防淹门区域防护技术在全自动运行系统中的应用研究

陈新建，黄长鹏

为防止洪水涌入地铁轨行区或地下车站，在地下过水隧道两端设置防淹门作为防护手段［1］，两座防淹门之间的区域称为防淹门区域。目前，国内主流的GOA4 等级的全自动运行（Fully Automatic Operation，FAO）系统对复杂运营场景方面的应对能力及设备的可靠性要求较高［2］，列车必须在进路锁闭、信号开放、有移动授权的条件下行驶；一旦出现信号关闭、移动授权点回撤等情况，若信号不能及时恢复，列车会滞留在线路上，必须依靠人工救援实现列车脱困［3］。对于典型的防淹门和信号设备布置场景，防淹门区域内没有布置区间信号机，既有控制方案不存在将列车关闭在防淹门区域的情景；但对于防淹门区域内布置多架区间信号机的长大线路，会存在遇到险情时将列车关闭在防淹门区域内的风险。

据此，杨平［4］提出一种上下行轨道防淹门相互关联的设置方案，但此方案中门状态继电器、关门请求继电器故障落下时，会使上下行所有经过防淹门区域的进路关闭，影响全自动运行线路的行车效率。杨亮［5］对信号系统如何处理接口信息进行了理论分析，但不能适应长大区间及复杂信号机布置的FAO 场景。为此，本文在分析防淹门系统与信号系统接口技术条件的基础上，结合实际运行场景，研究能适应FAO系统的防淹门区域防护技术，为以后类似工程项目实施提供参考。

1 接口设计原则

1）防淹门系统应持续向信号系统发送每一套防淹门的“门状态”“关门请求”信息；信号系统向防淹门系统提供“关门允许”命令，用于关门动作的授权许可［6］。

2）当信号系统失去防淹门的“门开且锁闭”的状态信息时，不能再排列经过防淹门的进路；若已排列进路，则信号系统应立即关闭防淹门区域的防护信号机。

3）当遇到洪水等紧急情况需要关闭防淹门时，防淹门系统向信号系统发出“关门请求”信息，信号系统通过判断列车运行状态和防淹门区域的进路情况，来决定是否向防淹门系统发出“关门允许”命令，且不得影响行车安全［7］。

4）信号系统与防淹门系统的接口功能应符合“故障-安全”原则。

5）信号系统与防淹门系统之间的电气接口通道应采用电气隔离、防雷措施。

2 接口信息处理

某防淹门区域信号设备平面布置见图1。其隧道两端与站厅接口位置设置防淹门FG2205、FG2301，以阻隔洪水淹没站厅；防淹门所在的2213AG、2305DG 区段为防淹门区段；防淹门区域外设置防护信号机S2211、X2305，防淹门区域内设置区间信号机X2213、X2301、S2303。下面结合图1运营场景，分析防淹门的防护方案。

图1 防淹门区域信号设备平面布置

2.1 门状态信息

防淹门系统常态向信号系统发送“门开且锁闭”信息。当该状态丢失时，信号系统应立即阻止列车进入防淹门区域，并关闭已经开放的防护信号机；若防护信号机未开放，应禁止开放［8］。

2.2 关门请求信息

2.2.1传统方案

传统方案处理关门请求信息运行场景见图2。列车由疏散救援点1 站向横沥站行驶，当列车运行至防淹门区域2301G，信号系统接收到防淹门FG2205、FG2301的“关门请求”激活信息后，将立即禁止开放防淹门防护信号机（S2211、X2305）和区间信号机（X2213、X2301、S2303），同时将信号机状态发送给区域控制器（Zone Controller，ZC）；由于进路X2213—X2209 的进站进路关闭，ZC 将列车移动授权点回撤至信号机X2213，导致列车降速甚至产生紧急制动；如果制动距离不够还会发生列车冒进信号的情况。此时为实现全自动无人驾驶列车驶出防淹门区域，必须等待信号重新开放或人工救援，将影响列车的运营效率［9-10］。

图2 传统方案处理关门请求信息运行场景

2.2.2优化思路

1）通过检查防淹门区域的轨道区段是否被进路锁闭或者区段占用，来判断移动授权是否到达该区段或列车占用该区段，以此作为是否关闭区间信号机的依据。

2）对于防淹门区域外的防护信号机，则无需检查防淹门区域的进路情况。当信号系统收到“关门请求”激活信息时，立即关闭信号机，防止站台列车驶入防淹门区域。

3）检查防淹门区域内区间信号机的进路终端状态。如果进路终端是锁闭状态，则表示进路内有未解锁区段，移动授权点已经到达该终端信号机，此时允许开放终端信号机，使移动授权越过该信号机，到达下一个进路终端，则列车可根据移动授权继续行驶直至驶出防淹门区域。如果防淹门区域内有多个区间信号机，这些信号机的进路终端状态均需进行检查。

4）检查防淹门区域内区间信号机的进路始端状态。如果防淹门区域的区间信号机已经开放，移动授权点会越过该信号机；当信号系统收到“关门请求”激活信息时，关闭该区间信号机会使移动授权点回撤，导致列车紧急制动，所以应保持该区间信号机开放，保证列车正常驶出防淹门区域。

5）当列车车尾越过防淹门的防护信号机，此时关闭信号已经不影响列车驶出防淹门区域。

2.2.3优化效果

如图3 所示，信号系统排列进路X2305—X2301、X2301—X2213，信号机X2305、X2301 开放后，列车从疏散救援点1 站向横沥站行驶，信号系统根据进路信息判断出列车运行方向。当列车驶入防淹门区域，行驶至X2301 接近区段2303G 时，若遇洪水事故，防淹门FG2205、FG2301 请求关闭，此时信号系统将进行以下处理：

图3 全自动运行系统处理关门请求信息运行场景

1）禁止S2211、X2305 信号机开放，防止移动授权再进入防淹门区域。

2）禁止S2303 信号机开放，防止列车退行与跟随的后车冲突。

3）保持X2301 信号机开放，使列车能够向前行驶。

4）允许X2213 信号机开放，使移动授权能延伸到站台；信号系统排列进路X2213—X2209，信号机X2213开放后，列车根据移动授权驶出防淹门区域。

2.3 关门允许命令

2.3.1传统方案

典型防淹门布置见图4。在传统方案处理“关门允许”命令输出逻辑中，当信号系统收到防淹门“关门请求”持续激活信息，防淹门区段处于空闲且未锁闭状态时，信号系统立即输出“关门允许”命令。该逻辑处理方案适用于区间布置简单、防淹门区域没有区间信号机的站型。但是对于长大区间、区间信号机布置复杂的线路，列车会被关闭的防淹门封堵在隧道内，危及行车安全［10］。

图4 典型防淹门布置

如图5 所示，列车运行至X2305—X2301 进路内方的2303G，防淹门区段2305DG 已经正常解锁，X2301—X2213进路已经开放，X2213—X2209进路还没有排列，此时信号系统若收到“关门请求”激活信息，由于防淹门区段2213AG、2305DG 处于未锁闭且空闲状态，信号系统会立即输出防淹门“关门允许”命令，防淹门系统执行关门操作，会将列车关闭在防淹门区域。

图5 传统方案处理关门允许命令运行场景

2.3.2优化思路

1）对于隧道出口的防淹门，信号系统将检查区段由防淹门所在区段，改为检查整个防淹门区域。即当信号系统收到“关门请求”信息时，只有当整个防淹门区域处于进路解锁且区段空闲状态，即列车的移动授权不会进入该区域，才允许输出“关门允许”命令。

2）对于两端设置防淹门的长大隧道，隧道出口的防淹门需要等待列车驶出防淹门区域，进路解锁并出清以后，信号系统才允许关闭防淹门。但是对于隧道入口防淹门，因为列车是背向行驶，如果等待整个防淹门区域解锁以后才允许输出关门允许命令，会造成洪水事故扩大，所以在隧道入口防淹门区段出清并解锁以后，信号系统应立即输出关门允许命令，先行关闭隧道入口防淹门。

3）根据区间信号机的进路始端或终端状态来识别进路方向，以此来区分隧道入口防淹门和隧道出口防淹门，并确定需要检查的区段范围。

4）检查区间信号机进路终端状态，当信号机正处于终端锁闭状态，则列车的移动授权点已到达该区间信号机，此时应禁止关闭隧道出口防淹门。

5）检查区间信号机进路始端状态，当信号机正处于开放状态，则列车的移动授权已越过该信号机，信号系统不允许隧道出口防淹门关闭。

2.3.3优化效果

全自动运行系统处理关门允许命令运行场景见图6。开放进路X2305—X2301、X2301—X2213，当列车行驶至区段2303G，遇突发情况，信号系统接收到防淹门FG2205、FG2301 的关门请求激活信息时，检查防淹门FG2301 所在区段2305DG 进路解锁并空闲后，立即发送FG2301 的“关门允许”命令，防淹门系统执行关门动作；对于防淹门FG2205，虽然防淹门区段2213AG 空闲且未锁闭，但防淹门区域内区段进路锁闭、区段存在列车占用、信号机X2301 和X2213 处于进路锁闭状态、X2301处于开放状态，这些因素使得信号系统禁止输出防淹门FG2205 的“关门允许”命令；信号系统允许X2213—X2209 进路开放，移动授权延伸至站台区域；当列车行驶至横沥站台，防淹门区域进路解锁，无列车占用时，信号系统立即输出防淹门FG2205的“关门允许”命令。

图6 全自动运行系统处理关门允许命令运行场景

3 旁路功能

3.1 硬件旁路功能

为防止因防淹门“门开且锁闭”状态信息丢失，或“关门请求”信息故障激活，影响FAO系统的运营效率，在车站综合控制室（简称“综控室”） 设置防淹门旁路开关［11］，信号系统ATS 终端也可显示旁路激活信息。防淹门旁路开关位于综控室综合后备盘，为带钥匙的非自复式旋钮开关，并设有指示灯用于显示旁路电路的通断状态，防淹门旁路继电器控制及信号采集电路见图7。图7 中，防淹门旁路继电器FYMPLJ采集电路常态为断路状态。

图7 防淹门旁路继电器控制及信号采集电路

当防淹门系统故障时，由车站值班人员旋转旁路开关；信号系统采集到防淹门旁路信息激活时，将不再检查防淹门状态信息，列车移动授权点允许越过防淹门区域。当取消防淹门旁路后，信号系统恢复对防淹门状态信息的检查。

3.2 软件旁路功能

为避免旁路旋钮失效故障，信号系统也可提供远程防淹门故障旁路功能，进一步确保列车正常通过防淹门区域。当调度员或车站值班员确认防淹门状态信息为故障激活时，可通过ATS 系统操作终端下达防淹门旁路命令，并在ATS 系统终端界面上显示防淹门旁路状态。此时，信号系统不再将防淹门视为列车运行的影响因素，并将移动授权点越过防淹门区域。为明确管理责任，硬件旁路与软件旁路功能不能互相取消，旁路命令由下达方来进行取消操作［12］。

4 结束语

信号系统与防淹门系统联动控制需要考虑长大区间和复杂站型的场景，在确保站厅或轨行区安全的同时，也应保证行车安全、提高防淹门区域列车的通过效率；同时适应FAO 全自动运行线路，保证FAO 全自动无人驾驶列车不滞留在洪水区域，不受防淹门接口电路故障的影响。

该防淹门防护方案已在广州地铁18 号、22 号线上通过了现场测试，测试结果与实验室验证结果一致，能够提高列车通过效率，证明了优化方案的合理性和安全性，可为城市轨道交通全自动运行系统防淹门防护技术提供参考。