城市軌道交通全自動(dòng)無人駕駛車輛基地工藝設(shè)計(jì)方案研究

楊瑞、李強(qiáng)

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610036）

1 概論

成都軌道交通9 號(hào)線是位于成都市三、四環(huán)之間的一條全自動(dòng)運(yùn)行環(huán)形線路。一期工程設(shè)1 座武青車輛段、1 座元華停車場(chǎng)。

成都9 號(hào)線是成都城市軌道交通中的首條全自動(dòng)無人駕駛軌道交通線路，按照無人駕駛標(biāo)準(zhǔn)與目前世界先進(jìn)運(yùn)營水平運(yùn)行，同樣也是中國西部首條無人駕駛地鐵線路。全線按照自動(dòng)化運(yùn)行等級(jí)GOA4 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、建設(shè)，全自動(dòng)運(yùn)行列車能根據(jù)運(yùn)行計(jì)劃自動(dòng)實(shí)現(xiàn)喚醒、自檢、出段、區(qū)間運(yùn)行、精確停車、開關(guān)車門和站臺(tái)門、折返、回段、自動(dòng)洗車和休眠等功能。

通過結(jié)合工程實(shí)際，以成都9 號(hào)線一期工程武青車輛段為例，提出全自動(dòng)無人駕駛運(yùn)行技術(shù)對(duì)地鐵車輛基地工藝設(shè)計(jì)的影響，并進(jìn)行研究和分析。

2 工程方案

2.1 本線全自動(dòng)無人駕駛車輛基地功能需求

根據(jù)場(chǎng)段工藝設(shè)計(jì)要求，全自動(dòng)無人駕駛車輛基地分為全自動(dòng)駕駛區(qū)（無人區(qū)域）和人工駕駛區(qū)（有人區(qū)域）兩部分，車輛基地應(yīng)明確功能分區(qū)，方便管理。在全自動(dòng)駕駛區(qū)，采用全自動(dòng)駕駛方式駕駛列車；在人工駕駛區(qū)，采用有人駕駛方式駕駛列車；在全自動(dòng)駕駛區(qū)和人工駕駛區(qū)之間，利用轉(zhuǎn)換區(qū)段轉(zhuǎn)換列車駕駛模式。

2.1.1 較常規(guī)車輛基地新增功能：全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域，由信號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)列車的全自動(dòng)駕駛功能；全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域與非全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域的隔離設(shè)施，并增設(shè)門禁系統(tǒng)；全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域門禁與信號(hào)、通信、綜合監(jiān)控的聯(lián)鎖功能；全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域若干防護(hù)區(qū)域的劃分，并增設(shè)通往各防護(hù)區(qū)域的地下（或地上）通道；全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)車庫內(nèi)照明遠(yuǎn)程控制功能；列車清洗機(jī)與信號(hào)系統(tǒng)的接口，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗車功能；試車線全自動(dòng)無人駕駛測(cè)試。

2.1.2 較常規(guī)車輛基地增強(qiáng)功能：全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)功能，并增加各系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能。

2.1.3 全自動(dòng)駕駛區(qū)域?yàn)橥＼嚵袡z線、洗車線及出入段線等線群，在這些線群上完成的車輛收發(fā)車、列車清洗、日常檢查等作業(yè)均可列車自動(dòng)行駛到位，具有周期性強(qiáng)和規(guī)律性的特點(diǎn)。

2.1.4 人工駕駛區(qū)域包括周月檢線、定臨修線、鏇輪線、調(diào)機(jī)停放線、工程車停放線等線群，在這些線群上完成的車輛檢修作業(yè)必須依靠專業(yè)檢修人員和專用工裝設(shè)備，而且作業(yè)過程中經(jīng)常需要列車移位轉(zhuǎn)線，不宜采用全自動(dòng)運(yùn)行模式。

2.1.5 轉(zhuǎn)換軌位于自動(dòng)駕駛區(qū)域至人工駕駛區(qū)域線群的牽出線上。轉(zhuǎn)換軌處設(shè)置登車設(shè)施，便于司機(jī)上下車。

2.1.6 洗車機(jī)采用無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控模式，洗車機(jī)的控制納入正線信號(hào)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，洗車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

2.1.7 全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域與非全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格分區(qū)，區(qū)域間采用圍欄、建筑物或其他設(shè)施隔離。在必要的通道處設(shè)置門禁，人員及車輛通過門禁進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域時(shí)，必須得到控制中心授權(quán)。線路與生活區(qū)采用圍欄進(jìn)行物理隔離并設(shè)置門禁系統(tǒng)。

2.1.8 全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域線路長度應(yīng)滿足信號(hào)專業(yè)要求。

2.1.9 全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域的設(shè)備、設(shè)施應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)與車輛的運(yùn)行聯(lián)鎖。

2.2 本線全自動(dòng)無人駕駛車輛基地工藝設(shè)計(jì)方案

2.2.1 總平面布置方案

總平面布置采用盡端并列式段型。運(yùn)用庫和檢修庫并列布置，運(yùn)用庫由停車列檢庫組成，檢修庫由周月檢庫、定臨修庫、輔助邊跨、綜合維修車間組成。

段內(nèi)全自動(dòng)駕駛區(qū)域與非全自動(dòng)駕駛區(qū)域設(shè)置圍欄隔離，通道處設(shè)置門禁，并與信號(hào)系統(tǒng)連鎖。當(dāng)特殊情況下，如全自動(dòng)駕駛區(qū)域發(fā)生火災(zāi)消防車等必需進(jìn)入時(shí)，由火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)激活門禁，方便消防車輛及人員進(jìn)入，同時(shí)信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)影響區(qū)域封鎖，禁止該分區(qū)的列車移動(dòng)。武青車輛段共設(shè)置21 處聯(lián)鎖門禁（設(shè)置在運(yùn)用庫及全自動(dòng)運(yùn)行咽喉區(qū)，門禁與信號(hào)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)）、3 處管理門禁（設(shè)置在運(yùn)用庫地下通道及信號(hào)轉(zhuǎn)換段平臺(tái)，具有供授權(quán)進(jìn)入功能）、13 處電動(dòng)大門（設(shè)置在運(yùn)用庫中及庫前，具有與FAS 聯(lián)動(dòng)功能，火災(zāi)時(shí)自動(dòng)打開）。

2.2.2 停車列檢庫方案

停車列檢庫原則上為無人作業(yè)區(qū)，無人區(qū)內(nèi)需要人工參與完成的車內(nèi)清掃和列檢作業(yè)，原則上在全天運(yùn)營時(shí)段結(jié)束、車輛全部入庫停放妥當(dāng)后再統(tǒng)一進(jìn)行。特殊情況下，工作人員需要在白天正常運(yùn)營時(shí)段內(nèi)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行區(qū)，為方便管理，保證檢修安全，減少進(jìn)入人員對(duì)無人區(qū)的影響，停車列檢庫區(qū)域需要盡可能劃分成多個(gè)小區(qū)域，通常為2 股道或3 股道設(shè)置一個(gè)分區(qū)，庫中平交道處設(shè)置連通各個(gè)分區(qū)的地下走廊，通向每個(gè)分區(qū)設(shè)置兩個(gè)樓梯，樓梯出口可直接連接登車平臺(tái)，在樓梯出口下軌行區(qū)位置設(shè)置門禁。庫后的平交道處設(shè)置柵欄，每個(gè)分區(qū)的柵欄設(shè)置大門，大門處設(shè)置門禁。清掃、列檢或司機(jī)等人員可通過庫中的地下走廊、庫后平交道，根據(jù)不同性質(zhì)作業(yè)需求及授權(quán)不同進(jìn)入響應(yīng)目標(biāo)分區(qū)，被信號(hào)鎖閉的區(qū)域，禁止列車移動(dòng)，該分區(qū)也不能接、發(fā)車或調(diào)車[1]。

停車列檢庫按1 線2 列位布置，第一列位檢修坑終點(diǎn)距第二列位檢修坑起點(diǎn)之間的距離不小于20m；第二列位檢修坑終點(diǎn)距離車擋之間的距離不小于15m；庫內(nèi)設(shè)置100%檢查坑。

2.2.3 洗車機(jī)庫方案

洗車機(jī)庫納入全自動(dòng)無人駕駛區(qū)域，洗車機(jī)不僅要滿足傳統(tǒng)地鐵列車有人駕駛車輛的洗車模式，并且需具備地鐵列車全自動(dòng)無人駕駛模式下的洗車工況。

在全自動(dòng)無人駕駛模式，由信號(hào)觸發(fā)列車及洗車機(jī)洗車模式，并控制列車按指定車速及流程完成全自動(dòng)洗車。本線端洗采用端部高壓水沖洗模式。洗車庫輔助間人員通向洗車主庫的入口設(shè)置有聯(lián)鎖門禁。

2.2.4 牽出線信號(hào)轉(zhuǎn)換段方案

車輛段信號(hào)轉(zhuǎn)換段位于自動(dòng)駕駛區(qū)域至人工駕駛區(qū)域線群的出入段線南側(cè)牽出線上，長度為1 列車長加60m，轉(zhuǎn)換段處設(shè)置登車設(shè)施，便于司機(jī)上下車，登車平臺(tái)與軌行區(qū)隔離，在平臺(tái)入口設(shè)置供授權(quán)進(jìn)入的管理門禁。另外，為保障段內(nèi)作業(yè)人員安全，在牽出線至人工駕駛區(qū)軌行區(qū)設(shè)置物理隔離并增強(qiáng)視頻監(jiān)控報(bào)警功能。車輛從全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)至人工駕駛區(qū)的路徑為：車輛從全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)自動(dòng)運(yùn)行至牽出線轉(zhuǎn)換軌處，司機(jī)在此處上車，駕駛模式由自動(dòng)運(yùn)行模式降為人工駕駛模式，由司機(jī)操作駕駛至目標(biāo)股道。車輛從人工駕駛區(qū)至全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)的路徑為：司機(jī)駕駛列車從人工駕駛區(qū)運(yùn)行至牽出線轉(zhuǎn)換軌處，司機(jī)將列車的人工駕駛模式切換至自動(dòng)運(yùn)行模式后下車，在信號(hào)系統(tǒng)確認(rèn)列車可到達(dá)目標(biāo)股道后給車載信號(hào)發(fā)送命令，車輛自動(dòng)運(yùn)行至目標(biāo)股道[2]。

2.2.5 試車線方案

試車線能實(shí)現(xiàn)列車的全自動(dòng)駕駛動(dòng)態(tài)調(diào)試功能（列車休眠、喚醒、對(duì)位停車、自動(dòng)開門關(guān)門、列車自動(dòng)換端等）。

2.2.6 DCC 調(diào)整方案

將DCC 部分功能整合至OCC 調(diào)度大廳，場(chǎng)調(diào)部分功能整合至調(diào)度大廳，檢調(diào)功能保留在DCC 室，檢調(diào)與場(chǎng)調(diào)間設(shè)置有直通電話。

3 結(jié)論

通過對(duì)全自動(dòng)無人駕駛地鐵車輛基地的各項(xiàng)需求進(jìn)行分析，從功能分區(qū)、檢修通道、洗車模式、信號(hào)轉(zhuǎn)換段、試車線、DCC 的設(shè)置以及對(duì)土建工程的影響等方面進(jìn)行了研究，提出了具體設(shè)計(jì)思路及方案。因國內(nèi)尚無全自動(dòng)無人駕駛車輛基地工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本工程研究過程中出現(xiàn)的問題及相關(guān)研究提出以下建議。

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157—2013）要求，車輛基地內(nèi)車輛檢修及維護(hù)保養(yǎng)工作主要包括洗車、停車列檢、雙周檢/三月檢、定/臨修和廠/架修等。實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行后，對(duì)車輛基地功能布局提出了新的要求，在基地內(nèi)車輛要能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)休眠、喚醒、自檢、收發(fā)車和洗車等功能。為提高作業(yè)效率，保障車輛運(yùn)行安全和人員作業(yè)安全，需要將車輛基地劃分為無人區(qū)和有人區(qū)。國內(nèi)外的通常做法是將咽喉區(qū)、洗車庫、停車列檢庫和試車線等劃為無人區(qū)，將雙周三月檢庫、定、臨修庫和大架修庫以及其他生產(chǎn)辦公用房等劃為有人區(qū)，由于調(diào)機(jī)和工程車輛未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，因而通常將調(diào)機(jī)工程車庫也設(shè)在有人區(qū)內(nèi)。

目前，國內(nèi)外均有將雙周三月檢線、調(diào)機(jī)停放線、工程車停放線設(shè)置在全自動(dòng)無人駕駛區(qū)域案例，后續(xù)設(shè)計(jì)中可結(jié)合工藝作業(yè)需求及段型廠房布置方案做進(jìn)一步研究。

洗車機(jī)線布置于全自動(dòng)化運(yùn)行區(qū)域，可結(jié)合總圖布置采用咽喉通過式八字線洗車方式或盡端式洗車方式。

結(jié)合廠房布置方案制定停車列檢庫的保護(hù)分區(qū)大小范圍，如上海10 號(hào)線停車列檢庫分為4 個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)含有4 股道（8 列位）。

段場(chǎng)（含自動(dòng)化區(qū)）控制權(quán)在車輛段信號(hào)樓（DCC）還是納入OCC 控制，與DCC 布置方案密切相關(guān)，需結(jié)合運(yùn)營模式做進(jìn)一步確認(rèn)。

全自動(dòng)無人駕駛是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在車輛基地設(shè)計(jì)的過程中，要充分考慮該功能實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)需求，并加強(qiáng)協(xié)調(diào)各專業(yè)的接口。

相關(guān)經(jīng)驗(yàn)與研究可為后續(xù)采用全自動(dòng)運(yùn)行的段場(chǎng)提供參考與借鑒。