西安地铁16号线全自动运行系统设计研究

李文慧，李珂豫

目前，国内轨道交通全自动运行系统建设处于起步发展阶段，系统建设的全过程技术管理尚未形成统一认识，全自动运行系统的组成、系统功能等正逐步趋于标准化、规范化。全自动运行系统是多专业集成的系统，信息化、自动化程度高，涉及接口多。其目的是在确保系统安全的前提下，提高运营效率，构建一个高度自动化、服务人性化、运行自动化的系统；构建一个减轻运营人员工作强度、垂直调度、运维一体的科学管理体系。其底层设计逻辑是运营需求要融合到全自动运行系统场景文件中［1］；全自动运行系统运营场景功能及分配要贯穿于全自动核心专业系统设计过程中；运营规章制度、管理模式等要能够涵盖所有场景功能，实现全自动运行系统安全、高效运行［2］。

轨道交通设计、建设和运营单位大多以全自动运行系统的某一项功能展开研究分析［3］，很少基于技术逻辑关系全方位分析系统的建设管理，本文以西安地铁16号线全自动运行线路设计为基础，结合近几年行业发展现状及建设管理情况，论述全自动运行系统组成、施工图设计、系统集成及运营组织架构，并揭示其技术逻辑关系，为建设管理、设计和系统调试组织提供积极的启示。

1 全自动运行系统组成

广义的全自动运行系统包含土建工程、全自动运行系统集成和配套运营规章制度体系；狭义的全自动运行系统仅指全自动运行系统集成。土建工程指车辆基地及车站的建筑设计须支持全自动运行系统的设备安装和运维管理；全自动运行系统集成主要是信号、车辆、通信、综合监控、站台门及场段工艺设备的系统联动集成，是行车控制、通信、视频监控、机电一体化的综合集成，能够实现进路命令和控制、乘客上下车、列车运行及调车，以及列车运行全过程自动化等；运营规章制度指全自动运行系统在各工况下的安全管理、行车作业、客运服务、设备维护及操作作业流程和要求，也是全自动运行系统设计需考虑的重要因素［4］。

1.1 土建工程

车辆基地土建工程设计主要应考虑基地工艺布局及功能划分，相较于传统自动运行车辆基地，全自动运行车辆基地分为全自动作业区（无人区）和非全自动作业区（有人区），2个作业区之间进行物理隔离，在进入全自动作业区时，需要增设门禁和人员防护开关（Staff Protection Key Switch， SPKS）［5］；牵出线应考虑设置信号转换轨，以满足车辆在全自动作业区和非全自动作业区之间的调车作业；列检库停车线需考虑全自动运行系统休眠唤醒、动调检查等功能，比传统自动运行线路的设计长度更长［6］。

车站土建工程设计应考虑设备区与轨行区的隔离，在进入轨行区时，需增设门禁和人员防护开关［7］。

1.2 全自动运行系统集成

1.3 运营规章制度

参照《城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范》（交办运〔2019〕17号）、《城市轨道交通设施设备运行维护管理办法》（交办运〔2019〕8号）、《城市轨道交通客运组织与服务管理办法》（交运规〔2019〕15号）和《城市轨道交通服务质量评价规范》（交办运〔2019〕43号）等要求，结合线网及线路运营公司实际需求，编制安全管理类、行车管理类、服务管理类、维护维修类等全自动运行系统运营规章制度。在全自动运行系统设计过程中，遵循全自动运行系统运营规章制度，体现运营需求［9-10］。

2 西安地铁16号线全自动运行系统设计

西安地铁16号线是西安轨道交通线网中第一条建设的全自动运行线路，也是西北地区第一条全自动运行线路，面临运营管理经验不足、运营需求相对不明确、项目建设方与运营方是2个独立法人主体、运营公司对系统建设介入晚、项目建设周期短等困难。全自动运行系统设计主要包括施工图设计、全自动运行系统集成、运营规章制度建设等，需要一个交叉深化的过程。如，施工图设计阶段应与全自动运行系统集成阶段交叉验证，全自动运行系统集成应在运营场景、功能分配、系统接口的基础上与运营规章制度交叉验证，各阶段的技术逻辑要保持一致。图1为全自动运行系统设计导图，整体上，工程技术管理从外向内正向推进，外场测试和现场调试阶段是对前期施工图设计和系统集成的成果校核和检验［11］。

图1 全自动运行系统设计导图

2.1 施工图设计

施工图设计的前期阶段是工程初步设计，它是工程设计的重要环节，是全自动运行系统设计的基础。在该阶段有针对性地开展了西安地铁16号线一期工程全自动运行系统专题设计，分析项目采用全自动运行系统、运营组织管理模式及实施方案的必要性和合理性；同时，结合国内已开通或在建的全自动运行项目，对全自动运行系统接口、增加的调度岗位、功能，以及信号、通信、综合监控、车辆、车站及车辆基地设计原则等进行统筹考虑。

施工图设计是工程设计的主体阶段，其设计前提是已完成狭义的全自动运行系统设计。国内某些全自动运行线路建设采用“一致性协调方”咨询服务模式，由信号系统承包商作为全自动运行系统集成总协调，负责工作计划、技术协调、接口协调和技术实施方案协调等的建设管理咨询服务，主要工作内容是完成信号、车辆、通信、综合监控、站台门、部分场段工艺设备的全自动运行系统集成设计，即狭义的全自动运行系统设计咨询服务，为施工图设计奠定基础；由施工图设计单位完成全自动运行系统土建工程设计、机电设备安装设计等；由承担线路的运营公司完成全自动运行系统运营规章制度编制；由建设管理单位统筹三者，有机形成广义全自动运行系统设计的全过程技术管理。

在西安地铁16号线全自动运行系统设计管理中，“一致性协调方”除承担狭义的全自动运行系统设计咨询服务外，还组织编写全自动运行系统运营场景及功能分配；完善全自动运行系统运营规章制度；参与全自动运行系统土建工程设计、机电设备安装设计等的审查，对相应土建施工图进行会签，从技术上体现了土建工程设计为设备系统服务的建设理念，扩充了“一致性协调方”建设管理咨询服务模式的内涵［12］。

2.2 全自动运行系统集成

较传统的自动运行线路，西安地铁16号线全自动运行系统通过各专业接口信息传输丰富了系统间的联动，各专业系统间的接口关系见图2。

图2 各专业系统间的接口关系

1）WLAN采用IEEE802.11ax技术，工作在5 GHz频段，负责车载CCTV、PIS多媒体信息、车辆联动告警、车辆紧急对讲视频、车辆弓网关系和车辆智能运维等业务的传输，业务数据压缩后总带宽需求为115 MHz，按照车地链路的稳定运行带宽吞吐量为140 Mbit/s设计，可满足业务传输需求，对应的轨旁AP应采用40 MHz（5 765～5 805 MHz）带宽。

（2）稻作产业缺乏品牌，且售价低廉，无额外附加值，且土地多质次，病虫害影响较大，约占当年产量的20%～30%。

2）数字集群通信系统TETRA共设基站11套（车站9套，车辆段1套，控制中心1套），为控制中心、车辆段/调度员、车站值班员、列车司机、防灾人员、维修人员等地铁公司运营人员提供语音调度业务。

3）LTE无线系统仅承载CBTC和车辆调业务。CBTC信息和车辆调业务通过同一个车载无线接入单元（TAU），分别与信号车载设备（CC）和列车控制与管理系统（TCMS）进行通信。上下行通信速率均不小于3 Mbit/s，LTE采用A网和B网，分别需要5 MHz带宽即可满足上下行容量需求，按照1 790～1 800 MHz申请频率实施项目。

4）传输网络主要负责将各种公务电话、专用电话、无线电话、视频监视、PIS、广播、时钟、办公自动化（OA）等信息，以及其他运营管理所需信息，通过语音、文本、数据和图像等方式进行综合业务传输，采用上下行光缆构成自愈环网结构，支持复用段共享保护环、子网连接保护（SNCP）、传输网络（OTN）、MPLS-TP环网保护倒接机制（MRPS）或其他类似的光纤自愈保护方式，并保证单环网业务有效承载能力不小于40 Gbit/s。

5）骨干环网采用IEEE802.3以太网标准，由工业以太网节点组成，通过骨干环网交换机划分不同的VLAN，保证不同应用的通信通道相互隔离、互不干扰。主要负责骨干环网覆盖范围内来自LTE网络的CBTC和车辆调业务传输。

车载设备、车站及区间地面设备、控制中心的远程工作站等通过相互之间的通信接口，建立有效信息传送通道，实现运营场景功能、系统联动、远程调度控制等。

2.2.1 全自动运行系统联动

在全自动运行系统中，系统联动是各专业功能分配、实现运营场景的基础。现以“列车车门紧急解锁装置触发”场景为例，介绍全自动运行系统各专业联动、信息传递、场景功能分配等。乘客操作紧急解锁装置时，车门紧急解锁告警信息通过信息流①，即列车门控制单元（EDCU）→TCMS→列车广播系统（PA）→车载乘客信息系统（PIS）→车地通信无线网（WLAN）→传输网络→控制中心（OCC）PIS工作站→乘客信息调度，进行报警信息显示；同时启动视频监控，通过信息流②，即车载视频监视系统（CCTV）→PIS→WLAN→传输网络→OCC的PIS工作站→CCTV工作站，将视频监控信息复视到OCC大屏［9］。

2.2.2 调度管理设计

全自动运行系统与运营相关的设计核心是调度管理设计，包括远程调度和就地级调度。远程调度指通过OCC调度工作站实现对正线的行车组织、调度指挥、维修调度、应急处理及信息收发等，通过车辆段控制中心（DCC）调度工作站管理场段车辆（以入场信号机为界）的生产组织、行车组织、车辆检修调车、应急处置、信息报送等作业；就地级调度指车站相关列控人员及多职能队伍对行车进行辅助管理，承担客流组织、客运服务列车巡检、应急处置和一般性维护等管理工作［13］。

1）OCC调度设计

OCC调度工作站设有值班主任、行车调度、电环调度、乘客信息调度和车辆调度等岗位，其中乘客信息调度和车辆调度为新增岗位。

乘客信息调度负责正线车站的远程辅助管理工作，监视与乘客信息服务相关系统的工作状态，通过CCTV、PIS、PA远程为乘客提供信息等。乘客信息调度命令可通过网络传送至车站PIS显示屏，辅助运营管理和引导乘客，也可经由车站地面设备通过WLAN传送至车辆PIS 显示屏，引导列车上的乘客。

车辆调度负责监视正线车辆运行状况，以及远程作业车辆故障应急处理。其信息流为③：TCMS→LTE→骨干环网→数据通信子系统（DCS）→车辆调度工作站。

与传统的自动运行线路相比，全自动运行系统的OCC远程调度对行车相关操作、乘客信息远程服务等功能进行了增强，车站现场执行层人员减少，效率提高，服务更周全［14］。

2）DCC调度设计

DCC调度工作站主要有调度长、场段调度、检修调度等岗位。其中调度长负责DCC总体管理，负责施工管理和监管车辆基地行车调度；场段调度负责车辆段辖区内的行车组织（含洗车、出入段等）、调车作业等；检修调度负责车辆检查、维修、故障处理及工程车的管理，并按照时刻表组织上线车辆。

3）就地级调度设计

在全自动运行模式下，列车进出站全部实现自动控制，通过OCC工作站调度管理、站台门与列车车门故障对位隔离控制、站台门与列车缝隙障碍物检测纳入信号安全回路，以及CCTV和PIS辅助等多专业联动，实现车站站控；车站车控室行车值班员及多职能队伍组成站控服务人员，通过各系统在车站的就地控制端执行站控及系统降级操作［15］。

2.3 运营组织管理架构设计

运营组织管理是贯彻执行全自动运行规章制度的基础，采用两层管理、两级控制的架构，见图3。两层管理指线路管理层和车站现场执行层：线路管理层通过OCC调度工作站负责全线的行车组织、调度指挥、应急指挥等远程业务操作；车站现场执行层接收线路管理层指令，负责客流组织、客运服务、设备维修、列车巡检及应急处置等，在站控模式或系统降级运行时，站控服务人员进行车站行车作业相关工作。两层管理与信号系统对正线列车的中央和本地（包含紧急站控）两级控制保持一致。中央控制时，OCC调度员操作、干预列车运行，在车站对列车进行监视，列车自动监控（ATS）系统显示列车自动运行信息；本地控制时，站控服务人员获得OCC调度控制权，仅在授权联锁区域进行人工操作，办理该线路区域的进路或取消业务，控制列车运行，OCC进行监视，不能办理进路［16］。这种运营组织管理设计既体现全自动运行系统管理特点，又结合了西安轨道交通既有线路的“运维一体管理模式”架构。全自动运行系统运营管理规章制度基于该组织管理架构，结合各岗位职责进行编制，满足系统两级调度、两级控制管理、客运组织、应急指挥和系统维护要求，各业务模块既独立分工又存在信息交叉传递和作业配合［17］。

图3 全自动运行系统运营组织管理架构

从线网角度考虑，结合西安已开通的地铁线路运营管理组织模式，在地铁16号线建成的基础上，随着后续全自动运行系统线路逐步开通，将建设全自动运行线路运营中心。后期，随着西安市轨道交通线网规划的调整，还会建设形成中低运量轨道交通运营中心。在线网层面将会存在自动运行线路中心、全自动运行线路运营中心和中低运量线路运营中心，实现同属性线路区域管理和控制，以提高管理效率。

3 结束语

由于西安地铁16号线全自动运行系统建设的外部条件比较独特，在全自动运行系统设计中，由“一致性协调方”编制全自动运行系统运营场景及功能分配，并在此基础上逐步完善全自动运行规章制度，保证了全自动运行系统的正常使用。在机电设备安装调试阶段，运营单位陆续介入系统建设工作，逐个对前期全自动运行系统设计工作进行校核和验证。西安地铁16号线探索出一种新的全自动运行系统建设过程技术管理方法，即由全自动运行系统设计复核土建工程设计，由全自动运行系统运营场景及功能分配支持全自动运行系统集成设计，并逐步形成全自动运营规章制度，完善全自动运行系统设计，从技术上实现了土建工程为系统建设服务、系统建设为运营服务的轨道交通工程创新建设理念。