鄭 輝

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

城市軌道交通全自動運(yùn)行因其系統(tǒng)安全可靠、靈活的運(yùn)營方式、節(jié)能減排等諸多優(yōu)點(diǎn)受到越來越多的青睞。截止至2017年3月，全球已有40個城市開通運(yùn)營57條，850 km，890個車站的全自動運(yùn)行線路[1]。從2008年北京機(jī)場線按照全自動運(yùn)行等級建設(shè)開始，2017年12月28日國內(nèi)首條采用自主化全自動運(yùn)行技術(shù)的北京燕房線開通運(yùn)營。上海10號線采用全自動運(yùn)行后，平均旅速比有人駕駛提高了2.73 km/h，平均入庫時間減少了130 s，站臺乘降作業(yè)時間縮短了10 s，運(yùn)營正點(diǎn)率高達(dá)99.97%，故障率大幅降低。受到全自動運(yùn)行系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢的鼓舞，近年來北京、上海、武漢、成都、南京、寧波、廣州、南寧等地區(qū)開始大力推廣全自動運(yùn)行技術(shù)。

1 全自動運(yùn)行外場測試的概念及內(nèi)容

全自動運(yùn)行系統(tǒng)外場測試主要是指車輛、信號、通信、綜合監(jiān)控、站臺門等核心子系統(tǒng)除完成產(chǎn)品本身可靠性和必要的功能性試驗(yàn)外，為了保證全自動運(yùn)行系統(tǒng)完整實(shí)現(xiàn)，還應(yīng)在正式聯(lián)調(diào)前增加外場測試環(huán)節(jié)，以便確認(rèn)機(jī)電核心系統(tǒng)接口功能，確認(rèn)軟、硬件的靜、動態(tài)設(shè)計的合理性與正確性[2]。外場測試主要包含3部分內(nèi)容。

(1)集成測試：主要測試和證實(shí)各子系統(tǒng)之間的接口已正確無誤實(shí)現(xiàn)，測試程序應(yīng)包括所有的接口并證實(shí)其兼容性完備。

(2)功能測試：主要對個別子系統(tǒng)的功能表現(xiàn)根據(jù)要求進(jìn)行測試，測試程序應(yīng)能充分證實(shí)需實(shí)現(xiàn)的功能已達(dá)到在不同模式下所制定的要求。

(3)安全測試：此類測試主要是確定所配備的系統(tǒng)已達(dá)到所有的安全要求，而且在任何情況下不會危害到列車的安全運(yùn)行。

2 工程概況

2.1 線路概況

南寧地鐵5號線線路全長20.22 km，設(shè)站17座，均為地下站，最大站間距2.27 km，最小站間距0.79 km，平均站間距1.14 km，一期工程設(shè)那洪車輛基地1座，主變電站2處[3]。

2.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

5號線車輛采用B型車6輛編組，直流1 500 V接觸網(wǎng)供電，最高運(yùn)行速度80 km/h，信號系統(tǒng)采用全自動運(yùn)行技術(shù)，運(yùn)營初期按照全線全時段有人監(jiān)護(hù)，有人在司機(jī)室監(jiān)護(hù)列車運(yùn)行，第二階段為車輛基地?zé)o人值守，正線全時段有人在列車車廂值守，第三階段正線高峰時段有人在列車車廂值守，平峰時段多職能人員間隙巡視，第四階段全線全時段無人模式[4]。

3 外場測試的必要性分析

3.1 工期籌劃

南寧地鐵5號線工程項(xiàng)目施工總工期為4年，計劃于2017年9月全線車站開工，2019年11月底全線洞通，2020年8月電通，2020年10月～2021年3月系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，2021年3月27日三權(quán)移交，2021年6月28日開通試運(yùn)營。

3.2 全自動運(yùn)行對工期的影響

本線實(shí)行全自動運(yùn)行，雖然對正線土建工程影響較小，但對車輛、通信、信號、綜合監(jiān)控等系統(tǒng)的功能都有所增加或增強(qiáng)，同時國內(nèi)目前全自動運(yùn)行的建設(shè)正處于起步狀態(tài)，參與的各系統(tǒng)功能及接口還有待完善，因此實(shí)行全自動運(yùn)行將使各系統(tǒng)設(shè)備及設(shè)備間接口調(diào)試、車輛制造周期等均需增加。根據(jù)國內(nèi)其他全自動運(yùn)行線路的經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)內(nèi)各專業(yè)調(diào)試工期較常規(guī)項(xiàng)目調(diào)試時間增長20%～30%，在各專業(yè)調(diào)試完成、具備條件后，增加聯(lián)調(diào)時間約20%，整體調(diào)試時間較常規(guī)項(xiàng)目增加約50%。全自動運(yùn)行項(xiàng)目較傳統(tǒng)模式線路建設(shè)工期至少增加6～12個月[5]。

針對本線采用全自動運(yùn)行技術(shù)后系統(tǒng)聯(lián)調(diào)周期較長，為確保如期開通，建議選取樣板段或外場進(jìn)行提前調(diào)試，樣板段或外場至少提前12個月開始動車調(diào)試，全線聯(lián)調(diào)聯(lián)試至少提前6個月開始動車調(diào)試。

4 外場測試功能需求分析

4.1 行車功能需求

測試需求：啟動加速至80 km/h、80 km/h常用制動及緊急制動、列車故障運(yùn)行、故障救援等。

4.2 車輛功能需求[6]

測試需求：根據(jù)信號系統(tǒng)指令完成列車自動檢測、列車自動休眠、喚醒、列車自動運(yùn)行(含起動、加速、減速、制動、與乘客通信、救援疏導(dǎo)等)功能測試；列車故障診斷、數(shù)據(jù)傳輸、故障報警信息自動上傳功能測試；列車排障功能測試；障礙物檢測功能測試；列車脫軌檢測功能測試；低壓系統(tǒng)恢復(fù)供電功能測試；列車遠(yuǎn)程控制、復(fù)位功能測試；車輛關(guān)鍵系統(tǒng)熱備份能力功能測試；車輛各子系統(tǒng)冗余測試；列車與火災(zāi)報警、視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動功能測試；列車車門自動開關(guān)門、與屏蔽門對位隔離功能測試；列車電磁兼容性能測試；列車廣播系統(tǒng)自動報站、聲音采集、故障檢測功能測試；列車視頻監(jiān)控及實(shí)時上傳功能測試；列車制動控制功能測試；列車自動跳躍功能測試；列車停車控制功能測試(雨天、霧天、輪緣噴油情況下)；后備蠕動功能測試；列車車門緊急解鎖功能測試；列車空調(diào)、照明自動調(diào)節(jié)功能測試；逃生門控制功能測試；全自動洗車功能模擬測試；有人駕駛/無人駕駛兩種駕駛模式相互切換測試。

4.3 通信功能需求[7]

專用無線通信系統(tǒng)：試驗(yàn)線實(shí)現(xiàn)無線通信覆蓋，測試列車緊急電話與乘客調(diào)度員之間的通話功能是否通暢。

乘客信息系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)乘客信息系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，測試車-地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)是否通暢；乘客信息系統(tǒng)與信號系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)到站信息顯示功能，測試該接口功能是否實(shí)現(xiàn)。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)：試驗(yàn)線全線設(shè)置攝像機(jī)，對試車過程進(jìn)行監(jiān)視；自動駕駛模式下，客室車載攝像機(jī)應(yīng)與乘客對講、緊急拉鎖、煙感、逃生門進(jìn)行聯(lián)動，當(dāng)發(fā)生緊急狀況時，應(yīng)觸發(fā)聯(lián)動信號，控制中心乘客調(diào)度員監(jiān)視器應(yīng)彈出發(fā)生狀況處監(jiān)視圖像，視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)與相關(guān)系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)視圖像自動彈出功能。

廣播系統(tǒng)：廣播系統(tǒng)與信號系統(tǒng)接口實(shí)現(xiàn)到站廣播功能，測試該功能是否實(shí)現(xiàn)；區(qū)間緊急模式下，通過廣播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對乘客引導(dǎo)疏散功能，與綜合監(jiān)控配套設(shè)置，測試區(qū)間引導(dǎo)疏散功能。

時鐘系統(tǒng)：為系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)同步時間信號。

4.4 信號功能需求[8]

測試需求：試驗(yàn)線應(yīng)能夠完成列車休眠喚醒、列車全自動運(yùn)行(含起動、加速、減速、制動、與乘客通信、救援疏導(dǎo)等)功能測試、蠕動模式、雨雪模式、自動洗車、列車對位調(diào)整、停車列檢庫及洗車庫庫門防護(hù)、列車自動出/回場、模式轉(zhuǎn)換、站間運(yùn)行和精確停車、列車全自動折返、車門及安全門控制、車門/站臺門對位隔離、作業(yè)區(qū)封鎖防護(hù)、站臺緊急關(guān)閉、車地通信、臨時限速、聯(lián)鎖功能、故障測試(ZC設(shè)備故障情況下的列車運(yùn)行、車載ATP設(shè)備故障情況下的列車運(yùn)行、車載ATO故障情況下的列車運(yùn)行、車載ATP與ZC通信故障下的列車運(yùn)行、ZC與CI通信故障下的列車運(yùn)行、VOBC與CI通信故障下的列車運(yùn)行、計軸ARB下的列車運(yùn)行及計軸復(fù)位功能測試等)等基本功能，以及信號系統(tǒng)與車輛、通信、綜合監(jiān)控、站臺門等系統(tǒng)間的接口聯(lián)動功能。

4.5 綜合監(jiān)控功能需求[9]

火災(zāi)自動報警子系統(tǒng)測試需求：按中央、車站兩級調(diào)度管理，中央、車站、就地三級監(jiān)控的方式設(shè)置，并負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)探測、向車站控制室及線路運(yùn)營控制中心發(fā)出火災(zāi)警報、報告火災(zāi)區(qū)域、與綜合監(jiān)控系統(tǒng)配合或獨(dú)立實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備的聯(lián)動控制。

門禁子系統(tǒng)測試需求[10]：門禁卡授權(quán)管理，設(shè)置員工票的安全級別、授權(quán)進(jìn)入的區(qū)域、密碼等；門禁系統(tǒng)參數(shù)管理，設(shè)置門禁系統(tǒng)的設(shè)備控制參數(shù)及安全參數(shù)。對系統(tǒng)參數(shù)的下載進(jìn)行管理；采集限制區(qū)域讀卡器進(jìn)入的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲與處理；系統(tǒng)報表生成，系統(tǒng)按時生成有關(guān)的報表，必要時可以靈活地根據(jù)條件查詢數(shù)據(jù)及生成臨時報表；接受通信系統(tǒng)時鐘信號，同步門禁系統(tǒng)時鐘；具有“運(yùn)行”狀態(tài)、“在線/備用”狀態(tài)、“通信失效”報警、非法操作及其他重要信息報警；系統(tǒng)能向管轄范圍內(nèi)的單臺、一組、一類或全部門禁設(shè)備下達(dá)運(yùn)行控制命令；門禁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)模式下，相關(guān)區(qū)域的門禁釋放功能。

4.6 站臺門功能需求[11]

需測試常規(guī)線路的系統(tǒng)級控制、站臺級控制、手動操作、IBP盤緊急開門功能、單道門單元的維修控制功能。此外，采用全自動運(yùn)行時，增加的與車門的對位隔離功能、語音播報功能、障礙物激光探測功能。

5 外場測試方案研究

5.1 外場測試總體技術(shù)原則[12]

(1)應(yīng)敷設(shè)足夠的線路、車站配線，滿足本線全自動運(yùn)行基本運(yùn)行場景的試驗(yàn)。

(2)線路應(yīng)滿足最高時速80 km單車運(yùn)行。

(3)若在正線開展測試，則至少應(yīng)滿足列車在三站兩區(qū)間的運(yùn)行試驗(yàn)，其中某一車站應(yīng)配置必要的站臺、站臺門、站臺緊急關(guān)閉等實(shí)體設(shè)施，測試與列車在正線運(yùn)行時相同的場景。

(4)線路需配置必要的通信、信號、供電、綜合監(jiān)控等系統(tǒng)設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)全自動運(yùn)行的基本功能，在保證功能完整的條件下，設(shè)備配置可適度簡化。

然而鄭某的夢魘也就此開始，他上任不久，程瀚便對鄭某說，準(zhǔn)備給自己兒子程某某在蕪湖碧桂園買房，讓鄭某準(zhǔn)備50萬元。第二天鄭某便將50萬元匯到程某某的賬戶上。2009年11月份左右，程瀚說要買房子，讓其準(zhǔn)備40萬元，鄭某不想給，程瀚態(tài)度很不好，并說“能讓鄭某上去也能讓鄭某下來”，鄭某只得拎了一個黑色塑料袋到程瀚家。2011年年底，程瀚說裝修房子讓其準(zhǔn)備20萬元，其表示沒錢，程瀚便對鄭某大罵，逼得走投無路的鄭某只好通過向其朋友宋某某借高利貸的形式借了20萬元送到程瀚公安局辦公室。

(5)牽引、制動性能合格的車輛是外場測試的前提條件，整個測試須滿足調(diào)試司機(jī)通過一次全牽引操作，列車速度直接提升至80 km/h，并保持惰行一定時間后觸發(fā)制動指令(包括全常用、快速及緊急制動)。

5.2 外場測試選址方案研究

5.2.1 測試場地設(shè)于車輛基地試車線方案

5號線那洪車輛基地內(nèi)設(shè)有1條試車線，有效長為1.25 km，但出于安全考慮，列車速度僅能在瞬間提升到80 km/h，無法達(dá)到惰行時間要求，且試車線上無法增設(shè)站臺、站臺門等測試設(shè)施和設(shè)備，難以完成各類測試項(xiàng)目。此外，車輛基地試車線部分區(qū)域位于基本農(nóng)田保護(hù)范圍內(nèi)，受征地影響，短期內(nèi)無法開工建設(shè)。

5.2.2 測試場地設(shè)于正線方案

因車輛基地至國凱大道站間的出入段線存在曲線半徑小(450 m)、坡度大(32‰)等問題，因此，暫定在正線距車輛基地較近的國凱大道站—那洪立交站—金凱路站的三站兩區(qū)間進(jìn)行外場測試，如圖1所示。

依據(jù)目前的工籌計劃安排，該區(qū)段線路工期需于2019年7月實(shí)現(xiàn)洞通，2019年11月實(shí)現(xiàn)軌通，2019年12月實(shí)現(xiàn)電通，2020年3月底相關(guān)系統(tǒng)安裝、調(diào)試完成，具備以下測試條件。

圖1 正線外場測試區(qū)段線路平、縱斷面

(1)車輛基地：靜調(diào)和周月檢庫提供兩列位檢修股道、登高平臺和檢查坑、車間電源及架車條件均應(yīng)滿足；兩股道至試車線軌道貫通，接觸網(wǎng)帶電，具備動車條件；場內(nèi)外道路具備運(yùn)輸和接車條件；牽混所交流、直流系統(tǒng)均需安裝及調(diào)試完畢，所有繼電保護(hù)整定值校驗(yàn)完畢，35 kV開關(guān)柜、1 500 V直流柜、400 V開關(guān)柜均可受電。

(2)出入段線：軌道貫通、接觸網(wǎng)帶電，具備動車條件。

(3)主變電所：旱塘主變電站所安裝調(diào)試完成，各項(xiàng)繼電保護(hù)整定值均檢驗(yàn)完畢，完成送電。

(4)控制中心：控制中心相關(guān)核心系統(tǒng)如通信、信號、綜合監(jiān)控等系統(tǒng)設(shè)備安裝并完成調(diào)試，綜合監(jiān)控應(yīng)能實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)互聯(lián)功能，控制中心至測試區(qū)段傳輸鏈路暢通。

(5)正線：3個車站土建主體結(jié)構(gòu)完成，至少提供1個出入口供調(diào)試人員使用，部分設(shè)備、管理用房交付使用，配置臨時空調(diào)、衛(wèi)生間、上下水等后勤設(shè)施；三站兩區(qū)間洞通、軌通，軌道專業(yè)完成調(diào)線調(diào)坡、長軌鎖定；站臺結(jié)構(gòu)施工完成，站臺邊緣具備門體結(jié)構(gòu)安裝條件；三站兩區(qū)間具備折返線或渡線。

(6)通信、信號：完成傳輸、無線、PIS等子系統(tǒng)和信號室內(nèi)外設(shè)備安裝及調(diào)試。

(7)站臺門：完成設(shè)備安裝及調(diào)試，與信號、綜合監(jiān)控等系統(tǒng)接口連接完備。

(8)供電系統(tǒng)：車站混合所交流、直流系統(tǒng)安裝和調(diào)試完畢，所內(nèi)綜合自動化系統(tǒng)調(diào)試完畢，具備單站工作能力；車站內(nèi)雜散電流防護(hù)系統(tǒng)、鋼軌電位限制裝置等系統(tǒng)安裝調(diào)試完成；車站內(nèi)測試場所具備照明措施。

(9)給排水：如FAS系統(tǒng)未投入使用，車站電氣設(shè)備機(jī)房配置符合設(shè)計要求的滅火器，區(qū)間排水設(shè)備、消防水管、消防栓口、手報、消防報警及配套需安裝完成。

(10)環(huán)控：車站隧道風(fēng)機(jī)機(jī)房中4個軌頂風(fēng)閥需安裝完畢，安裝完成后風(fēng)閥關(guān)閉，避免機(jī)房施工對接觸網(wǎng)和軌道行車安全造成影響。

5.2.3異地試驗(yàn)線方案[13-15]

(1)異地試驗(yàn)線長度研究

全自動運(yùn)行系統(tǒng)外場測試存在是否需要兩車高速追蹤的情況，本次追蹤研究參照國內(nèi)其他地方規(guī)范高速追蹤時間按照間隔60 s和90 s分別計算，考慮到追蹤應(yīng)維持一定時間，本次研究按照前后車達(dá)速時間10 s計算，因此試驗(yàn)線達(dá)速時間按照70 s和100 s進(jìn)行計算。國內(nèi)其他全自動運(yùn)行線路速度目標(biāo)普遍在140 km/h左右，為便于后期對比分析，本次研究了除5號線80 km/h以外3種速度目標(biāo)值的試驗(yàn)線站中心距離長度，詳見表1。

表1 不同速度、不同追蹤時間的試驗(yàn)線站中心距離

除上述理論計算外，在工程應(yīng)用中還應(yīng)考慮安全防護(hù)距離、車擋設(shè)置條件等。安全防護(hù)距離按地面線路取值65 m，車擋設(shè)置條件取值25 m。

(2)全自動運(yùn)行場景功能測試對長度的需求

全自動運(yùn)行場景功能測試對異地試驗(yàn)線的基本要求為：三站兩區(qū)間、1條折返線和渡線。車站站臺長度與正線一致，區(qū)間最小長度為1列車長度，區(qū)間最大長度應(yīng)滿足2列車高速追蹤運(yùn)行，折返線長度滿足停放1列車，岔線長度需滿足模擬出入場段作業(yè)；真實(shí)車站應(yīng)設(shè)置在第二車站位置，并設(shè)置配線。

不考慮高速追蹤試車情況下，試驗(yàn)線長度一般不少于1 130 m(列車包絡(luò)長度取值暫按30 m計)，試驗(yàn)線岔線長度需滿足305 m，詳見圖2。

圖2 異地試驗(yàn)線基本布置示意(單位：m)

考慮以80 km/h高速追蹤試車的情況下，按照前后車均達(dá)速，達(dá)速時間按照70 s計，異地試驗(yàn)線正線長度一般不少于2 575 m，如圖3所示。

圖3 滿足80 km/h追蹤試車的試驗(yàn)線布置示意(單位：m)

(3)試驗(yàn)線基本配置

滿足最高時速80 km雙車追蹤運(yùn)行試驗(yàn)的要求，正線線路長度不小于2 575 m。采用地面或高架方式，設(shè)置三站兩區(qū)間，車站設(shè)3組9號道岔、1條配線，車站設(shè)施配置實(shí)物；設(shè)置岔線長度不小于305 m，滿足車輛進(jìn)出試驗(yàn)線，兼顧出入場段功能試驗(yàn)要求。此外接觸網(wǎng)、供電、無線通信、乘客信息、視頻監(jiān)控、廣播、時鐘、信號、綜合監(jiān)控系統(tǒng)均要求設(shè)置有實(shí)物。站臺門系統(tǒng)需在真實(shí)車站一側(cè)設(shè)置4個站臺門單元、信號接口設(shè)備、障礙物探測設(shè)備等。為配套測試，需配置通信、信號等系統(tǒng)設(shè)備房、調(diào)度指揮用房、休息室等辦公用房。

(4)異地試驗(yàn)線投資分析

異地試驗(yàn)線牽引供電、接觸網(wǎng)工程投資估算參照南寧地鐵5號線初設(shè)指標(biāo)，其中軌道工程300萬元/km、接觸網(wǎng)按照65萬/條·km，橋梁工程暫按3.45萬元/延長米，其他各系統(tǒng)、站臺門等按照實(shí)際需求進(jìn)行估算，綜上異地試驗(yàn)線總投資估算為19 852萬元，具體詳見表2。

5.2.4 外場測試方案對比(表3)

表2 滿足80 km/h速度的異地試驗(yàn)線投資估算

表3 外場測試方案對比分析

由表3分析可知，正線三站兩區(qū)間方案可減少不必要的外場設(shè)備安裝、調(diào)試、管理問題，有利于提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備安裝和調(diào)試問題，但對該區(qū)段施工工期需提前，且場景測試與該區(qū)段其余設(shè)備安裝和調(diào)試存在交叉作業(yè)，給建設(shè)管理帶來一定的困難。異地試驗(yàn)線方案能完全避免與正線施工交叉的影響，對全線工期無影響，但投資較大，其場地選址和資金落實(shí)較困難，對于全自動運(yùn)行線路規(guī)模較大的地區(qū)可考慮采用此方案。經(jīng)綜合分析，南寧5號線全自動運(yùn)行外場測試建議采用三站兩區(qū)間方案。

6 結(jié)論及建議

全自動運(yùn)行外場測試是實(shí)現(xiàn)全自動運(yùn)行場景模擬和調(diào)試的必要途徑，外場測試方案的選擇首先需要考慮車輛基地、正線以及整個線網(wǎng)全自動運(yùn)行情況的相互關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)工期影響、長度因素、線路條件、投資增加、場地條件等各個方面進(jìn)行綜合分析，針對不同的前提條件選取相應(yīng)的測試方案。根據(jù)對南寧地鐵5號線車輛基地、相鄰正線線路條件及工程實(shí)施進(jìn)度等各方面分析，得出以下結(jié)論。

(1)考慮到試驗(yàn)線單獨(dú)選址和投資的困難，在車輛基地條件允許情況下，優(yōu)先考慮將試車線長度加長，并增設(shè)相應(yīng)全自動運(yùn)行測試設(shè)備、設(shè)施和用房。

(2)選取正線區(qū)間作為外場測試場地對正線車站、區(qū)間、車輛基地、主變電站施工工期存在較大影響，受控因素較多，存在滯后風(fēng)險，但若選取的正線區(qū)間設(shè)計和施工可控，工期可調(diào)的情況下考慮此方案。

(3)從線網(wǎng)資源共享的角度出發(fā)，對于全自動運(yùn)行線路規(guī)模較大或者本地區(qū)有車輛制造廠的地區(qū)，其試驗(yàn)線可考慮線網(wǎng)單獨(dú)建設(shè)或者由車輛廠商配套建設(shè)的模式。