城軌車輛基地檢修作業安全管控系統研究

■ 陳琦??王孔明??高嵩??汪崢??范琪

城軌車輛基地檢修作業安全管控系統研究

■ 陳琦??王孔明??高嵩??汪崢??范琪

通過對城軌車輛基地檢修作業主要安全風險的詳細分析，研發一種城軌車輛基地檢修作業安全管控系統，加強城軌車輛基地的安全管理，保障作業安全。研究該系統的功能、構成、安全管理工作流程、主要接口等技術方案，以期為其他城軌車輛基地檢修作業安全管控的建設提供參考。

城市軌道交通；車輛基地；安全管控；接觸網；檢修作業

0 引言

城市軌道交通車輛基地（簡稱城軌車輛基地）是城市軌道交通全線的車輛檢修基地、基礎設施綜合維修基地、物資保障基地、員工培訓基地，為正線行車安全和高水平的客運服務提供安全和質量保障。城軌車輛基地內車輛登頂檢修、接觸網維修等多項檢修作業過程中，涉及到接觸網斷送電、登車頂平臺（車輛登頂檢修需要），需要采取復雜的安全管理措施。目前國內各地鐵運營公司基本采用“人控”的管理手段，保障檢修作業安全，存在需要投入大量人力資源、效率和可靠性不高、易導致作業人員觸電事故等問題。隨著科技的進步，采用電子化、網絡化技術手段保障車輛段安全生產已成為運營管理的發展趨勢[1-2]。針對上述問題，研制一種城軌車輛基地檢修作業安全管控系統（簡稱系統）。系統不僅能保證車輛段檢修作業安全，還能規范作業過程，提高工作效率，保障檢修質量，降低設備故障概率，使軌道交通更加安全、可靠，具有極大的經濟效益和社會效益。

1 城軌車輛基地檢修作業安全風險分析

國內城軌車輛基地檢修作業主要存在以下安全風險和隱患：

（1）管理制度有待進一步完善和細化。隨著運營經驗的積累，部分地鐵業主逐漸認識到車輛登頂檢修作業安全管理的重要性，開始嘗試引入電力系統廣泛采用的斷送電防誤系統（或稱五聯鎖系統，按實現手段可分為機械防誤系統、微機電子防誤系統）對接觸網斷送電進行管理，再整合進車頂門禁系統，基本實現了通過設備確保登頂作業人身安全。但不帶登頂平臺的檢修股道、庫前非檢修股道部分作業同樣需要接觸網斷送電安全管理，以防誤操作，部分地鐵公司還未將這些股道納入安全作業綜合管理[3-5]。

（2）目前主要依靠隔離刀閘開/合位置狀態，通過判斷邏輯間接判斷接觸網斷/送電狀態，缺乏直接對接觸網進行實時檢測。如果判斷邏輯設計有缺陷，則易導致判斷錯誤而引起安全事故。

（3）隔離開關柜刀閘是否可靠開閘、合閘到位，缺乏遠程監控，也缺乏實時狀態監測，易導致安全事故。

（4）目前，主要采取雙人制進行接觸網現場斷送電操作，一人操作、一人監護，作業管理程序相對完善，但易因操作人員疏忽等人為因素造成各種事故，如操作人員不驗電就掛接地線、帶電掛接地線、帶電闖入檢修平臺、帶接地設備送電等誤操作[1]。

（5）現場作業過程未實現高效的信息化管理，車輛基地控制中心（DCC）調度人員對現場操作過程監控不足，無法實時掌握現場作業狀態和設備狀態，無法及時干預。

2 系統主要功能

通過對國內城軌車輛基地檢修作業主要安全風險和隱患的分析，提出一種城軌車輛基地檢修作業安全管控系統。該系統立足于段內檢修及運營生產整體需要，從車輛段安全生產各地點、各流程綜合考慮，在檢修作業各環節均融入安全管理，采用在線驗電、安全聯鎖、信號監測、實時監控、智能告警、計算機邏輯控制等先進技術，建立一個程序化、網絡化、可視化、標準化的安全保障體系，并與管理措施相配套，實現人機聯控，可滿足車輛段安全生產的整體要求。

系統主要由接觸網在線驗電、安全聯鎖、接地管理、智能門控、視頻聯動、安全警示、兩票管理、調度反饋屏等功能模塊構成，為平臺化、開放式系統，可根據用戶不同需求定制功能模塊。

系統主要實現如下功能：

（1）接觸網帶電狀態的實時在線監測；

（2）車輛段庫區停送電操作及登臺檢修作業全過程安全管理，從技術上保證停送電操作及登臺檢修作業過程中的人身安全和設備安全；

（3）將現場操作流程轉變為計算機邏輯控制規則，由系統后臺根據現場實時狀態進行整體邏輯判斷和控制；

（4）可采集車輛段內作業相關設備的實時狀態和操作信息，包括隔離開關、驗電點、接地點、檢修平臺門等，并在后臺顯示；

（5）實際操作前，可在系統工作站模擬、開票，生成符合防誤邏輯的操作序列并傳送到電腦鑰匙，操作人員拿電腦鑰匙進行解鎖和操作，保證作業過程正確；

（6）實現庫區各股道接觸網停送電、安全措施到位情況和檢修平臺門的技術關聯及閉鎖管理，確保檢修人員人身安全和車輛設備安全；

（7）可在視頻工作站上查看庫區現場停送電操作過程及檢修作業情況，具有操作過程的視頻聯動監視功能；

（8）庫區接地線的強制管理及地線狀態實時監測，以解決地線誤掛、漏掛、誤拆、漏拆等問題；

（9）庫區接觸網掛接地線前強制驗電，同時實現驗電過程的遠程監控；

（10）利用LED顯示裝置、警示燈、語音告警等輔助手段，對接觸網、檢修平臺作業狀態提供直觀顯示和聲光警示，確保檢修人員作業安全。

3 系統構成

3.1 系統網絡

系統可獨立應用，也可作為子系統接入車輛段運營及維修施工綜合管控系統[6]。系統網絡結構見圖1。采用分布式網絡結構，一般在DCC設系統工作站、視頻工作站、調度反饋屏、鑰匙管理機等設備；在DCC機房設網絡控制器、服務器、交換機等設備；在檢修庫、運用庫等庫區設置地線管理、防誤閉鎖、接地、攝像機、平臺門禁、帶電檢測等現場設備。系統主干網使用光纖環網，連接庫區至DCC，在庫區內的所有現場設備均通過主干網路接受DCC的操作命令。

圖1 系統網絡結構

庫區內布置Zigbee無線網絡，其結構簡單、性能可靠。操作過程中，操作人員手中的電腦鑰匙作為無線節點在網內漫游，實現操作終端與DCC間的實時信息交互，實現實時狀態查詢和實時防誤邏輯判斷，構筑全方位實時防誤網絡。庫區無線網絡結構示意見圖2。

3.2 主要構成模塊

3.2.1 接觸網帶電檢測模塊

每條掛網的股道安裝一臺接觸網帶電檢測主機。檢測主機主要作用是精確檢測接觸網電壓，通過無線通信模塊將帶電信息發送至LED顯示單元（LED顯示單元安裝在每掛網股道端部醒目位置），帶電信息可以是具體的電壓值，也可以是有電/無電信息；檢測主機還通過無線網絡與電腦鑰匙通信，實現驗電防誤一體化。

檢測主機采用鋰電池供電，壽命5～8年，方便拆卸，能夠自檢電池電壓，欠壓時能發出欠壓信號，提醒工作人員及時更換。

3.2.2 安全聯鎖模塊

安全聯鎖是系統的核心模塊，將電氣設備的操作規則轉變成計算機識別的防誤閉鎖邏輯規則，然后在相關設備上加裝各種防誤鎖具，形成閉鎖。操作前必須在防誤工作站通過模擬預演對操作步驟進行閉鎖邏輯判斷，生成實際操作票，傳給電腦鑰匙?，F場實際操作時，運行人員按照電腦鑰匙的提示依次對設備進行操作。對不符合程序的操作，設備拒絕解鎖，操作無法進行，從而防止誤操作的發生。

安全聯鎖模塊從技術上采取可靠手段，在權限管理、唯一操作權、模擬預演、邏輯判斷、設備強制閉鎖等方面進行全面、完善聯鎖管理，避免人為不確定因素，防止電氣誤操作。同時還實現對隔離刀閘的強制閉鎖和狀態采集、接地線的強制閉鎖和存取管理、掛接地線前的強制驗電、地線狀態的實時采集、地線掛拆過程的實時監控、庫內接觸網維護接地與停送電操作及檢修流程的安全聯鎖等功能。

圖2 庫區無線網絡結構示意圖

系統配置緊急解鎖鑰匙用來系統故障退出或緊急情況下的機械解鎖，并配置鑰匙管理機用來對緊急解鎖鑰匙進行有效管理。

3.2.3 接地管理模塊

接地管理適用于傳統接地線管理、手動接地柜、電動接地柜等。接地管理模塊用于對車輛段接觸網的接地工作進行規范管理和防誤閉鎖，不僅可防止接地線應用過程中的誤掛、漏掛、誤拆、漏拆問題，還可解決掛接地線前的強制驗電、地線操作過程的遠程監視、接地線實時監測跟蹤等，做到地線按章使用、規范管理、有記錄可查詢。

3.2.4 智能門控模塊

車輛段檢修庫檢修平臺進出門設置安全門控裝置，實現平臺門與檢修安全相關設備的安全聯鎖管理，接觸網帶電和未做好安全措施時，不允許作業人員刷卡開門。

系統根據當前設備狀態自動進行邏輯判斷，只有滿足上檢修平臺作業條件時才授權允許刷卡，作業人員通過刷卡可以進、出作業門。作業平臺人員數量、進出作業門刷卡時間等信息通過通信總線輸入控制室計算機進行記錄。

3.2.5 視頻聯動監護模塊

視頻聯動監護模塊由視頻服務器、視頻工作站、攝像頭等組成，同安全聯鎖模塊相結合，實現模擬聯動、操作聯動和告警聯動，通過視頻遠程實時跟蹤操作情況（如刀閘開/合到位情況），達到遠程視頻監護和安全管理的目的。

3.2.6 安全警示模塊

在采用各種技術手段確保人員及設備安全的同時，系統還設有安全警示子系統，以聲、光形式對作業人員進行安全提示，具體構成及功能如下：

（1）接觸網帶電狀態LED顯示。在庫內兩端墻上、隔離區兩端位置（視現場實際情況定），對應每股道設LED顯示屏，表示接觸網通電狀態，用于對作業人員進行安全警示，以紅色“有電”和綠色“無電”顯示接觸網是否有電。LED顯示起的作用主要是提示靠近人員相應股道接觸網是否帶電，是否有觸電危險，由于有軌電車股道較多，各專業作業人員也較多，該提示能夠非常直觀地顯示對應股道接觸網的帶電狀態。

（2）黃色閃爍警示燈。在車頂作業平臺上兩端設置安全警示用的黃色閃爍警示燈，用于警示尚滯留在作業平臺上的作業人員迅速撤離。閉合接觸網隔離開關前，警示燈自動提示直至隔離開關閉合。

（3）作業指示燈。作業指示燈設在進/出作業平臺的作業門處，紅色指示燈亮表示禁止作業人員通過作業門，同時門禁裝置電磁鎖自動鎖閉作業門；綠色指示燈亮表示允許作業人員打開作業門，門禁裝置自動解鎖作業門處的電磁鎖，作業人員通過刷卡后可以進出作業門。

（4）語音播報。庫內設置語音播報裝置，在接觸網送電前進行自動語音播報或人工喊話，提醒檢修人員撤離檢修平臺。

3.2.7 工作票/操作票模塊

人工填寫工作票/操作票的傳統開票方式存在如下問題：書寫字跡潦草不清，容易出錯重寫；審核周期過長；流程控制不嚴格；安全措施不全，操作順序無保障，靠人為控制；大量紙質工作票控制、管理、統計分析較困難。

工作票/操作票模塊將目前人工填寫紙質操作票模式轉換為開票過程電子化、流程管理網絡化的模式，提高了工作效率，實現了填寫的規范化、流程的網絡化、管理的信息化。操作票子系統還可與安全聯鎖子系統無縫結合，實現開票和安全聯鎖一體化。

3.2.8 調度反饋屏

在DCC內檢調工作位設置一面調度反饋屏，直觀顯示接觸網帶電狀態和檢修平臺工況等信息，包括檢修庫所有股道的示意圖及相關設備（如隔離刀閘、驗電點、接地點、檢修平臺門等）信息。

4 系統主要工作流程

根據段內各電化線路功能的不同，安全管控可分為列車登頂檢修安全管控、股道停/送電安全管控，具體工作流程見圖3—圖5。列車登頂檢修需要接觸網斷電后，檢修人員方可刷平臺門禁卡進入登頂檢修，檢修完成后，所有人員撤離檢修作業平臺后接觸網方可送電。

5 系統主要接口

系統主要接口設計包括與通信接口、與供電接口、與車輛段運營及維修施工綜合管控系統接口[7]。

5.1 與通信接口

（1）與通信系統的分界面。系統盡量利用車輛基地內通信光纖網絡，與通信系統的物理分界面為：設有通信機房的單體，則在光纖配線架（ODF）；沒有設通信機房的單體，則在終端盒處。現場設備到ODF或終端盒的通道、系統配置的核心交換機和服務器等均由系統負責，其余通信通道及通信設備均由通信系統負責。

圖3 列車登頂檢修安全管控總體工作流程

圖4 股道停電安全管控工作流程

（2）通信傳輸通道。系統核心交換機與運營公司局域網核心交換機通過光纖連接。車輛基地至運營公司需100 Mb/s專用通道，通信傳輸設備提供1個FE接口。

圖5 股道送電安全管控工作流程

（3）時鐘。在車輛基地信息機房由時鐘系統提供一路時鐘信號，通過時鐘系統接口箱引入系統NTP服務器。

5.2 與供電接口

供電SCADA系統向本系統提供電動隔離開關狀態信息。

（1）與供電SCADA系統的接口分界面。SCADA系統在車輛基地牽引混合變電所的控制信號屏上為本系統提供RJ45端口或485串口。

（2）由于本系統與SCADA系統不在一個網段內，因此系統在牽引混合變電所內設置通信接口服務器與SCADA系統進行數據交換。

5.3 與車輛段運營及維修施工綜合管控系統接口

系統可作為車輛基地運營及維修施工綜合管控系統（簡稱綜合管控系統）的子系統，也可通過接口向綜合管控系統提供接觸網帶電狀態、接地狀態、隔離開關開/合狀態、門禁狀態等信息。

（1）與綜合管控系統的接口分界面。在車輛基地綜合管控系統機房的核心交換機上為系統提供1個RJ45端口。

（2）由于本系統與綜合管控系統不在一個網段內，因此系統在綜合管控系統機房內設置通信接口服務器與綜合管控系統進行數據交換。

6 結束語

城軌車輛基地檢修作業安全管控系統的研發及應用，規范了安全管理工作流程，杜絕了原來工作中的安全隱患，保證了車輛基地的作業安全。系統的創新成果已經應用到多個地鐵車輛基地中，經過運營檢驗，安全管理效果良好。下一步應跟蹤現場反饋意見，對系統進行優化及升級。

[1] 張建昭．寧波地鐵車輛段檢修作業安全聯鎖管理系統[J]．電氣化鐵道，2015(2)：40-42．

[2] 張莉．數據庫設計理論在標準化檢修基地綜合管理軟件中的應用[J]．中國鐵路，2015(10)：60-62．

[3] 劉卡丁，丁烈云，鄭蘭蘭．地鐵車輛段接觸軌安全保障體系構建[J]．都市快軌交通，2011，24(5)：87-90．

[4] 關俠．城市軌道交通車輛段檢修作業安全防范技術研究[J]．科技與創新，2015(20)：139-141．

[5] 程學慶，譚一帆，賈江濤，等．動車段一體化檢修作業安全風險管理[J]．鐵道經濟研究，2015(6)：24-29．

[6] 王孔明．城市軌道交通車輛基地運營及維修施工綜合管控系統研究[R]．成都：中國中鐵二院工程集團有限責任公司，2016．

[7] 吳曉，王孔明，易立富，等．城軌交通車輛基地信息化系統接口設計指南[R]．成都：中國中鐵二院工程集團有限責任公司，2015．

陳琦：成都地鐵運營有限公司，工程師，四川?成都，?610031

王孔明：中國中鐵二院工程集團有限責任公司，高級工程?師，四川?成都，610031

高嵩：大連地鐵運營有限公司，工程師，遼寧?大連，?116000

汪崢：中國中鐵二院工程集團有限責任公司，工程師，?四川?成都，610031

范琪：中國中鐵二院工程集團有限責任公司，工程師，?四川?成都，610031

責任編輯高紅義

U279.2

A

1672-061X（2016）06-0076-05

四川省科技支撐計劃項目（2015GZ0166）；中國中鐵科技計劃項目（2015-引導-24）