全自动运行地铁车辆段总平面布局研究

韩秀辉

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300308）

1 全自动运行系统发展概况

全自动运行（Fully Automatic Operation，FAO）系统是基于现代计算机、通信、控制和系统集成等技术，实现列车运行全过程自动化的新一代城市轨道交通系统[1-2]。最高等级的全自动运行是指车上没有司机和乘务，车站没有站务人员，车辆能实现全过程自动运行，包括自动实现休眠、唤醒、准备、运行、停车、开关车门以及洗车等工作，尤其在故障情况下能实现自检和恢复功能[3]。

FAO系统具有优化人力资源配置、节能减排、提高运营组织灵活性等优点，最大特点是加强了系统的安全性、可靠性和可维修性，提高了轨道交通系统整体的自动化水平。FAO系统发展时间轴见图1。

图1 FAO系统发展时间轴

国际公共交通协会将列车运行的自动化等级（GoA）划分为5级[4]（见图2）。GoA3级和GoA4级统称为FAO，即正常运营情况下，由自动化设备取代司机控制全自动运行列车在全线运行。全自动运行的自动化等级是向下兼容的，目前我国大多数地铁线路等级为GoA2。

据国际公共交通协会预测，未来全球城市轨道交通75%新线将采用全自动运行，40%的既有线路将改建为全自动运行线路[5-6]，我国除北京、上海、香港外，还有十几个城市在研究应用全自动运行技术。车辆段是城市轨道交通中列车检修、日常维护及保养的作业场地，是地铁系统实现全自动运行的重要组成部分。全自动运行地铁线路能够将正线对列车的运营控制权延伸至车辆段全自动运行区域，因此车辆段既要满足常规车辆段的一般要求，还需满足自动洗车、自动唤醒待班列车、启动列车并自动运行至正线等全自动运行新要求[7-8]。随着地铁运能需求的增加及全自动运行技术的快速发展，常规车辆段收发车能力已难以满足实际运营需求，研究全自动运行车辆段具有重要意义。在此，以哈尔滨地铁2、3号线工程为例，研究全自动运行车辆段总平面布局设计方案。

2 全自动运行车辆段总平面布局规划原则

采用全自动运行的车辆段在满足常规车辆段总平面布局原则的基础上，为提高作业效率、保障车辆运行安全和人员作业安全、方便生产及运营管理，还需进行全自动运行区和非全自动运行区的划分，同时增设信号转换区段（1列车长+信号安全距离）[9]，以便实现列车运行模式的转换。通常将规律性和周期性作业、人员参与作业少的区域划为全自动运行区[10]，车辆在全自动运行区内，可实现自动休眠、唤醒、准备、自检、运行、停车、洗车等作业，故考虑将停车列检库、洗车库、牵出线、出入段线等纳入全自动运行区。将必须依靠专业检修人员和工装设备才能完成作业任务的区域划为非全自动运行区[10]，故考虑将检修库、镟轮库、工程车库等纳入非全自动运行区。周月检库及试车线可综合考虑场区条件及运营需求等划分至全自动运行区或非全自动运行区。在全自动运行区周边设置围蔽设施进行隔离，并在出入口位置设置门禁系统，以保证安全并避免其与非全自动运行区之间作业干扰，人员或车辆经授权后方能通过门禁系统。

图2 GoA等级划分

针对全自动运行系统对车辆段场区布置提出的新需求，分别就尽端横列式和顺接纵列式2种典型车辆段总平面布局形式进行探讨。

3 总平面布局研究

3.1 尽端横列式

根据哈尔滨地铁2号线哈北车辆段的地形条件、用地范围以及边界条件，设计总平面布局方案见图3。车辆段整体呈南北向布置，由北至南分别为洗车库、停车列检库、联合检修库、调机及工程车库、试车线等，洗车库、停车列检库、联合检修库采用尽端横列式布置在场区西侧，镟轮库平行布置于出段线南侧与停车列检库和联合检修库倒装布置，试车线紧邻南侧用地界。

全自动运行区包括：停车列检线、洗车线、出入段线及其两侧的2条牵出线，北侧牵出线用于洗车后牵出，南侧牵出线用于检修后列车返回至全自动运行区的牵出。非全自动运行区包括：镟轮线、吹扫线、静调线、定临修线、周月检线、调机及工程车线、平板车存放线及材料装卸线、试车线及联络线。2区独立设置站场隔离设施，相互之间界限分明。信号转换区段设于出段线与检修岔群之间，列车由全自动运行区运行至非全自动运行区时，在该区段上完成信号控制模式转换。转换区段与非全自动运行区各股道直接连通。采用全自动运行系统后，车辆运用整备作业和检修作业流程将区别于常规流程。

图3 哈北车辆段总平面布局方案

（1）车辆运用整备作业流程（见图4）。全自动运行列车入段后，直接进入洗车线（若需洗刷）。完成洗刷作业后，通过牵出线进入停车列检库或驶入信号转换区段，运行模式转换为非全自动运行模式后，司机通过信号转换区段旁的登车平台上车，驾驶列车进入双周三月检库进行作业。列车在双周三月检完毕后，由司机驾驶进入信号转换区段，司机下车，列车运行模式转换为全自动运行模式，按行车组织运行至停车列检库整备待班。

图4 车辆运用整备作业流程

图5 车辆检修作业流程（尽端横列式）

（2）车辆检修作业流程（见图5）。全自动运行列车入段后，运行至信号转换区段，列车运行模式转换为非全自动运行模式，司机通过信号转换区段旁的登车平台上车，按照车辆检修计划，将列车开行至镟轮库完成镟轮作业，或用调机将列车送入联合检修库，进行除尘、检修、静调，最后进入试车线进行动调作业。动调完毕后，列车运行至信号转换区段，司机下车，列车运行模式转换为全自动运行模式，进入停车列检库待班。

3.2 顺接纵列式

哈尔滨地铁3号线安通街车辆段的停车列检库及停车库与检修库为顺接纵列式布置，其总平面布局方案见图6。车辆段整体呈东西向布置，东侧由北至南分别为周月检及工程车库、停车列检库、停车库、洗车库，西侧由北至南分别为检修库、镟轮库，试车线紧邻北侧用地界。

图6 安通街车辆段总平面布局方案

全自动运行区包括：停车列检线、停车线、洗车线、出入段线及其入段线南侧的洗车牵出线。非全自动运行区包括：镟轮线、吹扫线、静调线、定临修线、大架修线、双周三月检线、调机及工程车线、平板车停放线、待修车和修竣车存放线、材料装卸线、试车线及试车线联络线、检修联络线（位于转换区段北侧）。2区独立设置站场隔离设施，相互之间界限分明。车辆段设信号转换区段共2处，分别位于出段线与周月检及工程车库岔群之间（转换区段1）、出段线与检修岔群之间（转换区段2），列车由全自动运行区运行至非全自动运行区时，在该区段上完成信号控制模式转换。转换区段与非全自动运行区各股道直接连通。车辆运用整备作业和检修作业流程如下：

（1）车辆运用整备作业流程。运行模式转换利用出段线与周月检及工程车库岔群之间的信号转换区段（转换区段1），作业流程与2号线车辆段一致。

（2）车辆检修作业流程（见图7）。全自动运行列车入段后，运行至信号转换区段2，列车运行模式转换为非全自动运行模式，司机通过信号转换区段旁的登车平台上车，按照车辆检修计划，将列车开行至镟轮库完成镟轮作业，或用调机将列车送入检修库，进行除尘、检修、静调，然后通过转换区段北侧的检修联络线，进入试车线进行动调作业。动调完毕后，列车运行至信号转换区段1，司机下车，列车运行模式转换为全自动运行模式，进入停车列检库待班。

4 车辆段其他变化

全自动运行车辆段与常规车辆段相比，除总平面布局及列车作业流程不同外，还有如下其他变化：

（1）停车列检库加长。常规车辆段停车列检库在人工驾驶情况下无需考虑自动运行信号防护距离。采用全自动运行系统后，地铁列车采用全自动启停车，两车之间以及车与车挡之间需考虑安全防护距离及相关测试要求距离，库长需增加。如哈北车辆段停车列检库原库长276 m，采用全自动运行系统后，综合考虑信号防护距离、节省冬季大库采暖费用等后，库长调整为283 m。

图7 车辆检修作业流程（顺接纵列式）

（2）停车列检库库内划分若干个防护分区。为提高检修效率，降低故障处理影响范围，将停车列检库划分成若干个独立分区并用隔离网进行隔离，库宽加大（见图8）。

（3）停车列检库内增设地下通道及防护分区门禁。采用全自动运行后，车辆在无司机监控的情况下自动进出库，为保证库内检修人员作业安全，工作人员到达防护分区需通过新增的库内地下通道和门禁（见图9、图10），通道入口位置与辅跨内调度派班室位置相对应，门禁系统与信号、车辆控制系统联锁。

（4）洗车机增加与信号系统接口。洗车库作为正线的沿伸纳入全自动运行区，列车运行状态不受司机控制，故增加洗车机与信号的联锁，以便控制列车在准确的位置启停，从而完成列车外部清洗[11]。

（5）全自动运行区电动库门增加与信号联锁接口。原车辆段采用非全自动运行方式，列车受司机操控，司机通过目视可直接判断各库门是否开启以及开启到位，若库门未完全打开，司机可及时控制列车停车。车辆段采用全自动运行系统后，在全自动运行区列车运行状态不受司机控制，需信号系统采集库门的开闭状态信息后，判断列车进路是否安全，再控制列车启停，库门需增加与信号的联锁接口。

图8 防护分区示意图

图9 地下通道剖面图

图10 地下通道及分区门禁设置平面图

（6）停车列检库采用固定液压式车挡。采用全自动运行系统后，列车端车下部配置排障器，因排障器距轨面较近，采用传统月牙式车挡会损坏排障器，故停车列检库采用固定液压式车挡。

此外，在设备系统方面，全自动运行区需要增加全覆盖视频监控、轨行区WLAN覆盖、人员防护开关（SPKS）、与正线一致的信号轨旁设备等。

5 结束语

我国地铁运营里程位居世界第一，但全自动运行线路里程与国外相比差距较大。目前，一些城市的全自动运行线路已投入使用，许多城市也正在积极开展相关探索与研究。运行安全和运营高效是城市轨道交通永恒的主题，常规地铁车辆段已难以满足实际运营需求，应用全自动运行系统是城市轨道交通发展的趋势。对全自动运行地铁车辆段与常规车辆段的设计差异进行研究，可为即将开展的全自动运行车辆段设计提供参考。