全自動運行系統(tǒng)安全防護策略在南寧5 號線中的應(yīng)用

李 逸

全自動運行系統(tǒng)在國內(nèi)城市軌交通中得到廣泛應(yīng)用，已成為新建線路信號系統(tǒng)的首選方式。GoA4等級的全自動運行系統(tǒng)，在運行過程中列車上沒有司機，當(dāng)前行列車在區(qū)間發(fā)生嚴(yán)重故障時可以實施緊急制動，但無法從故障區(qū)間駛離，此時需要工作人員進入?yún)^(qū)間，登車人工操控列車。若此時后行列車依舊對前行列車追蹤運行，可能會給進入?yún)^(qū)間的工作人員帶來危險。因此需要采取一種技術(shù)手段，保障進入全自動運行區(qū)域內(nèi)的軌旁工作人員的安全。

南寧市軌道交通5 號線一期工程線路南起那洪站，北至金橋客運站，是南寧市軌道交通第一條全自動運行系統(tǒng)GoA4 等級線路。本文以該項目應(yīng)用實施為具體研究對象，對全自動運行區(qū)域內(nèi)的安全防護策略進行研究分析。

1 南寧5 號線安全區(qū)域防護場景

1.1 防護需求及范圍

在采用全自動運行系統(tǒng)的運行線路現(xiàn)場發(fā)生故障時，需要人員下軌作業(yè)，工作人員的人身安全需要保證，但是列車上沒有司機可對列車采取有效的措施。鑒于安全防護場景的考慮，可在全自動運行區(qū)域入口處另外設(shè)置實現(xiàn)安全防護的硬件設(shè)備，工作人員進入防護區(qū)域可將其激活并記錄進入時間，信號系統(tǒng)實時采集防護信息，及時傳遞給列車車載設(shè)備，這樣后行列車就可以被限制進入防護區(qū)域，從而保障了工作人員的安全。

南寧5號線正線安全區(qū)域防護范圍設(shè)置原則如下。

1）出站方向防護進站處計軸至下一站進站計軸之前的區(qū)段。

2）進站方向防護上一站出站信號機處計軸至本站出站信號機計軸之前的區(qū)段。

3）線路上下行間存車線的無岔區(qū)段單獨設(shè)置防護區(qū)域。僅有1 條存車線時，無岔區(qū)段可與下行線進站方向共同防護；線路間有2 條存車線時，兩側(cè)無岔區(qū)段分別與上下行進、出站方向共同防護。

4）正線與車輛段間的防護分界為進段信號機處計軸。

5）防護區(qū)域建立后，應(yīng)允許單操該區(qū)域內(nèi)的道岔。

那洪車輛段安全防護范圍設(shè)置原則：停車列檢庫內(nèi)，按照隔離柵欄隔開物理區(qū)域內(nèi)的各股道，分開設(shè)置防護區(qū)域；咽喉區(qū)單獨設(shè)置防護區(qū)域用來防護段內(nèi)自動化區(qū)域內(nèi)的所有軌道區(qū)段（除停車列檢庫和洗車線內(nèi)的軌道區(qū)段）；洗車線內(nèi)軌道區(qū)段單獨設(shè)置防護區(qū)域。

1.2 防護場景舉例

車站信號設(shè)備室內(nèi)IBP（綜合后備）盤設(shè)置工作人員防護設(shè)備，用來控制車站及區(qū)間相應(yīng)區(qū)域的列車運行權(quán)限。防護設(shè)備與門禁系統(tǒng)聯(lián)動且一一對應(yīng)，僅在設(shè)備處于區(qū)間封鎖狀態(tài)位置后，專用門禁系統(tǒng)才能打開。

若有作業(yè)需要時，才需派遣維修人員進入全自動運行無人區(qū)域作業(yè)，作業(yè)步驟如下。

1）維修負(fù)責(zé)人應(yīng)于施工開始前抵達(dá)車站，向工作人員申請辦理施工登記手續(xù)。

2）車站工作人員在核對維修負(fù)責(zé)人所提供的有效證件以及施工申請單，確認(rèn)無人區(qū)作業(yè)范圍及影響后，方可允許其登記，并注明無人區(qū)作業(yè)范圍。無人區(qū)施工作為封鎖線路施工。

3）車站工作人員應(yīng)及時將施工情況及范圍告知行車調(diào)度員；行車調(diào)度員在確認(rèn)施工范圍及影響后，行車調(diào)度員通過TIAS（行車綜合自動化系統(tǒng)）操作對作業(yè)范圍進行道岔防護。

4）得到行調(diào)同意后，車站值班員觸發(fā)施工區(qū)域的工作人員防護設(shè)備，向維修負(fù)責(zé)人發(fā)放無人區(qū)門禁卡和無線手持臺，并安排維修人員下線作業(yè)。

5）維修負(fù)責(zé)人應(yīng)與車站值班員確認(rèn)工作人員防護設(shè)備在啟用狀態(tài)后，方可實施該施工作業(yè)，如安排維修人員下線路進行檢修。

6）無人區(qū)施工作業(yè)結(jié)束后，由維修負(fù)責(zé)人注銷施工，由車站值班員將啟用的工作人員防護設(shè)備進行恢復(fù)操作；涉及行車設(shè)備的，必須通知使用單位確認(rèn)設(shè)備正常。

7）維修結(jié)束，經(jīng)車站工作人員同意后，維修負(fù)責(zé)人方可離開。

1.3 防護設(shè)備與門禁系統(tǒng)聯(lián)鎖

正線車站門禁系統(tǒng)可不做與防護設(shè)備的聯(lián)鎖電路，只需保證防護設(shè)備與門禁系統(tǒng)聯(lián)動，且一一對應(yīng)，啟動后才能打開專用門禁系統(tǒng)。車站值班員在得到防護設(shè)備允許開啟時，打開對應(yīng)門禁系統(tǒng)，發(fā)送門禁可開啟信息，工作人員可刷開對應(yīng)門禁進入。

車輛段安全防護設(shè)備可納入車輛段門禁系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)設(shè)置與防護設(shè)備的聯(lián)鎖電路。信號系統(tǒng)向門禁系統(tǒng)實時提供安全防護狀態(tài)。門禁系統(tǒng)控制器用來接收防護設(shè)備開關(guān)量的輸出信號；只有防護設(shè)備開啟后，對應(yīng)門禁點的讀卡器才驗證授權(quán)，而當(dāng)防護設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)時，對應(yīng)特定的門禁點則無法使用任何門禁卡刷開。

南寧5 號線在項目實施階段，參照北京燕房線全自動運行系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)驗，防護設(shè)備選擇了人員防護開關(guān)（SPKS）。

2 南寧5 號線安全防護策略舉例

當(dāng)軌旁設(shè)備發(fā)生故障需要人員下軌作業(yè)時，首先由工作人員激活SPKS，軌旁ATP 系統(tǒng)生成防護區(qū)域，然后通過通信網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸給車載ATP 系統(tǒng)，防止列車進入，從而保證作業(yè)人員的安全。具體設(shè)置內(nèi)容如下。

1）正線SPKS 設(shè)置于正線車站控制室IBP 盤，每側(cè)站臺設(shè)2 個。SPKS 開關(guān)采用鑰匙開關(guān)，激活時鑰匙不可拔出，對應(yīng)表示燈顯示紅色；非激活時可拔出。同時設(shè)置SPKS 繼電器，按故障-安全設(shè)計原則，常態(tài)得電吸起，SPKS 開關(guān)激活或故障時SPKS 繼電器落下。SPKS 繼電器落下時，即代表系統(tǒng)進行SPKS 防護。

在IBP 盤上設(shè)置SPKS 總旁路開關(guān)（非自復(fù)位，帶鉛封及指示燈，激活時為紅燈），正線車站每個站臺設(shè)置1 個旁路開關(guān)。SPKS 總旁路開關(guān)按下后，不能再辦理SPKS 相關(guān)操作。如SPKS 開關(guān)因故障不能激活，此時如需進入?yún)^(qū)間作業(yè)，應(yīng)人工保證安全。

2）那洪車輛段按功能劃分為非自動化區(qū)域和自動化區(qū)域。自動化區(qū)域包含咽喉區(qū)、洗車線、停車列檢庫等。

停車列檢庫采用通透式隔離柵欄隔開，將列檢庫股道分為6 個區(qū)域。每個區(qū)域出入口設(shè)置1 個就地SPKS 開關(guān)，記為SPKS1～SPKS6。

咽喉區(qū)及洗車線各設(shè)置1 個SPKS 開關(guān)于車輛段DCC 控制室IBP 盤，記為SPKS7～SPKS8，其設(shè)置原則同正線。

停車列檢庫就地SPKS 開關(guān)使用不帶鑰匙旋鈕開關(guān)，SPKS 旁路開關(guān)使用帶鑰匙旋鈕開關(guān)。

3 人員防護開關(guān)的實現(xiàn)原理

SPKS 開關(guān)激活后，聯(lián)鎖系統(tǒng)自動建立防護分區(qū)并關(guān)閉相應(yīng)進路始端信號機，同時將防護分區(qū)內(nèi)的封鎖狀態(tài)告知ZC 系統(tǒng)，ZC 系統(tǒng)將區(qū)段封鎖狀態(tài)告知列車。已經(jīng)進入防護區(qū)域的全自動運行列車和CBTC 級別的列車緊急制動停車后禁止列車啟動。如果列車在緊急制動過程中全列車出清SPKS 防護區(qū)域，則在停車后自動緩解，并繼續(xù)運行。

SPKS開關(guān)恢復(fù)后，已關(guān)閉的信號自動開放，全自動運行列車和CBTC 級別列車可以自動恢復(fù)運行。SPKS 激活與恢復(fù)不會導(dǎo)致列車的降級。

聯(lián)鎖系統(tǒng)根據(jù)SPKS 條件關(guān)閉信號機的原則：①后備級別進路，進路范圍內(nèi)（含保護區(qū)段）與防護分區(qū)有重合時，關(guān)閉進路始端信號機；②CBTC級別進路，正向進路范圍內(nèi)（不含保護區(qū)段）與防護分區(qū)有重合時，關(guān)閉進路始端信號機；反向進路原則與后備級別進路相同，即進路范圍內(nèi)（含保護區(qū)段） 與防護分區(qū)有重合時，關(guān)閉進路始端信號機。具體邏輯如下。

1）正線和車輛段自動化區(qū)域內(nèi)根據(jù)實際設(shè)置不同的SPKS 防護區(qū)域，每個防護區(qū)域?qū)?yīng)一個SPKS 按鈕。

2）某一SPKS 開關(guān)激活后，通過繼電電路采集其信息并傳遞給聯(lián)鎖系統(tǒng)，聯(lián)鎖系統(tǒng)對相應(yīng)的SPKS 防護區(qū)域進行封鎖。

3）聯(lián)鎖系統(tǒng)向軌旁ZC 發(fā)送SPKS 防護區(qū)域的封鎖信息。

4）ZC 根據(jù)SPKS 防護區(qū)域的封鎖信息，向防護區(qū)域內(nèi)運行列車車載VOBC 發(fā)送緊急停車指令，ATP 系統(tǒng)根據(jù)指令停止運行列車。

5） 聯(lián)鎖系統(tǒng)同時會向TIAS 發(fā)送SPKS 防護區(qū)域的封鎖信息，TIAS 在電子地圖中進行標(biāo)注。

6）該SPKS防護區(qū)域內(nèi)作業(yè)完成后，SPKS開關(guān)關(guān)閉，通過繼電電路采集其狀態(tài)信息并傳遞給聯(lián)鎖系統(tǒng)，聯(lián)鎖系統(tǒng)對相應(yīng)的SPKS防護區(qū)域進行封鎖解除。

7）聯(lián)鎖系統(tǒng)向軌旁ZC 發(fā)送SPKS 防護區(qū)域的封鎖解除信息。

8）ZC 根據(jù)SPKS 防護區(qū)域的封鎖解除信息，向防護區(qū)域內(nèi)運行列車車載VOBC 發(fā)送封鎖解除指令，ATP 系統(tǒng)根據(jù)指令恢復(fù)運行列車。

9） 聯(lián)鎖系統(tǒng)同時會向TIAS 發(fā)送SPKS 防護區(qū)域的封鎖解除信息，TIAS 在電子地圖中進行標(biāo)注修改。

4 電路設(shè)計舉例

SPKS 由2 個開關(guān)組成，采用并聯(lián)雙斷激活方式，即必須同時按壓/轉(zhuǎn)動2 個SPKS 才能激活相應(yīng)防護功能，轉(zhuǎn)動單個開關(guān)或單個開關(guān)故障，均不能激活防護功能。

正線車站、車輛段咽喉區(qū)和洗車線上的SPKS開關(guān)設(shè)置在室內(nèi)IBP 盤上，正線每個車站設(shè)置1 個總旁路開關(guān)SPKSPLA。SPKS 繼電器平時得電吸起，表示SPKS 處于關(guān)閉狀態(tài)，此時不允許有人進入SPKS 防護區(qū)域；當(dāng)SPKS 開關(guān)打開或者SPKS繼電器故障落下時，SPKS 處于開啟狀態(tài)，此時允許有人進入SPKS 防護區(qū)域，中斷正常運營。

當(dāng)SPKS 開關(guān)激活后無法恢復(fù)或因SPKS 開關(guān)本身故障導(dǎo)致SPKS 繼電器落下時，可通過SPKS總旁路開關(guān)臨時使SPKS 繼電器得電吸起，待更換SPKS 開關(guān)后恢復(fù)SPKS 總旁路開關(guān)狀態(tài)。

SPKS 控制電路見圖1。

每個SPKS 對應(yīng)設(shè)置1 個表示燈，當(dāng)某一SPKS 繼電器吸起，位于啟動狀態(tài)時，對應(yīng)的表示燈點亮，并設(shè)置1 個總試燈按鈕，可對所有的SPKS 繼電器表示燈進行試驗。SPKS 試燈電路見圖2。

聯(lián)鎖系統(tǒng)采集SPKS 繼電器及SPKSPLA 繼電器前、后兩組接點，滿足SPKS 聯(lián)鎖采集電路可靠性的要求。聯(lián)鎖采集電路見圖3。

圖2 SPKS 試燈電路圖

圖3 SPKS 聯(lián)鎖采集電路圖

5 結(jié)束語

人員防護開關(guān)SPKS 是全自動運行系統(tǒng)新增的功能之一，在實際應(yīng)用中有很多種方案，本文結(jié)合南寧5 號線的工程實施方案，提供了一種思路。

SPKS 相關(guān)控制電路依據(jù)故障-安全原則，采用雙斷法設(shè)計，SPKS 開關(guān)狀態(tài)及SPKS 旁路開關(guān)狀態(tài)應(yīng)在值班員操作工作站及中心調(diào)度工作站進行顯示，聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)對SPKS 開關(guān)狀態(tài)及SPKS 旁路開關(guān)狀態(tài)進行記錄。聯(lián)鎖系統(tǒng)向ATP 系統(tǒng)提供SPKS 信息以給出列車移動授權(quán)，保證列車及工作人員的安全；聯(lián)鎖系統(tǒng)向TIAS 系統(tǒng)提供SPKS 信息用以監(jiān)測運行狀態(tài)。

南寧5 號線項目實施過程中也擴充了一些安全防護思路，比如SPKS 與門禁系統(tǒng)的聯(lián)鎖應(yīng)用到正線車站，車站SPKS 旁路開關(guān)區(qū)分上下行設(shè)置等問題，這些需要結(jié)合調(diào)度、運營維護等方面綜合考慮。