市域軌道交通中的全自動運行需求

馬向東

(溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司運營分公司， 325014， 溫州∥工程師)

近年來，隨著上海軌道交通10號線實現UTO(無人值守的列車全自動運行)，以及國內首條自主化的全自動運行線路——北京燕房線的開通運營[1]，越來越多城市的建設單位認識到全自動運行技術給城市軌道交通行業(yè)所帶來的“降本增效”效應。全自動運行線路可以節(jié)省大量的運營人員，降低線路開通運營后的人力資源成本；同時，全自動運行線路通過系統(tǒng)設備來提高運營效率，可增加旅客的運送量，緩解城市軌道交通在早晚高峰期的運輸壓力。隨著全自動運行技術在城市軌道交通中的應用普及，目前國內在建和報規(guī)的全自動運行項目已超過40條線路，總里程已超過1 000 km。

為了進一步加快“城市化”的建設步伐，實現城市中心城區(qū)與外圍新城或組團城區(qū)之間的經濟共同體效應，并完善我國軌道交通運輸體系，市域軌道交通的概念應運而生。相比城市軌道交通而言，市域軌道交通具有單一線路長、站間距大、速度目標值較高、公交化運營[2]等特點，并且具備拉大城市框架、促進城區(qū)經濟發(fā)展、實現“1小時都市圈”等功能需求。

那么，市域軌道交通該如何建設，是否需要配備全自動運行系統(tǒng)，或者市域軌道交通需要配備何種自動化層級的全自動運行系統(tǒng)，成為了近年來業(yè)內專家、學者們的討論重點，也成為了市域軌道交通報規(guī)和報建的重要問題。

1 市域軌道交通的特點

1.1 工程特點

1) 線路里程長、平均站間距大[3]。市域軌道交通的單一線路建設里程約30～70 km，平均站間距約3～10 km。

2) 速度目標值和旅行速度較高。速度目標值一般為120～160 km/h，旅行速度一般不低于65 km/h。

3) 初、近期運營間隔較大。初、近期運營間隔約5～10 min，但系統(tǒng)能力一般按照2.0～2.5 min設計預留。

4) 交流牽引、電分相。部分市域軌道交通采用AC 25 000 V的交流牽引供電制式，那么必然存在電分相(即無電區(qū))。

5) 高架線和高架站占比大。市域軌道交通大多采用高架線敷設方式，車站形式以高架站為主。

1.2 建設運營成本特點

根據上述市域軌道交通的工程特點，其線路在投入運營的初、近期，一般均處于城鎮(zhèn)外擴和沿線客流培養(yǎng)階段，對于線路運營能力的需求相對較低。因此，初、近期的配屬車輛較少，段場規(guī)模較小，初始工程投資相對較低。

另外，市域軌道交通線路較長，一般延伸至遠郊，運營人員的日常通勤相對不便，人員的招聘和管理難度相對較大。因此，為了滿足正常運營需求，其相應的運營、維保人員的薪資待遇相對較高，導致人力成本上升。尤其針對三四線城市，其城市本身對于人才的吸引力較弱，往往需要提供高于當地平均薪酬待遇的薪資水平才能招聘到合適的運營、維護人員，從而導致線路開通運營之后，人力成本成為運營公司的重要開支之一。

綜上，市域軌道交通工程對于全自動運行系統(tǒng)的需求，一般在線路開通運營的初、近期，也就是在機電設備第一輪的生命周期內，其需求重點往往不在于提高線路運營能力的“增效”方面，主要在于全自動運行系統(tǒng)可以有效降低運營、維護人員的定員，從而降低人力資源開銷。

2 軌道交通自動水平等級定義

2.1 傳統(tǒng)定義

UITP(國際公共交通協(xié)會)將軌道交通列車的GoA(自動化水平)劃分為五級，常見的有GoA1—GoA4[4](如圖1所示)。其中，GoA3和GoA4為全自動運行系統(tǒng)，且均不配備專職司機；在GoA3層級下，對于關閉車門和故障情況下的運行，由多職能乘務員來操作和處理，在GoA4層級下，所有操作均由系統(tǒng)設備來完成。

注:ATPM為人工列車自動防護;STO為半自動列車運行;DTO為有人值守的列車全自動運行;UTO為無人值守列車全自動運行。

2.2 國內定義

針對國內城市軌道交通既有情況，特別是北上廣深和部分省會城市的特大客流、高密度運營需求、超短應急響應時間需求等特點，以及“傳統(tǒng)定義”在國內軌道交通運營場景中面臨的問題，中國城市軌道交通協(xié)會在IEC 62290-1—2014的基礎上提升了自動化水平等級的功能要求，提出了“GoA3+”的概念，如表1所示。

表1 國內軌道交通自動化水平等級定義表

正常運行情況下，GoA3+和GoA4并無區(qū)別，所有操作均有設備完成，只是在故障場景下人工介入處理應急響應。其功能執(zhí)行情況如表2所示。相比GoA4，在某些必須人工上車干預的故障場景下，GoA3+的應急響應時間較短，此模式更加有利于大客流、高密度的全自動運行線路工程。

表2 GOA3+與GOA4的功能執(zhí)行對照

3 市域軌道交通的全自動運行

隨著各類軌道交通自動化水平的不斷提高，以及市域軌道交通的建設運營特點，全自動運行系統(tǒng)在市域軌道交通中的應用必將成為行業(yè)趨勢。鑒于市域軌道交通的工程特點區(qū)別于傳統(tǒng)城市軌道交通，故市域軌道交通在運營初期，對于自動化等級，以及自動運行功能需求方面應適應市域工程的特殊性和市域線路的功能定位。

3.1 自動化等級方面

針對市域軌道交通線路里程長、平均站間距大等特點，意味著一旦列車故障停在區(qū)間，若車上沒有多職能乘務員，那么司機必須從就近車站趕至區(qū)間故障列車，從而導致救援時間更長。

另一方面，鑒于初、近期運營間隔較大等特點，也意味著線路上客流量不高，其故障應急響應時間可以適當延長。

地方業(yè)主應充分權衡對于人工救援時間和故障應急響應時間的承受能力，以及運營人力資源成本負擔能力，對于確定采用全自動運行系統(tǒng)的市域軌道交通項目，對其自動化水平等控制等級的建議如下：

1) 市域軌道交通的工程建設，均應按照GoA4標準執(zhí)行，設備配置按UTO模式配置。

2) 對于一二線城市，或工程沿線客流培養(yǎng)迅速的工程項目，其線路開通運營時可以采用GoA3或GoA3+的DTO運行模式，或GoA4的UTO運行模式；當機電設備性能趨于穩(wěn)定和客流增長到一定程度之后，高峰期可以采取GoA3+的DTO運行模式，平峰期和低峰期采用GoA4的UTO運行模式，從而均衡運營效率和人力資源配置。

3) 對于三四線城市，或工程沿線客流培養(yǎng)速度較慢的工程項目，其線路開通運營時，可以在運營準備充分、救援管理措施完善的前提條件下，直接采用GoA4的UTO運行模式，最大化減少運營之后的人力資源成本。

3.2 自動運行功能方面

目前，各地建設全自動運行城市軌道交通項目的各個參與方，均對全自動運行的場景分析和系統(tǒng)功能分析做了較為深入的研究，并形成了一定的結論；與此同時，中國城市軌道交通協(xié)會也即將發(fā)布《城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)》的行業(yè)規(guī)范性文件，作為工程的建設依據。

然而，市域軌道交通的工程特點區(qū)別于城市軌道交通，可以在較為成熟的城市軌道交通全自動工程運營需求(含場景分析)、功能需求、接口需求的基礎上，針對市域軌道交通的特殊性進行針對性的調整。例如：

1) 市域軌道交通以高架線路為主，平均站間距大，則既有的全自動系統(tǒng)運營場景和相關聯動功能可適當精簡，并根據高架線路的特殊性(例如跨海、跨湖、跨山谷等特殊地段)分析并制定針對性的運營保障措施、特殊故障場景的聯動功能和響應機制等。

2) 交流牽引制式的市域軌道交通工程存在“電分相”區(qū)域[5]，應針對“電分相”所帶來的正常行車和故障救援問題，增加相應的運營需求、運營場景和系統(tǒng)功能的聯動機制。

3) 市域動車組內部的系統(tǒng)配置和功能架構有別于城市軌道交通車型，為了滿足市域軌道交通的全自動運行需求，市域動車組也應根據全自動運營需求，增加相應的系統(tǒng)功能和配套設備。

4) 其他系統(tǒng)專業(yè)，例如信號、通信、綜合監(jiān)控、站臺門、FAS(火災報警系統(tǒng))/BAS(環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng))等，均應結合市域軌道交通的工程特點和全自動運營需求，做出相應的調整；并配合全套機電、車輛、土建等專業(yè)，有針對性地完善并優(yōu)化系統(tǒng)間的聯動機制和運營維護管理機制，真正實現市域軌道交通的全自動運行。

4 結語

綜上所述，隨著自動化技術的進步，市域軌道交通配置自動化運行系統(tǒng)的技術方案勢在必行。本文針對市域軌道交通工程的特殊性，結合工程自身在城市運輸系統(tǒng)中的功能定位，對其工程的自動化水平等級和特殊的運營場景給出了相關建設方案，為工程運營后期真正實現“降本增效”提出了可行性建議。