陳新建，黃長鵬

為防止洪水涌入地鐵軌行區(qū)或地下車站，在地下過水隧道兩端設(shè)置防淹門作為防護(hù)手段［1］，兩座防淹門之間的區(qū)域稱為防淹門區(qū)域。目前，國內(nèi)主流的GOA4 等級(jí)的全自動(dòng)運(yùn)行（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜運(yùn)營場景方面的應(yīng)對(duì)能力及設(shè)備的可靠性要求較高［2］，列車必須在進(jìn)路鎖閉、信號(hào)開放、有移動(dòng)授權(quán)的條件下行駛；一旦出現(xiàn)信號(hào)關(guān)閉、移動(dòng)授權(quán)點(diǎn)回撤等情況，若信號(hào)不能及時(shí)恢復(fù)，列車會(huì)滯留在線路上，必須依靠人工救援實(shí)現(xiàn)列車脫困［3］。對(duì)于典型的防淹門和信號(hào)設(shè)備布置場景，防淹門區(qū)域內(nèi)沒有布置區(qū)間信號(hào)機(jī)，既有控制方案不存在將列車關(guān)閉在防淹門區(qū)域的情景；但對(duì)于防淹門區(qū)域內(nèi)布置多架區(qū)間信號(hào)機(jī)的長大線路，會(huì)存在遇到險(xiǎn)情時(shí)將列車關(guān)閉在防淹門區(qū)域內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)。

據(jù)此，楊平［4］提出一種上下行軌道防淹門相互關(guān)聯(lián)的設(shè)置方案，但此方案中門狀態(tài)繼電器、關(guān)門請(qǐng)求繼電器故障落下時(shí)，會(huì)使上下行所有經(jīng)過防淹門區(qū)域的進(jìn)路關(guān)閉，影響全自動(dòng)運(yùn)行線路的行車效率。楊亮［5］對(duì)信號(hào)系統(tǒng)如何處理接口信息進(jìn)行了理論分析，但不能適應(yīng)長大區(qū)間及復(fù)雜信號(hào)機(jī)布置的FAO 場景。為此，本文在分析防淹門系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)接口技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行場景，研究能適應(yīng)FAO系統(tǒng)的防淹門區(qū)域防護(hù)技術(shù)，為以后類似工程項(xiàng)目實(shí)施提供參考。

1 接口設(shè)計(jì)原則

1）防淹門系統(tǒng)應(yīng)持續(xù)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送每一套防淹門的“門狀態(tài)”“關(guān)門請(qǐng)求”信息；信號(hào)系統(tǒng)向防淹門系統(tǒng)提供“關(guān)門允許”命令，用于關(guān)門動(dòng)作的授權(quán)許可［6］。

2）當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)失去防淹門的“門開且鎖閉”的狀態(tài)信息時(shí)，不能再排列經(jīng)過防淹門的進(jìn)路；若已排列進(jìn)路，則信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)立即關(guān)閉防淹門區(qū)域的防護(hù)信號(hào)機(jī)。

3）當(dāng)遇到洪水等緊急情況需要關(guān)閉防淹門時(shí)，防淹門系統(tǒng)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出“關(guān)門請(qǐng)求”信息，信號(hào)系統(tǒng)通過判斷列車運(yùn)行狀態(tài)和防淹門區(qū)域的進(jìn)路情況，來決定是否向防淹門系統(tǒng)發(fā)出“關(guān)門允許”命令，且不得影響行車安全［7］。

4）信號(hào)系統(tǒng)與防淹門系統(tǒng)的接口功能應(yīng)符合“故障-安全”原則。

5）信號(hào)系統(tǒng)與防淹門系統(tǒng)之間的電氣接口通道應(yīng)采用電氣隔離、防雷措施。

2 接口信息處理

某防淹門區(qū)域信號(hào)設(shè)備平面布置見圖1。其隧道兩端與站廳接口位置設(shè)置防淹門FG2205、FG2301，以阻隔洪水淹沒站廳；防淹門所在的2213AG、2305DG 區(qū)段為防淹門區(qū)段；防淹門區(qū)域外設(shè)置防護(hù)信號(hào)機(jī)S2211、X2305，防淹門區(qū)域內(nèi)設(shè)置區(qū)間信號(hào)機(jī)X2213、X2301、S2303。下面結(jié)合圖1運(yùn)營場景，分析防淹門的防護(hù)方案。

圖1 防淹門區(qū)域信號(hào)設(shè)備平面布置

2.1 門狀態(tài)信息

防淹門系統(tǒng)常態(tài)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送“門開且鎖閉”信息。當(dāng)該狀態(tài)丟失時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)立即阻止列車進(jìn)入防淹門區(qū)域，并關(guān)閉已經(jīng)開放的防護(hù)信號(hào)機(jī)；若防護(hù)信號(hào)機(jī)未開放，應(yīng)禁止開放［8］。

2.2 關(guān)門請(qǐng)求信息

2.2.1傳統(tǒng)方案

傳統(tǒng)方案處理關(guān)門請(qǐng)求信息運(yùn)行場景見圖2。列車由疏散救援點(diǎn)1 站向橫瀝站行駛，當(dāng)列車運(yùn)行至防淹門區(qū)域2301G，信號(hào)系統(tǒng)接收到防淹門FG2205、FG2301的“關(guān)門請(qǐng)求”激活信息后，將立即禁止開放防淹門防護(hù)信號(hào)機(jī)（S2211、X2305）和區(qū)間信號(hào)機(jī)（X2213、X2301、S2303），同時(shí)將信號(hào)機(jī)狀態(tài)發(fā)送給區(qū)域控制器（Zone Controller，ZC）；由于進(jìn)路X2213—X2209 的進(jìn)站進(jìn)路關(guān)閉，ZC 將列車移動(dòng)授權(quán)點(diǎn)回撤至信號(hào)機(jī)X2213，導(dǎo)致列車降速甚至產(chǎn)生緊急制動(dòng)；如果制動(dòng)距離不夠還會(huì)發(fā)生列車冒進(jìn)信號(hào)的情況。此時(shí)為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無人駕駛列車駛出防淹門區(qū)域，必須等待信號(hào)重新開放或人工救援，將影響列車的運(yùn)營效率［9-10］。

圖2 傳統(tǒng)方案處理關(guān)門請(qǐng)求信息運(yùn)行場景

2.2.2優(yōu)化思路

1）通過檢查防淹門區(qū)域的軌道區(qū)段是否被進(jìn)路鎖閉或者區(qū)段占用，來判斷移動(dòng)授權(quán)是否到達(dá)該區(qū)段或列車占用該區(qū)段，以此作為是否關(guān)閉區(qū)間信號(hào)機(jī)的依據(jù)。

2）對(duì)于防淹門區(qū)域外的防護(hù)信號(hào)機(jī)，則無需檢查防淹門區(qū)域的進(jìn)路情況。當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)收到“關(guān)門請(qǐng)求”激活信息時(shí)，立即關(guān)閉信號(hào)機(jī)，防止站臺(tái)列車駛?cè)敕姥烷T區(qū)域。

3）檢查防淹門區(qū)域內(nèi)區(qū)間信號(hào)機(jī)的進(jìn)路終端狀態(tài)。如果進(jìn)路終端是鎖閉狀態(tài)，則表示進(jìn)路內(nèi)有未解鎖區(qū)段，移動(dòng)授權(quán)點(diǎn)已經(jīng)到達(dá)該終端信號(hào)機(jī)，此時(shí)允許開放終端信號(hào)機(jī)，使移動(dòng)授權(quán)越過該信號(hào)機(jī)，到達(dá)下一個(gè)進(jìn)路終端，則列車可根據(jù)移動(dòng)授權(quán)繼續(xù)行駛直至駛出防淹門區(qū)域。如果防淹門區(qū)域內(nèi)有多個(gè)區(qū)間信號(hào)機(jī)，這些信號(hào)機(jī)的進(jìn)路終端狀態(tài)均需進(jìn)行檢查。

4）檢查防淹門區(qū)域內(nèi)區(qū)間信號(hào)機(jī)的進(jìn)路始端狀態(tài)。如果防淹門區(qū)域的區(qū)間信號(hào)機(jī)已經(jīng)開放，移動(dòng)授權(quán)點(diǎn)會(huì)越過該信號(hào)機(jī)；當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)收到“關(guān)門請(qǐng)求”激活信息時(shí)，關(guān)閉該區(qū)間信號(hào)機(jī)會(huì)使移動(dòng)授權(quán)點(diǎn)回撤，導(dǎo)致列車緊急制動(dòng)，所以應(yīng)保持該區(qū)間信號(hào)機(jī)開放，保證列車正常駛出防淹門區(qū)域。

5）當(dāng)列車車尾越過防淹門的防護(hù)信號(hào)機(jī)，此時(shí)關(guān)閉信號(hào)已經(jīng)不影響列車駛出防淹門區(qū)域。

2.2.3優(yōu)化效果

如圖3 所示，信號(hào)系統(tǒng)排列進(jìn)路X2305—X2301、X2301—X2213，信號(hào)機(jī)X2305、X2301 開放后，列車從疏散救援點(diǎn)1 站向橫瀝站行駛，信號(hào)系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)路信息判斷出列車運(yùn)行方向。當(dāng)列車駛?cè)敕姥烷T區(qū)域，行駛至X2301 接近區(qū)段2303G 時(shí)，若遇洪水事故，防淹門FG2205、FG2301 請(qǐng)求關(guān)閉，此時(shí)信號(hào)系統(tǒng)將進(jìn)行以下處理：

圖3 全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)處理關(guān)門請(qǐng)求信息運(yùn)行場景

1）禁止S2211、X2305 信號(hào)機(jī)開放，防止移動(dòng)授權(quán)再進(jìn)入防淹門區(qū)域。

2）禁止S2303 信號(hào)機(jī)開放，防止列車退行與跟隨的后車沖突。

3）保持X2301 信號(hào)機(jī)開放，使列車能夠向前行駛。

4）允許X2213 信號(hào)機(jī)開放，使移動(dòng)授權(quán)能延伸到站臺(tái)；信號(hào)系統(tǒng)排列進(jìn)路X2213—X2209，信號(hào)機(jī)X2213開放后，列車根據(jù)移動(dòng)授權(quán)駛出防淹門區(qū)域。

2.3 關(guān)門允許命令

2.3.1傳統(tǒng)方案

典型防淹門布置見圖4。在傳統(tǒng)方案處理“關(guān)門允許”命令輸出邏輯中，當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)收到防淹門“關(guān)門請(qǐng)求”持續(xù)激活信息，防淹門區(qū)段處于空閑且未鎖閉狀態(tài)時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)立即輸出“關(guān)門允許”命令。該邏輯處理方案適用于區(qū)間布置簡單、防淹門區(qū)域沒有區(qū)間信號(hào)機(jī)的站型。但是對(duì)于長大區(qū)間、區(qū)間信號(hào)機(jī)布置復(fù)雜的線路，列車會(huì)被關(guān)閉的防淹門封堵在隧道內(nèi)，危及行車安全［10］。

圖4 典型防淹門布置

如圖5 所示，列車運(yùn)行至X2305—X2301 進(jìn)路內(nèi)方的2303G，防淹門區(qū)段2305DG 已經(jīng)正常解鎖，X2301—X2213進(jìn)路已經(jīng)開放，X2213—X2209進(jìn)路還沒有排列，此時(shí)信號(hào)系統(tǒng)若收到“關(guān)門請(qǐng)求”激活信息，由于防淹門區(qū)段2213AG、2305DG 處于未鎖閉且空閑狀態(tài)，信號(hào)系統(tǒng)會(huì)立即輸出防淹門“關(guān)門允許”命令，防淹門系統(tǒng)執(zhí)行關(guān)門操作，會(huì)將列車關(guān)閉在防淹門區(qū)域。

圖5 傳統(tǒng)方案處理關(guān)門允許命令運(yùn)行場景

2.3.2優(yōu)化思路

1）對(duì)于隧道出口的防淹門，信號(hào)系統(tǒng)將檢查區(qū)段由防淹門所在區(qū)段，改為檢查整個(gè)防淹門區(qū)域。即當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)收到“關(guān)門請(qǐng)求”信息時(shí)，只有當(dāng)整個(gè)防淹門區(qū)域處于進(jìn)路解鎖且區(qū)段空閑狀態(tài)，即列車的移動(dòng)授權(quán)不會(huì)進(jìn)入該區(qū)域，才允許輸出“關(guān)門允許”命令。

2）對(duì)于兩端設(shè)置防淹門的長大隧道，隧道出口的防淹門需要等待列車駛出防淹門區(qū)域，進(jìn)路解鎖并出清以后，信號(hào)系統(tǒng)才允許關(guān)閉防淹門。但是對(duì)于隧道入口防淹門，因?yàn)榱熊囀潜诚蛐旭?，如果等待整個(gè)防淹門區(qū)域解鎖以后才允許輸出關(guān)門允許命令，會(huì)造成洪水事故擴(kuò)大，所以在隧道入口防淹門區(qū)段出清并解鎖以后，信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)立即輸出關(guān)門允許命令，先行關(guān)閉隧道入口防淹門。

3）根據(jù)區(qū)間信號(hào)機(jī)的進(jìn)路始端或終端狀態(tài)來識(shí)別進(jìn)路方向，以此來區(qū)分隧道入口防淹門和隧道出口防淹門，并確定需要檢查的區(qū)段范圍。

4）檢查區(qū)間信號(hào)機(jī)進(jìn)路終端狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)機(jī)正處于終端鎖閉狀態(tài)，則列車的移動(dòng)授權(quán)點(diǎn)已到達(dá)該區(qū)間信號(hào)機(jī)，此時(shí)應(yīng)禁止關(guān)閉隧道出口防淹門。

5）檢查區(qū)間信號(hào)機(jī)進(jìn)路始端狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)機(jī)正處于開放狀態(tài)，則列車的移動(dòng)授權(quán)已越過該信號(hào)機(jī)，信號(hào)系統(tǒng)不允許隧道出口防淹門關(guān)閉。

2.3.3優(yōu)化效果

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)處理關(guān)門允許命令運(yùn)行場景見圖6。開放進(jìn)路X2305—X2301、X2301—X2213，當(dāng)列車行駛至區(qū)段2303G，遇突發(fā)情況，信號(hào)系統(tǒng)接收到防淹門FG2205、FG2301 的關(guān)門請(qǐng)求激活信息時(shí)，檢查防淹門FG2301 所在區(qū)段2305DG 進(jìn)路解鎖并空閑后，立即發(fā)送FG2301 的“關(guān)門允許”命令，防淹門系統(tǒng)執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作；對(duì)于防淹門FG2205，雖然防淹門區(qū)段2213AG 空閑且未鎖閉，但防淹門區(qū)域內(nèi)區(qū)段進(jìn)路鎖閉、區(qū)段存在列車占用、信號(hào)機(jī)X2301 和X2213 處于進(jìn)路鎖閉狀態(tài)、X2301處于開放狀態(tài)，這些因素使得信號(hào)系統(tǒng)禁止輸出防淹門FG2205 的“關(guān)門允許”命令；信號(hào)系統(tǒng)允許X2213—X2209 進(jìn)路開放，移動(dòng)授權(quán)延伸至站臺(tái)區(qū)域；當(dāng)列車行駛至橫瀝站臺(tái)，防淹門區(qū)域進(jìn)路解鎖，無列車占用時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)立即輸出防淹門FG2205的“關(guān)門允許”命令。

圖6 全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)處理關(guān)門允許命令運(yùn)行場景

3 旁路功能

3.1 硬件旁路功能

為防止因防淹門“門開且鎖閉”狀態(tài)信息丟失，或“關(guān)門請(qǐng)求”信息故障激活，影響FAO系統(tǒng)的運(yùn)營效率，在車站綜合控制室（簡稱“綜控室”） 設(shè)置防淹門旁路開關(guān)［11］，信號(hào)系統(tǒng)ATS 終端也可顯示旁路激活信息。防淹門旁路開關(guān)位于綜控室綜合后備盤，為帶鑰匙的非自復(fù)式旋鈕開關(guān)，并設(shè)有指示燈用于顯示旁路電路的通斷狀態(tài)，防淹門旁路繼電器控制及信號(hào)采集電路見圖7。圖7 中，防淹門旁路繼電器FYMPLJ采集電路常態(tài)為斷路狀態(tài)。

圖7 防淹門旁路繼電器控制及信號(hào)采集電路

當(dāng)防淹門系統(tǒng)故障時(shí)，由車站值班人員旋轉(zhuǎn)旁路開關(guān)；信號(hào)系統(tǒng)采集到防淹門旁路信息激活時(shí)，將不再檢查防淹門狀態(tài)信息，列車移動(dòng)授權(quán)點(diǎn)允許越過防淹門區(qū)域。當(dāng)取消防淹門旁路后，信號(hào)系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)防淹門狀態(tài)信息的檢查。

3.2 軟件旁路功能

為避免旁路旋鈕失效故障，信號(hào)系統(tǒng)也可提供遠(yuǎn)程防淹門故障旁路功能，進(jìn)一步確保列車正常通過防淹門區(qū)域。當(dāng)調(diào)度員或車站值班員確認(rèn)防淹門狀態(tài)信息為故障激活時(shí)，可通過ATS 系統(tǒng)操作終端下達(dá)防淹門旁路命令，并在ATS 系統(tǒng)終端界面上顯示防淹門旁路狀態(tài)。此時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)不再將防淹門視為列車運(yùn)行的影響因素，并將移動(dòng)授權(quán)點(diǎn)越過防淹門區(qū)域。為明確管理責(zé)任，硬件旁路與軟件旁路功能不能互相取消，旁路命令由下達(dá)方來進(jìn)行取消操作［12］。

4 結(jié)束語

信號(hào)系統(tǒng)與防淹門系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制需要考慮長大區(qū)間和復(fù)雜站型的場景，在確保站廳或軌行區(qū)安全的同時(shí)，也應(yīng)保證行車安全、提高防淹門區(qū)域列車的通過效率；同時(shí)適應(yīng)FAO 全自動(dòng)運(yùn)行線路，保證FAO 全自動(dòng)無人駕駛列車不滯留在洪水區(qū)域，不受防淹門接口電路故障的影響。

該防淹門防護(hù)方案已在廣州地鐵18 號(hào)、22 號(hào)線上通過了現(xiàn)場測試，測試結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證結(jié)果一致，能夠提高列車通過效率，證明了優(yōu)化方案的合理性和安全性，可為城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)防淹門防護(hù)技術(shù)提供參考。