駱禮倫

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063,武漢//高級(jí)工程師)

0 引言

全自動(dòng)駕駛技術(shù)因其可靠性高、運(yùn)營(yíng)成本低、服務(wù)質(zhì)量好等特點(diǎn)，成為城市軌道交通未來的發(fā)展方向和目標(biāo)。目前，北京燕房線和機(jī)場(chǎng)線，以及上海軌道交通10號(hào)線等線路已具備全自動(dòng)駕駛功能，成都、武漢、南京等城市的新建線路也在嘗試采用全自動(dòng)駕駛技術(shù)。

根據(jù)EN 62267—2009《鐵路應(yīng)用設(shè)施——都市自動(dòng)化有軌運(yùn)輸》，城市軌道交通自動(dòng)化水平可分為5個(gè)等級(jí)，如表1所示。

表1 列車運(yùn)行自化等級(jí)劃分表

目前，我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)中正線的控制技術(shù)得到了大幅提升，自動(dòng)化等級(jí)從最初的GoA1發(fā)展到目前最高等級(jí)GoA4，已處于國(guó)際先進(jìn)水平。但由于全自動(dòng)駕駛車輛段與傳統(tǒng)車輛段存在較大差異，導(dǎo)致車輛段區(qū)域自動(dòng)化等級(jí)很低，仍需要進(jìn)行人工維護(hù)。其中,運(yùn)用庫(kù)是車輛段區(qū)域中建筑面積最大、使用頻率最高的單體建筑，運(yùn)用庫(kù)的設(shè)計(jì)將直接影響到車輛段及全線的自動(dòng)化水平。

1 全自動(dòng)駕駛技術(shù)實(shí)施的必要性

全自動(dòng)駕駛技術(shù)包含對(duì)城市軌道交通列車在內(nèi)的多項(xiàng)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行升級(jí)。隨著全自動(dòng)駕駛技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用，勢(shì)必會(huì)帶動(dòng)城市軌道交通相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的更新,并促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展。

1.1 提高軌道交通運(yùn)營(yíng)安全性和可靠性的需要

全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)利用高效的ATC(列車自動(dòng)控制)系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)中智能運(yùn)轉(zhuǎn)的功能保障，結(jié)合人工監(jiān)視和干預(yù)的機(jī)制，在落實(shí)高精度列車運(yùn)行的同時(shí)，減少了不必要的誤操作。同時(shí)，該系統(tǒng)采用冗余互備技術(shù)，降低了列車運(yùn)行故障,其完善的故障自診斷和自愈功能提高了整個(gè)系統(tǒng)的可用性和可靠性。

1.2 降低運(yùn)營(yíng)成本的需要

全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的精確定位及實(shí)時(shí)跟蹤，可以有效縮短行車間隔，以及提高旅行速度。全自動(dòng)駕駛可以弱化駕駛員職能或直接取消駕駛員，即可以綜合人員的崗位需求精減定員。

1.3 提高乘客服務(wù)質(zhì)量的需要

全自動(dòng)駕駛能根據(jù)實(shí)時(shí)情況，控制列車運(yùn)行的速度/時(shí)間,使其達(dá)到最佳性能狀態(tài)，大大提高了車輛運(yùn)行的平穩(wěn)度和舒適性。全自動(dòng)駕駛由于自動(dòng)化程度較高，較容易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行，故而可提高乘客對(duì)城市軌道交通的信任度。

1.4 提高軌道交通的先進(jìn)性的需要

城市軌道交通技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)證明，全自動(dòng)駕駛技術(shù)是未來重要的發(fā)展方向和目標(biāo)。各城市迫切需要這項(xiàng)新技術(shù)來提高軌道交通線網(wǎng)建設(shè)的先進(jìn)性。全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)無論是在人員還是在管理運(yùn)營(yíng)模式上都得到了合理、有效的精簡(jiǎn)，它是城市軌道交通管理領(lǐng)域的一次創(chuàng)新，將有效提高管理效率。

2 全自動(dòng)駕駛車輛段運(yùn)用庫(kù)存在問題分析

全自動(dòng)駕駛技術(shù)是城市軌道交通中的一個(gè)新的運(yùn)營(yíng)理念，其對(duì)車輛段(尤其是運(yùn)用庫(kù))的工程設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)管理影響很大，國(guó)內(nèi)尚缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也沒有相應(yīng)規(guī)范。部分城市軌道交通車輛段運(yùn)用庫(kù)在投入運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后會(huì)暴露出一些問題，影響到檢修人員的作業(yè)效率，增加了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使得運(yùn)用庫(kù)的整體運(yùn)行效率大打折扣。目前,在城市軌道交通車輛段運(yùn)用庫(kù)的使用過程中,發(fā)現(xiàn)一些基礎(chǔ)設(shè)施存在如下問題。

2.1 運(yùn)用庫(kù)工藝流程不全面

全自動(dòng)駕駛車輛段運(yùn)用庫(kù)的工藝流程是否順暢合理是進(jìn)行運(yùn)用庫(kù)設(shè)計(jì)的前提。但目前并沒有相關(guān)規(guī)程或規(guī)范對(duì)全自動(dòng)駕駛車輛段運(yùn)用庫(kù)流程進(jìn)行全面描述和說明。

2.2 運(yùn)用庫(kù)橫向地下通道均設(shè)置在運(yùn)用庫(kù)頭部

北京燕房線閻村北車輛段和上海軌道交通10號(hào)線吳中路車輛段的運(yùn)用庫(kù)橫向地下通道均設(shè)置在運(yùn)用庫(kù)頭部，當(dāng)列檢人員進(jìn)行第二列位列檢時(shí)，要多走1列車長(zhǎng)的距離;同時(shí)，由于地下通道陰暗潮濕，以及通風(fēng)及照明條件差，導(dǎo)致檢修人員的作業(yè)舒適性差。

2.3 車輛段控制中心與運(yùn)用庫(kù)第二列位距離較遠(yuǎn)

圖1為北京燕房線閻村北車輛段運(yùn)用庫(kù)布置圖。由圖1可知,DCC(車輛段/場(chǎng)控制中心)與運(yùn)用庫(kù)第二列位距離較遠(yuǎn)，當(dāng)列檢人員從列檢班組室進(jìn)入第二列位列檢作業(yè)時(shí)，空走距離較長(zhǎng)，影響工作人員的維修效率。

圖1 北京燕房線閻村北車輛段運(yùn)用庫(kù)布置圖

2.4 運(yùn)用庫(kù)庫(kù)門的設(shè)置

北京燕房線閻村北車輛段、上海軌道交通10號(hào)線吳中路車輛段均屬北方地區(qū)，運(yùn)用庫(kù)均設(shè)置了庫(kù)門，庫(kù)門必須與信號(hào)連鎖，頻繁開啟容易產(chǎn)生機(jī)械故障，影響行車安全以及發(fā)車效率。針對(duì)于運(yùn)用庫(kù)是否設(shè)置庫(kù)門這一問題,南方地區(qū)全自動(dòng)駕駛車輛段可不必生搬硬套。

3 武漢軌道交通5號(hào)線某車輛段運(yùn)用庫(kù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 工程概況

武漢軌道交通5號(hào)線(見圖2)橫貫武昌東西，串接了白沙組團(tuán)、武昌老城區(qū)、武昌濱江商務(wù)區(qū)、紅鋼城和武漢火車站，是武昌鎮(zhèn)內(nèi)的軌道主干線。5號(hào)線線路南起南三環(huán)，北至武漢火車站，全長(zhǎng)約35.2 km，車站共計(jì)25座。其中,高架段長(zhǎng)約7.7 km，設(shè)置車站4座；地下線長(zhǎng)約27.5 km，設(shè)置車站21座。全線平均站間距為1.4 km,換乘站共計(jì)10座;線路南端設(shè)青菱停車場(chǎng)，北端設(shè)工人村車輛段；全線共設(shè)2座主變所，并利用7號(hào)線徐家棚站和新建張家灣站進(jìn)行主變；5號(hào)線與4、8號(hào)線共用鐵機(jī)路控制中心。武漢軌道交通5號(hào)線工程采用GoA4技術(shù)，車輛采用國(guó)產(chǎn)A型全自動(dòng)駕駛列車。項(xiàng)目于2016年開工建設(shè)，預(yù)計(jì)2019年開始調(diào)試，2021年正式開通。

圖2 武漢軌道交通5號(hào)線工程線路示意圖

3.2 全自動(dòng)駕駛列車駛回車輛段基本流程

車輛段是列車停放、檢修、保養(yǎng)和維護(hù)的重要基地，是城市軌道交通工程中的重要組成部分。運(yùn)用庫(kù)由停車列檢庫(kù)、雙周三月檢庫(kù)、辦公區(qū)等組成，是負(fù)責(zé)列車的日常檢修、周月檢的重要基地，同時(shí)也負(fù)責(zé)所有列車的停放及日常整備工作。其主要特點(diǎn)是建筑面積大、庫(kù)內(nèi)股道多，且一般需要考慮近遠(yuǎn)期相結(jié)合。因此，運(yùn)用庫(kù)的設(shè)計(jì)優(yōu)劣將直接影響到檢修作業(yè)的效率與質(zhì)量，進(jìn)而影響到列車的日常維修維護(hù)及行車安全。

運(yùn)用庫(kù)總平面設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)注意運(yùn)用庫(kù)的物流因素，這樣不僅能降低其間的運(yùn)輸成本，加快生產(chǎn)流程，而且還能提高車輛段生產(chǎn)能力，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

全自動(dòng)駕駛列車駛回車輛段的基本流程,如圖3所示。

3.2.1 回段

需要退出正線服務(wù)回段(場(chǎng))的列車折返后進(jìn)入最后半周運(yùn)行時(shí)，在終到站為非線路終端站的情況下，應(yīng)由折返站開始的沿途各站站臺(tái)廣播提醒乘客本次列車終到站站名，車載廣播也同時(shí)提醒乘客。到達(dá)終到站時(shí)，車載廣播應(yīng)提醒車上乘客下車;TIAS(行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng))聯(lián)動(dòng)車站廣播，提醒站臺(tái)乘客不能上車。停站未清客完成期間，車載信號(hào)設(shè)備保持車門打開。清客確認(rèn)后，信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送關(guān)閉列車車門和站臺(tái)門的指令。在條件具備的情況下，列車自動(dòng)起動(dòng)駛離終到站,并運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌(車輛段接軌站一度停車處)。

圖3 全自動(dòng)駕駛列車駛回車輛段基本流程圖

TIAS判斷列車完全進(jìn)入轉(zhuǎn)換軌后，刪除車次號(hào),并轉(zhuǎn)換為車組號(hào)，自動(dòng)向列車發(fā)送“停止正線服務(wù)”指令。車輛收到指令后，進(jìn)行關(guān)閉照明、空調(diào)或電熱等相關(guān)操作。

3.2.2 洗車、回庫(kù)和調(diào)車作業(yè)

列車從轉(zhuǎn)換軌駛出后，列車控制轉(zhuǎn)交DCC(車輛段控制中心)，根據(jù)洗車、調(diào)車等計(jì)劃，選擇洗車(洗車庫(kù)空閑情況下)、回庫(kù)(停車列檢庫(kù))和調(diào)車(檢修庫(kù)、雙周三月檢庫(kù))等作業(yè)。

洗車機(jī)設(shè)于車輛段(場(chǎng))全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)，洗車作業(yè)由TIAS控制完成。

3.2.3 分區(qū)停車

列車根據(jù)列檢計(jì)劃，自動(dòng)分區(qū)停車。

3.2.4 分區(qū)保護(hù)

一個(gè)保護(hù)分區(qū)停滿列車后，控制中心的行車調(diào)度將該分區(qū)鎖閉,電力調(diào)度切斷該分區(qū)牽引供電，上述工作確認(rèn)完成后，激活門禁系統(tǒng)，工作人員方可進(jìn)入該保護(hù)分區(qū)進(jìn)行作業(yè)。

3.2.5 列檢、保潔及通號(hào)檢測(cè)

工作人員(包括列檢、保潔和通號(hào)人員)取得授權(quán)后，進(jìn)入該保護(hù)分區(qū)，打開SPKS鎖(工作人員防護(hù)鑰匙開關(guān))，之后進(jìn)行聯(lián)合平行作業(yè)。列檢作業(yè)時(shí)間為30～45 min，車內(nèi)保潔作業(yè)時(shí)間為45 min，通號(hào)作業(yè)時(shí)間為15 min。綜合考慮門禁授權(quán)、打開SPKS鎖等輔助時(shí)間，取作業(yè)時(shí)間為50 min。

3.2.6 分區(qū)恢復(fù)

列檢、車內(nèi)保潔、通號(hào)檢測(cè)等作業(yè)完成后，行車調(diào)度將該分區(qū)信號(hào)恢復(fù)，電力調(diào)度將該分區(qū)牽引供電恢復(fù)，并關(guān)閉SPKS鎖，此時(shí)門禁系統(tǒng)被鎖定。

3.2.7 休眠

車載設(shè)備收到“休眠”指令后，將該指令傳送到車輛，由車輛控制斷電。休眠期間，用于喚醒列車的設(shè)備將持續(xù)工作。若休眠作業(yè)未能正確執(zhí)行，列車將向TIAS中心報(bào)警；休眠成功后，列車將向TIAS發(fā)送休眠狀態(tài)信息。

全自動(dòng)駕駛列車列檢的基本流程如圖4所示。

圖4 全自動(dòng)駕駛列車列檢基本流程圖

3.3 車輛段運(yùn)用庫(kù)平面布置優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)上述技術(shù)問題，結(jié)合武漢軌道交通5號(hào)線工程地處武漢地區(qū)，天氣潮濕悶熱，運(yùn)用庫(kù)不易設(shè)置在橫向地下通道，此外5號(hào)線擬采用三軌A型車。結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和建設(shè)運(yùn)營(yíng)單位的需求，本次優(yōu)化設(shè)計(jì)采用下述技術(shù)方案進(jìn)行解決：①采用庫(kù)內(nèi)天橋設(shè)計(jì)，將天橋設(shè)置在運(yùn)用庫(kù)中部位置；②將DCC與天橋設(shè)計(jì)在同一平面上，使得運(yùn)用庫(kù)既能滿足功能要求又安全高效；③地面保留列檢尾部通道門(帶門禁)，如需更換門窗和處理大故障，可方便工作人員和大型工具進(jìn)入運(yùn)用庫(kù)區(qū)。

車輛段運(yùn)用庫(kù)布置整體示意如圖5所示，側(cè)視圖如圖6所示。

3.3.1 庫(kù)內(nèi)天橋設(shè)置在運(yùn)用庫(kù)中部

與地下通道相比，運(yùn)用庫(kù)采用庫(kù)內(nèi)天橋設(shè)計(jì)可避免積水深、通風(fēng)差等問題，庫(kù)內(nèi)天橋結(jié)構(gòu)如圖7所示。由于天橋高度較高，運(yùn)用庫(kù)屋架需上抬約1 m方可滿足高度要求。經(jīng)與有關(guān)專業(yè)落實(shí)，抬高運(yùn)用庫(kù)層架與設(shè)置地下通道的造價(jià)差異不大。同時(shí)，因天橋設(shè)置在運(yùn)用庫(kù)中間，亦可兼顧第一列位和第二列位列車列檢作業(yè)。

注：1——雙周三月檢庫(kù)；2——A1區(qū)；3——B區(qū)；4——C區(qū)；5——D區(qū)；6——消防聯(lián)動(dòng)門；7——輔跨一層；8——A2區(qū)；9——隔離護(hù)欄；10——列檢尾部通道門(帶門禁)；11——庫(kù)內(nèi)天橋；12——DCC控制室；13——輔跨二層

3.3.2 DCC與天橋設(shè)計(jì)在同一平面上

該措施是將DCC與天橋設(shè)置在同一樓層，通過庫(kù)內(nèi)天橋?qū)⒘袡z班組室與停車列檢區(qū)連接起來，并在樓梯入口處設(shè)置列檢通道門(帶門禁)。列檢現(xiàn)場(chǎng)人員可以很方便地通過天橋列檢通道門到達(dá)列檢各分區(qū)作業(yè)，提高檢修效率，同時(shí)便于庫(kù)內(nèi)工作人員及時(shí)有效溝通，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

注：14——檢查坑；15——綜合支吊架；16——天橋樓梯；17——天橋列檢通道門(帶門禁)；18——天橋走廊

a) 天橋平面布置圖b) 1-1剖視圖c) 2-2剖視圖

3.3.3 地面保留列檢尾部通道門

如需更換門窗、處理大故障，列檢人員可通過列檢尾部通道門(帶門禁)攜帶工具進(jìn)入運(yùn)用庫(kù)作業(yè)。

3.3.4 運(yùn)用庫(kù)不設(shè)置庫(kù)門

本工程處于南方地區(qū)，運(yùn)用庫(kù)可不設(shè)置門，避免車庫(kù)門與信號(hào)連鎖，頻繁開啟庫(kù)門將影響行車安全以及發(fā)車效率。

3.3.5 其它措施

如圖5～6所示，停車列檢庫(kù)內(nèi)應(yīng)設(shè)置安全保護(hù)分區(qū)，按照2～3股道作為一個(gè)分區(qū)進(jìn)行設(shè)置(車輛段規(guī)模較大時(shí)可取4～5股道)，并通過金屬防護(hù)圍欄進(jìn)行分隔保護(hù)。該措施采用物理性隔離，安全性能較高，此外需在通道入口設(shè)置門禁。從正線退出運(yùn)營(yíng)的列車優(yōu)先停放在一個(gè)分區(qū)，待列車停滿且該分區(qū)切斷列車供電后，工作人員才可進(jìn)入兩股道間的防護(hù)分區(qū)進(jìn)行列檢作業(yè)。為滿足空間需求，分區(qū)線間距應(yīng)由常規(guī)的5 m增加至7 m，如圖8所示。

圖8 停車列檢庫(kù)安全保護(hù)分區(qū)線間距示意圖

停車列檢庫(kù)內(nèi)列車頭部至車檔前的安全距離不小于15 m，同條列檢線兩列位停車安全間距不小于20 m，室外牽出線至車檔的安全距離按15 m控制。因此，全自動(dòng)駕駛車輛段停車列檢庫(kù)比常規(guī)停車列檢庫(kù)長(zhǎng)27 m左右，用地方面也較為寬松一些。

列車清洗是地鐵車輛段最重要的功能之一，采用自動(dòng)化機(jī)械洗車機(jī)以提高洗車效率和清洗質(zhì)量，并增加補(bǔ)洗流程。運(yùn)用庫(kù)設(shè)有補(bǔ)洗列位，可以對(duì)未洗干凈的列車進(jìn)行補(bǔ)洗、打蠟等作業(yè)。

通過采用上述運(yùn)用庫(kù)技術(shù)方案，可提高城市軌道交通車輛段運(yùn)用庫(kù)的檢修效率與質(zhì)量，改善雙周三月檢及列檢作業(yè)的工作環(huán)境，減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)檢修作業(yè)的合理性與便利性將得到顯著增強(qiáng)，充分體現(xiàn)了以人為本的設(shè)計(jì)理念。

4 結(jié)語

隨著城市軌道交通的發(fā)展，全自動(dòng)駕駛技術(shù)有了飛速進(jìn)步，但車輛段區(qū)域的自動(dòng)化水平仍較低，其運(yùn)用庫(kù)的布置也不盡合理。本文充分結(jié)合武漢軌道交通5號(hào)線工程地處南方地區(qū)、采用三軌A型車等特點(diǎn)，重新梳理全自動(dòng)駕駛車輛段運(yùn)用庫(kù)工藝流程，提出一種針對(duì)全自動(dòng)駕駛車輛段運(yùn)用庫(kù)布置的方案。目前，該方案已運(yùn)用到武漢軌道交通5號(hào)線中，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。