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，山东济南250033）



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，山东济南250033）

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。

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　功能定义

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。

如图1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。

图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或站台的的折返按钮来激活自动折返功能；

（3）折返功能一旦被激活，整个折返过程不需要人工参与；

（4）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。

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。

图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：

（1）列车在自动折返操作被授权的区域内停车；

（2）乘客完成换乘；

（3）列车站和屏蔽门关闭；

（4）驾驶手柄置于0位；

（5）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：

（1）司机按压驾驶台ATO按钮；

（2）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

可以有以下两种操作方式：

（1）司机留在列车内，并在自动折返过程中走到列车另一端；

（2）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，有以下两种配置：

（1）在列车到达目的站台且正确停稳后自动终止；

（2）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：

（1）列车运动过程中导致的司机受伤；

（2）列车运动过程中导致的乘客受伤；

（3）非期望的屏蔽门关门导致的乘客受伤；

（4）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，事故或危害的严酷度等级定义主要基于风险的分类和可接受性，共分为Ⅰ（特大的）、Ⅱ（重大的）、Ⅲ（次要的）、Ⅳ（轻微的）四个等级，详见表1。

表1　事故或危害的严酷度等级矩阵

等级Ⅰ特大的是指多人死亡，和/或是多人严重伤害，和/或对环境的较多损害。等级Ⅱ重大的是指一人死亡，和/或是严重伤害，和/或对环境产生明显的损害，主系统失效。等级Ⅲ次要的是指较小的伤害和/或对环境的明显影响，严重的系统损害。等级Ⅳ轻微的是指可能存在的较小的伤害，较小的系统损害。

EN50126中风险按可接受性被分为以下四类：

（1）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。

（2）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。

（3）可容忍的TO：在得到相关部门的批准后可以接受。

（4）可接受的NE：可接受。

事故频率按每小时内发生故障的列车数定义为如下六类：

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：

（1）司机下车按站台ATB按钮；

（2）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EN50126中定义的风险矩阵，风险A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。

（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。

（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ATPSIL4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。

（1）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；

（2）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EN50126中定义的风险矩阵，风险D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：

（1）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。

（2）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，同时，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。

［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.

王亚文（1984-），男，工程师，本科，主要从事铁路信号系统施工管理工作。

U231.4

A

2095-2066（2016）10-0173-02

2016-3-8