城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)工程設計聯(lián)絡要點分析

曹啟濱，高伯翰

（1.北京市地鐵運營有限公司，北京 100044；2.交控科技股份有限公司，北京 100070）

當前全國軌道交通領(lǐng)域新興技術(shù)快速發(fā)展，全自動運行（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）系統(tǒng)逐步成為行業(yè)熱點和發(fā)展主流。FAO通常是以信號系統(tǒng)為核心的綜合聯(lián)動自動控制大系統(tǒng)，一方面是將傳統(tǒng)的人工駕駛迭代為“設備系統(tǒng)自動駕車”，直接減少了司乘人員的參與度和勞動強度；另一方面，全自動運行系統(tǒng)聯(lián)動列車喚醒自檢、自動收發(fā)車、清客、自動處置故障等十分龐大的功能，已然大幅度打破了傳統(tǒng)信號系統(tǒng)以列車位置防護為重心的設計思路框架，需要從軌道交通線路全局安全可靠的高度總體統(tǒng)籌設計，并應全場景全功能全要素地對接運營單位的運營管理體系，實現(xiàn)新建線路設計與投運的深度匹配吻合。

全自動新技術(shù)變化大，實現(xiàn)技術(shù)的穩(wěn)定落地，一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是在新建線路的工程設計聯(lián)絡環(huán)節(jié)把控好“建、運”對接。下面圍繞信號專業(yè)，從運營管理角度，闡述全自動運行新技術(shù)落地中，設計聯(lián)絡的關(guān)鍵要點。

1 FAO系統(tǒng)的主要特點分析

FAO系統(tǒng)最主要的特點有兩個方面，集中在駕駛層面和聯(lián)動場景層面。

第一，傳統(tǒng)CBTC-ATO信號系統(tǒng)，列控防護建立在傳統(tǒng)信號系統(tǒng)本身的行車安全角度，以列車位置安全防護為根本、以列車高效追蹤為目標，屬于“狹義”的行車安全。自動駕駛ATO旨在降低司機人工牽引-制動的勞動強度。行車安全中的瞭望、異常情況的處置仍需要人工操作，信號系統(tǒng)并非全要素防護覆蓋。FAO系統(tǒng)替代了司機的人工駕駛動作，瞭望及故障處置，對司機的替代程度更加深入，系統(tǒng)判斷與處置的介入度和覆蓋度大幅提升。例如，列車自動喚醒、自動出入庫、自動清客、站臺門自動對位隔離等功能場景更加豐富。

第二，傳統(tǒng)的信號系統(tǒng)對外專業(yè)的聯(lián)動功能及接口設計相對簡單，F(xiàn)AO系統(tǒng)包括車輛、通信、災害告警、乘客服務的功能聯(lián)動集成度高，接口專業(yè)的設計跨度和集成深度要求明顯提升。如列車區(qū)間迫停、列車及區(qū)間火災檢測、臨時調(diào)整交路的清客服務等功能，在傳統(tǒng)線路上是由分專業(yè)獨立完成，各專業(yè)之間少有系統(tǒng)聯(lián)動關(guān)系，需要人工關(guān)聯(lián)相關(guān)處置和決策。全自動系統(tǒng)由系統(tǒng)串接了全部功能系統(tǒng)的動作，實現(xiàn)自動采集、分析決策和觸發(fā)處置。

結(jié)合以上兩點主要原因，F(xiàn)AO系統(tǒng)信號專業(yè)的工程設計聯(lián)絡必須從功能上、場景上做到統(tǒng)籌設計，信號專業(yè)作為統(tǒng)領(lǐng)專業(yè)，設計聯(lián)絡的任務和職責要發(fā)生根本性提升。

2 FAO系統(tǒng)設計聯(lián)絡中運營管理的對接匹配

軌道交通新技術(shù)的關(guān)鍵是服務運營，提升運營管理品質(zhì)。FAO系統(tǒng)目前已然從示范工程發(fā)展成為建設主流，從小客流邊緣線路逐步成為服務超大城市主干線路的主推設計方案。運營管理的對接是確保該技術(shù)落地的核心環(huán)節(jié)，需要運營單位的行車管理、調(diào)度指揮、車站應急、列車駕駛等功能制定適應全自動的管理規(guī)則、崗位設置、操作規(guī)范并結(jié)合技術(shù)聯(lián)絡共同配合實施。

2.1 行車運輸方面

運營單位結(jié)合FAO系統(tǒng)工程實際、線路特點、客流預期、接駁站位等行車及客運特點，編制設計出接受全自動線路運營的管理人員構(gòu)架與操作人員構(gòu)架。

重新定義或修編乘務員（司機）、綜控員、站務員、調(diào)度員的職責，確保行車運輸?shù)闹笓]監(jiān)控到位、指令的傳達執(zhí)行無疏漏的組織體系。

設計單位和各專業(yè)供貨集成單位根據(jù)運營單位管理規(guī)則，配置中心調(diào)度的顯示操作界面、告警菜單、監(jiān)控內(nèi)容，規(guī)劃調(diào)度指令的發(fā)布反饋路徑；布局車站綜控室、監(jiān)察廳的設備方案、顯示操作設備等；根據(jù)綜控員、站務員、監(jiān)察廳人員的分布職責，配置信號、通信、綜合監(jiān)控、站臺門及車輛遠程顯示及操作手段；布置乘務人員車上操作系統(tǒng)，既符合有人駕駛的安全操作，又滿足以全自動投入為主模式下的無人監(jiān)控條件自動運行。

傳統(tǒng)線路的運營管理是自上而下的指揮體系，調(diào)度員指揮車站和司機，主要由司機負責本車的安全運行操作和監(jiān)護，現(xiàn)場情況反饋調(diào)度員決策；全自動運行系統(tǒng)中，現(xiàn)場發(fā)生的情況、故障主要由系統(tǒng)自動告警、自動處置，并上傳告知調(diào)度員，必要時由調(diào)度員遠程決策和干預，執(zhí)行層和決策層上移至控制中心調(diào)度員。因此必須考慮到調(diào)度員遠程掌控和接管時，全面及時，充分準確地了解現(xiàn)場情況，通過視頻、故障檢測、異常場景推送等環(huán)節(jié)統(tǒng)籌現(xiàn)場信息，并用于研判和權(quán)威決策的下達。

在功能設計中，比較典型的設計聯(lián)絡案例就是“車輛調(diào)”界面。傳統(tǒng)線路的車輛駕駛掌控在乘務員手中，運營線上涉及車輛異常情況，均有乘務員現(xiàn)場處置，調(diào)度員遠程了解事件情況及進展，根據(jù)列車特殊情況、故障處置進展預估可能延誤程度，預判影響范圍并調(diào)整臨近列車的運行狀態(tài)，盡力減少故障點或異常情況對全線路的服務影響，控制中心調(diào)度員較少參與車輛狀態(tài)的遠程觀察和干預。FAO系統(tǒng)降低了本地現(xiàn)場乘務員干預程度，將車輛狀態(tài)信息、故障應對遠程上移至控制中心供調(diào)度員研判處置，增加了“車輛調(diào)”顯示和操作界面，要求中心調(diào)度員遠程關(guān)注列車異常及故障，并決策干預和處置。一是要求設計車輛狀態(tài)的遠程顯示界面；二是具備車輛關(guān)鍵部位，如牽引、制動、車門、廣播、空調(diào)等關(guān)鍵部件的遠程復位、重啟命令等，實現(xiàn)列車的控令遠程遙控；三是需要調(diào)度員在行車組織、運輸管理的同時，能夠清晰靈活的處置車輛的異常問題，包括技術(shù)分析決策在內(nèi)的應對，是對調(diào)度員行車指揮決策能力一大提升。在“車輛調(diào)”功能設計上，是無先例的新事物，統(tǒng)籌考慮技術(shù)落地、管理對接，實現(xiàn)綜合施策平穩(wěn)銜接。

在正線車站、段場的全自動運營區(qū)域設計中，應特別重視考慮“無人作業(yè)區(qū)域”的“無人”管理，一方面做好無人的管理手段落地，同時在搶修過程中必須有人員進入的區(qū)域，一定設計明顯安全可靠的技術(shù)防范措施，包括但不局限于區(qū)間緊急關(guān)閉、遠程緊急停車等人員防護開關(guān)，防止無人列車對作業(yè)人員的危害發(fā)生，做到技防與管理的無縫嵌套設計，實現(xiàn)作業(yè)人員的安全防護，是系統(tǒng)自身安全的最重要的安全體現(xiàn)。

2.2 系統(tǒng)設備及維保方面

傳統(tǒng)的軌道交通按照專業(yè)劃分維保職責，專業(yè)之間割裂明顯，跨專業(yè)的接口主要是電氣硬件節(jié)點，傳遞信息簡單且有限。FAO系統(tǒng)包括了車輛故障診斷、遠程重啟合閘、現(xiàn)場視頻同傳、廣播視頻推送聯(lián)動、火災告警及處置聯(lián)動等大量的硬件接口和軟件聯(lián)動場景，無法按照傳統(tǒng)的專業(yè)劃分做明確切割，生硬的切割職責將會帶來更多接口失管失效。

打破傳統(tǒng)專業(yè)的割裂，實現(xiàn)電務綜合維保，是解決問題的關(guān)鍵思路。運營單位可將涉及全自動運行的信號、通信、綜合監(jiān)控、電力、機電站臺門、防災告警及車輛的維修維保業(yè)務納入到專業(yè)分公司（車間）。統(tǒng)籌各專業(yè)力量，集體維修，減少跨單位、跨部門的切分，是駕馭全自動運行系統(tǒng)的維保基礎(chǔ)。

FAO系統(tǒng)中，也要同步考慮系統(tǒng)功能失效的影響，并落實到系統(tǒng)設計中。當發(fā)現(xiàn)全自動運行的信號系統(tǒng)故障、車地傳輸中斷、車載ATP故障、聯(lián)動系統(tǒng)接口異常時，將無法接收到遠程控制指令并執(zhí)行指令，必要時需要司機的人工介入值乘，需要實現(xiàn)系統(tǒng)功能的模式可靠轉(zhuǎn)換、人工可靠銜接，著重要分析場景的連貫性和人工介入的可達性。在車輛設計中，同步考慮列車遠程接收控制命令的可達性，車輛大部件故障“機破”時人工救援的可行性，避免主系統(tǒng)、主功能異常后直接停運、長時間中斷服務而無法恢復的局面。

FAO是傳統(tǒng)ATO、DTO、UTO功能的進一步系統(tǒng)提升，增強了故障遠程應對及處置，但系統(tǒng)失靈時，留給司機介入的處置內(nèi)容是自動化系統(tǒng)無力可達、無力滿足的交叉故障、深度故障及疊加失效，并已然對行車秩序帶來明顯困擾后交由人工接手應對。因此對乘務員司機的崗位職責、處置能力要求陡升，乘務員司機將主要承接疑難故障應對。在系統(tǒng)的工程設計時，建議在故障提示、車輛信號及接口專業(yè)狀態(tài)提示等信息方面進一步征求經(jīng)驗豐富乘務員的操作需求和意見，開發(fā)顯示、提示豐富的界面提示狀態(tài)，并在車站、調(diào)度顯示界面開發(fā)盡可能及時、準確、豐富的提示列表，以增進乘務員、調(diào)度員應對的直觀性、可達性、可視性。

在設計聯(lián)絡中，要考慮運維基地的設置方案，將故障報修、故障告警、維修管理的信息化平臺整合，如行車監(jiān)控ATS、維護支持系統(tǒng)、故障診斷及專家會商等系統(tǒng)建設項目內(nèi)及未來預開發(fā)的平臺資源合理布局在正線車站、段場的作業(yè)室內(nèi)，為搭建整體維保做足準備。

2.3 系統(tǒng)可靠度指標方面

設計聯(lián)絡是約定設備系統(tǒng)具體功能和技術(shù)指標設計的關(guān)鍵溝通交底機會。在全自動運行環(huán)節(jié)，運營單位統(tǒng)籌行車運輸、維保維護的各相關(guān)業(yè)務環(huán)節(jié)，嚴格把控大系統(tǒng)平臺的整體安全性、穩(wěn)定性和可靠性。傳統(tǒng)線路的專業(yè)是嚴格劃分，信號系統(tǒng)也將主要精力集中在本系統(tǒng)設備的安全可靠和維護便捷上，對接口及協(xié)同聯(lián)動的關(guān)注度較淺。全自動是一套聯(lián)動大平臺，任何分支子系統(tǒng)、接口部件的失效失靈或接口不匹配，都不僅僅是單一專業(yè)設備自身的問題點，而有可能對全平臺運行帶來安全隱患和服務風險。例如列車遠程復位的控制單元和執(zhí)行單元、站臺門夾人夾物激光探測等都是為實現(xiàn)FAO而新建子系統(tǒng)，又是關(guān)乎安全行車全局的風險節(jié)點，設計聯(lián)絡中對接口的匹配、跨專業(yè)供貨商的技術(shù)約定應特別提及，并且應充分考慮和評估除信號系統(tǒng)外，系統(tǒng)平臺內(nèi)其他專業(yè)的安全可靠性影響。

3 FAO系統(tǒng)設計聯(lián)絡中應考慮的開通籌備因素

全自動運行的大系統(tǒng)，其開通籌備過程比傳統(tǒng)的獨立專業(yè)的系統(tǒng)工作量成幾何數(shù)增加，存在調(diào)試過程長、調(diào)試場景多、調(diào)試資源耗費多、聯(lián)動統(tǒng)籌協(xié)調(diào)量繁雜的現(xiàn)實特點。因此全自動線路一定要充分考慮線路開通的實際情況和可能的劃分階段開通的情形，結(jié)合既有線路開通的特點，在設計聯(lián)絡階段做好預留預判，便于后續(xù)工籌。

3.1 新線一次性全功能開通準備

新建線路全線一次性全功能開通，在開通前沒有投運載客，不存在邊調(diào)試邊運營的階段。因此調(diào)試靈活、試驗方便，無需考慮運營影響，是最方便的籌備方式。具備該種開通條件的線路，要抓緊籌備時期，設計聯(lián)絡中宜重點夯實全自動運行系統(tǒng)功能，對降級系統(tǒng)完成基本測試，在建設交付階段將完善的全自動系統(tǒng)一次性投入。在開通運營初期，實現(xiàn)有人監(jiān)控但不介入干預的全自動運行，充分實現(xiàn)全系統(tǒng)功能，在初期有異常情況或出現(xiàn)性能不穩(wěn)定情況時，由乘務員及時應對。

3.2 功能降級開通、逐步完善的線路開通籌備

軌道交通建設周期長、投資巨大，特別是特大城市的客流需求量大。為盡快保證城市服務，盡早為市民提供運輸服務功能，軌道交通線路往往不能實現(xiàn)全功能一次性調(diào)試完成、全功能開通，需要在保證安全運營的條件下，降級開通并邊運營邊調(diào)試完善。

在設計聯(lián)絡時，要著重對CBTC普通級別開通，人工駕駛的操作控制系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)，各系統(tǒng)相對獨立的功能系統(tǒng)完善設計，補強次級功能，實現(xiàn)安全可靠開通。同時宜結(jié)合全自動交付時段，對降級系統(tǒng)宜采用“夠用、不浪費”的原則，保證功能可靠又要避免降級系統(tǒng)的過度建設、過度投資，對于綜控室、司機操作臺等部位避免出現(xiàn)短時使用，長久廢棄的投資浪費。

邊運營邊調(diào)試，存在著互相干擾，安全運營與建設進度的矛盾，如必須分級別投運時，在設計階段還要考慮備足子系統(tǒng)調(diào)試倒切裝置，實現(xiàn)運營與調(diào)試的硬/軟件便捷切割，為投運后的工程建設調(diào)試提供預留便捷。

3.3 延長線分段開通（含互聯(lián)互通）

受制于城市規(guī)劃、土建及一體化開發(fā)等多方面影響，軌道線路存在分段開通或既有線再延伸貫通的實際籌備情況。在傳統(tǒng)線路上，信號系統(tǒng)的延長貫通都是既有線調(diào)試的難點，平衡既有運營與新建調(diào)試的難度較高。在全自動設計時，宜充分利用實驗室環(huán)境盡可能搭建完整的仿真平臺，復現(xiàn)既有線路及新建線路控制數(shù)據(jù)及功能，減少在載客線路上線調(diào)試、修動既有設備安全控制數(shù)據(jù)的機會。

目前北京等城市，推行了互聯(lián)互通的設計方案，一條線路的列車可以跨越到另一條線路載客運輸，本線路也可以由非本線路的列車參與運輸服務。兩條線路的車輛、信號及相關(guān)專業(yè)均由不同廠家提供，實現(xiàn)跨線運營的互聯(lián)互通，可以實現(xiàn)車輛資源充分利用、便于調(diào)配，打破了傳統(tǒng)線路一線一系統(tǒng)的封閉體系。該種新系統(tǒng)在全自動設計階段，力求雙線操作的一致性、調(diào)試的一致性、全功能投運的一致性，盡可能弱化差異配置，實現(xiàn)互聯(lián)互通的運營操作無縫銜接。

4 結(jié)論

全自動運行目前仍是軌道交通行業(yè)的新興事物，建設、運營及各參加單位都在高度關(guān)注新技術(shù)的落地實施和應用水平。為了更好地促進新業(yè)務新技術(shù)的準確可靠服務，建設中、設計時均應全面深入會同運營單位進行充分交底溝通，并做好不斷發(fā)展完善迭代升級的準備，運營單位也要制定切實的運管規(guī)則來迎接新技術(shù)的落地見效。