韓秀輝

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300308）

1 全自動運行系統(tǒng)發(fā)展概況

全自動運行（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）系統(tǒng)是基于現(xiàn)代計算機、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術，實現(xiàn)列車運行全過程自動化的新一代城市軌道交通系統(tǒng)[1-2]。最高等級的全自動運行是指車上沒有司機和乘務，車站沒有站務人員，車輛能實現(xiàn)全過程自動運行，包括自動實現(xiàn)休眠、喚醒、準備、運行、停車、開關車門以及洗車等工作，尤其在故障情況下能實現(xiàn)自檢和恢復功能[3]。

FAO系統(tǒng)具有優(yōu)化人力資源配置、節(jié)能減排、提高運營組織靈活性等優(yōu)點，最大特點是加強了系統(tǒng)的安全性、可靠性和可維修性，提高了軌道交通系統(tǒng)整體的自動化水平。FAO系統(tǒng)發(fā)展時間軸見圖1。

圖1 FAO系統(tǒng)發(fā)展時間軸

國際公共交通協(xié)會將列車運行的自動化等級（GoA）劃分為5級[4]（見圖2）。GoA3級和GoA4級統(tǒng)稱為FAO，即正常運營情況下，由自動化設備取代司機控制全自動運行列車在全線運行。全自動運行的自動化等級是向下兼容的，目前我國大多數(shù)地鐵線路等級為GoA2。

據(jù)國際公共交通協(xié)會預測，未來全球城市軌道交通75%新線將采用全自動運行，40%的既有線路將改建為全自動運行線路[5-6]，我國除北京、上海、香港外，還有十幾個城市在研究應用全自動運行技術。車輛段是城市軌道交通中列車檢修、日常維護及保養(yǎng)的作業(yè)場地，是地鐵系統(tǒng)實現(xiàn)全自動運行的重要組成部分。全自動運行地鐵線路能夠?qū)⒄€對列車的運營控制權延伸至車輛段全自動運行區(qū)域，因此車輛段既要滿足常規(guī)車輛段的一般要求，還需滿足自動洗車、自動喚醒待班列車、啟動列車并自動運行至正線等全自動運行新要求[7-8]。隨著地鐵運能需求的增加及全自動運行技術的快速發(fā)展，常規(guī)車輛段收發(fā)車能力已難以滿足實際運營需求，研究全自動運行車輛段具有重要意義。在此，以哈爾濱地鐵2、3號線工程為例，研究全自動運行車輛段總平面布局設計方案。

2 全自動運行車輛段總平面布局規(guī)劃原則

采用全自動運行的車輛段在滿足常規(guī)車輛段總平面布局原則的基礎上，為提高作業(yè)效率、保障車輛運行安全和人員作業(yè)安全、方便生產(chǎn)及運營管理，還需進行全自動運行區(qū)和非全自動運行區(qū)的劃分，同時增設信號轉換區(qū)段（1列車長+信號安全距離）[9]，以便實現(xiàn)列車運行模式的轉換。通常將規(guī)律性和周期性作業(yè)、人員參與作業(yè)少的區(qū)域劃為全自動運行區(qū)[10]，車輛在全自動運行區(qū)內(nèi)，可實現(xiàn)自動休眠、喚醒、準備、自檢、運行、停車、洗車等作業(yè)，故考慮將停車列檢庫、洗車庫、牽出線、出入段線等納入全自動運行區(qū)。將必須依靠專業(yè)檢修人員和工裝設備才能完成作業(yè)任務的區(qū)域劃為非全自動運行區(qū)[10]，故考慮將檢修庫、鏇輪庫、工程車庫等納入非全自動運行區(qū)。周月檢庫及試車線可綜合考慮場區(qū)條件及運營需求等劃分至全自動運行區(qū)或非全自動運行區(qū)。在全自動運行區(qū)周邊設置圍蔽設施進行隔離，并在出入口位置設置門禁系統(tǒng)，以保證安全并避免其與非全自動運行區(qū)之間作業(yè)干擾，人員或車輛經(jīng)授權后方能通過門禁系統(tǒng)。

圖2 GoA等級劃分

針對全自動運行系統(tǒng)對車輛段場區(qū)布置提出的新需求，分別就盡端橫列式和順接縱列式2種典型車輛段總平面布局形式進行探討。

3 總平面布局研究

3.1 盡端橫列式

根據(jù)哈爾濱地鐵2號線哈北車輛段的地形條件、用地范圍以及邊界條件，設計總平面布局方案見圖3。車輛段整體呈南北向布置，由北至南分別為洗車庫、停車列檢庫、聯(lián)合檢修庫、調(diào)機及工程車庫、試車線等，洗車庫、停車列檢庫、聯(lián)合檢修庫采用盡端橫列式布置在場區(qū)西側，鏇輪庫平行布置于出段線南側與停車列檢庫和聯(lián)合檢修庫倒裝布置，試車線緊鄰南側用地界。

全自動運行區(qū)包括：停車列檢線、洗車線、出入段線及其兩側的2條牽出線，北側牽出線用于洗車后牽出，南側牽出線用于檢修后列車返回至全自動運行區(qū)的牽出。非全自動運行區(qū)包括：鏇輪線、吹掃線、靜調(diào)線、定臨修線、周月檢線、調(diào)機及工程車線、平板車存放線及材料裝卸線、試車線及聯(lián)絡線。2區(qū)獨立設置站場隔離設施，相互之間界限分明。信號轉換區(qū)段設于出段線與檢修岔群之間，列車由全自動運行區(qū)運行至非全自動運行區(qū)時，在該區(qū)段上完成信號控制模式轉換。轉換區(qū)段與非全自動運行區(qū)各股道直接連通。采用全自動運行系統(tǒng)后，車輛運用整備作業(yè)和檢修作業(yè)流程將區(qū)別于常規(guī)流程。

圖3 哈北車輛段總平面布局方案

（1）車輛運用整備作業(yè)流程（見圖4）。全自動運行列車入段后，直接進入洗車線（若需洗刷）。完成洗刷作業(yè)后，通過牽出線進入停車列檢庫或駛入信號轉換區(qū)段，運行模式轉換為非全自動運行模式后，司機通過信號轉換區(qū)段旁的登車平臺上車，駕駛列車進入雙周三月檢庫進行作業(yè)。列車在雙周三月檢完畢后，由司機駕駛進入信號轉換區(qū)段，司機下車，列車運行模式轉換為全自動運行模式，按行車組織運行至停車列檢庫整備待班。

圖4 車輛運用整備作業(yè)流程

圖5 車輛檢修作業(yè)流程（盡端橫列式）

（2）車輛檢修作業(yè)流程（見圖5）。全自動運行列車入段后，運行至信號轉換區(qū)段，列車運行模式轉換為非全自動運行模式，司機通過信號轉換區(qū)段旁的登車平臺上車，按照車輛檢修計劃，將列車開行至鏇輪庫完成鏇輪作業(yè)，或用調(diào)機將列車送入聯(lián)合檢修庫，進行除塵、檢修、靜調(diào)，最后進入試車線進行動調(diào)作業(yè)。動調(diào)完畢后，列車運行至信號轉換區(qū)段，司機下車，列車運行模式轉換為全自動運行模式，進入停車列檢庫待班。

3.2 順接縱列式

哈爾濱地鐵3號線安通街車輛段的停車列檢庫及停車庫與檢修庫為順接縱列式布置，其總平面布局方案見圖6。車輛段整體呈東西向布置，東側由北至南分別為周月檢及工程車庫、停車列檢庫、停車庫、洗車庫，西側由北至南分別為檢修庫、鏇輪庫，試車線緊鄰北側用地界。

圖6 安通街車輛段總平面布局方案

全自動運行區(qū)包括：停車列檢線、停車線、洗車線、出入段線及其入段線南側的洗車牽出線。非全自動運行區(qū)包括：鏇輪線、吹掃線、靜調(diào)線、定臨修線、大架修線、雙周三月檢線、調(diào)機及工程車線、平板車停放線、待修車和修竣車存放線、材料裝卸線、試車線及試車線聯(lián)絡線、檢修聯(lián)絡線（位于轉換區(qū)段北側）。2區(qū)獨立設置站場隔離設施，相互之間界限分明。車輛段設信號轉換區(qū)段共2處，分別位于出段線與周月檢及工程車庫岔群之間（轉換區(qū)段1）、出段線與檢修岔群之間（轉換區(qū)段2），列車由全自動運行區(qū)運行至非全自動運行區(qū)時，在該區(qū)段上完成信號控制模式轉換。轉換區(qū)段與非全自動運行區(qū)各股道直接連通。車輛運用整備作業(yè)和檢修作業(yè)流程如下：

（1）車輛運用整備作業(yè)流程。運行模式轉換利用出段線與周月檢及工程車庫岔群之間的信號轉換區(qū)段（轉換區(qū)段1），作業(yè)流程與2號線車輛段一致。

（2）車輛檢修作業(yè)流程（見圖7）。全自動運行列車入段后，運行至信號轉換區(qū)段2，列車運行模式轉換為非全自動運行模式，司機通過信號轉換區(qū)段旁的登車平臺上車，按照車輛檢修計劃，將列車開行至鏇輪庫完成鏇輪作業(yè)，或用調(diào)機將列車送入檢修庫，進行除塵、檢修、靜調(diào)，然后通過轉換區(qū)段北側的檢修聯(lián)絡線，進入試車線進行動調(diào)作業(yè)。動調(diào)完畢后，列車運行至信號轉換區(qū)段1，司機下車，列車運行模式轉換為全自動運行模式，進入停車列檢庫待班。

4 車輛段其他變化

全自動運行車輛段與常規(guī)車輛段相比，除總平面布局及列車作業(yè)流程不同外，還有如下其他變化：

（1）停車列檢庫加長。常規(guī)車輛段停車列檢庫在人工駕駛情況下無需考慮自動運行信號防護距離。采用全自動運行系統(tǒng)后，地鐵列車采用全自動啟停車，兩車之間以及車與車擋之間需考慮安全防護距離及相關測試要求距離，庫長需增加。如哈北車輛段停車列檢庫原庫長276 m，采用全自動運行系統(tǒng)后，綜合考慮信號防護距離、節(jié)省冬季大庫采暖費用等后，庫長調(diào)整為283 m。

圖7 車輛檢修作業(yè)流程（順接縱列式）

（2）停車列檢庫庫內(nèi)劃分若干個防護分區(qū)。為提高檢修效率，降低故障處理影響范圍，將停車列檢庫劃分成若干個獨立分區(qū)并用隔離網(wǎng)進行隔離，庫寬加大（見圖8）。

（3）停車列檢庫內(nèi)增設地下通道及防護分區(qū)門禁。采用全自動運行后，車輛在無司機監(jiān)控的情況下自動進出庫，為保證庫內(nèi)檢修人員作業(yè)安全，工作人員到達防護分區(qū)需通過新增的庫內(nèi)地下通道和門禁（見圖9、圖10），通道入口位置與輔跨內(nèi)調(diào)度派班室位置相對應，門禁系統(tǒng)與信號、車輛控制系統(tǒng)聯(lián)鎖。

（4）洗車機增加與信號系統(tǒng)接口。洗車庫作為正線的沿伸納入全自動運行區(qū)，列車運行狀態(tài)不受司機控制，故增加洗車機與信號的聯(lián)鎖，以便控制列車在準確的位置啟停，從而完成列車外部清洗[11]。

（5）全自動運行區(qū)電動庫門增加與信號聯(lián)鎖接口。原車輛段采用非全自動運行方式，列車受司機操控，司機通過目視可直接判斷各庫門是否開啟以及開啟到位，若庫門未完全打開，司機可及時控制列車停車。車輛段采用全自動運行系統(tǒng)后，在全自動運行區(qū)列車運行狀態(tài)不受司機控制，需信號系統(tǒng)采集庫門的開閉狀態(tài)信息后，判斷列車進路是否安全，再控制列車啟停，庫門需增加與信號的聯(lián)鎖接口。

圖8 防護分區(qū)示意圖

圖9 地下通道剖面圖

圖10 地下通道及分區(qū)門禁設置平面圖

（6）停車列檢庫采用固定液壓式車擋。采用全自動運行系統(tǒng)后，列車端車下部配置排障器，因排障器距軌面較近，采用傳統(tǒng)月牙式車擋會損壞排障器，故停車列檢庫采用固定液壓式車擋。

此外，在設備系統(tǒng)方面，全自動運行區(qū)需要增加全覆蓋視頻監(jiān)控、軌行區(qū)WLAN覆蓋、人員防護開關（SPKS）、與正線一致的信號軌旁設備等。

5 結束語

我國地鐵運營里程位居世界第一，但全自動運行線路里程與國外相比差距較大。目前，一些城市的全自動運行線路已投入使用，許多城市也正在積極開展相關探索與研究。運行安全和運營高效是城市軌道交通永恒的主題，常規(guī)地鐵車輛段已難以滿足實際運營需求，應用全自動運行系統(tǒng)是城市軌道交通發(fā)展的趨勢。對全自動運行地鐵車輛段與常規(guī)車輛段的設計差異進行研究，可為即將開展的全自動運行車輛段設計提供參考。