基于線上檢修的全自動(dòng)運(yùn)行地鐵車輛運(yùn)營(yíng)需求研究

李 行，李 賀，章 寧，張德嘉

(紹興市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江 紹興 312000)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2020年底，中國(guó)內(nèi)地有北京、上海、廣州、武漢、成都5座城市開(kāi)通運(yùn)營(yíng)共計(jì)11條全自動(dòng)運(yùn)行線路，已形成260 km以上的線網(wǎng)規(guī)模，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)普及化及網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)正加速實(shí)現(xiàn)。

全自動(dòng)運(yùn)行是一項(xiàng)涉及通號(hào)、車輛、綜合監(jiān)控、屏蔽門、土建等多個(gè)專業(yè)的復(fù)雜工程。其顯著特點(diǎn)是司機(jī)的職能被高度自動(dòng)化和智能化的設(shè)備及OCC遠(yuǎn)程控制所取代。全自動(dòng)運(yùn)行的地鐵車輛能夠縮短行車間隔和節(jié)省折返時(shí)間，解決高峰時(shí)段運(yùn)力不足問(wèn)題，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及降低能耗，有效控制運(yùn)營(yíng)成本，新建線路采用全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)較既有線路而言具有極大的后發(fā)優(yōu)勢(shì)。

全自動(dòng)運(yùn)行線路根據(jù)建設(shè)運(yùn)營(yíng)情況的不同編制符合城市規(guī)劃的全自動(dòng)運(yùn)行《項(xiàng)目定位與運(yùn)營(yíng)目標(biāo)》《運(yùn)營(yíng)規(guī)則及功能需求》《運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景需求》，各項(xiàng)需求導(dǎo)致全自動(dòng)車輛在軟、硬件上較非全自動(dòng)車輛產(chǎn)生差異，為了保證系統(tǒng)的可靠度又會(huì)產(chǎn)生新的運(yùn)營(yíng)需求，這些需求相互依賴又相互影響，構(gòu)成整個(gè)車輛全自動(dòng)運(yùn)行運(yùn)營(yíng)體系，如圖1所示。

圖1 車輛全自動(dòng)運(yùn)行運(yùn)營(yíng)體系

1 項(xiàng)目背景

受到用地規(guī)劃審批等諸多條件限制，國(guó)內(nèi)早有通過(guò)充分利用線網(wǎng)資源分配車輛各類修程、配合完成短期內(nèi)車輛維保工作的先例。成都地鐵10號(hào)線一期、上海地鐵世博線采用轉(zhuǎn)線作業(yè)完成車輛的高級(jí)修程，青島地鐵靈山衛(wèi)停車場(chǎng)、深圳地鐵筆架山停車場(chǎng)采用地下段場(chǎng)完成車輛的低級(jí)修程。筆者在《淺談基于線上檢修的城軌車輛智能運(yùn)維應(yīng)用研究》[1]中介紹了一種全自動(dòng)運(yùn)行條件下正線檢修的實(shí)施案例，基于線上檢修的全自動(dòng)運(yùn)行地鐵車輛運(yùn)營(yíng)需求也是依此案例提出的。

2 車輛全自動(dòng)運(yùn)行運(yùn)營(yíng)需求

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)GoA 3及GoA 4在建設(shè)階段標(biāo)準(zhǔn)無(wú)二，在運(yùn)營(yíng)組織上則根據(jù)是由人工完成還是由系統(tǒng)完成產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性差別。若部分功能仍由人工完成則為有人值守的全自動(dòng)運(yùn)行(DTO)，若全部功能由系統(tǒng)完成僅保留故障時(shí)的人工介入則為無(wú)人值守的全自動(dòng)運(yùn)行(UTO)。

2.1 智慧化建設(shè)的配置需求

全自動(dòng)運(yùn)行體現(xiàn)出對(duì)設(shè)備監(jiān)控的重視，建立了基本完善的安全防護(hù)，由北京、上海等地專家主編的多份全自動(dòng)運(yùn)行文件中均提及對(duì)障礙物、脫軌、走行部、弓網(wǎng)、蓄電池系統(tǒng)的智能監(jiān)測(cè)。

《系列化中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)地鐵列車研制及試驗(yàn)項(xiàng)目120 km/h B型地鐵列車技術(shù)規(guī)格書》第二十五章智能運(yùn)維中詳細(xì)構(gòu)建了全面的智能運(yùn)維體系。以建設(shè)1個(gè)智能運(yùn)維管理平臺(tái)和若干個(gè)子系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)為統(tǒng)籌的車輛智能運(yùn)維框架如圖2所示。

2.2 從司機(jī)到列控的配置需求

2.2.1 司機(jī)室的改造。響應(yīng)行車組織與客運(yùn)服務(wù)需求，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)可取消司機(jī)室側(cè)門，宜采用開(kāi)放式司機(jī)室(與客室可采用軟/硬隔斷)，司機(jī)室電氣柜采用半高式設(shè)計(jì)(必要時(shí)可置于座椅下方)，所有電器柜門均具有打開(kāi)報(bào)警功能，司機(jī)操作臺(tái)采取蓋板防護(hù)。

2.2.2 緊急裝置的設(shè)立。相較于傳統(tǒng)列車單一的到站信息，全自動(dòng)車輛VMS功能顯得更加豐富，在多種工況下可將視頻信息傳送至車載PIS屏及OCC乘客調(diào)度工作站。當(dāng)發(fā)生車輛火災(zāi)、車門狀態(tài)丟失、緊急解鎖激活、車門障礙物報(bào)警、端部逃生門異常時(shí)均會(huì)聯(lián)動(dòng)車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)，乘客可通過(guò)緊急對(duì)講和乘客調(diào)度對(duì)話。

圖2 車輛智能運(yùn)維框架

2.3 安全運(yùn)行的配置需求

2.3.1 車輛電路及指示燈。在司機(jī)室區(qū)域外側(cè)增加車輛啟動(dòng)提示燈、司機(jī)室前端區(qū)域增加FAO模式指示燈和RM模式指示燈。車輛控制回路增加自動(dòng)喚醒模塊、人工喚醒備用回路、增加喚醒繼電器、列車供電接觸器等模塊。車輛控制電路應(yīng)采用冗余設(shè)計(jì)，對(duì)關(guān)鍵安全電路進(jìn)行可靠性分析，降低電路故障對(duì)列車運(yùn)行的影響。

2.3.2 蓄電池容量。蓄電池應(yīng)確保端電壓足以滿足列車正常喚醒和列車所有設(shè)備的正常啟動(dòng)，并能投入運(yùn)營(yíng)；同時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)營(yíng)中緊急情況下滿足45 min以上的容量需求。

2.4 多重駕駛模式的功能需求

全自動(dòng)運(yùn)行車輛新增FAM、JOP、CAM、洗車模式、雨雪模式。分別支持系統(tǒng)在全自動(dòng)運(yùn)行、對(duì)標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)通信故障、洗車及惡劣天氣下的安全駕駛。在降級(jí)或特定情況下各駕駛模式之間可以相互轉(zhuǎn)換。

2.5 車輛遠(yuǎn)程控制的功能需求

列車的空調(diào)、照明、電笛、受電弓等會(huì)及時(shí)響應(yīng)預(yù)設(shè)工況，開(kāi)啟相應(yīng)工況的運(yùn)作模式，同時(shí)，這些子系統(tǒng)會(huì)響應(yīng)OCC的遠(yuǎn)程控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)影響車輛正常行車功能的系統(tǒng)低壓供電遠(yuǎn)程復(fù)位功能，如牽引、制動(dòng)、車門、信號(hào)等系統(tǒng)。能根據(jù)車輛喪失動(dòng)力的分析，實(shí)現(xiàn)切除轉(zhuǎn)向架的功能。能實(shí)現(xiàn)車門遠(yuǎn)程隔離功能。能遠(yuǎn)程控制緊急制動(dòng)和常用制動(dòng)。這些遠(yuǎn)程功能的運(yùn)用要結(jié)合運(yùn)營(yíng)組織具體選取開(kāi)展。

2.6 對(duì)位隔離的功能需求

當(dāng)個(gè)別車門故障隔離時(shí)，車輛將故障車門信息發(fā)送給信號(hào)車載設(shè)備，信號(hào)系統(tǒng)將此信息轉(zhuǎn)發(fā)至PSD。列車進(jìn)站停穩(wěn)后，ATO自動(dòng)打開(kāi)車門及PSD，故障車門及對(duì)應(yīng)的PSD不打開(kāi)。

車門與PSD故障隔離時(shí)，車輛應(yīng)觸發(fā)車門故障信息廣播，通過(guò)觸發(fā)相對(duì)應(yīng)的隔離車門上方的動(dòng)態(tài)地圖顯示此門不打開(kāi)的信息并點(diǎn)亮紅色燈帶。

2.7 系統(tǒng)安全等級(jí)及RAMS需求

全自動(dòng)運(yùn)行文件對(duì)車輛的安全性指標(biāo)提出了更高的要求，如表1和表2所示，車輛系統(tǒng)的安全性指標(biāo)應(yīng)盡量滿足這些指標(biāo)的要求。

2.8 全自動(dòng)運(yùn)行的場(chǎng)景需求

沒(méi)有建設(shè)車輛段的全自動(dòng)運(yùn)行運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景分析在國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有先例，在一般全自動(dòng)運(yùn)行段場(chǎng)所具備的自動(dòng)出入段場(chǎng)、聯(lián)動(dòng)庫(kù)門自動(dòng)洗車、清掃等工況要結(jié)合線上停車檢修的實(shí)際重新修訂場(chǎng)景文件，線上運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景框圖如圖3所示。

表1 系統(tǒng)安全等級(jí)

表2 RAMS要求

圖3 線上檢修場(chǎng)景框圖

2.8.1 線上列車自動(dòng)出入。檢修人員根據(jù)當(dāng)日車輛檢修結(jié)果，向檢修調(diào)度提供當(dāng)日可用車情況，檢修調(diào)度確認(rèn)當(dāng)日可用車數(shù)及車輛在線上的停放位置，將相關(guān)情況報(bào)送至中央行調(diào)。

中央行調(diào)員結(jié)合當(dāng)日時(shí)刻表，通過(guò)ATS編制列車出線計(jì)劃，確認(rèn)出線計(jì)劃無(wú)誤后提前1 h上傳ATS聯(lián)系檢修調(diào)度查看確認(rèn)并反饋。

2.8.2 線上清掃。列車停到休眠點(diǎn)后，清掃人員向車控室申請(qǐng)辦理清掃手續(xù)并領(lǐng)取物品，登記后，工作人員經(jīng)專用門禁、SPKS防護(hù)后，從登乘平臺(tái)經(jīng)指定的客室門登乘列車進(jìn)行清掃工作。

清掃工作完成后，清掃人員經(jīng)指定的客室門離開(kāi)客室，工作人員關(guān)閉該門，確認(rèn)所有清掃人員均已離開(kāi)自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域，具備正常行車條件后辦理清掃注銷。

2.8.3 線上洗車。由于正線無(wú)法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗車功能，且僅有兩個(gè)列檢列位設(shè)置有相應(yīng)的人工洗車設(shè)施，需提前做好洗車計(jì)劃并與列車的檢修計(jì)劃匹配，減少因洗車造成的調(diào)車作業(yè)。

線上洗車遵循清掃登記流程，采用高壓水槍沖洗+人工擦洗方式。

2.8.4 跨線調(diào)車?？缇€調(diào)車提前申報(bào)調(diào)車計(jì)劃，審批通過(guò)后該車運(yùn)行至聯(lián)絡(luò)線前一站等待跨線調(diào)車指令。

列控人員攜帶好人工駕駛工器具從站臺(tái)登車，按要求轉(zhuǎn)換列車駕駛模式，跨線司機(jī)同樣同步登乘該列車，在過(guò)軌期間做好列車運(yùn)行監(jiān)管。

兩線路確認(rèn)好過(guò)軌作業(yè)條件，下達(dá)作業(yè)命令，列車以RM或EUM模式運(yùn)行至1、2號(hào)線聯(lián)絡(luò)線交接處停車，由列控員手動(dòng)操作電動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)換回流軌與走形軌回流模式，列車轉(zhuǎn)換回流模式后，運(yùn)行至跨線車輛基地，在指定列位停車。

2.9 其他特殊需求

該線在初、近期使用四編組列車，遠(yuǎn)期采用四六混跑運(yùn)行模式，站臺(tái)按六編停車設(shè)計(jì)。在初期設(shè)計(jì)階段考慮了編組的實(shí)現(xiàn)情況，王敏等在《地鐵車輛四編組擴(kuò)編六編組設(shè)計(jì)分析》[2]中介紹了一種地鐵車輛四編組擴(kuò)編六編組設(shè)計(jì)分析,在設(shè)計(jì)階段需統(tǒng)籌考慮設(shè)備選型、空壓機(jī)用風(fēng)、蓄電池儲(chǔ)能、車鉤防撞的預(yù)留及改造需求。

3 車輛組織架構(gòu)運(yùn)營(yíng)需求

全自動(dòng)運(yùn)行對(duì)地鐵車輛維保起到改進(jìn)作用，通過(guò)可靠的運(yùn)維系統(tǒng)和狀態(tài)修、均衡修在車輛上的推廣，車輛技術(shù)管理崗位可實(shí)現(xiàn)從系統(tǒng)工程師到機(jī)械、電氣工程師再到綜合工程師的轉(zhuǎn)變，車輛技能檢修崗結(jié)合修程優(yōu)化可實(shí)現(xiàn)從日月定修班組到綜合輪修組班組的轉(zhuǎn)變，在多方面實(shí)現(xiàn)崗位復(fù)合和減員增效。

設(shè)置在控制中心的車輛調(diào)度可實(shí)現(xiàn)車輛遠(yuǎn)程故障復(fù)位、車輛應(yīng)急指揮等職能，乘客調(diào)度肩負(fù)對(duì)客室內(nèi)異常情況的緊急處置等職責(zé)。

4 結(jié)束語(yǔ)

全自動(dòng)運(yùn)行是行業(yè)內(nèi)迅速發(fā)展的一門新技術(shù)，在大的背景下，各地根據(jù)歷史文化背景、地理環(huán)境特色、建設(shè)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀建設(shè)符合自身發(fā)展的全自動(dòng)運(yùn)行運(yùn)營(yíng)體系，這些各異的運(yùn)營(yíng)體系探索勢(shì)必會(huì)對(duì)推動(dòng)整個(gè)行業(yè)全自動(dòng)運(yùn)行的發(fā)展起到積極意義。