城市轨道交通自动折返方式研究

王亚文

中国铁路通信信号上海工程局集团有限公司济南分公司 200331

摘要：随着国内轨道交通的发展，对运营效率的要求越来越高。其中折返效率又是影响整个线路运营效率的关键因素之一。因此为了提高折返线的效率，满足运营需求，信号系统开发了一种基于CBTC运营模式下的新的折返功能-自动折返。本文就针对自动折返进行初步讨论，对功能需求，安全要求等提出解决方案。

关键词：轨道交通；效率；自动折返；安全；安全分析

引言

目前，国内各城市轨道交通的发展日新月异，同时，对运营效率的要求也越来越高。而在整个地铁线路的运营过程中，折返效率又是影响整个线路运行效率的一个重要环节。对此，一方面，在线路设计时，需要尽可能对折返线的配线设计的更合理；另一方面，从信号系统来说，也对折返功能进行尽可能地优化，并开发新的功能以满足要求。自动折返—一种新的折返方式便是为此而开发设计的，并已在部分开通线路中得到推广应用，对提高运营效率效果显著。

1功能定義

自动折返（Auto Turn Back）：指CBTC列车在折返过程中无需司机操作的情况下，由预定的自动折返区域自动由牵入进路进入折返线，自动完成驾驶室转换后，再由牵出进路自动到达预定目的地的过程。

如下图所示，CBTC列车在S站上行站台的自动折返区域（红色部分），经进路S3-S1自动到达折返轨G1，自动完成驾驶室转换后，经进路X1-X2自动达到下行站台。

Figure 1 自动折返

2 功能需求

为实现自动折返，有以下功能要求：

1.只有在特定的区域才允许司机选择自动折返功能（并自动给出灯提示），如图1中上行站台的红色区域；

2.司机通过操作司机台的折返按钮来激活自动折返功能；或，

3.司机通过操作站台的折返按钮来激活自动折返功能；

4.折返功能一旦被激活，整个折返过程不需要人工参与；

5.自动折返功能需为安全功能；

3 实现方式

图2和图3分别是司机台和站台折返按钮电路原理图：

Figure 2 司机台自动折返按钮原理图

注1：司控器钥匙关闭，即不选择驾驶室；

注2：将驾驶手柄放于零位；

Figure 3 站台自动折返按钮设置及信息传递方式

基于以上原理图，可以总结出软件功能/操作流程如下：

ATB 操作过程：

第一步 ATB模式选择

当以下条件具备时，信号系统ATB模式可用：

>列车在自动折返操作被授权的区域内停车

>乘客完成换乘

>列车站和屏蔽门关闭

>驾驶手柄置于0位

>关闭司机台钥匙

然后进入ATB运行，有两种方式可以激活ATB运行

>司机按压驾驶台ATO按钮，或

>按压站台ATB按钮

第二步 列车运行至折返区域

列车自动运行至折返区域并完成换端操作。

第三步 列车运行至目的站台

可以有以下几种操作方式：

>司机留在列车内，并在自动折返过程中走到列车另一端；或，

>司机等在目的站台，并在列车停稳后上车。

ATB模式自动完成（终止）的方式，有以下几种配置：

>在列车到达目的站台且正确停稳后自动终止，或

>当有司机台钥匙激活命令时（司机留在车内的情况）

4 安全要求

4.1 风险定义

因自动折返功能涉及乘客和司机的人身安全，所以以下安全风险需要考虑：

A.列车运动过程中导致的司机受伤；

B.列车运动过程中导致的乘客受伤；

C.非期望的屏蔽门关门导致的乘客受伤；

D.自动折返过程中列车故障后的救援；

4.2 风险矩阵定义

安全分析参考EN50126中定义的风险矩阵，风险的分类和可接受性主要基于以下定义：

事故或危害的严酷度等级（I 至IV），如表1中定义。

表1 风险分类及可接受度

风险接受矩阵

事故频率等级 事故严酷度等级

I特大的 II重大的 III次要的 IV轻微的

A 频繁的 IN IN IN UN

B 经常的 IN IN UN TO

C 有时的 IN UN UN TO

D 很少的 UN UN TO NE

E 极少的 TO TO NE NE

F 几乎不可能的 NE NE NE NE

风险被分类为：

风险等级 定义

不可接受的IN 从安全观点来看风险是不可接受的，应该拒绝且消除。

应避免的UN 应采取风险降低措施，以使风险达到可接受水平。

可容忍的TO 在得到相关部门的批准后可以接受

可接受的NE 可接受

表 2：风险可接受性

事故频率（A～F）定义如下：

事故频率

（列车/小时） 10-3 ≤f 10-5 ≤f< 10-3 10-7 ≤f< 10-5 10-8 ≤f< 10-7 10-9 ≤f< 10-8 f< 10-9

A B C D E F

表3 严酷度等级定义

类别 定义

I 特大 多人死亡，和/或是多人严重伤害，和/或对环境的较多损害.

II 重大 一人死亡，和/或是严重伤害，和/或对环境产生明显的损害。主系统失效.

III 次要 较小的伤害和/或对环境的明显影响。严重的系统损害。

IV 轻微 可能存在的较小的伤害。较小的系统损害。

4.3 安全分析

4.3.1 风险A：列车运动过程中导致的司机受伤

发生这种有以下几种情形：

-司机下车按站台ATB按钮

-一个司机下车按站台ATB按钮时，另一个司机上车

风险评估：

根据表3，严酷度等级定义为“重大”，且考虑到ATO软件失效的概率为10E-5，所以由表1可得出，该风险为不可接受。

因此，必须有消除风险的措施。

消除风险措施：

1 在自动折返区域设置一个安全区域，该区域平时为非激活状态，在非激活状态下如果有列车移动，ATC将产生紧急停车。

只有当司机台ATB模式选中（这时司机在车上），或站台ATB按钮按下时（司机已下车），安全区域才为激活状态，可消除司机由于上下车过程中列车移动使司机受伤的风险。或，

2 将司机室门串入列车门关且锁闭状态中。这样，当司机门未关闭是时，列车不会移动。或，

3 司机下车时将驾驶手柄置于快速制动位。

4.3.2 风险B：列车运动过程中导致的乘客受伤

由于乘客上下车过程中，列车门处于打开状态，且该安全输入由ATP SIL4级功能处理，所以该风险可以消除。

4.3.3 风险C：非期望的屏蔽门关门导致的乘客受伤

列车开关门方式与车辆有关，如有的车辆在司机激活驾驶室且完成自动折返后，会自动关门。

开关门操作方式一般有三种：自动，半自动，人工。

如果选择了自动或半自动方式，列车将在到达目的站台后自动打开车门；

如果选择了人工模式，列车在到达目的站台后，司机需进入司机室打开列车门。

只要司机不激活驾驶室，车门就不会关闭。根据车辆的不同，列车门可能存在司机激活驾驶室后，列车门非期望关闭的情况。

因此，在自动折返模式下，建议采用人工开关门模式。也可根据车辆的配置考虑是否采用。

4.3.4 风险D：自动折返过程中列车故障后的救援

如列车在运行过程中故障停车，这时需要维护人员对列车进行维修。假设在维护人员进入轨道或靠近列车后，故障消除，这时处于ATB模式的列车会自动发车。

风险评估：

根据表 1：风险分类及可接受度，对应分类为C/I，不可接受。必须消除该风险。

消除风险措施：

可以有以下几种方式消除风险：

-，通过站台紧急停车按钮。因为一般站台紧急停车只是针对站台区域，如通过该方案实现，则防护区域需要延长到整个ATB折返区域。如下图红色区域所示。

二，封锁。基于信号系统可提供区段封锁，道岔封锁或信号机封锁，如发生列车故障，可以设置封锁，这样列车将无法再移动。

信号机封锁-信号机变为禁止状态并且进路不能建立；

道岔封锁-信号机变为禁止状态并且进路不能建立且列车无法获得移动授权；

区段封锁-信号机变为禁止状态并且进路不能建立且列车无法获得移动授权；

通过设置封锁可以防止ATB模式的列车移动，可以防止其它CBTC列车进入ATB区域同时可以防止后备车或人工车进入ATB区域。

5 总结

本文给出了自动折返方案的硬件电路设计，软件功能需求以及具体实现中应该重点考虑的安全需求。通过安全分析，总结出了风险消除的措施。

同時，也对自动折返的操作流程给出了规定。

通过以上分析可以看出，自动折返既可以实现在驾驶室有人操作，可以在驾驶室没有司机的情况下通过站台折返换钮操作激活模式，系统自动完成换端并自动到达预定站台，在实现了文中提出的安全要求的前提下，较之其它折返方式，更高效，更省时，能有效地提高运营效率。

参考文献：

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

[2] 城市轨道交通CBTC信号系统行业技术规范——需求规范，2013