張正遠(yuǎn)

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

FAO(全自動運行)車輛基地分為自動化區(qū)和非自動化區(qū),自動化區(qū)車輛運行由信號系統(tǒng)控制,非自動化區(qū)由ATP(列車自動防護(hù))下的人工駕駛或調(diào)車機車牽引運行。自動化區(qū)定義為無人區(qū),非授權(quán)不得進(jìn)入,其又可同時劃分為若干自動化分區(qū),利用柵欄等措施進(jìn)行物理隔離[1]。為了實現(xiàn)人員進(jìn)入自動化分區(qū)作業(yè)的目的,在運用庫庫前或庫中設(shè)置下穿通道或上跨天橋。該做法工程投資較大,人員走行距離長,作業(yè)極為不便,若火災(zāi)情況下庫中電動伸縮門不能及時打開,影響人員疏散,造成安全隱患。因此,需進(jìn)一步研究運用庫內(nèi)自動化區(qū)不采用下穿通道或上跨天橋通行的防護(hù)技術(shù)。

1 FAO車輛基地概述

1.1 FAO車輛基地的設(shè)計特點

FAO車輛基地不僅可以減少司機操作時間,降低司機勞動強度,顯著提高車輛出入段能力,而且可以避免司機人為誤操作,以及減少誤操作帶來的安全隱患。

FAO與非FAO車輛基地的不同之處主要包括總圖功能分區(qū)、信號轉(zhuǎn)換軌設(shè)置、安全防護(hù)措施、股道長度、檢查坑數(shù)量及運用檢修工藝流程等[2],且其作業(yè)場景差異也較大。在具體實踐中,自動化區(qū)的防護(hù)措施是研究的重點。

1.2 運用庫內(nèi)自動化區(qū)常規(guī)防護(hù)策略

常規(guī)FAO車輛基地運用庫主要采用被動防護(hù)策略,其與正線相同亦將運用庫內(nèi)定義為無人區(qū),通常采取一系列防護(hù)措施,非授權(quán)情況下禁止人員進(jìn)入,且車輛在運用庫內(nèi)采用FAO模式。其主要防護(hù)措施包括:劃分自動化分區(qū),設(shè)置下穿通道或上跨天橋,設(shè)置SPKS(人員作業(yè)防護(hù)開關(guān))及門禁,以及設(shè)置防護(hù)門等[3]。運用庫被動防護(hù)設(shè)施平面示意圖見圖1。

圖1 運用庫被動防護(hù)設(shè)施平面示意圖

1.3 常規(guī)防護(hù)策略存在的問題

1.3.1 消防安全隱患

運用庫內(nèi)中間通道設(shè)置大量的電動伸縮門,該電動伸縮門處于常閉狀態(tài),發(fā)生火災(zāi)時,如電動伸縮門發(fā)生故障不能及時打開,需要人工逐一操作,延長消防疏散與撲救時間,對人員生命健康及財產(chǎn)安全造成較大的潛在威脅。

1.3.2 通行不便

運用庫內(nèi)中間通道電動伸縮門處于常閉狀態(tài),人員需通過下穿通道或上跨天橋進(jìn)入庫內(nèi),上下樓梯不便,走行距離較長[4]。同時列檢機器人逐漸開始推廣使用,通常1臺列檢機器人大約負(fù)責(zé)2個自動化分區(qū)車輛列檢作業(yè)[5],電動伸縮門常閉影響列檢機器人跨分區(qū)作業(yè)。

1.3.3 管理程序復(fù)雜

運用庫內(nèi)各自動化分區(qū)設(shè)置有大量的SPKS及門禁,人員進(jìn)入各自動化分區(qū),需要請銷點并得到授權(quán),管理程序較為復(fù)雜。

1.3.4 工程投資較大

下穿通道或上跨天橋通常凈高不小于2.3 m,寬度不小于1.5 m,通道埋深不小于4.3 m,天橋下凈空不小于6.7 m。根據(jù)情況配備集水井,水泵、機械排煙及照明等設(shè)備設(shè)施,同時還設(shè)置大量的欄桿門、SPKS及門禁,工程投資較大。

1.3.5 施工難度大

下穿通道埋深較深,其內(nèi)部還設(shè)有集水井,分區(qū)出口?？拷鼨z查坑或承臺,易造成結(jié)構(gòu)沖突。下穿通道施工時放坡條件常常不足,需采用拉森鋼板樁等進(jìn)行邊坡防護(hù)。同時由于空間距離較小,施工誤差較大時易造成侵限,工程實施難度增大[6]。

1.4 安全防護(hù)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

國內(nèi)部分設(shè)備供應(yīng)商研發(fā)了自動化區(qū)安全防護(hù)系統(tǒng),并將其成功應(yīng)用于南寧城市軌道交通項目,且應(yīng)用效果總體良好[7]。該防護(hù)系統(tǒng)對應(yīng)的運用庫內(nèi)布置與常規(guī)設(shè)計基本相同,保留了下穿通道或上跨天橋以及電動伸縮門等,主要通過門禁管理、安全聯(lián)鎖控制、實時監(jiān)控、人員防護(hù)等措施對被動防護(hù)策略進(jìn)行補強。

2 運用庫內(nèi)自動化區(qū)主動防護(hù)技術(shù)

2.1 主動防護(hù)技術(shù)的主要思路

主動防護(hù)技術(shù)的主要思路是改被動防護(hù)為主動防護(hù),中間通道的電動伸縮門由常閉狀態(tài)調(diào)整為常開狀態(tài),取消下穿通道或上跨天橋,人員、維修車輛通過中間通道進(jìn)入各自動化分區(qū)。其防護(hù)策略是根據(jù)制定的收發(fā)車計劃,在車輛出入庫時提前關(guān)閉自動化分區(qū)兩側(cè)的電動伸縮門,以形成臨時的無人區(qū),保證車輛自動運行出入庫。車輛完成出入庫作業(yè)后,運用庫內(nèi)按有人區(qū)對待,庫內(nèi)通行及作業(yè)與非FAO車輛基地一致[8]。

2.2 運用庫內(nèi)布置

運用庫內(nèi)每2～3股道劃分為1個自動化分區(qū),每個自動化分區(qū)采用高度不小于1.8 m的柵欄進(jìn)行隔離。在中間通道處設(shè)置電動伸縮門、安全開關(guān)和門禁,庫后設(shè)置柵欄門、安全開關(guān)及門禁,庫前設(shè)置電動卷簾門,電動卷簾門與信號系統(tǒng)聯(lián)鎖。運用庫內(nèi)每個自動化分區(qū)利用柵欄隔離出若干準(zhǔn)安全區(qū)域,每個準(zhǔn)安全區(qū)域柵欄門均設(shè)安全開關(guān)和門禁。運用庫主動防護(hù)設(shè)施平面示意圖見圖2。

圖2 運用庫主動防護(hù)設(shè)施平面示意圖

在運用庫內(nèi)設(shè)置用于探測是否有人員存在的人員定位系統(tǒng)(視頻和紅外探測系統(tǒng)或其他人員定位技術(shù)),以及用于提前報警的聲光報警和廣播系統(tǒng)。運用庫主動防護(hù)設(shè)施剖面示意圖見圖3。

圖3 運用庫主動防護(hù)設(shè)施剖面示意圖

2.3 主動防護(hù)作業(yè)流程

主動防護(hù)作業(yè)流程分為4種模式,分別是出庫模式、入庫模式、高峰模式和人工及緊急模式。

2.3.1 出庫模式

信號系統(tǒng)提前將車輛出庫信息發(fā)送給防護(hù)系統(tǒng),防護(hù)系統(tǒng)根據(jù)出庫車輛股道號判斷車輛所屬的自動化分區(qū),以及對應(yīng)的電動伸縮門、電動卷簾門、柵欄門、準(zhǔn)安全區(qū)、安全開關(guān)及門禁。

在車輛出庫前,對應(yīng)的自動化分區(qū)內(nèi)的聲光報警及廣播系統(tǒng)提前開始工作,通知該分區(qū)內(nèi)的人員撤離,同時人員定位系統(tǒng)探測該分區(qū)是否有人存在,如果有人員逗留,則車輛繼續(xù)休眠,聲光報警和廣播系統(tǒng)持續(xù)報警,直到人員撤離。緊急情況下,人員無法及時撤離時,可以進(jìn)入準(zhǔn)安全區(qū),關(guān)閉準(zhǔn)安全區(qū)開關(guān),人員定位系統(tǒng)可判定該分區(qū)無人。當(dāng)人員定位系統(tǒng)探測或判定該分區(qū)無人后,分區(qū)兩側(cè)的電動伸縮門關(guān)閉,安全開關(guān)判斷電動伸縮門是否關(guān)閉,當(dāng)確認(rèn)電動伸縮門已關(guān)閉,車輛開始喚醒并自檢,自檢完成后防護(hù)系統(tǒng)通知庫前電動卷簾門打開,車輛自動運行出庫。特殊情況下,當(dāng)安全開關(guān)判定電動伸縮門發(fā)生故障且未關(guān)閉時,則防護(hù)系統(tǒng)通知人工處理,并由人工關(guān)閉安全開關(guān)。

車輛出庫后,信號系統(tǒng)判定車輛是否出庫。當(dāng)確認(rèn)車輛已經(jīng)出庫,則電動伸縮門打開,庫前電動卷簾門關(guān)閉,出庫流程結(jié)束。車輛出庫模式流程示意圖見圖4。

圖4 車輛出庫模式流程示意圖

2.3.2 入庫模式

信號系統(tǒng)提前將車輛入庫信息發(fā)送給防護(hù)系統(tǒng),與出庫模式相同,防護(hù)系統(tǒng)根據(jù)股道號判斷自動化分區(qū)及設(shè)備設(shè)施。

在車輛入庫前,對應(yīng)的自動化分區(qū)內(nèi)的聲光報警及廣播系統(tǒng)提前開始工作,通知該分區(qū)內(nèi)的人員撤離,同時人員定位系統(tǒng)探測該分區(qū)是否有人存在,如果有人員逗留,則防護(hù)系統(tǒng)通知信號系統(tǒng)控制車輛在庫前一度停車,聲光報警和廣播系統(tǒng)持續(xù)報警,直到人員撤離。在緊急情況下,人員無法及時撤離時,可以進(jìn)入準(zhǔn)安全區(qū),關(guān)閉準(zhǔn)安全區(qū)開關(guān),人員定位系統(tǒng)可判定該分區(qū)無人。當(dāng)人員定位系統(tǒng)探測或判定該分區(qū)無人后,分區(qū)兩側(cè)的電動伸縮門關(guān)閉,庫前電動卷簾門打開,安全開關(guān)判斷電動伸縮門是否關(guān)閉,當(dāng)確認(rèn)電動伸縮門已關(guān)閉,則信號系統(tǒng)控制車輛入庫。特殊情況下,當(dāng)安全開關(guān)判定電動伸縮門發(fā)生故障且未關(guān)閉時,則防護(hù)系統(tǒng)通知人工處理,并由人工關(guān)閉安全開關(guān)。

車輛入庫后,接觸網(wǎng)斷電,電動伸縮門打開,庫前電動卷簾門關(guān)閉,人員可以進(jìn)入分區(qū)進(jìn)行整備等作業(yè)。作業(yè)完成后,信號系統(tǒng)切除,車輛休眠,入庫流程結(jié)束。車輛入庫模式流程示意圖見圖5。

圖5 車輛入庫模式流程示意圖

2.3.3 高峰模式

在車輛出入庫高峰時段,防護(hù)系統(tǒng)可以通過聲光報警和廣播系統(tǒng)將庫內(nèi)人員全部清空,并在設(shè)定的時間段內(nèi)使整個庫內(nèi)最外側(cè)的電動伸縮門關(guān)閉,并將庫前電動卷簾門全部打開,滿足車輛頻繁出入庫需求。當(dāng)高峰時段結(jié)束后,進(jìn)入正常出入庫防護(hù)模式。

2.3.4 人工及緊急模式

在獲得授權(quán)的情況下,可以通過防護(hù)系統(tǒng)人工遠(yuǎn)程操作,隨意關(guān)閉或開啟任意一處電動伸縮門和電動卷簾門,開啟和關(guān)閉時采用與出入庫模式相同的有人、無人判斷邏輯控制車輛出入。同時防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)與FAS(火災(zāi)報警系統(tǒng))聯(lián)動,運用庫內(nèi)發(fā)生火災(zāi)等緊急情況下,防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)能控制電動伸縮門、電動卷簾門自動打開,便于人員疏散及消防撲救。

2.4 主要設(shè)備系統(tǒng)架構(gòu)

主動防護(hù)技術(shù)的設(shè)備系統(tǒng)主要包括:防護(hù)系統(tǒng)主機、聲光報警及廣播子系統(tǒng)、人員定位子系統(tǒng)、電動伸縮門與電動卷簾門、安全開關(guān)及門禁。主動防護(hù)技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖見圖6。

圖6 主動防護(hù)技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2.4.1 防護(hù)系統(tǒng)主機

防護(hù)系統(tǒng)主機設(shè)置在運轉(zhuǎn)綜合樓專用機房內(nèi),監(jiān)視器及控制設(shè)備設(shè)置在DCC(車輛基地調(diào)度控制中心)調(diào)度臺,防護(hù)系統(tǒng)主機是整個防護(hù)系統(tǒng)的核心,承擔(dān)防護(hù)系統(tǒng)的邏輯判斷功能,并與信號系統(tǒng)、FAS及防護(hù)系統(tǒng)各子系統(tǒng)進(jìn)行通信,接受信號系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)及安全開關(guān)反饋指令,并給信號系統(tǒng)發(fā)送確認(rèn)指令,同時給聲光報警及廣播系統(tǒng)、電動伸縮門及電動卷簾門發(fā)送報警及開關(guān)指令。

2.4.2 聲光報警及廣播子系統(tǒng)

聲光報警及廣播子系統(tǒng)主要包括聲光報警系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)兩部分:聲光報警系統(tǒng)設(shè)置在司機登車平臺處,也可以設(shè)置在運用庫內(nèi)地面,其主要目的是通過聲、光警報告知庫內(nèi)人員該分區(qū)即將有車輛出入庫,應(yīng)及時撤離;廣播系統(tǒng)設(shè)置在庫內(nèi)側(cè)墻或結(jié)構(gòu)柱上,主要通過廣播的形式,將預(yù)錄的車輛出入庫分區(qū)信息通知庫內(nèi)人員。

2.4.3 人員定位子系統(tǒng)

人員定位子系統(tǒng)主要包括紅外探測與視頻定位系統(tǒng)(亦可采用其他形式的人員定位設(shè)備),設(shè)置在運用庫內(nèi)檢查坑及庫內(nèi)地面或庫頂,其主要目的是探測分區(qū)內(nèi)股道兩側(cè)通道及檢查坑是否有人存在,車輛出入庫作業(yè)時,探測工作持續(xù)進(jìn)行。

2.4.4 電動伸縮門及電動卷簾門

電動伸縮門設(shè)置在庫中間通道處,電動卷簾門設(shè)置在庫門處,均根據(jù)防護(hù)系統(tǒng)主機指令自動打開或關(guān)閉。電動卷簾門與信號系統(tǒng)聯(lián)鎖,未打開時禁止車輛出入庫。

2.4.5 安全開關(guān)及門禁

安全開關(guān)及門禁設(shè)置在電動伸縮門、準(zhǔn)安全區(qū)及柵欄門處。安全開關(guān)的主要作用是為防護(hù)系統(tǒng)主機反饋門的開關(guān)狀態(tài),并在防護(hù)系統(tǒng)授權(quán)下打開門禁,允許人員出入。

3 結(jié)語

針對FAO車輛基地自動運行區(qū)常規(guī)防護(hù)策略存在的問題,研究提出一種利用智能化和信息化技術(shù),通過邏輯判斷控制防護(hù)門開關(guān)而形成臨時無人區(qū)進(jìn)行防護(hù)的主動防護(hù)技術(shù)。該技術(shù)可以取消下穿通道或上跨天橋,使運用庫內(nèi)中間通道電動伸縮門處于常開狀態(tài),保證人員和維修車輛正常通行。該技術(shù)可以避免消防隱患,提高運營管理效率,減少工程投資和施工難度,具有較好的應(yīng)用前景。