浅述APM捷运系统信号与防火门的接口设计

陆宗彬 张健彬

南京雷尔伟新技术股份有限公司 江苏 南京 210032

自动旅客捷运系统（Automated People Mover，简称APM）是一种新型快速轨道交通系统。APM采用橡胶车轮，第三轨供电，全自动无人驾驶，具有编组灵活、噪音小、舒适度高等特点，加之土建工程相对简单，无人驾驶运营效率更高，被广泛运用于机场及商业CBD等区域。

基于APM的功能定位和产品特点，APM项目的工程建设大多位于地下区域。为了防止发生火灾时火灾蔓延，整个工程通常会划分成多个防火分区。在正线区域，出入场线区域、车辆段区域，防火卷帘门常被用作防火分区的隔离，当发生火灾时，防火卷帘门快速降下，有效隔断火源、阻断烟气。

本文以香港机场APM项目为例，分析APM车辆与防火门系统之间可能存在的风险，并针对此风险提出一种安全的接口设计。

1 需求分析

香港机场APM项目在车辆段咽喉区和自动存车线、检修区的分界面各设有一套防火门系统，详见下图1。APM车辆通过全自动无人驾驶模式驶入/驶出自动存车线，在检修区因为轨道不带电，则采用外接电源和人工驾驶模式。

图1 防火门布置图

在人工区域，每次车辆驶入/驶出时，必须安排一名地勤人员到防火门的位置，确保列车的安全。当发生火灾时，防火门接收到火灾信号，自动落下，地勤人员可以通过操作防火门附近的停止按钮来阻止防火门的落下，确保列车安全驶离防火门的位置。

在自动区域，因为轨道带电，对于地勤人员来说是不安全的。当发生火灾时，必须通过其他方法防止驶入/驶出的列车撞击到落下的防火门，从而避免造成重大损失。

2 接口方案

2.1 接口分析

因为防火门与车辆本身没有任何接口，防火门落下不会考虑车辆的位置，同样的，无人驾驶的车辆在通过防火门区域时也不会考虑防火门的状态。因此，有必要引入一个中间系统，该系统必须具备如下特点和功能：

（1）同时具备与车辆和轨旁系统的接口；

（2）能检测列车的位置信息，保证列车的运行安全；

（3）系统具有高可靠性。

作为无人驾驶项目的大脑，信号系统兼具以上功能，是这一中间系统的不二之选。

2.2 接口方案

系统接口的示意图如下所示：

图2 系统接口示意图

（1）信号系统与车辆的接口为既有接口，信号系统从车辆采集状态信号，如列车速度、位置信息等，同时信号系统给车辆发送控制命令，控制列车的牵引、制动。

（2）FAS系统与防火门系统的接口也是既有的接口[1]，防火门系统从FAS系统接收火灾报警信号。

（3）新增信号系统与防火门系统的接口，接口界面如下图3所示，信号系统采集防火门的状态信息、火灾报警信息，同时防火门系统接收信号系统的控制命令。

图3 信号与防火门系统接口界面

2.3 接口说明

所有接口使用干接点，确保其可靠性。

（1）火灾报警信号

非安全信号，高电平有效，正常状态为低电平。防火门系统从FAS系统接收火灾报警信号，并将此信号转发送给信号系统用于控制中心的显示和报警。

（2）防火门全开状态信号

安全信号，高电平有效，正常状态为高电平。为了确保给出的防火门全开状态信号与防火门的实际状态一致，通常采用限位开关的硬触点。

（3）防火门全开旁路信号

非安全信号，高电平有效，正常状态为低电平。防火门因为故障无法给出全开状态信号时，操作此旁路开关，此信号激活时，对应输出的防火门全开状态信号为高电平。

（4）允许关信号

安全信号，高电平有效，正常状态为高电平。正常情况下，允许关信号保持常有效，一旦防火门收到FAS系统的火灾报警信号立即落下。当信号系统检测到有列车靠近会冲撞防火门或者当前有列车停在防火门的位置，信号系统会撤销此信号，只有当列车出清此区域，才恢复允许关信号的输出。

（5）允许关旁路信号

非安全信号，高电平有效，正常状态为低电平。信号系统因为故障或者其他原因无法给出允许关的信号时，可以远程操作旁路开关，旁路允许关信号。

（6）允许关状态反馈信号

安全信号，高电平有效，正常状态为高电平。信号系统会常输出允许关信号，因此，防火门会常输出允许关状态反馈信号，一旦信号系统检测到两者不一致，信号系统会立即撤销允许关信号。

3 信号系统的安全设计

信号系统依据防火门的状态和列车的位置来判定列车是否能通过，防火门是否允许关闭，两者之间互为联锁，具体来看分为如下几个环节。

3.1 逻辑门（Logic Gate）

信号系统在地图上防火门的位置增加一个软件的逻辑门Logic Gate（后文简称Gate），信号系统通过控制Gate的打开和关闭对接近防火门的列车进行保护。正常情况下Gate处于关闭状态。关闭的Gate是列车进路上的激活冲突点，列车不能越过，接近的列车会被逼停在Gate之前，从而保证了列车不会冲撞防火门。只有当Gate打开，列车才能通过。

3.2 Gate打开请求

信号系统的ATO模块实时检测列车的位置信息，一旦检测到列车的头部足印占用了Gate的触发区段（如下图），ATO会向负责安全的ATP模块发出打开Gate的请求。触发区段距离Gate的位置是信号系统依据最差制动距离计算得出，确保了紧急情况下列车可以停在Gate的前方。

图4 Gate请求示意图

3.3 Gate打开

信号系统的ATP模块决定是否打开Gate，当ATP收到ATO给出的打开Gate请求时，ATP会确认是否发出了允许防火门关的命令，同时确认防火门是否为全开状态，只有当允许关命令为假而防火门全开状态为真，ATP才会决定打开Gate，列车可以正常通过，否则ATP会拒绝ATO的请求，并保持Gate关闭。

3.4 允许防火门关

正常情况下ATP会默认发出防火门允许关命令，一旦列车的虚拟占用VO[2]占用了Gate，ATP会撤销防火门允许关命令。

3.5 虚拟占用（VO）

虚拟占用VO是列车在最不利情况下占用的最大轨道范围。列车运行过程中，信号系统会不断计算列车实时的精确位置和占用情况。虚拟占用通常包含列车的物理长度，位置误差，以及最坏情况下的制动距离。

图5 列车虚拟占用示意图

4 防火门系统的设计

防火门系统与火灾报警系统接口，接收火灾报警信号，并将此信号传给信号系统，从而在控制中心显示此报警状态。

防火门系统依据火灾信号和允许关信号进行关闭操作，任何一者为假，防火门都不能关闭。

对于防火门系统而言，信号系统给出的允许关命令与允许关旁路命令是同一个信号，差别仅在于前者由信号系统保证安全，后者是在信号系统故障的条件下由人工保证安全。

防火门系统在收到允许关命令后要给信号系统反馈，以此检验是否收到了有效的允许关命令。

5 过程描述

完整的实施流程图如下所示：

图6 实施流程图

6 结束语

此接口中信号负责安全防护，防火门基于信号的防护进行关闭操作。信号系统的安全联锁控制，有效地避免了车辆和防火门的碰撞。这一接口的提出对于地下车辆段甚至正线区间的防火门接口设计具有很好的参考意义，也是对无人驾驶项目信号系统接口很好的补充。