城市軌道交通自動折返方式研究

王亞文

中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司濟南分公司 200331

摘要：隨著國內軌道交通的發展，對運營效率的要求越來越高。其中折返效率又是影響整個線路運營效率的關鍵因素之一。因此為了提高折返線的效率，滿足運營需求，信號系統開發了一種基于CBTC運營模式下的新的折返功能-自動折返。本文就針對自動折返進行初步討論，對功能需求，安全要求等提出解決方案。

關鍵詞：軌道交通；效率；自動折返；安全；安全分析

引言

目前，國內各城市軌道交通的發展日新月異，同時，對運營效率的要求也越來越高。而在整個地鐵線路的運營過程中，折返效率又是影響整個線路運行效率的一個重要環節。對此，一方面，在線路設計時，需要盡可能對折返線的配線設計的更合理；另一方面，從信號系統來說，也對折返功能進行盡可能地優化，并開發新的功能以滿足要求。自動折返—一種新的折返方式便是為此而開發設計的，并已在部分開通線路中得到推廣應用，對提高運營效率效果顯著。

1功能定義

自動折返（Auto Turn Back）：指CBTC列車在折返過程中無需司機操作的情況下，由預定的自動折返區域自動由牽入進路進入折返線，自動完成駕駛室轉換后，再由牽出進路自動到達預定目的地的過程。

如下圖所示，CBTC列車在S站上行站臺的自動折返區域（紅色部分），經進路S3-S1自動到達折返軌G1，自動完成駕駛室轉換后，經進路X1-X2自動達到下行站臺。

Figure 1 自動折返

2 功能需求

為實現自動折返，有以下功能要求：

1.只有在特定的區域才允許司機選擇自動折返功能（并自動給出燈提示），如圖1中上行站臺的紅色區域；

2.司機通過操作司機臺的折返按鈕來激活自動折返功能；或，

3.司機通過操作站臺的折返按鈕來激活自動折返功能；

4.折返功能一旦被激活，整個折返過程不需要人工參與；

5.自動折返功能需為安全功能；

3 實現方式

圖2和圖3分別是司機臺和站臺折返按鈕電路原理圖：

Figure 2 司機臺自動折返按鈕原理圖

注1：司控器鑰匙關閉，即不選擇駕駛室；

注2：將駕駛手柄放于零位；

Figure 3 站臺自動折返按鈕設置及信息傳遞方式

基于以上原理圖，可以總結出軟件功能/操作流程如下：

ATB 操作過程：

第一步 ATB模式選擇

當以下條件具備時，信號系統ATB模式可用：

>列車在自動折返操作被授權的區域內停車

>乘客完成換乘

>列車站和屏蔽門關閉

>駕駛手柄置于0位

>關閉司機臺鑰匙

然后進入ATB運行，有兩種方式可以激活ATB運行

>司機按壓駕駛臺ATO按鈕，或

>按壓站臺ATB按鈕

第二步 列車運行至折返區域

列車自動運行至折返區域并完成換端操作。

第三步 列車運行至目的站臺

可以有以下幾種操作方式：

>司機留在列車內，并在自動折返過程中走到列車另一端；或，

>司機等在目的站臺，并在列車停穩后上車。

ATB模式自動完成（終止）的方式，有以下幾種配置：

>在列車到達目的站臺且正確停穩后自動終止，或

>當有司機臺鑰匙激活命令時（司機留在車內的情況）

4 安全要求

4.1 風險定義

因自動折返功能涉及乘客和司機的人身安全，所以以下安全風險需要考慮：

A.列車運動過程中導致的司機受傷；

B.列車運動過程中導致的乘客受傷；

C.非期望的屏蔽門關門導致的乘客受傷；

D.自動折返過程中列車故障后的救援；

4.2 風險矩陣定義

安全分析參考EN50126中定義的風險矩陣，風險的分類和可接受性主要基于以下定義：

事故或危害的嚴酷度等級（I 至IV），如表1中定義。

表1 風險分類及可接受度

風險接受矩陣

事故頻率等級 事故嚴酷度等級

I特大的 II重大的 III次要的 IV輕微的

A 頻繁的 IN IN IN UN

B 經常的 IN IN UN TO

C 有時的 IN UN UN TO

D 很少的 UN UN TO NE

E 極少的 TO TO NE NE

F 幾乎不可能的 NE NE NE NE

風險被分類為：

風險等級 定義

不可接受的IN 從安全觀點來看風險是不可接受的，應該拒絕且消除。

應避免的UN 應采取風險降低措施，以使風險達到可接受水平。

可容忍的TO 在得到相關部門的批準后可以接受

可接受的NE 可接受

表 2：風險可接受性

事故頻率（A～F）定義如下：

事故頻率

（列車/小時） 10-3 ≤f 10-5 ≤f< 10-3 10-7 ≤f< 10-5 10-8 ≤f< 10-7 10-9 ≤f< 10-8 f< 10-9

A B C D E F

表3 嚴酷度等級定義

類別 定義

I 特大 多人死亡，和/或是多人嚴重傷害，和/或對環境的較多損害.

II 重大 一人死亡，和/或是嚴重傷害，和/或對環境產生明顯的損害。主系統失效.

III 次要 較小的傷害和/或對環境的明顯影響。嚴重的系統損害。

IV 輕微 可能存在的較小的傷害。較小的系統損害。

4.3 安全分析

4.3.1 風險A：列車運動過程中導致的司機受傷

發生這種有以下幾種情形：

-司機下車按站臺ATB按鈕

-一個司機下車按站臺ATB按鈕時，另一個司機上車

風險評估：

根據表3，嚴酷度等級定義為“重大”，且考慮到ATO軟件失效的概率為10E-5，所以由表1可得出，該風險為不可接受。

因此，必須有消除風險的措施。

消除風險措施：

1 在自動折返區域設置一個安全區域，該區域平時為非激活狀態，在非激活狀態下如果有列車移動，ATC將產生緊急停車。

只有當司機臺ATB模式選中（這時司機在車上），或站臺ATB按鈕按下時（司機已下車），安全區域才為激活狀態，可消除司機由于上下車過程中列車移動使司機受傷的風險。或，

2 將司機室門串入列車門關且鎖閉狀態中。這樣，當司機門未關閉是時，列車不會移動。或，

3 司機下車時將駕駛手柄置于快速制動位。

4.3.2 風險B：列車運動過程中導致的乘客受傷

由于乘客上下車過程中，列車門處于打開狀態，且該安全輸入由ATP SIL4級功能處理，所以該風險可以消除。

4.3.3 風險C：非期望的屏蔽門關門導致的乘客受傷

列車開關門方式與車輛有關，如有的車輛在司機激活駕駛室且完成自動折返后，會自動關門。

開關門操作方式一般有三種：自動，半自動，人工。

如果選擇了自動或半自動方式，列車將在到達目的站臺后自動打開車門；

如果選擇了人工模式，列車在到達目的站臺后，司機需進入司機室打開列車門。

只要司機不激活駕駛室，車門就不會關閉。根據車輛的不同，列車門可能存在司機激活駕駛室后，列車門非期望關閉的情況。

因此，在自動折返模式下，建議采用人工開關門模式。也可根據車輛的配置考慮是否采用。

4.3.4 風險D：自動折返過程中列車故障后的救援

如列車在運行過程中故障停車，這時需要維護人員對列車進行維修。假設在維護人員進入軌道或靠近列車后，故障消除，這時處于ATB模式的列車會自動發車。

風險評估：

根據表 1：風險分類及可接受度，對應分類為C/I，不可接受。必須消除該風險。

消除風險措施：

可以有以下幾種方式消除風險：

-，通過站臺緊急停車按鈕。因為一般站臺緊急停車只是針對站臺區域，如通過該方案實現，則防護區域需要延長到整個ATB折返區域。如下圖紅色區域所示。

二，封鎖。基于信號系統可提供區段封鎖，道岔封鎖或信號機封鎖，如發生列車故障，可以設置封鎖，這樣列車將無法再移動。

信號機封鎖-信號機變為禁止狀態并且進路不能建立；

道岔封鎖-信號機變為禁止狀態并且進路不能建立且列車無法獲得移動授權；

區段封鎖-信號機變為禁止狀態并且進路不能建立且列車無法獲得移動授權；

通過設置封鎖可以防止ATB模式的列車移動，可以防止其它CBTC列車進入ATB區域同時可以防止后備車或人工車進入ATB區域。

5 總結

本文給出了自動折返方案的硬件電路設計，軟件功能需求以及具體實現中應該重點考慮的安全需求。通過安全分析，總結出了風險消除的措施。

同時，也對自動折返的操作流程給出了規定。

通過以上分析可以看出，自動折返既可以實現在駕駛室有人操作，可以在駕駛室沒有司機的情況下通過站臺折返換鈕操作激活模式，系統自動完成換端并自動到達預定站臺，在實現了文中提出的安全要求的前提下，較之其它折返方式，更高效，更省時，能有效地提高運營效率。

參考文獻：

[1] Railway applications-The specification and demonstration of Reliability，Availability，Maintainability and Safety（RAMS），EN 50126-1999

[2] 城市軌道交通CBTC信號系統行業技術規范——需求規范，2013