駛室，車門就不會關(guān)閉。根據(jù)車輛的不同，列車門可能存在司機激活駕駛室后，列車門非期望關(guān)閉的情況。

因此，在自動折返模式下，建議采用人工開關(guān)門模式。也可根據(jù)車輛的配置考慮是否采用。

4.3.4 風(fēng)險D：自動折返過程中列車故障后的救援

如列車在運行過程中故障停車，這時需要維護人員對列車進行維修。假設(shè)在維護人員進入軌道或靠近列車后，故障消除，這時處于ATB模式的列車會自動發(fā)車。

風(fēng)險評估：

根據(jù)表 1：風(fēng)險分類及可接受度，對應(yīng)分類為C/I，不可接受。必須消除該風(fēng)險。

消除風(fēng)險措施：

可以有以下幾種方式消除風(fēng)險：

-，通過站臺緊急停車按鈕。因為一般站臺緊急停車只是針對站臺區(qū)域，如通過該方案實現(xiàn)，則防護區(qū)域需要延長到整個ATB折返區(qū)域。如下圖紅色區(qū)域所示。

二，封鎖。基于信號系統(tǒng)可提供區(qū)段封鎖，道岔封鎖或信號機封鎖，如發(fā)生列車故障，可以設(shè)置封鎖，這樣列車將無法再移動。

信號機封鎖-信號機變?yōu)榻範(fàn)顟B(tài)并且進路不能建立；

道岔封鎖-信號機變?yōu)榻範(fàn)顟B(tài)并且進路不能建立且列車無法獲得移動授權(quán)；

區(qū)段封鎖-信號機變?yōu)榻範(fàn)顟B(tài)并且進路不能建立且列車無法獲得移動授權(quán)；

通過設(shè)置封鎖可以防止ATB模式的列車移動，可以防止其它CBTC列車進入ATB區(qū)域同時可以防止后備車或人工車進入ATB區(qū)域。

5 總結(jié)

本文給出了自動折返方案的硬件電路設(shè)計，軟件功能需求以及具體實現(xiàn)中應(yīng)該重點考慮的安全需求。通過安全分析，總結(jié)出了風(fēng)險消除的措施。

同時，也對自動折返的操作流程給出了規(guī)定。

通過以上分析可以看出，自動折返既可以實現(xiàn)在駕駛室有人操作，可以在駕駛室沒有司機的情況下通過站臺折返換鈕操作激活模式，系統(tǒng)自動完成換端并自動到達預(yù)定站臺，在實現(xiàn)了文中提出的安全要求的前提下，較之其它折返方式，更高效，更省時，能有效地提高運營效率。

參考文獻：

[1] Railway applications-The specification and demonstration of Reliability，Availability，Maintainability and Safety（RAMS），EN 50126-1999

[2] 城市軌道交通CBTC信號系統(tǒng)行業(yè)技術(shù)規(guī)范——需求規(guī)范，2013