城市軌道交通自動(dòng)折返方式研究

王亞文（中國(guó)鐵路通信信號(hào)上海工程局集團(tuán)有限公司濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南250033）

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城市軌道交通自動(dòng)折返方式研究

王亞文（中國(guó)鐵路通信信號(hào)上海工程局集團(tuán)有限公司濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南250033）

隨著國(guó)內(nèi)軌道交通的發(fā)展，對(duì)運(yùn)營(yíng)效率的要求越來越高。其中，折返效率又是影響整個(gè)線路運(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)需求，信號(hào)系統(tǒng)開發(fā)了一種基于CBTC運(yùn)營(yíng)模式下的新的折返功能－自動(dòng)折返。本文就針對(duì)自動(dòng)折返進(jìn)行初步討論，對(duì)功能需求，安全要求等提出解決方案。

軌道交通；效率；自動(dòng)折返；安全；安全分析

引言

目前，國(guó)內(nèi)各城市軌道交通的發(fā)展日新月異，同時(shí)，對(duì)運(yùn)營(yíng)效率的要求也越來越高。而在整個(gè)地鐵線路的運(yùn)營(yíng)過程中，折返效率又是影響整個(gè)線路運(yùn)行效率的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。對(duì)此，一方面，在線路設(shè)計(jì)時(shí)，需要盡可能對(duì)折返線的配線設(shè)計(jì)的更合理；另一方面，從信號(hào)系統(tǒng)來說，也對(duì)折返功能進(jìn)行盡可能地優(yōu)化，并開發(fā)新的功能以滿足要求。自動(dòng)折返—一種新的折返方式便是為此而開發(fā)設(shè)計(jì)的，并已在部分開通線路中得到推廣應(yīng)用，對(duì)提高運(yùn)營(yíng)效率效果顯著。

1　功能定義

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

如圖1所示，CBTC列車在S站上行站臺(tái)的自動(dòng)折返區(qū)域（紅色部分），經(jīng)進(jìn)路S3-S1自動(dòng)到達(dá)折返軌 G1，自動(dòng)完成駕駛室轉(zhuǎn)換后，經(jīng)進(jìn)路X1-X2自動(dòng)達(dá)到下行站臺(tái)。

圖1　自動(dòng)折返

2　功能需求

為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)折返，有以下功能要求：

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

（2）司機(jī)通過操作司機(jī)臺(tái)或站臺(tái)的的折返按鈕來激活自動(dòng)折返功能；

（3）折返功能一旦被激活，整個(gè)折返過程不需要人工參與；

（4）自動(dòng)折返功能需為安全功能。

3　實(shí)現(xiàn)方式

圖2和圖3分別是司機(jī)臺(tái)和站臺(tái)折返按鈕電路原理圖。

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。

圖3　站臺(tái)自動(dòng)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(shí)，信號(hào)系統(tǒng)ATB模式可用：

（1）列車在自動(dòng)折返操作被授權(quán)的區(qū)域內(nèi)停車；

（2）乘客完成換乘；

（3）列車站和屏蔽門關(guān)閉；

（4）駕駛手柄置于0位；

（5）關(guān)閉司機(jī)臺(tái)鑰匙。

然后進(jìn)入ATB運(yùn)行，有兩種方式可以激活A(yù)TB運(yùn)行：

（1）司機(jī)按壓駕駛臺(tái)ATO按鈕；

（2）按壓站臺(tái)ATB按鈕。

第二步列車運(yùn)行至折返區(qū)域

列車自動(dòng)運(yùn)行至折返區(qū)域并完成換端操作。

第三步列車運(yùn)行至目的站臺(tái)

可以有以下兩種操作方式：

（1）司機(jī)留在列車內(nèi)，并在自動(dòng)折返過程中走到列車另一端；

（2）司機(jī)等在目的站臺(tái)，并在列車停穩(wěn)后上車。

ATB模式自動(dòng)完成（終止）的方式，有以下兩種配置：

（1）在列車到達(dá)目的站臺(tái)且正確停穩(wěn)后自動(dòng)終止；

（2）當(dāng)有司機(jī)臺(tái)鑰匙激活命令時(shí)（司機(jī)留在車內(nèi)的情況）。

4　安全要求

4.1風(fēng)險(xiǎn)定義

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

（1）列車運(yùn)動(dòng)過程中導(dǎo)致的司機(jī)受傷；

（2）列車運(yùn)動(dòng)過程中導(dǎo)致的乘客受傷；

（3）非期望的屏蔽門關(guān)門導(dǎo)致的乘客受傷；

（4）自動(dòng)折返過程中列車故障后的救援。

4.2風(fēng)險(xiǎn)矩陣定義

安全分析參考EN50126中定義的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，事故或危害的嚴(yán)酷度等級(jí)定義主要基于風(fēng)險(xiǎn)的分類和可接受性，共分為Ⅰ（特大的）、Ⅱ（重大的）、Ⅲ（次要的）、Ⅳ（輕微的）四個(gè)等級(jí)，詳見表1。

表1　事故或危害的嚴(yán)酷度等級(jí)矩陣

等級(jí)Ⅰ特大的是指多人死亡，和/或是多人嚴(yán)重傷害，和/或?qū)Νh(huán)境的較多損害。等級(jí)Ⅱ重大的是指一人死亡，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。等級(jí)Ⅲ次要的是指較小的傷害和/或?qū)Νh(huán)境的明顯影響，嚴(yán)重的系統(tǒng)損害。等級(jí)Ⅳ輕微的是指可能存在的較小的傷害，較小的系統(tǒng)損害。

EN50126中風(fēng)險(xiǎn)按可接受性被分為以下四類：

（1）不可接受的IN：從安全觀點(diǎn)來看風(fēng)險(xiǎn)是不可接受的，應(yīng)該拒絕且消除。

（2）應(yīng)避免的UN：應(yīng)采取風(fēng)險(xiǎn)降低措施，以使風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到可接受水平。

（3）可容忍的TO：在得到相關(guān)部門的批準(zhǔn)后可以接受。

（4）可接受的NE：可接受。

事故頻率按每小時(shí)內(nèi)發(fā)生故障的列車數(shù)定義為如下六類：

A（10-3≤f）、B（10-5≤f＜10-3）、C（10-7≤f＜10-5）、D（10-8≤f＜10-7）、E（10-9≤f＜10-8）、F（f＜10-9）。

4.3安全分析

4.3.1風(fēng)險(xiǎn)A：列車運(yùn)動(dòng)過程中導(dǎo)致的司機(jī)受傷

發(fā)生這種有以下幾種情形：

（1）司機(jī)下車按站臺(tái)ATB按鈕；

（2）一個(gè)司機(jī)下車按站臺(tái)ATB按鈕時(shí)，另一個(gè)司機(jī)上車。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：

根據(jù)EN50126中定義的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，風(fēng)險(xiǎn)A嚴(yán)酷度等級(jí)定義為“重大”，且考慮到ATO軟件失效的概率為10E-5，所以該風(fēng)險(xiǎn)為不可接受。因此，必須有消除風(fēng)險(xiǎn)的措施。

消除風(fēng)險(xiǎn)措施：

（1）在自動(dòng)折返區(qū)域設(shè)置一個(gè)安全區(qū)域，該區(qū)域平時(shí)為非激活狀態(tài)，在非激活狀態(tài)下如果有列車移動(dòng)，ATC將產(chǎn)生緊急停車。只有當(dāng)司機(jī)臺(tái)ATB模式選中（這時(shí)司機(jī)在車上），或站臺(tái)ATB按鈕按下時(shí)（司機(jī)已下車），安全區(qū)域才為激活狀態(tài)，可消除司機(jī)由于上下車過程中列車移動(dòng)使司機(jī)受傷的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）將司機(jī)室門串入列車門關(guān)且鎖閉狀態(tài)中，這樣，當(dāng)司機(jī)門未關(guān)閉是時(shí)，列車不會(huì)移動(dòng)。

（3）司機(jī)下車時(shí)將駕駛手柄置于快速制動(dòng)位。

4.3.2風(fēng)險(xiǎn)B：列車運(yùn)動(dòng)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ATPSIL4級(jí)功能處理，所以該風(fēng)險(xiǎn)可以消除。

4.3.3風(fēng)險(xiǎn)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(jī)激活駕駛室且完成自動(dòng)折返后，會(huì)自動(dòng)關(guān)門。

開關(guān)門操作方式一般有三種：自動(dòng)、半自動(dòng)、人工。

（1）如果選擇了自動(dòng)或半自動(dòng)方式，列車將在到達(dá)目的站臺(tái)后自動(dòng)打開車門；

（2）如果選擇了人工模式，列車在到達(dá)目的站臺(tái)后，司機(jī)需進(jìn)入司機(jī)室打開列車門。

只要司機(jī)不激活駕駛室，車門就不會(huì)關(guān)閉。根據(jù)車輛的不同，列車門可能存在司機(jī)激活駕駛室后，列車門非期望關(guān)閉的情況。因此，在自動(dòng)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(xiǎn)D：自動(dòng)折返過程中列車故障后的救援

如列車在運(yùn)行過程中故障停車，這時(shí)需要維護(hù)人員對(duì)列車進(jìn)行維修。假設(shè)在維護(hù)人員進(jìn)入軌道或靠近列車后，故障消除，這時(shí)處于ATB模式的列車會(huì)自動(dòng)發(fā)車。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：

根據(jù)EN50126中定義的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，風(fēng)險(xiǎn)D分類及可接受度，對(duì)應(yīng)分類為C/I，不可接受，必須消除該風(fēng)險(xiǎn)。

消除風(fēng)險(xiǎn)措施：

可以有以下幾種方式消除風(fēng)險(xiǎn)：

（1）通過站臺(tái)緊急停車按鈕。因?yàn)橐话阏九_(tái)緊急停車只是針對(duì)站臺(tái)區(qū)域，如通過該方案實(shí)現(xiàn)，則防護(hù)區(qū)域需要延長(zhǎng)到整個(gè)ATB折返區(qū)域。

（2）封鎖?；谛盘?hào)系統(tǒng)可提供區(qū)段封鎖，道岔封鎖或信號(hào)機(jī)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(dòng)。

信號(hào)機(jī)封鎖－信號(hào)機(jī)變?yōu)榻範(fàn)顟B(tài)并且進(jìn)路不能建立；道岔封鎖－信號(hào)機(jī)變?yōu)榻範(fàn)顟B(tài)并且進(jìn)路不能建立且列車無法獲得移動(dòng)授權(quán)；

區(qū)段封鎖－信號(hào)機(jī)變?yōu)榻範(fàn)顟B(tài)并且進(jìn)路不能建立且列車無法獲得移動(dòng)授權(quán)；

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

5　總結(jié)

本文給出了自動(dòng)折返方案的硬件電路設(shè)計(jì)，軟件功能需求以及具體實(shí)現(xiàn)中應(yīng)該重點(diǎn)考慮的安全需求。通過安全分析，總結(jié)出了風(fēng)險(xiǎn)消除的措施，同時(shí)，也對(duì)自動(dòng)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(dòng)折返既可以實(shí)現(xiàn)在駕駛室有人操作，可以在駕駛室沒有司機(jī)的情況下通過站臺(tái)折返換鈕操作激活模式，系統(tǒng)自動(dòng)完成換端并自動(dòng)到達(dá)預(yù)定站臺(tái)，在實(shí)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(shí)，能有效地提高運(yùn)營(yíng)效率。

［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(hào)系統(tǒng)行業(yè)技術(shù)規(guī)范-需求規(guī)范》.2013.

王亞文（1984-），男，工程師，本科，主要從事鐵路信號(hào)系統(tǒng)施工管理工作。

U231.4

A

2095-2066（2016）10-0173-02

2016-3-8