軌道交通全自動運行車輛基地功能需求探討

■ 周永??肖衍

軌道交通全自動運行車輛基地功能需求探討

■ 周永??肖衍

從全自動運行車輛基地需要實現(xiàn)的自動化作業(yè)分析入手，研究全自動運行車輛基地的功能需求，論述全自動運行車輛基地需要實現(xiàn)的一系列自動化作業(yè)流程，圍繞自動化作業(yè)分析全自動運行車輛基地分區(qū)需求、安全防護需求、系統(tǒng)接口需求及調(diào)度管理需求?；谌詣舆\行車輛基地自動化作業(yè)特點，提出全自動運行條件下車輛檢修模式的建議。

軌道交通；全自動運行；車輛基地；功能需求

0 引言

采用全自動運行技術(shù)是提高城市軌道交通運營服務(wù)水平和建設(shè)先進性的科技路線[1]。全自動運行技術(shù)的優(yōu)勢不僅僅在于節(jié)約人力資源成本，還能提高軌道交通系統(tǒng)的安全性、舒適性和運營高效性，已逐步成為國內(nèi)各大城市科學發(fā)展軌道交通的一個目標[2-3]。

北京作為國內(nèi)最早發(fā)展城市軌道交通的城市之一，對城市軌道交通全自動運行技術(shù)也在不斷探索。2008年通車的北京軌道交通機場線就是按照全自動運行技術(shù)建設(shè)的軌道交通線路[4]。目前，城市軌道交通燕房線也將作為全自動運行示范工程進行建設(shè)。

全自動運行軌道交通的運行方式分為有人值守的自動化運行方式（DTO）和無人值守的自動化運行方式（UTO）2種[5-6]。列車在車輛基地是否采用全自動運行方式是劃分自動化等級的重要功能標準之一。通過分析全自動運行方式下車輛基地需要實現(xiàn)的一系列自動化作業(yè)，探討全自動運行車輛基地的功能需求。結(jié)合全自動運行車輛基地特點，提出車輛檢修制度的建議。

1 全自動運行車輛基地自動化作業(yè)分析

全自動運行方式下車輛基地需要實現(xiàn)一系列自動化作業(yè)[7-8]。為保證自動化作業(yè)免受人為因素干擾，首先要對車輛基地進行區(qū)域劃分，之后才能準確分析各項自動化作業(yè)流程。

1.1 全自動運行車輛基地區(qū)域劃分

車輛基地內(nèi)并非全部作業(yè)都需要實現(xiàn)全自動運行，如車輛各級檢修需要較多人員參與的作業(yè)不宜采用全自動運行方式。對于列車出、退勤作業(yè)，洗車作業(yè)采用全自動運行方式有利于提高作業(yè)效率且有利于實現(xiàn)安全防護。即車輛檢修作業(yè)適宜采用非全自動運行方式，車輛運用作業(yè)適宜采用全自動運行方式。根據(jù)車輛的運用檢修作業(yè)特點，車輛基地至少應劃分為全自動運行區(qū)、非全自動運行區(qū)2個分區(qū)，當列車需要在2個分區(qū)間交替運行時，就需要1個分區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)對列車2種運行模式進行轉(zhuǎn)換，即運行模式轉(zhuǎn)換區(qū)。

（1）全自動運行區(qū)。全自動運行區(qū)內(nèi)列車運行采用全自動運行模式，包括列車收發(fā)車作業(yè)和洗車作業(yè)[9]。正常運營期間，全自動運行區(qū)域納入控制中心管理，區(qū)域內(nèi)包括車輛運行、機電設(shè)備自動化作業(yè)均由控制中心控制全自動完成，不允許人員進入該區(qū)域。全自動運行區(qū)一般包含停車列檢庫、洗車庫。

①停車列檢庫：包括列檢列位、停車列位。用于列車停放、列檢、車內(nèi)保潔等。庫內(nèi)可進一步劃分防護分區(qū)，當某一分區(qū)需人員進入時，不至于影響整個全自動運行區(qū)，保證運營的靈活性。

②洗車庫：用于列車外部的全自動清洗。

（2）非全自動運行區(qū)。非全自動運行區(qū)與人工駕駛的車輛基地基本一致。包括車輛檢修區(qū)、辦公生活區(qū)和公用設(shè)施區(qū)。

（3）運行模式轉(zhuǎn)換區(qū)。在此區(qū)域完成車輛運行模式的轉(zhuǎn)換，運行模式轉(zhuǎn)換區(qū)一般設(shè)置于牽出線上。

1.2 自動化作業(yè)流程分析

明確了區(qū)域劃分方案就可以進一步分析車輛基地能夠?qū)崿F(xiàn)的自動化作業(yè)內(nèi)容與流程。全自動運行車輛基地除能夠?qū)崿F(xiàn)列車全自動出、退勤作業(yè)，洗車作業(yè)外，還應能實現(xiàn)部分全自動調(diào)車作業(yè)。在列車動態(tài)調(diào)試作業(yè)中還能夠?qū)崿F(xiàn)列車全自動運行的一系列測試。

1.2.1 列車全自動出勤作業(yè)

全線具備運營條件后，由行車綜合自動化系統(tǒng)（TIAS）根據(jù)列車日志運行圖進行列車派班，開始列車出勤作業(yè)。主要作業(yè)內(nèi)容：

（1）門禁系統(tǒng)、信號系統(tǒng)檢測接受派班任務(wù)的車輛所在區(qū)域內(nèi)是否有人員作業(yè)或是否區(qū)域鎖定；

（2）中心調(diào)度員通過視頻監(jiān)控查看庫內(nèi)情況，然后由人工遠程控制開啟車庫對應大門、送電；

（3）列車喚醒，并進行靜態(tài)與動態(tài)自檢；

（4）車輛位置檢測，調(diào)整車輛位置至零里程。

1.2.2 列車自動退勤作業(yè)

列車完成運營任務(wù)后，到達最后一站進行清客，準備退出運營回段。主要作業(yè)內(nèi)容：

（1）列車清客后，自動以全自動運行模式運行至車輛段出入線停車軌，TIAS根據(jù)車輛段派班表自動分配車組號；

（2）接受車輛段車組號，判斷列車是否需要清洗，然后轉(zhuǎn)換為限速20 km/h的全自動運行模式運行，進入車輛段停車列位或洗車線，列車入庫時限速3 km/h；

（3）停車完畢后上傳列車運行狀態(tài)數(shù)據(jù)至車輛段控制中心完成退勤技術(shù)交接；

（4）列車完成退勤作業(yè)，進入休眠狀態(tài)。

1.2.3 調(diào)車作業(yè)

調(diào)車作業(yè)包括在全自動運行區(qū)域內(nèi)的調(diào)車作業(yè)、全自動運行區(qū)域與非全自動運行區(qū)域間的調(diào)車作業(yè)。主要作業(yè)內(nèi)容：

（1）列車在全自動運行區(qū)域內(nèi)的調(diào)車可全自動完成；

（2）全自動運行區(qū)向非全自動運行區(qū)調(diào)車作業(yè)分為兩大步驟，首先由TIAS控制列車自動運行至運行模式轉(zhuǎn)換區(qū)（一般為牽出線），然后再由調(diào)車機車將列車調(diào)至非全自動運行區(qū)的目的地；

（3）非全自動運行區(qū)向全自動運行區(qū)調(diào)車作業(yè)，首先由調(diào)車機車將列車調(diào)至運行模式轉(zhuǎn)換區(qū)，然后由TIAS控制列車自動運行至自動運行區(qū)的目的地。

1.2.4 全自動洗車作業(yè)

全自動運行系統(tǒng)應可根據(jù)事先設(shè)定的洗車間隔要求，提醒調(diào)度人員安排列車進行洗車作業(yè)。中心調(diào)度員也可按洗車間隔要求將洗車作業(yè)設(shè)定于時刻表中，適時自動完成洗車作業(yè)。洗車作業(yè)流程：

（1）TIAS或調(diào)度員向洗車機發(fā)送洗車請求，待洗車機反饋允許狀態(tài)；

（2）洗車機狀態(tài)為允許洗車時，TIAS或調(diào)度員為待洗列車設(shè)定頭碼，TIAS自動辦理至洗車線進路；

（3）列車根據(jù)移動授權(quán)運行至洗車庫前停車；

（4）車載信號向洗車機發(fā)送洗車指令；

（5）信號車載設(shè)備向車輛TCMS發(fā)送網(wǎng)絡(luò)洗車模式，信號發(fā)牽引命令，車輛控制列車恒速運行（車速3～ 5 km/h），停車時信號發(fā)出制動指令；

（6）洗車過程中收到洗車機停機或故障信息，信號施加緊急制動命令；

（7）洗車完成列車到達指定位置后，信號車載設(shè)備向車輛發(fā)送洗車結(jié)束命令。

1.2.5 試車作業(yè)

全自動運行車輛基地試車作業(yè)應能夠完成以下試驗內(nèi)容：

（1）車地通信；

（2）速度軌跡的確定與校準；

（3）ATP制動與牽引控制；

（4）ATO控制的精度測試與校準；

（5）全自動運行測試（列車休眠、喚醒、對位停車、自動開門關(guān)門、列車自動換端等）。

2 安全防護功能需求

全自動運行區(qū)列車的運行由信號系統(tǒng)控制完成，需要采取一系列安全防護措施保障行車安全[10]。全自動運行區(qū)是車輛基地內(nèi)相對獨立的分區(qū)，正常運營期間不允許人員進入。為避免人員擅自進入而影響自動化作業(yè)，該分區(qū)與外界需采取物理隔離。一方面，全自動運行區(qū)域與非全自動運行區(qū)域之間需要考慮隔離與安全防護措施，正常運營期間禁止人員進入，并設(shè)置可靠的安全聯(lián)鎖裝置；另一方面，全自動運行區(qū)域內(nèi)部需要進一步劃分防護分區(qū)，減小報警事件影響范圍。

2.1 全自動運行區(qū)與非全自動運行區(qū)間的防護

全自動運行區(qū)域與非全自動運行區(qū)域設(shè)置圍欄隔離，通道處設(shè)置門禁，信號分區(qū)入口處設(shè)置信號鎖定按鈕。特殊情況下，如全自動運行區(qū)域發(fā)生火災消防車等必需進入時，由安全員刷卡激活門禁或由車輛基地控制室緊急觸發(fā)激活門禁，同時人工按下信號鎖定按鈕，信號系統(tǒng)自動對影響區(qū)域進路鎖閉，禁止該分區(qū)的列車移動。

2.2 全自動運行區(qū)內(nèi)設(shè)施安全防護

全自動運行區(qū)內(nèi)設(shè)施包括停車列檢庫和洗車庫。

（1）停車列檢庫（見圖1）。為方便管理，停車列檢庫應設(shè)置若干防護區(qū)，工作人員必須通過庫內(nèi)橫向地溝才可進入防護區(qū)。從地溝通往該區(qū)域的出口設(shè)置門禁，人員需進入?yún)^(qū)域時，必須先取得行車調(diào)度與電力調(diào)度的許可。行車調(diào)度將該分區(qū)信號鎖閉、電力調(diào)度切斷該分區(qū)牽引供電并進行確認后門禁才能被激活打開。人員進入分區(qū)時需按下信號鎖定按鈕，鎖閉該區(qū)域信號。被信號鎖閉的區(qū)域禁止列車移動，該分區(qū)也不能接、發(fā)車或調(diào)車。信號系統(tǒng)應為各防護區(qū)建立相應邏輯關(guān)系，并提供隔離功能設(shè)計，當某分區(qū)誤報警時可暫將該分區(qū)從系統(tǒng)中隔離，由安全員確認并恢復誤報后再將分區(qū)開放。被隔離防護區(qū)不應影響系統(tǒng)其他區(qū)域的正常運行。停車列檢庫大門應設(shè)置為自動門，與信號系統(tǒng)聯(lián)鎖，大門所在線路列車進路開放時，大門應由車輛段行車調(diào)度觸發(fā)遠程控制按鍵開啟或由系統(tǒng)自動觸發(fā)開啟。

（2）洗車庫。洗車庫包括洗車主庫、設(shè)備輔助間和控制室。由TIAS控制實現(xiàn)全自動洗車，洗車庫控制室無人值守。洗車設(shè)備應提供遠程急?？刂乒δ埽刂平K端設(shè)置于非全自動運行區(qū)，同時應設(shè)置視頻監(jiān)控，對洗車機工作狀態(tài)實時監(jiān)控。洗車庫大門應設(shè)置為自動門，與信號系統(tǒng)聯(lián)鎖，大門所在線路列車進路開放時，大門應由車輛段行車調(diào)度觸發(fā)遠程控制按鍵開啟或由系統(tǒng)自動觸發(fā)開啟。

3 系統(tǒng)接口需求

為實現(xiàn)車輛基地的一系列自動化作業(yè)，對供電、通信、信號、行車自動化、門禁等專業(yè)提出了以下接口需求。

圖1 停車列檢庫分區(qū)示意圖

（1）供電系統(tǒng)接口。工藝專業(yè)根據(jù)功能要求提出電化范圍要求及全自動運行區(qū)各防護分區(qū)劃分要求；供電專業(yè)實現(xiàn)電化及電化分區(qū)，并為各列位設(shè)置獨立的隔離開關(guān)。

（2）通信系統(tǒng)接口。全自動運行區(qū)的通信系統(tǒng)與信號系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)接口，為車輛基地全自動運行區(qū)域設(shè)置具有與行車聯(lián)動的廣播及視頻監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)車輛基地崗位及功能設(shè)置電話系統(tǒng)。

（3）信號系統(tǒng)接口。信號系統(tǒng)根據(jù)車輛基地分區(qū)要求，分區(qū)建立邏輯防護，并能夠?qū)崿F(xiàn)分區(qū)域鎖閉。信號系統(tǒng)與列車自動清洗機接口，車輛基地列車自動清洗機供貨商向信號供貨商提供洗車流程及車速要求，通過硬線接口實現(xiàn)信號對洗車機的啟動控制及洗車機向信號系統(tǒng)的反饋。信號系統(tǒng)為每個信號分區(qū)設(shè)置鎖閉按鈕，人員需要進入時按下鎖閉按鈕，將分區(qū)進路鎖閉。當場區(qū)作業(yè)涉及多個防護分區(qū)時，需按下多個鎖閉按鈕。

（4）行車自動化系統(tǒng)接口。行車自動化系統(tǒng)與車輛基地通信、信號、視頻監(jiān)控、火災報警等系統(tǒng)接口，實現(xiàn)各系統(tǒng)的聯(lián)動。

（5）門禁系統(tǒng)接口。工藝專業(yè)提出門禁布點方案、土建要求、管理要求；門禁系統(tǒng)根據(jù)工藝專業(yè)需求設(shè)置門禁，進入全自動運行區(qū)域的門禁受車輛段調(diào)度員管理，進入相應全自動運行區(qū)需得到調(diào)度員的授權(quán)。

4 調(diào)度管理需求

對于全自動運行車輛基地調(diào)度部分功能需要由系統(tǒng)自動完成，并按照全自動與非全自動作業(yè)進一步劃分。部分調(diào)度計劃由系統(tǒng)生成。因此，全自動運行車輛基地調(diào)度作業(yè)內(nèi)容和調(diào)度職能[11]與人工駕駛車輛基地相比均發(fā)生了改變[12]。

全自動運行車輛基地調(diào)度完成的作業(yè)內(nèi)容：

（1）車輛運用調(diào)度。承擔段內(nèi)列車日常運用調(diào)度作業(yè)，含每日列檢、月檢、洗車等車輛運用作業(yè)調(diào)度。運用列車調(diào)配、列車派班、洗車等作業(yè)由系統(tǒng)自動生成列車時刻表，運用調(diào)度只負責確認。

（2）車輛檢修調(diào)度。承擔段內(nèi)列車檢修作業(yè)調(diào)度，檢修計劃由系統(tǒng)根據(jù)自動統(tǒng)計的列車里程自動生成，并通知檢修調(diào)度，檢修調(diào)度據(jù)此安排相關(guān)修程檢修作業(yè)及靜調(diào)、試車作業(yè)，另外根據(jù)系統(tǒng)報警對退出運營的列車進行臨修作業(yè)的調(diào)度。

（3）車場行車調(diào)度。承擔段內(nèi)非全自動運行區(qū)所有列車、軌道車和調(diào)機等工程車進路排列（含股道、道岔等），為車輛基地安全作業(yè)提供基本保證；調(diào)車至轉(zhuǎn)換區(qū)及接收來自轉(zhuǎn)換區(qū)的列車并安排徑路。當調(diào)度權(quán)限下放至車輛基地時，負責全段內(nèi)的行車進路。

（4）車場防災調(diào)度。承擔段內(nèi)防災報警及災害狀態(tài)下救援的統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮工作。全自動運行區(qū)域防災報警由綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出，防災調(diào)度進行確認和緊急處理。

（5）全自動運行車輛基地調(diào)度管理流程（見圖2）。全自動運行車輛基地的全自動運行區(qū)域調(diào)度管理由ATS系統(tǒng)完成。

圖2 全自動運行車輛段調(diào)度管理流程

5 結(jié)束語

全自動運行模式延伸至車輛基地是實現(xiàn)最高等級全自動運行的關(guān)鍵認定標準之一，也是實現(xiàn)全自動運行諸多優(yōu)勢的重要方面。車輛基地是一個系統(tǒng)工程，涉及專業(yè)較多，接口相對復雜，如何協(xié)調(diào)一致的實現(xiàn)一系列自動化作業(yè)，需要一個統(tǒng)一的頂層功能目標。通過分析全自動運行方式下車輛基地需要實現(xiàn)的一系列自動化作業(yè)，探討全自動運行車輛基地的功能需求，為全自動運行車輛基地的設(shè)計提供頂層目標和總體思路。

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周永：北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，工程?師，北京，100082

肖衍：北京市軌道交通設(shè)計研究院有限公司，高級工?程師，北京，100068

責任編輯高紅義

U279.1

A

1672-061X（2016）06-0072-04

北京市科學技術(shù)委員會2014年科技計劃項目（D141100000814003）