市域軌道交通中的全自動運行需求

馬向東

(溫州市鐵路與軌道交通投資集團(tuán)有限公司運營分公司， 325014， 溫州∥工程師)

近年來，隨著上海軌道交通10號線實現(xiàn)UTO(無人值守的列車全自動運行)，以及國內(nèi)首條自主化的全自動運行線路——北京燕房線的開通運營[1]，越來越多城市的建設(shè)單位認(rèn)識到全自動運行技術(shù)給城市軌道交通行業(yè)所帶來的“降本增效”效應(yīng)。全自動運行線路可以節(jié)省大量的運營人員，降低線路開通運營后的人力資源成本；同時，全自動運行線路通過系統(tǒng)設(shè)備來提高運營效率，可增加旅客的運送量，緩解城市軌道交通在早晚高峰期的運輸壓力。隨著全自動運行技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用普及，目前國內(nèi)在建和報規(guī)的全自動運行項目已超過40條線路，總里程已超過1 000 km。

為了進(jìn)一步加快“城市化”的建設(shè)步伐，實現(xiàn)城市中心城區(qū)與外圍新城或組團(tuán)城區(qū)之間的經(jīng)濟(jì)共同體效應(yīng)，并完善我國軌道交通運輸體系，市域軌道交通的概念應(yīng)運而生。相比城市軌道交通而言，市域軌道交通具有單一線路長、站間距大、速度目標(biāo)值較高、公交化運營[2]等特點，并且具備拉大城市框架、促進(jìn)城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、實現(xiàn)“1小時都市圈”等功能需求。

那么，市域軌道交通該如何建設(shè)，是否需要配備全自動運行系統(tǒng)，或者市域軌道交通需要配備何種自動化層級的全自動運行系統(tǒng)，成為了近年來業(yè)內(nèi)專家、學(xué)者們的討論重點，也成為了市域軌道交通報規(guī)和報建的重要問題。

1 市域軌道交通的特點

1.1 工程特點

1) 線路里程長、平均站間距大[3]。市域軌道交通的單一線路建設(shè)里程約30～70 km，平均站間距約3～10 km。

2) 速度目標(biāo)值和旅行速度較高。速度目標(biāo)值一般為120～160 km/h，旅行速度一般不低于65 km/h。

3) 初、近期運營間隔較大。初、近期運營間隔約5～10 min，但系統(tǒng)能力一般按照2.0～2.5 min設(shè)計預(yù)留。

4) 交流牽引、電分相。部分市域軌道交通采用AC 25 000 V的交流牽引供電制式，那么必然存在電分相(即無電區(qū))。

5) 高架線和高架站占比大。市域軌道交通大多采用高架線敷設(shè)方式，車站形式以高架站為主。

1.2 建設(shè)運營成本特點

根據(jù)上述市域軌道交通的工程特點，其線路在投入運營的初、近期，一般均處于城鎮(zhèn)外擴(kuò)和沿線客流培養(yǎng)階段，對于線路運營能力的需求相對較低。因此，初、近期的配屬車輛較少，段場規(guī)模較小，初始工程投資相對較低。

另外，市域軌道交通線路較長，一般延伸至遠(yuǎn)郊，運營人員的日常通勤相對不便，人員的招聘和管理難度相對較大。因此，為了滿足正常運營需求，其相應(yīng)的運營、維保人員的薪資待遇相對較高，導(dǎo)致人力成本上升。尤其針對三四線城市，其城市本身對于人才的吸引力較弱，往往需要提供高于當(dāng)?shù)仄骄匠甏龅男劫Y水平才能招聘到合適的運營、維護(hù)人員，從而導(dǎo)致線路開通運營之后，人力成本成為運營公司的重要開支之一。

綜上，市域軌道交通工程對于全自動運行系統(tǒng)的需求，一般在線路開通運營的初、近期，也就是在機(jī)電設(shè)備第一輪的生命周期內(nèi)，其需求重點往往不在于提高線路運營能力的“增效”方面，主要在于全自動運行系統(tǒng)可以有效降低運營、維護(hù)人員的定員，從而降低人力資源開銷。

2 軌道交通自動水平等級定義

2.1 傳統(tǒng)定義

UITP(國際公共交通協(xié)會)將軌道交通列車的GoA(自動化水平)劃分為五級，常見的有GoA1—GoA4[4](如圖1所示)。其中，GoA3和GoA4為全自動運行系統(tǒng)，且均不配備專職司機(jī)；在GoA3層級下，對于關(guān)閉車門和故障情況下的運行，由多職能乘務(wù)員來操作和處理，在GoA4層級下，所有操作均由系統(tǒng)設(shè)備來完成。

注:ATPM為人工列車自動防護(hù);STO為半自動列車運行;DTO為有人值守的列車全自動運行;UTO為無人值守列車全自動運行。

2.2 國內(nèi)定義

針對國內(nèi)城市軌道交通既有情況，特別是北上廣深和部分省會城市的特大客流、高密度運營需求、超短應(yīng)急響應(yīng)時間需求等特點，以及“傳統(tǒng)定義”在國內(nèi)軌道交通運營場景中面臨的問題，中國城市軌道交通協(xié)會在IEC 62290-1—2014的基礎(chǔ)上提升了自動化水平等級的功能要求，提出了“GoA3+”的概念，如表1所示。

表1 國內(nèi)軌道交通自動化水平等級定義表

正常運行情況下，GoA3+和GoA4并無區(qū)別，所有操作均有設(shè)備完成，只是在故障場景下人工介入處理應(yīng)急響應(yīng)。其功能執(zhí)行情況如表2所示。相比GoA4，在某些必須人工上車干預(yù)的故障場景下，GoA3+的應(yīng)急響應(yīng)時間較短，此模式更加有利于大客流、高密度的全自動運行線路工程。

表2 GOA3+與GOA4的功能執(zhí)行對照

3 市域軌道交通的全自動運行

隨著各類軌道交通自動化水平的不斷提高，以及市域軌道交通的建設(shè)運營特點，全自動運行系統(tǒng)在市域軌道交通中的應(yīng)用必將成為行業(yè)趨勢。鑒于市域軌道交通的工程特點區(qū)別于傳統(tǒng)城市軌道交通，故市域軌道交通在運營初期，對于自動化等級，以及自動運行功能需求方面應(yīng)適應(yīng)市域工程的特殊性和市域線路的功能定位。

3.1 自動化等級方面

針對市域軌道交通線路里程長、平均站間距大等特點，意味著一旦列車故障停在區(qū)間，若車上沒有多職能乘務(wù)員，那么司機(jī)必須從就近車站趕至區(qū)間故障列車，從而導(dǎo)致救援時間更長。

另一方面，鑒于初、近期運營間隔較大等特點，也意味著線路上客流量不高，其故障應(yīng)急響應(yīng)時間可以適當(dāng)延長。

地方業(yè)主應(yīng)充分權(quán)衡對于人工救援時間和故障應(yīng)急響應(yīng)時間的承受能力，以及運營人力資源成本負(fù)擔(dān)能力，對于確定采用全自動運行系統(tǒng)的市域軌道交通項目，對其自動化水平等控制等級的建議如下：

1) 市域軌道交通的工程建設(shè)，均應(yīng)按照GoA4標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，設(shè)備配置按UTO模式配置。

2) 對于一二線城市，或工程沿線客流培養(yǎng)迅速的工程項目，其線路開通運營時可以采用GoA3或GoA3+的DTO運行模式，或GoA4的UTO運行模式；當(dāng)機(jī)電設(shè)備性能趨于穩(wěn)定和客流增長到一定程度之后，高峰期可以采取GoA3+的DTO運行模式，平峰期和低峰期采用GoA4的UTO運行模式，從而均衡運營效率和人力資源配置。

3) 對于三四線城市，或工程沿線客流培養(yǎng)速度較慢的工程項目，其線路開通運營時，可以在運營準(zhǔn)備充分、救援管理措施完善的前提條件下，直接采用GoA4的UTO運行模式，最大化減少運營之后的人力資源成本。

3.2 自動運行功能方面

目前，各地建設(shè)全自動運行城市軌道交通項目的各個參與方，均對全自動運行的場景分析和系統(tǒng)功能分析做了較為深入的研究，并形成了一定的結(jié)論；與此同時，中國城市軌道交通協(xié)會也即將發(fā)布《城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)》的行業(yè)規(guī)范性文件，作為工程的建設(shè)依據(jù)。

然而，市域軌道交通的工程特點區(qū)別于城市軌道交通，可以在較為成熟的城市軌道交通全自動工程運營需求(含場景分析)、功能需求、接口需求的基礎(chǔ)上，針對市域軌道交通的特殊性進(jìn)行針對性的調(diào)整。例如：

1) 市域軌道交通以高架線路為主，平均站間距大，則既有的全自動系統(tǒng)運營場景和相關(guān)聯(lián)動功能可適當(dāng)精簡，并根據(jù)高架線路的特殊性(例如跨海、跨湖、跨山谷等特殊地段)分析并制定針對性的運營保障措施、特殊故障場景的聯(lián)動功能和響應(yīng)機(jī)制等。

2) 交流牽引制式的市域軌道交通工程存在“電分相”區(qū)域[5]，應(yīng)針對“電分相”所帶來的正常行車和故障救援問題，增加相應(yīng)的運營需求、運營場景和系統(tǒng)功能的聯(lián)動機(jī)制。

3) 市域動車組內(nèi)部的系統(tǒng)配置和功能架構(gòu)有別于城市軌道交通車型，為了滿足市域軌道交通的全自動運行需求，市域動車組也應(yīng)根據(jù)全自動運營需求，增加相應(yīng)的系統(tǒng)功能和配套設(shè)備。

4) 其他系統(tǒng)專業(yè)，例如信號、通信、綜合監(jiān)控、站臺門、FAS(火災(zāi)報警系統(tǒng))/BAS(環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))等，均應(yīng)結(jié)合市域軌道交通的工程特點和全自動運營需求，做出相應(yīng)的調(diào)整；并配合全套機(jī)電、車輛、土建等專業(yè)，有針對性地完善并優(yōu)化系統(tǒng)間的聯(lián)動機(jī)制和運營維護(hù)管理機(jī)制，真正實現(xiàn)市域軌道交通的全自動運行。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著自動化技術(shù)的進(jìn)步，市域軌道交通配置自動化運行系統(tǒng)的技術(shù)方案勢在必行。本文針對市域軌道交通工程的特殊性，結(jié)合工程自身在城市運輸系統(tǒng)中的功能定位，對其工程的自動化水平等級和特殊的運營場景給出了相關(guān)建設(shè)方案，為工程運營后期真正實現(xiàn)“降本增效”提出了可行性建議。