城市軌道交通車輛與其他系統(tǒng)的接口效果評(píng)價(jià)模型研究

王 黎 孫 路 袁 果

城市軌道交通車輛與其他系統(tǒng)的接口效果評(píng)價(jià)模型研究

王 黎 孫 路 袁 果

闡述城市軌道交通車輛與其他系統(tǒng)的技術(shù)接口關(guān)系及接口管理工作要點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際提出評(píng)價(jià)整車接口功能實(shí)現(xiàn)效果的評(píng)價(jià)模型，對(duì)城市軌道交通影響車輛功能實(shí)現(xiàn)的接口管理工作進(jìn)行量化研究，為車輛接口管理效果評(píng)價(jià)提供方法指導(dǎo)。

城市軌道交通；車輛；接口；評(píng)價(jià)模型

0 引言

現(xiàn)代城市軌道交通建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)工程，各系統(tǒng)之間存在眾多接口，能否在設(shè)計(jì)階段明確相關(guān)接口關(guān)系及內(nèi)容，并在實(shí)施階段通過(guò)管理手段得以實(shí)現(xiàn)，顯得尤為關(guān)鍵[1，2]。特別是作為城市軌道交通重要設(shè)備之一的城市軌道交通車輛，與眾多系統(tǒng)之間存在緊密的技術(shù)接口，如何科學(xué)、合理地協(xié)調(diào)管理這些接口關(guān)系，直接影響到車輛最終的運(yùn)營(yíng)效果。以下就車輛與各系統(tǒng)之間的技術(shù)接口及主要接口管理工作進(jìn)行探討，并提出車輛接口管理效果評(píng)價(jià)模型。

1 車輛與相關(guān)系統(tǒng)的技術(shù)接口

與城市軌道交通車輛存在接口關(guān)系的系統(tǒng)包括：信號(hào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)、變電所/接觸網(wǎng)系統(tǒng)、屏蔽門/安全門系統(tǒng)、地面通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、車輛段工藝設(shè)備（如不落輪鏇床、列車自動(dòng)清洗機(jī)、車間電源系統(tǒng)和固定式架車機(jī)）等。車輛與以上系統(tǒng)之間存在的技術(shù)接口類型包括：機(jī)械、電氣、功能、電磁兼容等。以下分別就車輛與不同系統(tǒng)接口關(guān)系進(jìn)行論述。

1.1 與信號(hào)系統(tǒng)的接口

城市軌道交通車輛與信號(hào)系統(tǒng)的接口在車輛諸多接口中至關(guān)重要，是影響系統(tǒng)聯(lián)調(diào)進(jìn)度的關(guān)鍵因素，更是影響列車自動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)、保證列車安全、可靠、準(zhǔn)點(diǎn)、舒適運(yùn)營(yíng)的決定性因素。

（1）功能接口。在自動(dòng)駕駛（ATO）模式或者超速防護(hù)（ATP）人工駕駛模式下，列車自動(dòng)控制系統(tǒng)車載設(shè)備控制列車運(yùn)行或完成折返作業(yè)；車門安全開閉功能。

（2）機(jī)械接口。信號(hào)車載設(shè)備安裝位置、安裝條件的確認(rèn)。

（3）電氣接口。電源及信號(hào)設(shè)備功耗、控制邏輯輸出、電氣連接、設(shè)備接地、車地信息載頻、牽引/制動(dòng)特性、列車參數(shù)、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、列車管理系統(tǒng)通信協(xié)議的確認(rèn)。

（4）電磁兼容。電磁干擾指標(biāo)的確認(rèn)及驗(yàn)證。

1.2 與通信系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)的接口

城市軌道交通車載通信和乘客信息系統(tǒng)由列車廣播系統(tǒng)、司機(jī)對(duì)講與乘客緊急報(bào)警系統(tǒng)、乘客信息顯示系統(tǒng)、車載視頻監(jiān)視系統(tǒng)、乘客安全標(biāo)識(shí)系統(tǒng)、車載專用無(wú)線通信設(shè)備、車載火災(zāi)報(bào)警設(shè)備等組成。

（1）功能接口。包含以下7類：①車載廣播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)客室乘客的廣播功能，通過(guò)優(yōu)先級(jí)控制執(zhí)行廣播，并且廣播音量可自動(dòng)調(diào)節(jié)；②司機(jī)對(duì)講與乘客緊急報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)緊急情況下司機(jī)對(duì)講與乘客緊急報(bào)警功能；③乘客信息顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車載多媒體播放、列車LED顯示功能等；④車載視頻監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）用于實(shí)現(xiàn)對(duì)車廂實(shí)時(shí)情況的監(jiān)視；⑤乘客安全標(biāo)識(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在列車適當(dāng)位置提供警示標(biāo)志、緊急出口指示、緊急撤離指引、滅火器指示及使用方法、列車運(yùn)行線路圖、乘客緊急報(bào)警按鈕及與司機(jī)通話話筒的指示、使用方法及注意事項(xiàng)等；⑥車載專用無(wú)線通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)列車駕駛員之間及與地面調(diào)度之間的無(wú)線通信功能；⑦車載火災(zāi)報(bào)警設(shè)備用于對(duì)列車任何部位的火災(zāi)情況進(jìn)行報(bào)警。

（2）機(jī)械接口。設(shè)備安裝位置、安裝條件的確認(rèn)。

（3）電氣接口。電源及信號(hào)設(shè)備功耗、控制邏輯輸出、電氣連接、設(shè)備接地、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、列車管理系統(tǒng)通信協(xié)議的確認(rèn)。

（4）電磁兼容。電磁干擾指標(biāo)的確認(rèn)及驗(yàn)證。

1.3 與其他專業(yè)的接口

城市軌道交通車輛與其他系統(tǒng)技術(shù)接口的實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵在于相關(guān)重要參數(shù)在設(shè)計(jì)階段的相互確認(rèn)。具體接口參數(shù)如下。

1.3.1 與軌道專業(yè)的接口

軌道專業(yè)向車輛專業(yè)提供線路條件、鋼軌重量及選型、道岔類型及號(hào)碼、最小平面曲線半徑、最小豎曲線半徑、緩和曲線長(zhǎng)度及順坡率、最大坡度、軌道潤(rùn)滑方式、車擋方案、曲線的限速情況、曲線軌道加寬量、軌底坡、軌道扭曲度等。

車輛專業(yè)向軌道專業(yè)提供車輛編組形式、車輛的自重和載客重量、車輛軸重、兩轉(zhuǎn)向架中心距、車輛長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)向架固定軸距、車輪形式、材質(zhì)和硬度、車輪輪徑、車輪內(nèi)側(cè)距、輪緣潤(rùn)滑方式、車輛最高運(yùn)行速度等。

1.3.2 與變電所/接觸網(wǎng)專業(yè)的接口

變電所/接觸網(wǎng)專業(yè)向車輛專業(yè)提供牽引變電所的饋出保護(hù)特性、接觸網(wǎng)懸掛組成及主要技術(shù)參數(shù)、接觸網(wǎng)的電阻值、正線接觸網(wǎng)絕緣分段的長(zhǎng)度及位置、剛性接觸網(wǎng)、柔性接觸網(wǎng)及剛性接觸網(wǎng)過(guò)渡段的設(shè)計(jì)安排、對(duì)車輛受電弓的要求、車輛段（停車場(chǎng)）咽喉區(qū)、停車列檢庫(kù)、聯(lián)合檢修庫(kù)、試車線、洗車庫(kù)接觸網(wǎng)絕緣分段的長(zhǎng)度及位置、接觸網(wǎng)接觸導(dǎo)線的外形尺寸和機(jī)電特性等。

車輛專業(yè)向變電所/接觸網(wǎng)專業(yè)提供車輛編組形式、車輛電氣主回路連接方式及工作模式、車輛主斷路器保護(hù)特性、車輛及輔助設(shè)備功率、列車（電機(jī)）牽引力特性曲線、列車基本阻力特性曲線、列車（電機(jī)）供電特性曲線、列車制動(dòng)特性曲線、列車（電機(jī)）再生電流特性曲線、列車輸入電流曲線、列車（電機(jī)）效率曲線、列車功率因數(shù)曲線、列車單位阻力公式、列車載客量（按動(dòng)拖車分計(jì)）、車輛的重量、制動(dòng)電阻設(shè)置及重量、列車在制動(dòng)狀態(tài)下的制動(dòng)能量曲線、列車受電弓的設(shè)置位置、靜態(tài)抬升力參數(shù)、弓頭質(zhì)量、滑板材質(zhì)、工作高度及寬度范圍、弓頭及整體外形尺寸、機(jī)電特性等。

1.3.3 與屏蔽門/安全門專業(yè)的接口

車輛專業(yè)向屏蔽門/安全門專業(yè)提供列車客室車門和司機(jī)室車門布置相關(guān)數(shù)據(jù)、列車長(zhǎng)度、列車寬度、開關(guān)門的行程時(shí)間、車門門間距、門的凈開度（寬度和高度）、司機(jī)室側(cè)門開門形式、客室車門相關(guān)乘務(wù)員鑰匙開關(guān)的位置。

1.3.4 與車站暖通空調(diào)系統(tǒng)的接口

隧道上部回/排風(fēng)口位置應(yīng)與列車空調(diào)冷凝器的位置對(duì)齊。

1.3.5 與不落輪鏇床的接口

車輛專業(yè)向不落輪鏇床提供列車編組方式和動(dòng)車、拖車的長(zhǎng)度（均指車鉤連接面間長(zhǎng)度）、車體最大寬度、車體最大高度（距軌面）、車鉤中心線距軌面的高度、車輪的外形輪廓和尺寸、新輪尺寸、轉(zhuǎn)向架軸距、兩轉(zhuǎn)向架中心距、兩聯(lián)掛車輛的轉(zhuǎn)向架中心距、一系懸掛的外形尺寸及位置、輪對(duì)內(nèi)側(cè)距及公差、最大軸重、動(dòng)車、拖車轉(zhuǎn)向架重量、動(dòng)車及拖車自重、軸箱的局部詳圖和尺寸等。

1.3.6 與列車自動(dòng)清洗機(jī)的接口

車輛專業(yè)向自動(dòng)清洗機(jī)提供列車編組方式和動(dòng)車、拖車各自的長(zhǎng)度以及列車受流器的布置相關(guān)數(shù)據(jù)、車體最大寬度、車體最大高度（距軌面）、車鉤中心線距軌面的高度、動(dòng)車與拖車自重、車輛外形輪廓和尺寸（包括端部輪廓與弧度、側(cè)面輪廓與弧度、車輛斷面及尺寸等）、車輛地板面至軌面高度、車體表面對(duì)洗滌劑的要求、列車受流器之間的距離等。

1.3.7 與車輛段車間電源供電的接口

在車輛段檢修庫(kù)內(nèi)的靜調(diào)線專門設(shè)置DC1500 V電源，并完成車輛各項(xiàng)靜調(diào)。

牽引供貨商提供該車間電源的插頭，該插頭與車輛高壓箱的車間電源插座相配套。在車輛上實(shí)現(xiàn)DC1 500 V接觸網(wǎng)供電工況與車間電源DC1 5 00 V供電工況間的安全聯(lián)鎖。

車輛供貨商應(yīng)向車間電源供貨商提供車輛輔助供電系統(tǒng)的容量。

1.3.8 與固定式架車機(jī)的接口

車輛專業(yè)向架車機(jī)提供列車編組方式、動(dòng)車及拖車的長(zhǎng)度、車體最大寬度、車體最大高度（距軌面）、車鉤中心線距軌面的高度、車輪的外形輪廓和尺寸、轉(zhuǎn)向架軸距、轉(zhuǎn)向架最大寬度、兩轉(zhuǎn)向架中心距、兩聯(lián)掛車輛的轉(zhuǎn)向架中心距、輪對(duì)內(nèi)側(cè)距及公差、最大軸重、動(dòng)車及拖車轉(zhuǎn)向架重量、動(dòng)車及拖車自重、車體舉升點(diǎn)的局部詳圖和尺寸、車體舉升點(diǎn)距軌面的高度、車體舉升點(diǎn)的縱向距離（垂直于軌道方向）、車體舉升點(diǎn)到轉(zhuǎn)向架中心的距離、車輛半自動(dòng)車鉤和半永久牽引桿所容許的縱向位移量等。

2 車輛與相關(guān)系統(tǒng)的接口管理

城市軌道交通車輛與其他系統(tǒng)的接口管理，除了確定上述的技術(shù)接口內(nèi)容外，還存在供貨、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試及試驗(yàn)等接口管理工作。技術(shù)工作明確接口的關(guān)系及內(nèi)容，為接口功能的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而接口管理工作則為系統(tǒng)最終功能的實(shí)現(xiàn)提供強(qiáng)有力的保障。有效的管理措施需明確如下幾點(diǎn)。

（1）車輛及其他系統(tǒng)招標(biāo)階段。對(duì)于業(yè)主方，應(yīng)在各系統(tǒng)用戶需求書中明確表述相關(guān)接口部分的功能需求。

（2）設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)階段。相關(guān)各單位應(yīng)通過(guò)接口會(huì)議，最終明確接口具體要求，簽署接口文件。接口文件內(nèi)容主要包括：供貨范圍與劃分、安裝責(zé)任分工、接口技術(shù)要求、接口項(xiàng)目管理、接口機(jī)構(gòu)和人員要求、聯(lián)絡(luò)與協(xié)調(diào)方式等內(nèi)容。

（3）接口調(diào)試階段。應(yīng)制定有效的接口調(diào)試組織管理辦法，并根據(jù)接口文件定義的責(zé)任劃分，相關(guān)牽頭方及配合方做好協(xié)調(diào)和配合工作。

（4）存在機(jī)械接口的相關(guān)系統(tǒng)，需保持聯(lián)絡(luò)暢通，在接口文件規(guī)定的供貨計(jì)劃指導(dǎo)下，根據(jù)工程進(jìn)展的實(shí)際情況，安排好設(shè)備的供貨、運(yùn)輸、安裝工作，相關(guān)人員在安裝過(guò)程中做好安裝督導(dǎo)等配合工作。

3 接口管理效果評(píng)價(jià)模型

城市軌道交通車輛接口管理工作效果不僅由具體接口專業(yè)的實(shí)體接口質(zhì)量決定，還受制于接口實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的一些管理工作對(duì)其影響。設(shè) y 表示車輛系統(tǒng)接口管理工作的效果評(píng)價(jià)值，則有：

式（1）中，xi為影響接口管理工作的相關(guān)獨(dú)立性因素；z為影響接口管理工作的相關(guān)關(guān)聯(lián)性因素；在理想情況下，y值為1；一般評(píng)價(jià)情況下，y＜1。

根據(jù)已有的項(xiàng)目執(zhí)行經(jīng)驗(yàn)，將城市軌道交通車輛接口管理工作的影響因素進(jìn)行如下分類。

（4）設(shè)各專業(yè)接口的關(guān)聯(lián)性為z，因?yàn)榕c車輛接口的各專業(yè)在車輛上基本無(wú)相關(guān)接口關(guān)聯(lián)，故忽略此項(xiàng)影響。

（5）考慮各影響因素對(duì)接口管理工作最終影響的程度不同，設(shè)置以上各影響因素的權(quán)重分別為λ、α、β、ε，且 λ+α+β+=1。代入公式（1），得到：

4 應(yīng)用及計(jì)算

4.1 接口功能和性能影響因素

選取與車輛系統(tǒng)行車過(guò)程中最緊密的重要接口專業(yè)，并假設(shè)x11為信號(hào)專業(yè)；x12為供電專業(yè)；x13為通信專業(yè)；x14為軌道專業(yè)；x15為安全門。

上述各因子相加，得到：

4.2 組織協(xié)調(diào)、信息管理影響因素

組織協(xié)調(diào)及信息管理主要涉及到4方面因素，假設(shè)x21為組織機(jī)構(gòu)及管理辦法；x22為接口方案的編制及確認(rèn)情況；x23為計(jì)劃制定及執(zhí)行情況；x24為信息及文檔管理情況。上述各因子相加，得到：

4.3 相互干擾影響因素

在接口管理工作中選取的主要干擾因子有2個(gè)：假設(shè)x31為人為因素；x32為環(huán)境因素。得到：

4.4 模型構(gòu)建

將式（3）、（4）、（5）代入式（2），可得在理想情況下車輛接口管理工作評(píng)價(jià)模型為：

4.5 參數(shù)計(jì)算

4.5.1 影響因素的計(jì)算

以x1i為例，首先根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及相關(guān)專家意見確定各專業(yè)的重要程度（權(quán)重值）取x11=0.25、x12=0.225、x13=0.225、x14=0.15、x15=0.15。

假設(shè)信號(hào)系統(tǒng)按照接口文件要求有20項(xiàng)接口功能和性能指標(biāo)要求，在調(diào)試完成后實(shí)際實(shí)現(xiàn)了18項(xiàng)，則x11實(shí)際值為：

同理，可計(jì)算出x12～x15、x21～x24、x31～x32。

4.5.2 模型參數(shù)的設(shè)置

λ、α、β的取值根據(jù)以往多個(gè)項(xiàng)目的執(zhí)行情況進(jìn)行全面分析后得出，再由相關(guān)專家提出專業(yè)意見進(jìn)行調(diào)整。為簡(jiǎn)化計(jì)算，取λ=α=β=1/3=0.3333。

5 評(píng)價(jià)效果

根據(jù)以往某城市地鐵工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，收集了其車輛接口管理過(guò)程中相關(guān)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，得出調(diào)試開始時(shí)、調(diào)試完成時(shí)和開通運(yùn)營(yíng)時(shí)3個(gè)時(shí)間點(diǎn)的x1、x2、x3值，不同階段相關(guān)影響因素計(jì)算值如表1所示。

表1 不同階段相關(guān)影響因素計(jì)算值

將計(jì)算值代入公式（6），可得：調(diào)試開始時(shí)地鐵線路車輛接口管理評(píng)價(jià)效果參考值為0.67 627；調(diào)試完成時(shí)地鐵線路車輛接口管理評(píng)價(jià)效果參考值為0.84 792；開通運(yùn)營(yíng)時(shí)地鐵線路車輛接口管理評(píng)價(jià)效果參考值為0.85 025。

當(dāng)接口管理工作評(píng)價(jià)參考值大于0.8時(shí)，說(shuō)明接口管理工作效果好，實(shí)現(xiàn)了既定的接口管理工作目標(biāo)。當(dāng)接口管理工作評(píng)價(jià)參考值小于0.8時(shí)，說(shuō)明接口管理工作效果較差，需要選取相關(guān)影響因素計(jì)算值較低的因素進(jìn)行分析并改進(jìn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

城市軌道交通車輛與其他系統(tǒng)接口關(guān)系既復(fù)雜又十分關(guān)鍵，貫穿了項(xiàng)目實(shí)施的各個(gè)階段（招投標(biāo)、合同訂立、設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)、安裝調(diào)試、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等），熟悉和了解車輛與其他系統(tǒng)的接口關(guān)系，對(duì)上述各個(gè)階段工作的順利開展和最終實(shí)現(xiàn)都有巨大幫助。另外，根據(jù)本文構(gòu)建的城市軌道交通評(píng)價(jià)模型，可對(duì)城市軌道交通接口實(shí)現(xiàn)效果進(jìn)行計(jì)算和分析，為城市軌道交通接口工作效果評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。

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[7] 蔡自興，徐光祐. 人工智能及其應(yīng)用[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2003.

責(zé)任編輯 凌晨

Study on Effect Evaluation Model for Interfaces between Urban Rail Transit Vehicles and Other Systems

Wang Li, Sun Lu, Yuan Guo

The paper introduces the technical interface relationship and management of interface between urban rail transit vehicles and other system, provides the evaluation model of vehicle interface function realization based on practice, and carries out a study on the effect of urban rail transit vehicles and vehicle interface function management. The paper also provides the evaluation guidance to the urban rail transit vehicles interface management.

urban rail transit, vehicles, interface, evaluation model

U266.2

2015-07-15

王黎：鐵科院（北京）工程咨詢有限公司，工程師，北京 100081