城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行線路的運(yùn)營(yíng)方式及運(yùn)營(yíng)指標(biāo)要求

尹聰聰

(上海申通軌道交通研究咨詢有限公司， 200070， 上?！喂こ處?

近年來(lái)，我國(guó)有越來(lái)越多的城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行線路建成投運(yùn)。對(duì)于線路運(yùn)營(yíng)單位而言，采用何種方式運(yùn)營(yíng)全自動(dòng)運(yùn)行線路，以及如何在確保安全的前提下充分發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，為線路運(yùn)營(yíng)帶來(lái)運(yùn)營(yíng)效益，是個(gè)值得探討的復(fù)雜問(wèn)題。線路運(yùn)營(yíng)指標(biāo)是影響運(yùn)營(yíng)效益的一個(gè)重要部分。運(yùn)營(yíng)單位在考慮選取全自動(dòng)運(yùn)行線路運(yùn)營(yíng)方式時(shí)，需對(duì)線路運(yùn)營(yíng)指標(biāo)值進(jìn)行衡量。本文將對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行線路不同運(yùn)營(yíng)方式的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)要求進(jìn)行討論。

1 全自動(dòng)運(yùn)行線路的運(yùn)營(yíng)方式

廣義的線路運(yùn)營(yíng)方式包含線路各運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)板塊的運(yùn)營(yíng)方式，如線路客運(yùn)組織方式、票務(wù)組織方式、列車運(yùn)行方式和設(shè)備維保方式等。本文討論的全自動(dòng)運(yùn)行線路運(yùn)營(yíng)方式主要指線路運(yùn)營(yíng)列車的運(yùn)行方式，是狹義的線路運(yùn)營(yíng)方式。

關(guān)于全自動(dòng)運(yùn)行線路及其列車運(yùn)行方式的定義，國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-3]均有表述。業(yè)內(nèi)將采用DTO(有人值守的列車全自動(dòng)運(yùn)行)或UTO(無(wú)人值守的列車全自動(dòng)運(yùn)行)列車運(yùn)行方式且擁有獨(dú)立路權(quán)的軌道交通系統(tǒng)，稱為自動(dòng)化的城市軌道交通(Automated Urban Guided Transport，簡(jiǎn)稱AUGT)[1-2]，或全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)(Fully Automatic operation System,簡(jiǎn)稱FAO系統(tǒng))[3]。其中，關(guān)于DTO(Driverless Train Operation)的定義在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中存在差異:IEC(國(guó)際電工委員會(huì))及我國(guó)推薦的標(biāo)準(zhǔn)[1-2]表述為：列車上配置的值守人員僅在故障和應(yīng)急情況下介入列車運(yùn)行，不負(fù)責(zé)監(jiān)視路況和緊急制動(dòng)操作，正常運(yùn)行所有功能均由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；列車值守人員操作可包括關(guān)閉正常運(yùn)行中的停站列車車門及起動(dòng)列車。中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3]表述為：列車在配置車上值守人員的條件下的運(yùn)行，正常運(yùn)行所有功能均由系統(tǒng)負(fù)責(zé)，車上值守人員僅在故障和應(yīng)急情況下介入列車運(yùn)行。

根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-3]，GOA3(自動(dòng)化等級(jí)3)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)列車DTO運(yùn)行。但GOA3系統(tǒng)沒(méi)有列車狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，因此DTO運(yùn)行列車必須配備值守人員監(jiān)控列車狀態(tài)。從目前國(guó)內(nèi)FAO線路(本文采用中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)表述)列車DTO運(yùn)行情況來(lái)看，雖然GoA3系統(tǒng)具有軌行區(qū)障礙物探測(cè)功能，但司機(jī)室值守人員不僅要負(fù)責(zé)監(jiān)控列車狀態(tài)，而且要負(fù)責(zé)監(jiān)視路況和緊急制動(dòng)操作。這是線路管理者從值守人員管理及列車運(yùn)行安全角度出發(fā)作出的決策結(jié)果。中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3]的DTO列車運(yùn)行定義表述中，弱化了列車值守人員職責(zé)描述，更切合實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況。

而關(guān)于UTO(Unattended Train Operation)列車運(yùn)行方式的定義，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-3]中的表述基本一致：列車在不配置車上值守人員(所有功能均由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn))的條件下的運(yùn)行方式，且GoA4(自動(dòng)化等級(jí)4)系統(tǒng)方可實(shí)現(xiàn)列車UTO運(yùn)行。

目前，國(guó)內(nèi)部分新開通的FAO線路，采用的列車運(yùn)行方式介于DTO和UTO之間。其線路系統(tǒng)等級(jí)符合GoA4要求但列車仍配備值守人員。該值守人員既不負(fù)責(zé)監(jiān)控列車狀態(tài)，也不負(fù)責(zé)監(jiān)視路況和緊急制動(dòng)操作，主要為提高異常情況下的現(xiàn)場(chǎng)響應(yīng)速度而設(shè)。本文將此稱為列車準(zhǔn)UTO運(yùn)行方式。

上述三種列車運(yùn)行方式的主要差異表現(xiàn)見(jiàn)表1，在異常情況下的處置流程差異見(jiàn)圖1。

表1 不同列車運(yùn)行方式下處置方式的差異對(duì)比

圖1 不同列車運(yùn)行方式下異常情況處置流程對(duì)比

列車DTO與列車準(zhǔn)UTO、UTO在異常情況處置流程方面的最大差異在于:系統(tǒng)異常的發(fā)現(xiàn)端不同，從而使信息傳遞、后續(xù)處置流程都不相同。列車準(zhǔn)UTO與列車UTO的異常處置流程基本一致，但若需工作人員就地處置，UTO方式將花費(fèi)更多時(shí)間。

當(dāng)線路通過(guò)采取與系統(tǒng)相適應(yīng)的運(yùn)營(yíng)管理模式，使線路運(yùn)營(yíng)列車能夠常態(tài)化實(shí)現(xiàn)某運(yùn)行方式，那么可認(rèn)為該線路實(shí)現(xiàn)了該運(yùn)營(yíng)方式。目前國(guó)內(nèi)已開通的FAO線路中，采用的運(yùn)營(yíng)方式主要有兩種，分別是DTO(如北京地鐵燕房線、上海軌道交通10號(hào)線)和準(zhǔn)UTO(如成都地鐵9號(hào)線、上海軌道交通15號(hào)線、上海軌道交通18號(hào)線)。個(gè)別小運(yùn)量、短距離FAO線路實(shí)現(xiàn)了UTO運(yùn)營(yíng)，如上海軌道交通浦江線。當(dāng)前國(guó)內(nèi)仍缺少大運(yùn)量長(zhǎng)距離FAO線路實(shí)現(xiàn)UTO的案例。

線路實(shí)現(xiàn)UTO需滿足從設(shè)備到管理、從政府到市民多維度的需求。線路運(yùn)營(yíng)指標(biāo)檢驗(yàn)是考驗(yàn)線路設(shè)備和管理是否符合要求的手段之一。下文將探討FAO線路實(shí)現(xiàn)UTO的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)檢驗(yàn)要求。

2 FAO線路的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)要求

2.1 FAO線路的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)

運(yùn)營(yíng)指標(biāo)包含運(yùn)營(yíng)服務(wù)指標(biāo)和設(shè)備故障率指標(biāo)。在國(guó)內(nèi)既有規(guī)范文件[4-5]采用的線路運(yùn)營(yíng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合FAO系統(tǒng)功能及運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，確定FAO線路運(yùn)營(yíng)指標(biāo)如表2所示。相對(duì)于規(guī)范文件要求的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)，表2新增了影響行車的新功能或新設(shè)備的故障率指標(biāo)(包括列車自動(dòng)喚醒成功率、站臺(tái)門故障率)，還新增了列車退出全自動(dòng)運(yùn)行模式率，以及傳輸系統(tǒng)故障率和車地?zé)o線系統(tǒng)通信故障率。

2.2 FAO線路不同階段的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)要求

FAO線路自動(dòng)化程度高，且系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠度高于普通線路，其運(yùn)營(yíng)指標(biāo)要求應(yīng)當(dāng)高于普通線路。在FAO線路工程準(zhǔn)備階段確定線路正式運(yùn)營(yíng)指標(biāo)目標(biāo)值時(shí)，對(duì)于規(guī)范要求的既有運(yùn)營(yíng)指標(biāo)取值可適當(dāng)高于既有水平；對(duì)于新增運(yùn)營(yíng)指標(biāo),則可依據(jù)FAO線路相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求值或已開通FAO線路的經(jīng)驗(yàn)值取值。FAO線路初期運(yùn)營(yíng)前的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)檢驗(yàn)值可依據(jù)正式運(yùn)營(yíng)目標(biāo)值確定。

表2 線路初期運(yùn)營(yíng)前、正式運(yùn)營(yíng)前的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)要求

線路的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)表現(xiàn)主要與設(shè)備磨合情況、人員熟練程度和線路運(yùn)營(yíng)方式3方面因素相關(guān)。在線路不改變運(yùn)營(yíng)方式的前提下，運(yùn)營(yíng)指標(biāo)表現(xiàn)值將與設(shè)備磨合情況、人員熟練程度呈正相關(guān)。線路從試運(yùn)行到正式運(yùn)營(yíng)階段，設(shè)備狀態(tài)和人員熟練程度隨著時(shí)間的推移呈上升趨勢(shì)，故線路正式運(yùn)營(yíng)階段的指標(biāo)要求應(yīng)高于初期運(yùn)營(yíng)階段。其中設(shè)備故障率主要與設(shè)備磨合情況有關(guān)。在有關(guān)規(guī)范文件[4-5]中，線路初期運(yùn)營(yíng)前與正式運(yùn)營(yíng)前的設(shè)備故障率指標(biāo)取值相差20%。

運(yùn)營(yíng)服務(wù)指標(biāo)中的列車運(yùn)行圖兌現(xiàn)率和列車正點(diǎn)率，與設(shè)備可靠度、運(yùn)營(yíng)調(diào)整水平相關(guān)；列車服務(wù)可靠度的表現(xiàn)，以設(shè)備表現(xiàn)為基礎(chǔ)，同時(shí)依賴應(yīng)急處置速度與線路運(yùn)營(yíng)方式相關(guān)，因此在線路運(yùn)營(yíng)方式不變的前提下，僅與設(shè)備磨合情況相關(guān)。故該指標(biāo)初期運(yùn)營(yíng)前和正式運(yùn)營(yíng)前的取值，可參照設(shè)備故障率指標(biāo)設(shè)置20%的差值。

根據(jù)FAO線路特點(diǎn)增加的5項(xiàng)指標(biāo)要求為：

1) 站臺(tái)門故障率(含站臺(tái)門車門間隙探測(cè)裝置故障率)。為保障站臺(tái)安全，應(yīng)在站臺(tái)門故障率中將站臺(tái)門車門間隙探測(cè)裝置故障率納入考慮，不因添加設(shè)備而降低要求，F(xiàn)AO線路站臺(tái)門正式運(yùn)營(yíng)目標(biāo)值要求高于既有水平。

2) 列車自動(dòng)喚醒成功率。為保證運(yùn)營(yíng)服務(wù)指標(biāo)中列車運(yùn)行圖兌現(xiàn)率和列車正點(diǎn)率滿足要求，同時(shí)減輕控制中心工作人員運(yùn)營(yíng)調(diào)整與處置的壓力，列車喚醒成功率應(yīng)當(dāng)保持在較高水平。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)相關(guān)FAO線路表現(xiàn)，建議將列車喚醒成功率的正式運(yùn)營(yíng)目標(biāo)值定為99.5%。同時(shí)結(jié)合目前國(guó)內(nèi)各地新建FAO線路的試運(yùn)行階段指標(biāo)表現(xiàn)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，建議初期運(yùn)營(yíng)前該指標(biāo)要求不低于95%[6]。

3) 列車退出全自動(dòng)運(yùn)行的故障率。導(dǎo)致列車退出全自動(dòng)運(yùn)行的設(shè)備故障，主要集中在信號(hào)、車輛兩大專業(yè)，以及其他與行車安全相關(guān)的設(shè)備故障(如整側(cè)車門無(wú)法關(guān)閉時(shí)，也可能人為安排列車退出全自動(dòng)運(yùn)行)。為確保列車全自動(dòng)運(yùn)行的可靠性，應(yīng)將引起列車退出全自動(dòng)運(yùn)行模式的故障率控制在較低水平?？梢罁?jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)FAO線路運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，在初期運(yùn)營(yíng)階段取2%作為該故障率的控制要求[6]。

4) 傳輸系統(tǒng)故障率。傳輸系統(tǒng)沒(méi)有冗余，作為FAO線路的重要支持系統(tǒng)，必須有穩(wěn)定的高水平的可靠度，不可出現(xiàn)系統(tǒng)癱瘓以及系統(tǒng)板卡出現(xiàn)影響系統(tǒng)運(yùn)行的故障[7]，其因故中斷工作的發(fā)生率應(yīng)當(dāng)為零。

5) 車地?zé)o線系統(tǒng)通信故障率。為確保中央集中控制，車地?zé)o線傳輸延時(shí)不應(yīng)超過(guò)2 s[7]。

各項(xiàng)指標(biāo)具體要求見(jiàn)表2。FAO線路指標(biāo)要求值應(yīng)同時(shí)高于既有規(guī)范文件的要求。

2.3 FAO線路轉(zhuǎn)換運(yùn)營(yíng)方式對(duì)指標(biāo)的影響

對(duì)于以UTO為目標(biāo)的在建FAO線路而言，可依系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)選擇UTO的升級(jí)路徑。升級(jí)路徑從平穩(wěn)型到突破型依次可按如下順序選擇：路徑①為線路DTO開通后先轉(zhuǎn)為準(zhǔn)UTO再轉(zhuǎn)為UTO；路徑②為線路DTO開通后轉(zhuǎn)為UTO；路徑③為線路準(zhǔn)UTO開通后轉(zhuǎn)為UTO；路徑④為線路UTO開通。

表2指標(biāo)中，“列車服務(wù)可靠度”直接受應(yīng)急處置時(shí)間影響，其表現(xiàn)隨線路運(yùn)營(yíng)方式轉(zhuǎn)換變化明顯。

不同運(yùn)營(yíng)方式下的應(yīng)急處置時(shí)間，只有在需工作人員赴現(xiàn)場(chǎng)處置的情況下，才會(huì)存在明顯差異。在遠(yuǎn)程處置基本能夠代替現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)位、重啟和旁路等排故操作，工作人員現(xiàn)場(chǎng)處置以執(zhí)行手動(dòng)駕駛列車命令為主的前提下，需工作人員現(xiàn)場(chǎng)處置的情況可等同為“列車退出全自動(dòng)運(yùn)行事件”。因此FAO線路在升級(jí)運(yùn)營(yíng)方式的過(guò)程中，影響列車服務(wù)可靠度的事件數(shù)增量來(lái)自“列車退出全自動(dòng)運(yùn)行事件”，這與“列車退出全自動(dòng)運(yùn)行模式率”指標(biāo)相關(guān)。

若采用路徑①實(shí)現(xiàn)UTO，第一步DTO開通后轉(zhuǎn)為準(zhǔn)UTO，列車值守人員走出司機(jī)室，對(duì)需值守人員現(xiàn)場(chǎng)處置的事件進(jìn)行處置時(shí)間估算:“遠(yuǎn)程處置時(shí)間”約2 min,“車上走行時(shí)間”約1 min，“完成車頭隔離打開蓋板時(shí)間”約1 min，再加上“現(xiàn)場(chǎng)處置時(shí)間”約2 min。全部處置時(shí)間約6 min，將影響5 min以上列車服務(wù)可靠度。因此，其在正式運(yùn)營(yíng)期間升級(jí)至準(zhǔn)UTO，為確保升級(jí)后的列車服務(wù)可靠度指標(biāo)符合要求，該指標(biāo)在DTO階段表現(xiàn)應(yīng)好于目標(biāo)要求，且準(zhǔn)UTO運(yùn)營(yíng)前該指標(biāo)應(yīng)預(yù)留“列車退出全自動(dòng)運(yùn)行故障率”增量(參照表2該指標(biāo)正式運(yùn)營(yíng)前取值1.6%)。第二步準(zhǔn)UTO轉(zhuǎn)為UTO，列車值守人員走下列車后，應(yīng)急處置時(shí)間據(jù)估算總共約13 min(包括“遠(yuǎn)程處置時(shí)間”約2 min、“工作人員登車時(shí)間”約8 min、“完成車頭隔離打開蓋板時(shí)間”約1 min、“現(xiàn)場(chǎng)處置時(shí)間”約2 min)。這將影響10 min以上列車服務(wù)可靠度。由此，在升級(jí)為UTO前，線路10 min以上列車服務(wù)可靠度同樣應(yīng)當(dāng)預(yù)留相應(yīng)增量。實(shí)現(xiàn)UTO路徑①的各階段列車服務(wù)可靠度要求見(jiàn)表3。

表3 實(shí)現(xiàn)UTO路徑①的列車服務(wù)可靠度變化要求

若采用路徑②(DTO開通后轉(zhuǎn)為UTO)，則UTO前，5 min及10 min以上列車服務(wù)可靠度都應(yīng)預(yù)留增量。實(shí)現(xiàn)UTO路徑②的各階段列車服務(wù)可靠度要求見(jiàn)表4。

表4 實(shí)現(xiàn)UTO路徑②的列車服務(wù)可靠度變化要求

若采用路徑③(準(zhǔn)UTO開通后轉(zhuǎn)為UTO)，則UTO前，10 min以上列車服務(wù)可靠度都應(yīng)預(yù)留增量。實(shí)現(xiàn)UTO路徑③的各階段列車服務(wù)可靠度要求見(jiàn)表5。若采用路徑④(直接UTO開通)，其列車服務(wù)可靠度要求見(jiàn)表6。

表5 實(shí)現(xiàn)UTO路徑③的列車服務(wù)可靠度變化要求

表6 實(shí)現(xiàn)UTO路徑④的列車服務(wù)可靠度變化要求

3 結(jié)語(yǔ)

本文為新建FAO線路提供了檢驗(yàn)初期運(yùn)營(yíng)前和正式運(yùn)營(yíng)前的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)值。若FAO線路采用分步實(shí)現(xiàn)UTO運(yùn)營(yíng)的方式，則建議在表2的基礎(chǔ)上，選擇相對(duì)應(yīng)的“列車服務(wù)可靠度”變化要求對(duì)線路進(jìn)行檢驗(yàn)。此外，根據(jù)推算可知，“10 min以上列車服務(wù)可靠度”能夠較好地區(qū)分是否需工作人員登車處置事件。目前，雖然既有線路較少統(tǒng)計(jì)該指標(biāo)，但建議FAO線路應(yīng)將此指標(biāo)納入統(tǒng)計(jì)中。