轨道交通全自动运行车辆基地功能需求探讨

■ 周永  肖衍

轨道交通全自动运行车辆基地功能需求探讨

■ 周永  肖衍

从全自动运行车辆基地需要实现的自动化作业分析入手，研究全自动运行车辆基地的功能需求，论述全自动运行车辆基地需要实现的一系列自动化作业流程，围绕自动化作业分析全自动运行车辆基地分区需求、安全防护需求、系统接口需求及调度管理需求。基于全自动运行车辆基地自动化作业特点，提出全自动运行条件下车辆检修模式的建议。

轨道交通；全自动运行；车辆基地；功能需求

0 引言

采用全自动运行技术是提高城市轨道交通运营服务水平和建设先进性的科技路线[1]。全自动运行技术的优势不仅仅在于节约人力资源成本，还能提高轨道交通系统的安全性、舒适性和运营高效性，已逐步成为国内各大城市科学发展轨道交通的一个目标[2-3]。

北京作为国内最早发展城市轨道交通的城市之一，对城市轨道交通全自动运行技术也在不断探索。2008年通车的北京轨道交通机场线就是按照全自动运行技术建设的轨道交通线路[4]。目前，城市轨道交通燕房线也将作为全自动运行示范工程进行建设。

全自动运行轨道交通的运行方式分为有人值守的自动化运行方式（DTO）和无人值守的自动化运行方式（UTO）2种[5-6]。列车在车辆基地是否采用全自动运行方式是划分自动化等级的重要功能标准之一。通过分析全自动运行方式下车辆基地需要实现的一系列自动化作业，探讨全自动运行车辆基地的功能需求。结合全自动运行车辆基地特点，提出车辆检修制度的建议。

1 全自动运行车辆基地自动化作业分析

全自动运行方式下车辆基地需要实现一系列自动化作业[7-8]。为保证自动化作业免受人为因素干扰，首先要对车辆基地进行区域划分，之后才能准确分析各项自动化作业流程。

1.1 全自动运行车辆基地区域划分

车辆基地内并非全部作业都需要实现全自动运行，如车辆各级检修需要较多人员参与的作业不宜采用全自动运行方式。对于列车出、退勤作业，洗车作业采用全自动运行方式有利于提高作业效率且有利于实现安全防护。即车辆检修作业适宜采用非全自动运行方式，车辆运用作业适宜采用全自动运行方式。根据车辆的运用检修作业特点，车辆基地至少应划分为全自动运行区、非全自动运行区2个分区，当列车需要在2个分区间交替运行时，就需要1个分区能够实现对列车2种运行模式进行转换，即运行模式转换区。

（1）全自动运行区。全自动运行区内列车运行采用全自动运行模式，包括列车收发车作业和洗车作业[9]。正常运营期间，全自动运行区域纳入控制中心管理，区域内包括车辆运行、机电设备自动化作业均由控制中心控制全自动完成，不允许人员进入该区域。全自动运行区一般包含停车列检库、洗车库。

①停车列检库：包括列检列位、停车列位。用于列车停放、列检、车内保洁等。库内可进一步划分防护分区，当某一分区需人员进入时，不至于影响整个全自动运行区，保证运营的灵活性。

②洗车库：用于列车外部的全自动清洗。

（2）非全自动运行区。非全自动运行区与人工驾驶的车辆基地基本一致。包括车辆检修区、办公生活区和公用设施区。

（3）运行模式转换区。在此区域完成车辆运行模式的转换，运行模式转换区一般设置于牵出线上。

1.2 自动化作业流程分析

明确了区域划分方案就可以进一步分析车辆基地能够实现的自动化作业内容与流程。全自动运行车辆基地除能够实现列车全自动出、退勤作业，洗车作业外，还应能实现部分全自动调车作业。在列车动态调试作业中还能够实现列车全自动运行的一系列测试。

1.2.1 列车全自动出勤作业

全线具备运营条件后，由行车综合自动化系统（TIAS）根据列车日志运行图进行列车派班，开始列车出勤作业。主要作业内容：

（1）门禁系统、信号系统检测接受派班任务的车辆所在区域内是否有人员作业或是否区域锁定；

（2）中心调度员通过视频监控查看库内情况，然后由人工远程控制开启车库对应大门、送电；

（3）列车唤醒，并进行静态与动态自检；

（4）车辆位置检测，调整车辆位置至零里程。

1.2.2 列车自动退勤作业

列车完成运营任务后，到达最后一站进行清客，准备退出运营回段。主要作业内容：

（1）列车清客后，自动以全自动运行模式运行至车辆段出入线停车轨，TIAS根据车辆段派班表自动分配车组号；

（2）接受车辆段车组号，判断列车是否需要清洗，然后转换为限速20 km/h的全自动运行模式运行，进入车辆段停车列位或洗车线，列车入库时限速3 km/h；

（3）停车完毕后上传列车运行状态数据至车辆段控制中心完成退勤技术交接；

（4）列车完成退勤作业，进入休眠状态。

1.2.3 调车作业

调车作业包括在全自动运行区域内的调车作业、全自动运行区域与非全自动运行区域间的调车作业。主要作业内容：

（1）列车在全自动运行区域内的调车可全自动完成；

（2）全自动运行区向非全自动运行区调车作业分为两大步骤，首先由TIAS控制列车自动运行至运行模式转换区（一般为牵出线），然后再由调车机车将列车调至非全自动运行区的目的地；

（3）非全自动运行区向全自动运行区调车作业，首先由调车机车将列车调至运行模式转换区，然后由TIAS控制列车自动运行至自动运行区的目的地。

1.2.4 全自动洗车作业

全自动运行系统应可根据事先设定的洗车间隔要求，提醒调度人员安排列车进行洗车作业。中心调度员也可按洗车间隔要求将洗车作业设定于时刻表中，适时自动完成洗车作业。洗车作业流程：

（1）TIAS或调度员向洗车机发送洗车请求，待洗车机反馈允许状态；

（2）洗车机状态为允许洗车时，TIAS或调度员为待洗列车设定头码，TIAS自动办理至洗车线进路；

（3）列车根据移动授权运行至洗车库前停车；

（4）车载信号向洗车机发送洗车指令；

（5）信号车载设备向车辆TCMS发送网络洗车模式，信号发牵引命令，车辆控制列车恒速运行（车速3～ 5 km/h），停车时信号发出制动指令；

（6）洗车过程中收到洗车机停机或故障信息，信号施加紧急制动命令；

（7）洗车完成列车到达指定位置后，信号车载设备向车辆发送洗车结束命令。

1.2.5 试车作业

全自动运行车辆基地试车作业应能够完成以下试验内容：

（1）车地通信；

（2）速度轨迹的确定与校准；

（3）ATP制动与牵引控制；

（4）ATO控制的精度测试与校准；

（5）全自动运行测试（列车休眠、唤醒、对位停车、自动开门关门、列车自动换端等）。

2 安全防护功能需求

全自动运行区列车的运行由信号系统控制完成，需要采取一系列安全防护措施保障行车安全[10]。全自动运行区是车辆基地内相对独立的分区，正常运营期间不允许人员进入。为避免人员擅自进入而影响自动化作业，该分区与外界需采取物理隔离。一方面，全自动运行区域与非全自动运行区域之间需要考虑隔离与安全防护措施，正常运营期间禁止人员进入，并设置可靠的安全联锁装置；另一方面，全自动运行区域内部需要进一步划分防护分区，减小报警事件影响范围。

2.1 全自动运行区与非全自动运行区间的防护

全自动运行区域与非全自动运行区域设置围栏隔离，通道处设置门禁，信号分区入口处设置信号锁定按钮。特殊情况下，如全自动运行区域发生火灾消防车等必需进入时，由安全员刷卡激活门禁或由车辆基地控制室紧急触发激活门禁，同时人工按下信号锁定按钮，信号系统自动对影响区域进路锁闭，禁止该分区的列车移动。

2.2 全自动运行区内设施安全防护

全自动运行区内设施包括停车列检库和洗车库。

（1）停车列检库（见图1）。为方便管理，停车列检库应设置若干防护区，工作人员必须通过库内横向地沟才可进入防护区。从地沟通往该区域的出口设置门禁，人员需进入区域时，必须先取得行车调度与电力调度的许可。行车调度将该分区信号锁闭、电力调度切断该分区牵引供电并进行确认后门禁才能被激活打开。人员进入分区时需按下信号锁定按钮，锁闭该区域信号。被信号锁闭的区域禁止列车移动，该分区也不能接、发车或调车。信号系统应为各防护区建立相应逻辑关系，并提供隔离功能设计，当某分区误报警时可暂将该分区从系统中隔离，由安全员确认并恢复误报后再将分区开放。被隔离防护区不应影响系统其他区域的正常运行。停车列检库大门应设置为自动门，与信号系统联锁，大门所在线路列车进路开放时，大门应由车辆段行车调度触发远程控制按键开启或由系统自动触发开启。

（2）洗车库。洗车库包括洗车主库、设备辅助间和控制室。由TIAS控制实现全自动洗车，洗车库控制室无人值守。洗车设备应提供远程急停控制功能，控制终端设置于非全自动运行区，同时应设置视频监控，对洗车机工作状态实时监控。洗车库大门应设置为自动门，与信号系统联锁，大门所在线路列车进路开放时，大门应由车辆段行车调度触发远程控制按键开启或由系统自动触发开启。

3 系统接口需求

为实现车辆基地的一系列自动化作业，对供电、通信、信号、行车自动化、门禁等专业提出了以下接口需求。

图1 停车列检库分区示意图

（1）供电系统接口。工艺专业根据功能要求提出电化范围要求及全自动运行区各防护分区划分要求；供电专业实现电化及电化分区，并为各列位设置独立的隔离开关。

（2）通信系统接口。全自动运行区的通信系统与信号系统、火灾报警系统、门禁系统接口，为车辆基地全自动运行区域设置具有与行车联动的广播及视频监控系统。根据车辆基地岗位及功能设置电话系统。

（3）信号系统接口。信号系统根据车辆基地分区要求，分区建立逻辑防护，并能够实现分区域锁闭。信号系统与列车自动清洗机接口，车辆基地列车自动清洗机供货商向信号供货商提供洗车流程及车速要求，通过硬线接口实现信号对洗车机的启动控制及洗车机向信号系统的反馈。信号系统为每个信号分区设置锁闭按钮，人员需要进入时按下锁闭按钮，将分区进路锁闭。当场区作业涉及多个防护分区时，需按下多个锁闭按钮。

（4）行车自动化系统接口。行车自动化系统与车辆基地通信、信号、视频监控、火灾报警等系统接口，实现各系统的联动。

（5）门禁系统接口。工艺专业提出门禁布点方案、土建要求、管理要求；门禁系统根据工艺专业需求设置门禁，进入全自动运行区域的门禁受车辆段调度员管理，进入相应全自动运行区需得到调度员的授权。

4 调度管理需求

对于全自动运行车辆基地调度部分功能需要由系统自动完成，并按照全自动与非全自动作业进一步划分。部分调度计划由系统生成。因此，全自动运行车辆基地调度作业内容和调度职能[11]与人工驾驶车辆基地相比均发生了改变[12]。

全自动运行车辆基地调度完成的作业内容：

（1）车辆运用调度。承担段内列车日常运用调度作业，含每日列检、月检、洗车等车辆运用作业调度。运用列车调配、列车派班、洗车等作业由系统自动生成列车时刻表，运用调度只负责确认。

（2）车辆检修调度。承担段内列车检修作业调度，检修计划由系统根据自动统计的列车里程自动生成，并通知检修调度，检修调度据此安排相关修程检修作业及静调、试车作业，另外根据系统报警对退出运营的列车进行临修作业的调度。

（3）车场行车调度。承担段内非全自动运行区所有列车、轨道车和调机等工程车进路排列（含股道、道岔等），为车辆基地安全作业提供基本保证；调车至转换区及接收来自转换区的列车并安排径路。当调度权限下放至车辆基地时，负责全段内的行车进路。

（4）车场防灾调度。承担段内防灾报警及灾害状态下救援的统一协调指挥工作。全自动运行区域防灾报警由综合监控系统发出，防灾调度进行确认和紧急处理。

（5）全自动运行车辆基地调度管理流程（见图2）。全自动运行车辆基地的全自动运行区域调度管理由ATS系统完成。

图2 全自动运行车辆段调度管理流程

5 结束语

全自动运行模式延伸至车辆基地是实现最高等级全自动运行的关键认定标准之一，也是实现全自动运行诸多优势的重要方面。车辆基地是一个系统工程，涉及专业较多，接口相对复杂，如何协调一致的实现一系列自动化作业，需要一个统一的顶层功能目标。通过分析全自动运行方式下车辆基地需要实现的一系列自动化作业，探讨全自动运行车辆基地的功能需求，为全自动运行车辆基地的设计提供顶层目标和总体思路。

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周永：北京市市政工程设计研究总院有限公司，工程 师，北京，100082

肖衍：北京市轨道交通设计研究院有限公司，高级工 程师，北京，100068

责任编辑高红义

U279.1

A

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北京市科学技术委员会2014年科技计划项目（D141100000814003）