贵阳市轨道交通工程安全建设和智慧运维技术

陈发达

（贵阳市城市轨道交通集团有限公司，贵州贵阳 550081）

随着我国城市发展，城市轨道交通建设速度越来越快，其工程建设安全问题越来越突出，特别是针对贵阳市特殊的喀斯特地貌和典型的山地城市特征，需要解决纵坡设计和长大坡道运营安全技术保障措施等问题。另外，截止2020 年底，贵阳市轨道交通开通运营里程约35 km，在建里程约110 km，智慧运维的需求日趋急迫。贵阳市以刷脸支付、智慧安防等技术为抓手，不断探索和创新相关智慧运维技术，进一步提升相关服务水平。

1 建设特点

1.1 城市空间格局

贵阳市作为典型的喀斯特山地城市，具有山地城市和喀斯特地区所独有的特点。受百花山脉、黔灵山脉及南岳山脉的影响，贵阳市规划的城市空间呈现“双核多组团”的空间结构，城市轨道交通主要解决连接2 个核心、辐射各个组团的交通廊道问题，其线网规划与平原城市相比，具有十分明显的区别。

1.2 地形特点

贵阳市地处黔中山原丘陵中部，地势西南高、东北低，具有低纬度、高海拔、地形多样的显著特征，全市地形起伏大，山地、丘陵约占全市土地面积的88%。其中观山湖区与老城区高差达220 m，见图1。由于山地城市地势高差大，在城市轨道交通设计时，纵坡设计难度很大。

图1 贵阳市各区高程关系图

1.3 地质特点

贵阳市位于扬子准地台的黔北台隆和黔南台陷的过渡带，其地质构造和地貌的特点如下。

（1）岩溶发育，形态多样，岩溶区域约占全市总面积的72%。地表岩溶形态以溶沟、溶槽、岩溶洼地为主，地下岩溶形态多为隐伏型的溶洞、溶隙、溶沟、溶槽等，属岩溶弱至中等发育场地，局部岩溶属于强发育。

（2）地质构造复杂，市区东北部多为北东向褶皱与断裂，其中城市轨道交通1 号线穿越19 条断层，2 号线穿越21 条断层，3 号线穿越11 条断层。

（3）水文条件复杂、规律性差。

2 安全建设关键技术

2.1 线路选线安全设计

在贵阳市轨道交通线网规划的框架下，针对贵阳市独特的喀斯特山地城市特点，城市轨道交通线路选线设计中需要考虑地形地貌、地质条件及气候特点，把好设计源头关，降低建设和运营安全风险。

2.1.1克服地形地貌展线设计

贵阳全市地形起伏较大，远超钢轮钢轨列车爬坡能力，城市轨道交通多条线路需通过展线措施克服高差难题，见图2。其中1 号线贵阳北站—八鸽岩站区间直线距离约3.7 km，垂直落差达161 m，直线坡度达到54‰，展线长度为8.7 km；2 号线百花大道站—黔春路站区间段直线距离约2.8 km，垂直落差达110 m，展线长度为6.5 km。规划的4 号线、S3 线均需通过展线克服高差。

图2 线路展线示意图

2.1.2规避不良地质体选线设计

对于存在滑坡、大型溶洞等不良地质地段，通过线路绕避等措施降低风险。如3 号线四方河路站—花果园东站区段，在调绘时发现临近白龙洞（溶洞和地下暗河）区域线路勘察及建设难度大，运营风险高，经分析研究，可通过调整线路方案予以彻底避让。

2.1.3适应气候条件的纵坡设计

贵阳属于亚热带湿润温和型气候，年平均气温在15.3 ℃左右，冬季易出现凝冻（如2008 年凝冻灾害），城市轨道交通在纵坡设计时应充分考虑最不利天气对行车安全的影响。例如，在1 号线北雅区间（贵阳北站—雅关站区间）长大连续坡道段，采用多座桥梁+隧道敷设形式，同时考虑到凝冻对桥梁段行车安全的影响，线路设计时采用最大纵坡为28‰的纵坡方案，见图3。在2 号线百花大道站—黔春路站长大连续坡道段，全为地下线，线路设计采用最大纵坡达 34‰。

图3 1 号线北雅区间桥梁+隧道相连

2.2 长大坡道运营安全保障措施

列车在长大上坡段可能出现牵引失效或列车制动失灵的运营风险，可采用设置停车线、安全线、通信信号控制装置（专用无线通信系统）、车辆制动装置等措施保障运营安全。

2.2.1设置停车线

如在1 号线贵阳北站和雅关站均设置双停车线，见图4。列车进入长大坡道上下坡前进行列检，一旦发现故障隐患，可立即进入反向“V”字坡道停车线待避，以避免影响后续列车运营。

图4 1 号线长大坡道段停车线设置

2.2.2设置安全线

为防止列车在长大上坡段因列车制动系统发生故障而产生溜滑，可在坡底车站后端设置安全线以保障行车安全。该方法是通过信号系统实现调度，常规时，1#道岔开向安全线，作为列车进站的保护区段；当由下坡方向驶来的列车运行至雅关站停车，在信号系统判断列车速度为“0”后，反向转换1#道岔，列车方可进入下一个区间的进路，见图5。

图5 1 号线长大坡道安全线信号控制示意图

2.2.3设置专用无线通信系统

在长大坡段区间设置专用无线通信系统，司乘人员在紧急情况下可与车站控制室及控制中心进行通话定位，确保第一时间准确通报突发状况并开展应急调度处置。

2.2.4设置车辆制动装置

城市轨道交通列车采用如图6 所示车辆轮盘制动装置，在长大连续坡道行驶时，可避免传统踏面制动出现热疲劳和剥离导致热容量不足的风险，并在列车上配置长大坡道触发按钮（图7），在切除列车自动保护（ATP）的模式下，通过长大坡道触发按钮启动限速功能保证运营安全。

图7 长大坡道触发按钮

2.3 长大坡道供电安全保障措施

列车在长大上坡时牵引取流会导致接触网电压下降，在长大下坡时再生制动将导致接触网电压升高，同时会释放再生电能，为平衡上、下行接触网电压，改善供电质量，1 号线在长大区间适当位置将上、下行接触网并联，进行电压调节以实现合理安全供电，为国内外首创，见图8。另外，有效利用长大坡道段列车制动时的再生电能，因地制宜地设置再生制动能量回馈装置，将列车再生制动能量回馈至35 kV 交流侧，可实现电能的再生利用，见图9。

图8 上下行接触网并联原理及开关

图9 再生制动能量回馈原理及装置

根据运营测试数据，1 号线运营期间日均回馈电能为2 955 kW·h，见表1。估算年节约电能可达107.8 万kW·h，预计运营6～8 年即可收回设备成本，而相关设备使用寿命可达25 年，经济效益明显。

表1 1 号线长大坡道运营期间日均回馈电能 kW·h

3 智慧运维建设

为逐步建成贵阳市轨道交通智慧运维体系，贵阳市轨道交通根据中国城市轨道交通协会印发的《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》，开展了刷脸支付、智慧安防、智慧能源管理等智慧运维建设的探索。

3.1 刷脸支付

3.1.1刷脸支付平台

贵阳市以城市轨道交通刷脸支付为抓手构建城市级刷脸平台，可为市民提供便捷服务、为企业提供技术应用、为政府提供治理决策支持。刷脸支付平台实现了城市轨道交通、快速公交系统（BRT）和园区场景的刷脸刷码应用，主要针对城市轨道交通、公交车、出租车、共享出行及园区、社区的市民、游客。自2019 年刷脸支付平台上线运营以来，为客户提供1 400 万次人脸票比对服务，尚未出现误识别，具体数据见表2。

表2 刷脸支付平台运营数据

3.1.2应用场景

刷脸支付以城市轨道交通和公交场景为入口，结合虚拟账户和保险手段共同保障支付安全，并进一步拓展到民生服务，实现城市轨道交通、公交、购物等各种生活场景（图10）中的“一次注册，刷脸通行”，无须安装多个APP、携带多张实体卡。

图10 刷脸支付应用场景

3.1.3商业模式

商业模式采用全场景人工智能（AI）+金融的创新模式，见图11，主要打造产业、用户、数据留贵阳的“贵阳模式”：①设立运营公司，通过数据应用提升乘客体验，开发新的应用场景实现商业闭环；②引入金融机构，合作开发场景资源；③引入保险公司，提前识别算法风险、盗刷风险等一系列风险，并分散处置。

图11 全场景的AI+金融创新模式

3.1.4数据安全及隐私

刷脸支付平台采用业务手段与技术手段相结合的方式，确保数据安全和运营稳定，保护客户数据隐私，建立自有核心的安全技术架构，见表3。

表3 数据及隐私安全措施

3.2 智慧安防

为实现安全环境智能感知、安全资源实时可视、安防运营一体联动、联动处置科学高效、安全事件提前预防的综合目标，达到“事前预防—事中处置—事后分析”的闭环式安防，2 号线采用独立的软件平台建立安防集成平台，通过两级管理、三级控制为城市轨道交通全方位安全保障提供支撑。远期将建立线网级安防集成管理平台，实现对接各线路安防系统相关资源，建立满足站点、线路、线网多级安全管理需求的安防业务体系，实现安防业务的检测智能化、处置自动化、管理精细化、对外开放化，见图12。

图12 线网级安防集成管理平台

3.3 智慧能源管理

为满足城市轨道交通能源管理、节能减排需求，建设能源管理系统，可辅助运营管理人员进行设备优化控制、用能精细化分析、管理和运营决策。为实现全线用能管理的实时化、可视化、透明化和智能化，2 号线开发的能源管理系统主要涵盖用能看板、能耗监测、能耗分析、指标分析、报警与事件、报表与打印、系统设置等功能。贵阳市轨道交通远期将部署线网能源管控及两级管控能力中心，实现线网能源集约化建设及运营的目标，见图13。

图13 智慧能源管理

3.4 线网运维一体化

贵阳市轨道交通以综合网管为基础，利用城轨云及大数据平台，远期计划建成线网级运维一体化平台，实现线网级的设备管理及智能维护，见图14。

图14 线网级运维一体化平台

4 结语

本文结合贵阳市独特的喀斯特地貌山地城市特点，把好设计源头关，从线路选线、运营安全和供电安全等方面入手，因地制宜地提出合理措施，降低城市轨道交通建设和运营安全风险。通过不断建设和创新城市轨道交通智慧运维技术，构建贵阳城轨云及大数据平台，最终建成线网级运维一体化平台，从而实现线网级的设备管理及智能维护，提升城市轨道交通运营管理和服务水平。