城市軌道交通車輛與其他系統的接口效果評價模型研究

王 黎 孫 路 袁 果

城市軌道交通車輛與其他系統的接口效果評價模型研究

王 黎 孫 路 袁 果

闡述城市軌道交通車輛與其他系統的技術接口關系及接口管理工作要點，并結合實際提出評價整車接口功能實現效果的評價模型，對城市軌道交通影響車輛功能實現的接口管理工作進行量化研究，為車輛接口管理效果評價提供方法指導。

城市軌道交通；車輛；接口；評價模型

0 引言

現代城市軌道交通建設是一項復雜、龐大的系統工程，各系統之間存在眾多接口，能否在設計階段明確相關接口關系及內容，并在實施階段通過管理手段得以實現，顯得尤為關鍵[1，2]。特別是作為城市軌道交通重要設備之一的城市軌道交通車輛，與眾多系統之間存在緊密的技術接口，如何科學、合理地協調管理這些接口關系，直接影響到車輛最終的運營效果。以下就車輛與各系統之間的技術接口及主要接口管理工作進行探討，并提出車輛接口管理效果評價模型。

1 車輛與相關系統的技術接口

與城市軌道交通車輛存在接口關系的系統包括：信號系統、通信系統、乘客信息系統、軌道系統、變電所/接觸網系統、屏蔽門/安全門系統、地面通風空調系統、車輛段工藝設備（如不落輪鏇床、列車自動清洗機、車間電源系統和固定式架車機）等。車輛與以上系統之間存在的技術接口類型包括：機械、電氣、功能、電磁兼容等。以下分別就車輛與不同系統接口關系進行論述。

1.1 與信號系統的接口

城市軌道交通車輛與信號系統的接口在車輛諸多接口中至關重要，是影響系統聯調進度的關鍵因素，更是影響列車自動控制功能實現、保證列車安全、可靠、準點、舒適運營的決定性因素。

（1）功能接口。在自動駕駛（ATO）模式或者超速防護（ATP）人工駕駛模式下，列車自動控制系統車載設備控制列車運行或完成折返作業；車門安全開閉功能。

（2）機械接口。信號車載設備安裝位置、安裝條件的確認。

（3）電氣接口。電源及信號設備功耗、控制邏輯輸出、電氣連接、設備接地、車地信息載頻、牽引/制動特性、列車參數、系統響應時間、列車管理系統通信協議的確認。

（4）電磁兼容。電磁干擾指標的確認及驗證。

1.2 與通信系統、乘客信息系統的接口

城市軌道交通車載通信和乘客信息系統由列車廣播系統、司機對講與乘客緊急報警系統、乘客信息顯示系統、車載視頻監視系統、乘客安全標識系統、車載專用無線通信設備、車載火災報警設備等組成。

（1）功能接口。包含以下7類：①車載廣播系統實現對客室乘客的廣播功能，通過優先級控制執行廣播，并且廣播音量可自動調節；②司機對講與乘客緊急報警系統實現緊急情況下司機對講與乘客緊急報警功能；③乘客信息顯示系統實現車載多媒體播放、列車LED顯示功能等；④車載視頻監視系統（CCTV）用于實現對車廂實時情況的監視；⑤乘客安全標識系統實現在列車適當位置提供警示標志、緊急出口指示、緊急撤離指引、滅火器指示及使用方法、列車運行線路圖、乘客緊急報警按鈕及與司機通話話筒的指示、使用方法及注意事項等；⑥車載專用無線通信設備實現列車駕駛員之間及與地面調度之間的無線通信功能；⑦車載火災報警設備用于對列車任何部位的火災情況進行報警。

（2）機械接口。設備安裝位置、安裝條件的確認。

（3）電氣接口。電源及信號設備功耗、控制邏輯輸出、電氣連接、設備接地、系統響應時間、列車管理系統通信協議的確認。

（4）電磁兼容。電磁干擾指標的確認及驗證。

1.3 與其他專業的接口

城市軌道交通車輛與其他系統技術接口的實現，關鍵在于相關重要參數在設計階段的相互確認。具體接口參數如下。

1.3.1 與軌道專業的接口

軌道專業向車輛專業提供線路條件、鋼軌重量及選型、道岔類型及號碼、最小平面曲線半徑、最小豎曲線半徑、緩和曲線長度及順坡率、最大坡度、軌道潤滑方式、車擋方案、曲線的限速情況、曲線軌道加寬量、軌底坡、軌道扭曲度等。

車輛專業向軌道專業提供車輛編組形式、車輛的自重和載客重量、車輛軸重、兩轉向架中心距、車輛長度、轉向架固定軸距、車輪形式、材質和硬度、車輪輪徑、車輪內側距、輪緣潤滑方式、車輛最高運行速度等。

1.3.2 與變電所/接觸網專業的接口

變電所/接觸網專業向車輛專業提供牽引變電所的饋出保護特性、接觸網懸掛組成及主要技術參數、接觸網的電阻值、正線接觸網絕緣分段的長度及位置、剛性接觸網、柔性接觸網及剛性接觸網過渡段的設計安排、對車輛受電弓的要求、車輛段（停車場）咽喉區、停車列檢庫、聯合檢修庫、試車線、洗車庫接觸網絕緣分段的長度及位置、接觸網接觸導線的外形尺寸和機電特性等。

車輛專業向變電所/接觸網專業提供車輛編組形式、車輛電氣主回路連接方式及工作模式、車輛主斷路器保護特性、車輛及輔助設備功率、列車（電機）牽引力特性曲線、列車基本阻力特性曲線、列車（電機）供電特性曲線、列車制動特性曲線、列車（電機）再生電流特性曲線、列車輸入電流曲線、列車（電機）效率曲線、列車功率因數曲線、列車單位阻力公式、列車載客量（按動拖車分計）、車輛的重量、制動電阻設置及重量、列車在制動狀態下的制動能量曲線、列車受電弓的設置位置、靜態抬升力參數、弓頭質量、滑板材質、工作高度及寬度范圍、弓頭及整體外形尺寸、機電特性等。

1.3.3 與屏蔽門/安全門專業的接口

車輛專業向屏蔽門/安全門專業提供列車客室車門和司機室車門布置相關數據、列車長度、列車寬度、開關門的行程時間、車門門間距、門的凈開度（寬度和高度）、司機室側門開門形式、客室車門相關乘務員鑰匙開關的位置。

1.3.4 與車站暖通空調系統的接口

隧道上部回/排風口位置應與列車空調冷凝器的位置對齊。

1.3.5 與不落輪鏇床的接口

車輛專業向不落輪鏇床提供列車編組方式和動車、拖車的長度（均指車鉤連接面間長度）、車體最大寬度、車體最大高度（距軌面）、車鉤中心線距軌面的高度、車輪的外形輪廓和尺寸、新輪尺寸、轉向架軸距、兩轉向架中心距、兩聯掛車輛的轉向架中心距、一系懸掛的外形尺寸及位置、輪對內側距及公差、最大軸重、動車、拖車轉向架重量、動車及拖車自重、軸箱的局部詳圖和尺寸等。

1.3.6 與列車自動清洗機的接口

車輛專業向自動清洗機提供列車編組方式和動車、拖車各自的長度以及列車受流器的布置相關數據、車體最大寬度、車體最大高度（距軌面）、車鉤中心線距軌面的高度、動車與拖車自重、車輛外形輪廓和尺寸（包括端部輪廓與弧度、側面輪廓與弧度、車輛斷面及尺寸等）、車輛地板面至軌面高度、車體表面對洗滌劑的要求、列車受流器之間的距離等。

1.3.7 與車輛段車間電源供電的接口

在車輛段檢修庫內的靜調線專門設置DC1500 V電源，并完成車輛各項靜調。

牽引供貨商提供該車間電源的插頭，該插頭與車輛高壓箱的車間電源插座相配套。在車輛上實現DC1 500 V接觸網供電工況與車間電源DC1 5 00 V供電工況間的安全聯鎖。

車輛供貨商應向車間電源供貨商提供車輛輔助供電系統的容量。

1.3.8 與固定式架車機的接口

車輛專業向架車機提供列車編組方式、動車及拖車的長度、車體最大寬度、車體最大高度（距軌面）、車鉤中心線距軌面的高度、車輪的外形輪廓和尺寸、轉向架軸距、轉向架最大寬度、兩轉向架中心距、兩聯掛車輛的轉向架中心距、輪對內側距及公差、最大軸重、動車及拖車轉向架重量、動車及拖車自重、車體舉升點的局部詳圖和尺寸、車體舉升點距軌面的高度、車體舉升點的縱向距離（垂直于軌道方向）、車體舉升點到轉向架中心的距離、車輛半自動車鉤和半永久牽引桿所容許的縱向位移量等。

2 車輛與相關系統的接口管理

城市軌道交通車輛與其他系統的接口管理，除了確定上述的技術接口內容外，還存在供貨、運輸、安裝、調試及試驗等接口管理工作。技術工作明確接口的關系及內容，為接口功能的實現奠定了堅實的基礎，而接口管理工作則為系統最終功能的實現提供強有力的保障。有效的管理措施需明確如下幾點。

（1）車輛及其他系統招標階段。對于業主方，應在各系統用戶需求書中明確表述相關接口部分的功能需求。

（2）設計聯絡階段。相關各單位應通過接口會議，最終明確接口具體要求，簽署接口文件。接口文件內容主要包括：供貨范圍與劃分、安裝責任分工、接口技術要求、接口項目管理、接口機構和人員要求、聯絡與協調方式等內容。

（3）接口調試階段。應制定有效的接口調試組織管理辦法，并根據接口文件定義的責任劃分，相關牽頭方及配合方做好協調和配合工作。

（4）存在機械接口的相關系統，需保持聯絡暢通，在接口文件規定的供貨計劃指導下，根據工程進展的實際情況，安排好設備的供貨、運輸、安裝工作，相關人員在安裝過程中做好安裝督導等配合工作。

3 接口管理效果評價模型

城市軌道交通車輛接口管理工作效果不僅由具體接口專業的實體接口質量決定，還受制于接口實現過程中的一些管理工作對其影響。設 y 表示車輛系統接口管理工作的效果評價值，則有：

式（1）中，xi為影響接口管理工作的相關獨立性因素；z為影響接口管理工作的相關關聯性因素；在理想情況下，y值為1；一般評價情況下，y＜1。

根據已有的項目執行經驗，將城市軌道交通車輛接口管理工作的影響因素進行如下分類。

（4）設各專業接口的關聯性為z，因為與車輛接口的各專業在車輛上基本無相關接口關聯，故忽略此項影響。

（5）考慮各影響因素對接口管理工作最終影響的程度不同，設置以上各影響因素的權重分別為λ、α、β、ε，且 λ+α+β+=1。代入公式（1），得到：

4 應用及計算

4.1 接口功能和性能影響因素

選取與車輛系統行車過程中最緊密的重要接口專業，并假設x11為信號專業；x12為供電專業；x13為通信專業；x14為軌道專業；x15為安全門。

上述各因子相加，得到：

4.2 組織協調、信息管理影響因素

組織協調及信息管理主要涉及到4方面因素，假設x21為組織機構及管理辦法；x22為接口方案的編制及確認情況；x23為計劃制定及執行情況；x24為信息及文檔管理情況。上述各因子相加，得到：

4.3 相互干擾影響因素

在接口管理工作中選取的主要干擾因子有2個：假設x31為人為因素；x32為環境因素。得到：

4.4 模型構建

將式（3）、（4）、（5）代入式（2），可得在理想情況下車輛接口管理工作評價模型為：

4.5 參數計算

4.5.1 影響因素的計算

以x1i為例，首先根據以往項目經驗總結及相關專家意見確定各專業的重要程度（權重值）取x11=0.25、x12=0.225、x13=0.225、x14=0.15、x15=0.15。

假設信號系統按照接口文件要求有20項接口功能和性能指標要求，在調試完成后實際實現了18項，則x11實際值為：

同理，可計算出x12～x15、x21～x24、x31～x32。

4.5.2 模型參數的設置

λ、α、β的取值根據以往多個項目的執行情況進行全面分析后得出，再由相關專家提出專業意見進行調整。為簡化計算，取λ=α=β=1/3=0.3333。

5 評價效果

根據以往某城市地鐵工程建設經驗，收集了其車輛接口管理過程中相關的數據，經過分析計算，得出調試開始時、調試完成時和開通運營時3個時間點的x1、x2、x3值，不同階段相關影響因素計算值如表1所示。

表1 不同階段相關影響因素計算值

將計算值代入公式（6），可得：調試開始時地鐵線路車輛接口管理評價效果參考值為0.67 627；調試完成時地鐵線路車輛接口管理評價效果參考值為0.84 792；開通運營時地鐵線路車輛接口管理評價效果參考值為0.85 025。

當接口管理工作評價參考值大于0.8時，說明接口管理工作效果好，實現了既定的接口管理工作目標。當接口管理工作評價參考值小于0.8時，說明接口管理工作效果較差，需要選取相關影響因素計算值較低的因素進行分析并改進。

6 結束語

城市軌道交通車輛與其他系統接口關系既復雜又十分關鍵，貫穿了項目實施的各個階段（招投標、合同訂立、設計聯絡、安裝調試、運營維護等），熟悉和了解車輛與其他系統的接口關系，對上述各個階段工作的順利開展和最終實現都有巨大幫助。另外，根據本文構建的城市軌道交通評價模型，可對城市軌道交通接口實現效果進行計算和分析，為城市軌道交通接口工作效果評價提供理論依據。

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責任編輯 凌晨

Study on Effect Evaluation Model for Interfaces between Urban Rail Transit Vehicles and Other Systems

Wang Li, Sun Lu, Yuan Guo

The paper introduces the technical interface relationship and management of interface between urban rail transit vehicles and other system, provides the evaluation model of vehicle interface function realization based on practice, and carries out a study on the effect of urban rail transit vehicles and vehicle interface function management. The paper also provides the evaluation guidance to the urban rail transit vehicles interface management.

urban rail transit, vehicles, interface, evaluation model

U266.2

2015-07-15

王黎：鐵科院（北京）工程咨詢有限公司，工程師，北京 100081