城市軌道交通自動折返方式研究

王亞文（中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司濟南分公司，山東濟南250033）

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城市軌道交通自動折返方式研究

王亞文（中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司濟南分公司，山東濟南250033）

隨著國內軌道交通的發展，對運營效率的要求越來越高。其中，折返效率又是影響整個線路運營效率的關鍵因素之一。因此，為了提高折返線的效率，滿足運營需求，信號系統開發了一種基于CBTC運營模式下的新的折返功能－自動折返。本文就針對自動折返進行初步討論，對功能需求，安全要求等提出解決方案。

軌道交通；效率；自動折返；安全；安全分析

引言

目前，國內各城市軌道交通的發展日新月異，同時，對運營效率的要求也越來越高。而在整個地鐵線路的運營過程中，折返效率又是影響整個線路運行效率的一個重要環節。對此，一方面，在線路設計時，需要盡可能對折返線的配線設計的更合理；另一方面，從信號系統來說，也對折返功能進行盡可能地優化，并開發新的功能以滿足要求。自動折返—一種新的折返方式便是為此而開發設計的，并已在部分開通線路中得到推廣應用，對提高運營效率效果顯著。

1　功能定義

自動折返（Auto Turn Back）：指CBTC列車在折返過程中無需司機操作的情況下，由預定的自動折返區域自動由牽入進路進入折返線，自動完成駕駛室轉換后，再由牽出進路自動到達預定目的地的過程。

如圖1所示，CBTC列車在S站上行站臺的自動折返區域（紅色部分），經進路S3-S1自動到達折返軌 G1，自動完成駕駛室轉換后，經進路X1-X2自動達到下行站臺。

圖1　自動折返

2　功能需求

為實現自動折返，有以下功能要求：

（1）只有在特定的區域才允許司機選擇自動折返功能（并自動給出燈提示），如圖1中上行站臺的紅色區域；

（2）司機通過操作司機臺或站臺的的折返按鈕來激活自動折返功能；

（3）折返功能一旦被激活，整個折返過程不需要人工參與；

（4）自動折返功能需為安全功能。

3　實現方式

圖2和圖3分別是司機臺和站臺折返按鈕電路原理圖。

注1：司控器鑰匙關閉，即不選擇駕駛室；注2：將駕駛手柄放于零位。

圖3　站臺自動折返按鈕設置及信息傳遞方式

基于以上原理圖，可以總結出軟件功能/操作流程如下：

ATB操作過程：

第一步ATB模式選擇

當以下條件具備時，信號系統ATB模式可用：

（1）列車在自動折返操作被授權的區域內停車；

（2）乘客完成換乘；

（3）列車站和屏蔽門關閉；

（4）駕駛手柄置于0位；

（5）關閉司機臺鑰匙。

然后進入ATB運行，有兩種方式可以激活ATB運行：

（1）司機按壓駕駛臺ATO按鈕；

（2）按壓站臺ATB按鈕。

第二步列車運行至折返區域

列車自動運行至折返區域并完成換端操作。

第三步列車運行至目的站臺

可以有以下兩種操作方式：

（1）司機留在列車內，并在自動折返過程中走到列車另一端；

（2）司機等在目的站臺，并在列車停穩后上車。

ATB模式自動完成（終止）的方式，有以下兩種配置：

（1）在列車到達目的站臺且正確停穩后自動終止；

（2）當有司機臺鑰匙激活命令時（司機留在車內的情況）。

4　安全要求

4.1風險定義

因自動折返功能涉及乘客和司機的人身安全，所以以下安全風險需要考慮：

（1）列車運動過程中導致的司機受傷；

（2）列車運動過程中導致的乘客受傷；

（3）非期望的屏蔽門關門導致的乘客受傷；

（4）自動折返過程中列車故障后的救援。

4.2風險矩陣定義

安全分析參考EN50126中定義的風險矩陣，事故或危害的嚴酷度等級定義主要基于風險的分類和可接受性，共分為Ⅰ（特大的）、Ⅱ（重大的）、Ⅲ（次要的）、Ⅳ（輕微的）四個等級，詳見表1。

表1　事故或危害的嚴酷度等級矩陣

等級Ⅰ特大的是指多人死亡，和/或是多人嚴重傷害，和/或對環境的較多損害。等級Ⅱ重大的是指一人死亡，和/或是嚴重傷害，和/或對環境產生明顯的損害，主系統失效。等級Ⅲ次要的是指較小的傷害和/或對環境的明顯影響，嚴重的系統損害。等級Ⅳ輕微的是指可能存在的較小的傷害，較小的系統損害。

EN50126中風險按可接受性被分為以下四類：

（1）不可接受的IN：從安全觀點來看風險是不可接受的，應該拒絕且消除。

（2）應避免的UN：應采取風險降低措施，以使風險達到可接受水平。

（3）可容忍的TO：在得到相關部門的批準后可以接受。

（4）可接受的NE：可接受。

事故頻率按每小時內發生故障的列車數定義為如下六類：

A（10-3≤f）、B（10-5≤f＜10-3）、C（10-7≤f＜10-5）、D（10-8≤f＜10-7）、E（10-9≤f＜10-8）、F（f＜10-9）。

4.3安全分析

4.3.1風險A：列車運動過程中導致的司機受傷

發生這種有以下幾種情形：

（1）司機下車按站臺ATB按鈕；

（2）一個司機下車按站臺ATB按鈕時，另一個司機上車。風險評估：

根據EN50126中定義的風險矩陣，風險A嚴酷度等級定義為“重大”，且考慮到ATO軟件失效的概率為10E-5，所以該風險為不可接受。因此，必須有消除風險的措施。

消除風險措施：

（1）在自動折返區域設置一個安全區域，該區域平時為非激活狀態，在非激活狀態下如果有列車移動，ATC將產生緊急停車。只有當司機臺ATB模式選中（這時司機在車上），或站臺ATB按鈕按下時（司機已下車），安全區域才為激活狀態，可消除司機由于上下車過程中列車移動使司機受傷的風險。

（2）將司機室門串入列車門關且鎖閉狀態中，這樣，當司機門未關閉是時，列車不會移動。

（3）司機下車時將駕駛手柄置于快速制動位。

4.3.2風險B：列車運動過程中導致的乘客受傷

由于乘客上下車過程中，列車門處于打開狀態，且該安全輸入由ATPSIL4級功能處理，所以該風險可以消除。

4.3.3風險C：非期望的屏蔽門關門導致的乘客受傷

列車開關門方式與車輛有關，如有的車輛在司機激活駕駛室且完成自動折返后，會自動關門。

開關門操作方式一般有三種：自動、半自動、人工。

（1）如果選擇了自動或半自動方式，列車將在到達目的站臺后自動打開車門；

（2）如果選擇了人工模式，列車在到達目的站臺后，司機需進入司機室打開列車門。

只要司機不激活駕駛室，車門就不會關閉。根據車輛的不同，列車門可能存在司機激活駕駛室后，列車門非期望關閉的情況。因此，在自動折返模式下，建議采用人工開關門模式。也可根據車輛的配置考慮是否采用。

4.3.4風險D：自動折返過程中列車故障后的救援

如列車在運行過程中故障停車，這時需要維護人員對列車進行維修。假設在維護人員進入軌道或靠近列車后，故障消除，這時處于ATB模式的列車會自動發車。

風險評估：

根據EN50126中定義的風險矩陣，風險D分類及可接受度，對應分類為C/I，不可接受，必須消除該風險。

消除風險措施：

可以有以下幾種方式消除風險：

（1）通過站臺緊急停車按鈕。因為一般站臺緊急停車只是針對站臺區域，如通過該方案實現，則防護區域需要延長到整個ATB折返區域。

（2）封鎖?；谛盘栂到y可提供區段封鎖，道岔封鎖或信號機封鎖，如發生列車故障，可以設置封鎖，這樣列車將無法再移動。

信號機封鎖－信號機變為禁止狀態并且進路不能建立；道岔封鎖－信號機變為禁止狀態并且進路不能建立且列車無法獲得移動授權；

區段封鎖－信號機變為禁止狀態并且進路不能建立且列車無法獲得移動授權；

通過設置封鎖可以防止ATB模式的列車移動，可以防止其它CBTC列車進入ATB區域同時可以防止后備車或人工車進入ATB區域。

5　總結

本文給出了自動折返方案的硬件電路設計，軟件功能需求以及具體實現中應該重點考慮的安全需求。通過安全分析，總結出了風險消除的措施，同時，也對自動折返的操作流程給出了規定。

通過以上分析可以看出，自動折返既可以實現在駕駛室有人操作，可以在駕駛室沒有司機的情況下通過站臺折返換鈕操作激活模式，系統自動完成換端并自動到達預定站臺，在實現了文中提出的安全要求的前提下，較之其它折返方式，更高效，更省時，能有效地提高運營效率。

［1］Railway applications－The specification and demonstration of Reliability，Availability，Maintainability and Safety（RAMS），EN 50126-1999.

［2］《城市軌道交通CBTC信號系統行業技術規范-需求規范》.2013.

王亞文（1984-），男，工程師，本科，主要從事鐵路信號系統施工管理工作。

U231.4

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2095-2066（2016）10-0173-02

2016-3-8