軌道交通全自動運(yùn)行車輛基地功能需求探討

■ 周永??肖衍

軌道交通全自動運(yùn)行車輛基地功能需求探討

■ 周永??肖衍

從全自動運(yùn)行車輛基地需要實(shí)現(xiàn)的自動化作業(yè)分析入手，研究全自動運(yùn)行車輛基地的功能需求，論述全自動運(yùn)行車輛基地需要實(shí)現(xiàn)的一系列自動化作業(yè)流程，圍繞自動化作業(yè)分析全自動運(yùn)行車輛基地分區(qū)需求、安全防護(hù)需求、系統(tǒng)接口需求及調(diào)度管理需求。基于全自動運(yùn)行車輛基地自動化作業(yè)特點(diǎn)，提出全自動運(yùn)行條件下車輛檢修模式的建議。

軌道交通；全自動運(yùn)行；車輛基地；功能需求

0 引言

采用全自動運(yùn)行技術(shù)是提高城市軌道交通運(yùn)營服務(wù)水平和建設(shè)先進(jìn)性的科技路線[1]。全自動運(yùn)行技術(shù)的優(yōu)勢不僅僅在于節(jié)約人力資源成本，還能提高軌道交通系統(tǒng)的安全性、舒適性和運(yùn)營高效性，已逐步成為國內(nèi)各大城市科學(xué)發(fā)展軌道交通的一個目標(biāo)[2-3]。

北京作為國內(nèi)最早發(fā)展城市軌道交通的城市之一，對城市軌道交通全自動運(yùn)行技術(shù)也在不斷探索。2008年通車的北京軌道交通機(jī)場線就是按照全自動運(yùn)行技術(shù)建設(shè)的軌道交通線路[4]。目前，城市軌道交通燕房線也將作為全自動運(yùn)行示范工程進(jìn)行建設(shè)。

全自動運(yùn)行軌道交通的運(yùn)行方式分為有人值守的自動化運(yùn)行方式（DTO）和無人值守的自動化運(yùn)行方式（UTO）2種[5-6]。列車在車輛基地是否采用全自動運(yùn)行方式是劃分自動化等級的重要功能標(biāo)準(zhǔn)之一。通過分析全自動運(yùn)行方式下車輛基地需要實(shí)現(xiàn)的一系列自動化作業(yè)，探討全自動運(yùn)行車輛基地的功能需求。結(jié)合全自動運(yùn)行車輛基地特點(diǎn)，提出車輛檢修制度的建議。

1 全自動運(yùn)行車輛基地自動化作業(yè)分析

全自動運(yùn)行方式下車輛基地需要實(shí)現(xiàn)一系列自動化作業(yè)[7-8]。為保證自動化作業(yè)免受人為因素干擾，首先要對車輛基地進(jìn)行區(qū)域劃分，之后才能準(zhǔn)確分析各項自動化作業(yè)流程。

1.1 全自動運(yùn)行車輛基地區(qū)域劃分

車輛基地內(nèi)并非全部作業(yè)都需要實(shí)現(xiàn)全自動運(yùn)行，如車輛各級檢修需要較多人員參與的作業(yè)不宜采用全自動運(yùn)行方式。對于列車出、退勤作業(yè)，洗車作業(yè)采用全自動運(yùn)行方式有利于提高作業(yè)效率且有利于實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)。即車輛檢修作業(yè)適宜采用非全自動運(yùn)行方式，車輛運(yùn)用作業(yè)適宜采用全自動運(yùn)行方式。根據(jù)車輛的運(yùn)用檢修作業(yè)特點(diǎn)，車輛基地至少應(yīng)劃分為全自動運(yùn)行區(qū)、非全自動運(yùn)行區(qū)2個分區(qū)，當(dāng)列車需要在2個分區(qū)間交替運(yùn)行時，就需要1個分區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)對列車2種運(yùn)行模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換區(qū)。

（1）全自動運(yùn)行區(qū)。全自動運(yùn)行區(qū)內(nèi)列車運(yùn)行采用全自動運(yùn)行模式，包括列車收發(fā)車作業(yè)和洗車作業(yè)[9]。正常運(yùn)營期間，全自動運(yùn)行區(qū)域納入控制中心管理，區(qū)域內(nèi)包括車輛運(yùn)行、機(jī)電設(shè)備自動化作業(yè)均由控制中心控制全自動完成，不允許人員進(jìn)入該區(qū)域。全自動運(yùn)行區(qū)一般包含停車列檢庫、洗車庫。

①停車列檢庫：包括列檢列位、停車列位。用于列車停放、列檢、車內(nèi)保潔等。庫內(nèi)可進(jìn)一步劃分防護(hù)分區(qū)，當(dāng)某一分區(qū)需人員進(jìn)入時，不至于影響整個全自動運(yùn)行區(qū)，保證運(yùn)營的靈活性。

②洗車庫：用于列車外部的全自動清洗。

（2）非全自動運(yùn)行區(qū)。非全自動運(yùn)行區(qū)與人工駕駛的車輛基地基本一致。包括車輛檢修區(qū)、辦公生活區(qū)和公用設(shè)施區(qū)。

（3）運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換區(qū)。在此區(qū)域完成車輛運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換，運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換區(qū)一般設(shè)置于牽出線上。

1.2 自動化作業(yè)流程分析

明確了區(qū)域劃分方案就可以進(jìn)一步分析車輛基地能夠?qū)崿F(xiàn)的自動化作業(yè)內(nèi)容與流程。全自動運(yùn)行車輛基地除能夠?qū)崿F(xiàn)列車全自動出、退勤作業(yè)，洗車作業(yè)外，還應(yīng)能實(shí)現(xiàn)部分全自動調(diào)車作業(yè)。在列車動態(tài)調(diào)試作業(yè)中還能夠?qū)崿F(xiàn)列車全自動運(yùn)行的一系列測試。

1.2.1 列車全自動出勤作業(yè)

全線具備運(yùn)營條件后，由行車綜合自動化系統(tǒng)（TIAS）根據(jù)列車日志運(yùn)行圖進(jìn)行列車派班，開始列車出勤作業(yè)。主要作業(yè)內(nèi)容：

（1）門禁系統(tǒng)、信號系統(tǒng)檢測接受派班任務(wù)的車輛所在區(qū)域內(nèi)是否有人員作業(yè)或是否區(qū)域鎖定；

（2）中心調(diào)度員通過視頻監(jiān)控查看庫內(nèi)情況，然后由人工遠(yuǎn)程控制開啟車庫對應(yīng)大門、送電；

（3）列車喚醒，并進(jìn)行靜態(tài)與動態(tài)自檢；

（4）車輛位置檢測，調(diào)整車輛位置至零里程。

1.2.2 列車自動退勤作業(yè)

列車完成運(yùn)營任務(wù)后，到達(dá)最后一站進(jìn)行清客，準(zhǔn)備退出運(yùn)營回段。主要作業(yè)內(nèi)容：

（1）列車清客后，自動以全自動運(yùn)行模式運(yùn)行至車輛段出入線停車軌，TIAS根據(jù)車輛段派班表自動分配車組號；

（2）接受車輛段車組號，判斷列車是否需要清洗，然后轉(zhuǎn)換為限速20 km/h的全自動運(yùn)行模式運(yùn)行，進(jìn)入車輛段停車列位或洗車線，列車入庫時限速3 km/h；

（3）停車完畢后上傳列車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)至車輛段控制中心完成退勤技術(shù)交接；

（4）列車完成退勤作業(yè)，進(jìn)入休眠狀態(tài)。

1.2.3 調(diào)車作業(yè)

調(diào)車作業(yè)包括在全自動運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的調(diào)車作業(yè)、全自動運(yùn)行區(qū)域與非全自動運(yùn)行區(qū)域間的調(diào)車作業(yè)。主要作業(yè)內(nèi)容：

（1）列車在全自動運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的調(diào)車可全自動完成；

（2）全自動運(yùn)行區(qū)向非全自動運(yùn)行區(qū)調(diào)車作業(yè)分為兩大步驟，首先由TIAS控制列車自動運(yùn)行至運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換區(qū)（一般為牽出線），然后再由調(diào)車機(jī)車將列車調(diào)至非全自動運(yùn)行區(qū)的目的地；

（3）非全自動運(yùn)行區(qū)向全自動運(yùn)行區(qū)調(diào)車作業(yè)，首先由調(diào)車機(jī)車將列車調(diào)至運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換區(qū)，然后由TIAS控制列車自動運(yùn)行至自動運(yùn)行區(qū)的目的地。

1.2.4 全自動洗車作業(yè)

全自動運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)可根據(jù)事先設(shè)定的洗車間隔要求，提醒調(diào)度人員安排列車進(jìn)行洗車作業(yè)。中心調(diào)度員也可按洗車間隔要求將洗車作業(yè)設(shè)定于時刻表中，適時自動完成洗車作業(yè)。洗車作業(yè)流程：

（1）TIAS或調(diào)度員向洗車機(jī)發(fā)送洗車請求，待洗車機(jī)反饋允許狀態(tài)；

（2）洗車機(jī)狀態(tài)為允許洗車時，TIAS或調(diào)度員為待洗列車設(shè)定頭碼，TIAS自動辦理至洗車線進(jìn)路；

（3）列車根據(jù)移動授權(quán)運(yùn)行至洗車庫前停車；

（4）車載信號向洗車機(jī)發(fā)送洗車指令；

（5）信號車載設(shè)備向車輛TCMS發(fā)送網(wǎng)絡(luò)洗車模式，信號發(fā)牽引命令，車輛控制列車恒速運(yùn)行（車速3～ 5 km/h），停車時信號發(fā)出制動指令；

（6）洗車過程中收到洗車機(jī)停機(jī)或故障信息，信號施加緊急制動命令；

（7）洗車完成列車到達(dá)指定位置后，信號車載設(shè)備向車輛發(fā)送洗車結(jié)束命令。

1.2.5 試車作業(yè)

全自動運(yùn)行車輛基地試車作業(yè)應(yīng)能夠完成以下試驗內(nèi)容：

（1）車地通信；

（2）速度軌跡的確定與校準(zhǔn)；

（3）ATP制動與牽引控制；

（4）ATO控制的精度測試與校準(zhǔn)；

（5）全自動運(yùn)行測試（列車休眠、喚醒、對位停車、自動開門關(guān)門、列車自動換端等）。

2 安全防護(hù)功能需求

全自動運(yùn)行區(qū)列車的運(yùn)行由信號系統(tǒng)控制完成，需要采取一系列安全防護(hù)措施保障行車安全[10]。全自動運(yùn)行區(qū)是車輛基地內(nèi)相對獨(dú)立的分區(qū)，正常運(yùn)營期間不允許人員進(jìn)入。為避免人員擅自進(jìn)入而影響自動化作業(yè)，該分區(qū)與外界需采取物理隔離。一方面，全自動運(yùn)行區(qū)域與非全自動運(yùn)行區(qū)域之間需要考慮隔離與安全防護(hù)措施，正常運(yùn)營期間禁止人員進(jìn)入，并設(shè)置可靠的安全聯(lián)鎖裝置；另一方面，全自動運(yùn)行區(qū)域內(nèi)部需要進(jìn)一步劃分防護(hù)分區(qū)，減小報警事件影響范圍。

2.1 全自動運(yùn)行區(qū)與非全自動運(yùn)行區(qū)間的防護(hù)

全自動運(yùn)行區(qū)域與非全自動運(yùn)行區(qū)域設(shè)置圍欄隔離，通道處設(shè)置門禁，信號分區(qū)入口處設(shè)置信號鎖定按鈕。特殊情況下，如全自動運(yùn)行區(qū)域發(fā)生火災(zāi)消防車等必需進(jìn)入時，由安全員刷卡激活門禁或由車輛基地控制室緊急觸發(fā)激活門禁，同時人工按下信號鎖定按鈕，信號系統(tǒng)自動對影響區(qū)域進(jìn)路鎖閉，禁止該分區(qū)的列車移動。

2.2 全自動運(yùn)行區(qū)內(nèi)設(shè)施安全防護(hù)

全自動運(yùn)行區(qū)內(nèi)設(shè)施包括停車列檢庫和洗車庫。

（1）停車列檢庫（見圖1）。為方便管理，停車列檢庫應(yīng)設(shè)置若干防護(hù)區(qū)，工作人員必須通過庫內(nèi)橫向地溝才可進(jìn)入防護(hù)區(qū)。從地溝通往該區(qū)域的出口設(shè)置門禁，人員需進(jìn)入?yún)^(qū)域時，必須先取得行車調(diào)度與電力調(diào)度的許可。行車調(diào)度將該分區(qū)信號鎖閉、電力調(diào)度切斷該分區(qū)牽引供電并進(jìn)行確認(rèn)后門禁才能被激活打開。人員進(jìn)入分區(qū)時需按下信號鎖定按鈕，鎖閉該區(qū)域信號。被信號鎖閉的區(qū)域禁止列車移動，該分區(qū)也不能接、發(fā)車或調(diào)車。信號系統(tǒng)應(yīng)為各防護(hù)區(qū)建立相應(yīng)邏輯關(guān)系，并提供隔離功能設(shè)計，當(dāng)某分區(qū)誤報警時可暫將該分區(qū)從系統(tǒng)中隔離，由安全員確認(rèn)并恢復(fù)誤報后再將分區(qū)開放。被隔離防護(hù)區(qū)不應(yīng)影響系統(tǒng)其他區(qū)域的正常運(yùn)行。停車列檢庫大門應(yīng)設(shè)置為自動門，與信號系統(tǒng)聯(lián)鎖，大門所在線路列車進(jìn)路開放時，大門應(yīng)由車輛段行車調(diào)度觸發(fā)遠(yuǎn)程控制按鍵開啟或由系統(tǒng)自動觸發(fā)開啟。

（2）洗車庫。洗車庫包括洗車主庫、設(shè)備輔助間和控制室。由TIAS控制實(shí)現(xiàn)全自動洗車，洗車庫控制室無人值守。洗車設(shè)備應(yīng)提供遠(yuǎn)程急停控制功能，控制終端設(shè)置于非全自動運(yùn)行區(qū)，同時應(yīng)設(shè)置視頻監(jiān)控，對洗車機(jī)工作狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控。洗車庫大門應(yīng)設(shè)置為自動門，與信號系統(tǒng)聯(lián)鎖，大門所在線路列車進(jìn)路開放時，大門應(yīng)由車輛段行車調(diào)度觸發(fā)遠(yuǎn)程控制按鍵開啟或由系統(tǒng)自動觸發(fā)開啟。

3 系統(tǒng)接口需求

為實(shí)現(xiàn)車輛基地的一系列自動化作業(yè)，對供電、通信、信號、行車自動化、門禁等專業(yè)提出了以下接口需求。

圖1 停車列檢庫分區(qū)示意圖

（1）供電系統(tǒng)接口。工藝專業(yè)根據(jù)功能要求提出電化范圍要求及全自動運(yùn)行區(qū)各防護(hù)分區(qū)劃分要求；供電專業(yè)實(shí)現(xiàn)電化及電化分區(qū)，并為各列位設(shè)置獨(dú)立的隔離開關(guān)。

（2）通信系統(tǒng)接口。全自動運(yùn)行區(qū)的通信系統(tǒng)與信號系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)接口，為車輛基地全自動運(yùn)行區(qū)域設(shè)置具有與行車聯(lián)動的廣播及視頻監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)車輛基地崗位及功能設(shè)置電話系統(tǒng)。

（3）信號系統(tǒng)接口。信號系統(tǒng)根據(jù)車輛基地分區(qū)要求，分區(qū)建立邏輯防護(hù)，并能夠?qū)崿F(xiàn)分區(qū)域鎖閉。信號系統(tǒng)與列車自動清洗機(jī)接口，車輛基地列車自動清洗機(jī)供貨商向信號供貨商提供洗車流程及車速要求，通過硬線接口實(shí)現(xiàn)信號對洗車機(jī)的啟動控制及洗車機(jī)向信號系統(tǒng)的反饋。信號系統(tǒng)為每個信號分區(qū)設(shè)置鎖閉按鈕，人員需要進(jìn)入時按下鎖閉按鈕，將分區(qū)進(jìn)路鎖閉。當(dāng)場區(qū)作業(yè)涉及多個防護(hù)分區(qū)時，需按下多個鎖閉按鈕。

（4）行車自動化系統(tǒng)接口。行車自動化系統(tǒng)與車輛基地通信、信號、視頻監(jiān)控、火災(zāi)報警等系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的聯(lián)動。

（5）門禁系統(tǒng)接口。工藝專業(yè)提出門禁布點(diǎn)方案、土建要求、管理要求；門禁系統(tǒng)根據(jù)工藝專業(yè)需求設(shè)置門禁，進(jìn)入全自動運(yùn)行區(qū)域的門禁受車輛段調(diào)度員管理，進(jìn)入相應(yīng)全自動運(yùn)行區(qū)需得到調(diào)度員的授權(quán)。

4 調(diào)度管理需求

對于全自動運(yùn)行車輛基地調(diào)度部分功能需要由系統(tǒng)自動完成，并按照全自動與非全自動作業(yè)進(jìn)一步劃分。部分調(diào)度計劃由系統(tǒng)生成。因此，全自動運(yùn)行車輛基地調(diào)度作業(yè)內(nèi)容和調(diào)度職能[11]與人工駕駛車輛基地相比均發(fā)生了改變[12]。

全自動運(yùn)行車輛基地調(diào)度完成的作業(yè)內(nèi)容：

（1）車輛運(yùn)用調(diào)度。承擔(dān)段內(nèi)列車日常運(yùn)用調(diào)度作業(yè)，含每日列檢、月檢、洗車等車輛運(yùn)用作業(yè)調(diào)度。運(yùn)用列車調(diào)配、列車派班、洗車等作業(yè)由系統(tǒng)自動生成列車時刻表，運(yùn)用調(diào)度只負(fù)責(zé)確認(rèn)。

（2）車輛檢修調(diào)度。承擔(dān)段內(nèi)列車檢修作業(yè)調(diào)度，檢修計劃由系統(tǒng)根據(jù)自動統(tǒng)計的列車?yán)锍套詣由桑⑼ㄖ獧z修調(diào)度，檢修調(diào)度據(jù)此安排相關(guān)修程檢修作業(yè)及靜調(diào)、試車作業(yè)，另外根據(jù)系統(tǒng)報警對退出運(yùn)營的列車進(jìn)行臨修作業(yè)的調(diào)度。

（3）車場行車調(diào)度。承擔(dān)段內(nèi)非全自動運(yùn)行區(qū)所有列車、軌道車和調(diào)機(jī)等工程車進(jìn)路排列（含股道、道岔等），為車輛基地安全作業(yè)提供基本保證；調(diào)車至轉(zhuǎn)換區(qū)及接收來自轉(zhuǎn)換區(qū)的列車并安排徑路。當(dāng)調(diào)度權(quán)限下放至車輛基地時，負(fù)責(zé)全段內(nèi)的行車進(jìn)路。

（4）車場防災(zāi)調(diào)度。承擔(dān)段內(nèi)防災(zāi)報警及災(zāi)害狀態(tài)下救援的統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮工作。全自動運(yùn)行區(qū)域防災(zāi)報警由綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出，防災(zāi)調(diào)度進(jìn)行確認(rèn)和緊急處理。

（5）全自動運(yùn)行車輛基地調(diào)度管理流程（見圖2）。全自動運(yùn)行車輛基地的全自動運(yùn)行區(qū)域調(diào)度管理由ATS系統(tǒng)完成。

圖2 全自動運(yùn)行車輛段調(diào)度管理流程

5 結(jié)束語

全自動運(yùn)行模式延伸至車輛基地是實(shí)現(xiàn)最高等級全自動運(yùn)行的關(guān)鍵認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)之一，也是實(shí)現(xiàn)全自動運(yùn)行諸多優(yōu)勢的重要方面。車輛基地是一個系統(tǒng)工程，涉及專業(yè)較多，接口相對復(fù)雜，如何協(xié)調(diào)一致的實(shí)現(xiàn)一系列自動化作業(yè)，需要一個統(tǒng)一的頂層功能目標(biāo)。通過分析全自動運(yùn)行方式下車輛基地需要實(shí)現(xiàn)的一系列自動化作業(yè)，探討全自動運(yùn)行車輛基地的功能需求，為全自動運(yùn)行車輛基地的設(shè)計提供頂層目標(biāo)和總體思路。

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周永：北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，工程?師，北京，100082

肖衍：北京市軌道交通設(shè)計研究院有限公司，高級工?程師，北京，100068

責(zé)任編輯高紅義

U279.1

A

1672-061X（2016）06-0072-04

北京市科學(xué)技術(shù)委員會2014年科技計劃項目（D141100000814003）