張銀龍

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，430063，武漢∥助理工程師）

全自動駕駛技術包括列車的全自動運行技術和車站設備的全自動運行技術。智能運轉的功能保障體系可實現(xiàn)更精準的控制，具有更高的安全性、可靠性、可用性和可維護性，滿足行車自動化、檢修智能化和乘客服務自助化等功能［1］。

站臺門，又稱屏蔽門或安全門，是隔絕軌行區(qū)與站臺候車區(qū)的安全屏障［2］。在全自動駕駛模式下,站臺門的開關完全由控制系統(tǒng)根據(jù)信號指令進行控制。因此，為了保證站臺門系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運營，需從設計、安裝、維修維護及狀態(tài)監(jiān)控等方面對站臺門系統(tǒng)進行全壽命周期的管理。

1 站臺門系統(tǒng)全壽命周期管理

設備的全壽命周期管理涵蓋設計制造、施工安裝、狀態(tài)監(jiān)控、維修維護、運營管理等方面［3］。通過全壽命周期管理可實現(xiàn)設備的定制化設計及自適應運營維護，有效提高設備的安全可靠性，延長設備使用壽命。

站臺門的全壽命周期管理包括：基于BIM（建筑信息模型）技術的站臺門系統(tǒng)智能設計；利用三維仿真技術實現(xiàn)站臺門系統(tǒng)現(xiàn)場安裝作業(yè)指導；對站臺門系統(tǒng)進行全壽命周期的狀態(tài)監(jiān)控；針對站臺門性能設定多級預警閾值，實現(xiàn)故障前預警功能［4］；統(tǒng)計分析站臺門的維護周期、故障歷史及狀態(tài)參數(shù)，對其進行設備全過程跟蹤管理，并制定自適應維修計劃，實施周期維修和狀態(tài)維修；根據(jù)故障信息生產應急搶修預案，告知故障影響范圍及應急處理方式等。

1.1 基于BIM技術的智能設計及現(xiàn)場安裝

站臺門系統(tǒng)結構復雜，零部件多，傳統(tǒng)的設計手段無法實現(xiàn)對所有零部件設計質量的統(tǒng)一控制，難以適應全自動駕駛模式對設備的高可靠性要求。

站臺門系統(tǒng)智能設計體系基于BIM技術（見圖1）。首先，對站臺門的500余個零部件進行分析歸類，建立了零部件參數(shù)化模型庫；然后，基于設計標準規(guī)范庫和產品設計要求，建立設計檢驗庫；最后，通過具體參數(shù)驅動參數(shù)化模型庫，完成站臺門系統(tǒng)的智能設計，建立站臺門系統(tǒng)BIM模型（見圖2），并調用設計檢驗庫對模型進行修正，最終輸出圖紙及模型。

站臺門系統(tǒng)的可靠性除與設計密不可分外，也受施工質量的影響［5］。為了確保乘客及工作人員的安全，站臺門門體與車站結構之間需要實現(xiàn)有效的絕緣。但是，施工過程中，施工人員的不規(guī)范操作或施工組織的混亂很容易造成絕緣層破壞，出現(xiàn)絕緣擋板滲漏、絕緣膜損壞、絕緣噴涂剮蹭、絕緣連接件失效等問題［6］。

圖1 站臺門系統(tǒng)智能設計體系

圖2 站臺門系統(tǒng)BIM模型

為了有效保障施工質量，基于BIM技術的現(xiàn)場施工安裝作業(yè)指導十分必要。首先，利用BIM模擬現(xiàn)場作業(yè)工況，并仿真設備安裝過程，提前預見施工問題，把控施工質量；然后，在站臺門設備施工安裝前，對站臺門門體上下連接件（與站臺板或軌頂風道的連接件），立柱，立柱包板，踢腳板，門檻，頂箱蓋板以及應急門、端門推桿及滑動門、固定門、應急門、端門的門框等構件的施工質量進行模擬；最后，根據(jù)模擬結果，針對施工過程中影響施工質量的重點控制環(huán)節(jié)制定有效施工計劃，形成詳細的施工作業(yè)流程和注意事項，并下發(fā)到施工人員手中，從而有效地把控現(xiàn)場施工，提高施工質量。

采用BIM技術指導現(xiàn)場施工，可有效提高站臺門系統(tǒng)的安裝質量。對按此方法施工完成的門體絕緣性能進行測試，得到門體絕緣值≥500 MΩ，滿足系統(tǒng)安全性能要求；對設備樣機進行測試，其可靠性高達99.95%。

1.2 站臺門系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控

目前，我國正在運營的全自動駕駛線路均在站臺設有站務人員值守，對站臺門系統(tǒng)運營情況進行監(jiān)控管理。隨著運營組織要求的提高，實現(xiàn)站臺無人監(jiān)管將成為必然趨勢。在這種情況下，為保證系統(tǒng)的可靠運行,保障上下車乘客的安全，需對站臺門系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行有效的監(jiān)控。內容包括外部環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控及站臺門系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控。

1.2.1 外部環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控

列車在全自動駕駛模式下正常運行時，站臺門開關過程沒有司機參與，如沒有穩(wěn)定可靠的障礙物檢測系統(tǒng)，容易造成乘客夾傷等事故，影響列車運行［7］。目前用于列車與站臺門間隙監(jiān)控的自動探測系統(tǒng)有紅外防夾探測系統(tǒng)和激光防夾探測系統(tǒng)2種。

上海軌道交通10號線采用紅外防夾探測系統(tǒng)，其誤報現(xiàn)象較為頻繁［8］。北京地鐵燕房線針對紅外防夾誤報情況，進行了激光探測技術試驗。激光探測技術具有發(fā)散角小、有效監(jiān)測距離長等特點。為了保障線路運行可靠性，實現(xiàn)站臺門外部運營環(huán)境狀態(tài)的有效監(jiān)控，在全自動駕駛模式下應采用激光防夾方式。

1.2.2 站臺門系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控

全自動駕駛模式是一種更安全、更高效的運行模式，具有運能更高、追蹤間隙更短的特點［9］。根據(jù)全自動駕駛的要求，站臺門系統(tǒng)應能根據(jù)不同的工況自適應調節(jié)開關門的全過程，實現(xiàn)列車追蹤間隙≤ 2 min。

為此，需研究站臺門系統(tǒng)的運行狀態(tài)，監(jiān)控管理相關參數(shù)，通過大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對開關門過程的智能控制，優(yōu)化并縮短開關門時間。

1.2.2.1 基于大數(shù)據(jù)分析技術的自學習功能

通過站臺門運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)對每扇站臺門每次開關門過程進行監(jiān)控，并統(tǒng)計風壓值、摩擦力、開關門阻力、開關門動能、開關門時間等相關參數(shù)，建立站臺門系統(tǒng)開關門全過程數(shù)據(jù)庫［10］。根據(jù)運營需求，制定數(shù)據(jù)庫更新周期，在每一次數(shù)據(jù)更新之后，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)分析處理，對原有的最優(yōu)值進行修正和優(yōu)化，針對不同工況下不同的門單元給出一組最優(yōu)的控制參數(shù)，保證站臺門的開關門時間最短。由于列車每次進站時，產生的風壓都不一樣[11]，站臺門系統(tǒng)將根據(jù)具體的工況條件，調用對應的控制參數(shù)，實現(xiàn)門體單元的開關門控制。

1.2.2.2 開門曲線和開門力的自動優(yōu)化

全自動駕駛模式下，每扇站臺門進行單獨控制。由于每扇站臺門工況不同，承受的風壓值也不一樣，為了保證站臺門開門的同步精度，需要對每一扇門進行自適應控制［12］。

站臺門開關門的主要影響參數(shù)匯總如表1所示。

從表1中可以看出，開關門曲線主要與門體開度、門體運動速度及動能等參數(shù)相關。其中，門體開度為定值，運動速度和動能因工況而異。門體最大運動速度與開門動能的關系為：

表1 開關門曲線主要影響參數(shù)

其中：WK=WK1+WK2+WK3

式中：

WK——站臺門系統(tǒng)總能；

WK1——滑動門的動能；

WK2——齒輪動能；

WK3——皮帶系統(tǒng)動能；

mmax——滑動門最大質量；

vmax——最大開門速度；

Jp——齒輪轉動慣量；

Js——皮帶系統(tǒng)轉動慣量；

i——轉動比；

D——齒輪直徑。

為保證全部站臺門同步精度≤0.2 s，需根據(jù)不同風壓工況下，自適應地調整站臺門開關門動能，從而控制開門速度，實現(xiàn)全側門的同步開關。

1.3 站臺門系統(tǒng)壽命管理及智能維修

站臺門系統(tǒng)與乘客候車及列車運行安全直接相關，因此實時掌控站臺門系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，具有重要意義。

基于站臺門系統(tǒng)狀態(tài)信息的全壽命周期管理系統(tǒng)集成了電源系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、蓄電池、門體結構部件等相關系統(tǒng)部件，能實時監(jiān)控各部件的性能參數(shù)。通過后臺數(shù)據(jù)庫智能算法，可實現(xiàn)對零部件的狀態(tài)趨勢分析；根據(jù)狀態(tài)發(fā)展趨勢，結合零部件性能標準，可實現(xiàn)對設備壽命的可靠評估。

為進一步提高設備的壽命，保障系統(tǒng)的可靠運行，針對站臺門系統(tǒng)各零部件系統(tǒng)，建立了穩(wěn)定參數(shù)庫和預警值庫等2大基礎數(shù)據(jù)庫。

將站臺門系統(tǒng)設備實時參數(shù)與穩(wěn)定參數(shù)進行對比，可分析設備的可靠性。當設備參數(shù)接近預警值時，站臺門全壽命周期管理系統(tǒng)將預測站臺門可能產生的故障，并進行報警。同時，系統(tǒng)還將根據(jù)數(shù)據(jù)庫基礎定期智能生成站臺門系統(tǒng)各部件的維修養(yǎng)護計劃，以實現(xiàn)設備故障的提前預知和維修養(yǎng)護。

通過全壽命周期管理系統(tǒng)對站臺門系統(tǒng)進行壽命管理并制定對應的維修計劃，可有效降低站臺門故障對列車運行的影響，提高系統(tǒng)可靠性。

1.4 站臺門系統(tǒng)應急管理

在全自動駕駛模式下，一旦列車門或者站臺門的開關出現(xiàn)故障，若站臺門系統(tǒng)不能根據(jù)具體情況采取及時有效的措施，將影響到乘客的上下車，從而影響整個線路的運營，甚至會造成嚴重后果。因此，當列車門或站臺門出現(xiàn)故障時，站臺門系統(tǒng)需對故障的門或站臺門進行隔離處理，并及時提醒乘客在指定的位置上下車。這就是全自動駕駛模式下，站臺門系統(tǒng)的對位隔離功能。

要實現(xiàn)站臺門與列車門的對位隔離，需對每個門單元進行單獨控制。具體工況如下：

（1）列車門發(fā)生故障，隔離站臺門。列車的某個車門在出現(xiàn)故障不能打開時會被隔離；在列車到站停車后，站臺門控制系統(tǒng)控制對應故障列車門的站臺門單元保持鎖閉，不參與開、關門作業(yè)；此時站臺的其他站臺門應正常打開，VOBC（車載控制器）也仍對其打開狀態(tài)進行防護。

（2）站臺門發(fā)生故障，隔離列車門。當某扇站臺門門體發(fā)生故障或被人工鎖閉時，站臺門系統(tǒng)對該站臺門單元進行隔離。列車在該站臺停車后，與該側站臺故障門單元對應的列車門也保持鎖閉，不參與開關門作業(yè)。

當站臺門發(fā)生故障，需隔離列車門時，對位隔離功能實現(xiàn)步驟為：

（1）當單扇或幾扇站臺門發(fā)生故障不能打開時，站臺門系統(tǒng)將故障門的信息通過信號網(wǎng)絡接口報告給相應的連鎖設備，并匯報給ISCS（綜合監(jiān)控系統(tǒng)），并在OCC（控制中心）的客運調度平臺及維修平臺上進行報警。

（2）故障站臺門對應的故障指示燈點亮。

（3）連鎖或ZC（區(qū)域控制）設備將站臺門狀態(tài)信息（包括正常門和故障門）發(fā)送給當前接近車站的列車的VOBC；VOBC將對應故障站臺門的信息轉發(fā)給TIMS（列車綜合管理系統(tǒng)）。

（4）車輛通過車載PIS（乘客信息系統(tǒng)）觸發(fā)相對應隔離車門上方的動態(tài)地圖顯示器，以顯示此車門不打開信息，并點亮紅色指示燈。

（5）列車進站停車后，VOBC分別向車輛和聯(lián)鎖設備發(fā)送打開車門指令和打開站臺門指令，故障站臺門對應的車門由TIMS控制不打開。

2 結語

站臺門系統(tǒng)是乘客候車安全的屏障，也是全自動駕駛模式下車站自動控制設備的重要組成部分。從系統(tǒng)的安全性、可靠性、自動化及智能化等方面深入研究，建立全自動駕駛模式下的站臺門系統(tǒng)全壽命周期管理系統(tǒng)，對于全自動駕駛技術的推動和發(fā)展具有重要意義。

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