城市軌道交通全自動運行線路的運營方式及運營指標(biāo)要求

尹聰聰

(上海申通軌道交通研究咨詢有限公司， 200070， 上海∥工程師)

近年來，我國有越來越多的城市軌道交通全自動運行線路建成投運。對于線路運營單位而言，采用何種方式運營全自動運行線路，以及如何在確保安全的前提下充分發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢，為線路運營帶來運營效益，是個值得探討的復(fù)雜問題。線路運營指標(biāo)是影響運營效益的一個重要部分。運營單位在考慮選取全自動運行線路運營方式時，需對線路運營指標(biāo)值進(jìn)行衡量。本文將對全自動運行線路不同運營方式的運營指標(biāo)要求進(jìn)行討論。

1 全自動運行線路的運營方式

廣義的線路運營方式包含線路各運營業(yè)務(wù)板塊的運營方式，如線路客運組織方式、票務(wù)組織方式、列車運行方式和設(shè)備維保方式等。本文討論的全自動運行線路運營方式主要指線路運營列車的運行方式，是狹義的線路運營方式。

關(guān)于全自動運行線路及其列車運行方式的定義，國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-3]均有表述。業(yè)內(nèi)將采用DTO(有人值守的列車全自動運行)或UTO(無人值守的列車全自動運行)列車運行方式且擁有獨立路權(quán)的軌道交通系統(tǒng)，稱為自動化的城市軌道交通(Automated Urban Guided Transport，簡稱AUGT)[1-2]，或全自動運行系統(tǒng)(Fully Automatic operation System,簡稱FAO系統(tǒng))[3]。其中，關(guān)于DTO(Driverless Train Operation)的定義在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中存在差異:IEC(國際電工委員會)及我國推薦的標(biāo)準(zhǔn)[1-2]表述為：列車上配置的值守人員僅在故障和應(yīng)急情況下介入列車運行，不負(fù)責(zé)監(jiān)視路況和緊急制動操作，正常運行所有功能均由系統(tǒng)實現(xiàn)；列車值守人員操作可包括關(guān)閉正常運行中的停站列車車門及起動列車。中國城市軌道交通協(xié)會制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3]表述為：列車在配置車上值守人員的條件下的運行，正常運行所有功能均由系統(tǒng)負(fù)責(zé)，車上值守人員僅在故障和應(yīng)急情況下介入列車運行。

根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-3]，GOA3(自動化等級3)系統(tǒng)可實現(xiàn)列車DTO運行。但GOA3系統(tǒng)沒有列車狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，因此DTO運行列車必須配備值守人員監(jiān)控列車狀態(tài)。從目前國內(nèi)FAO線路(本文采用中國城市軌道交通協(xié)會制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)表述)列車DTO運行情況來看，雖然GoA3系統(tǒng)具有軌行區(qū)障礙物探測功能，但司機室值守人員不僅要負(fù)責(zé)監(jiān)控列車狀態(tài)，而且要負(fù)責(zé)監(jiān)視路況和緊急制動操作。這是線路管理者從值守人員管理及列車運行安全角度出發(fā)作出的決策結(jié)果。中國城市軌道交通協(xié)會制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3]的DTO列車運行定義表述中，弱化了列車值守人員職責(zé)描述，更切合實際運營情況。

而關(guān)于UTO(Unattended Train Operation)列車運行方式的定義，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-3]中的表述基本一致：列車在不配置車上值守人員(所有功能均由系統(tǒng)實現(xiàn))的條件下的運行方式，且GoA4(自動化等級4)系統(tǒng)方可實現(xiàn)列車UTO運行。

目前，國內(nèi)部分新開通的FAO線路，采用的列車運行方式介于DTO和UTO之間。其線路系統(tǒng)等級符合GoA4要求但列車仍配備值守人員。該值守人員既不負(fù)責(zé)監(jiān)控列車狀態(tài)，也不負(fù)責(zé)監(jiān)視路況和緊急制動操作，主要為提高異常情況下的現(xiàn)場響應(yīng)速度而設(shè)。本文將此稱為列車準(zhǔn)UTO運行方式。

上述三種列車運行方式的主要差異表現(xiàn)見表1，在異常情況下的處置流程差異見圖1。

表1 不同列車運行方式下處置方式的差異對比

圖1 不同列車運行方式下異常情況處置流程對比

列車DTO與列車準(zhǔn)UTO、UTO在異常情況處置流程方面的最大差異在于:系統(tǒng)異常的發(fā)現(xiàn)端不同，從而使信息傳遞、后續(xù)處置流程都不相同。列車準(zhǔn)UTO與列車UTO的異常處置流程基本一致，但若需工作人員就地處置，UTO方式將花費更多時間。

當(dāng)線路通過采取與系統(tǒng)相適應(yīng)的運營管理模式，使線路運營列車能夠常態(tài)化實現(xiàn)某運行方式，那么可認(rèn)為該線路實現(xiàn)了該運營方式。目前國內(nèi)已開通的FAO線路中，采用的運營方式主要有兩種，分別是DTO(如北京地鐵燕房線、上海軌道交通10號線)和準(zhǔn)UTO(如成都地鐵9號線、上海軌道交通15號線、上海軌道交通18號線)。個別小運量、短距離FAO線路實現(xiàn)了UTO運營，如上海軌道交通浦江線。當(dāng)前國內(nèi)仍缺少大運量長距離FAO線路實現(xiàn)UTO的案例。

線路實現(xiàn)UTO需滿足從設(shè)備到管理、從政府到市民多維度的需求。線路運營指標(biāo)檢驗是考驗線路設(shè)備和管理是否符合要求的手段之一。下文將探討FAO線路實現(xiàn)UTO的運營指標(biāo)檢驗要求。

2 FAO線路的運營指標(biāo)要求

2.1 FAO線路的運營指標(biāo)

運營指標(biāo)包含運營服務(wù)指標(biāo)和設(shè)備故障率指標(biāo)。在國內(nèi)既有規(guī)范文件[4-5]采用的線路運營指標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合FAO系統(tǒng)功能及運營特點，確定FAO線路運營指標(biāo)如表2所示。相對于規(guī)范文件要求的運營指標(biāo)，表2新增了影響行車的新功能或新設(shè)備的故障率指標(biāo)(包括列車自動喚醒成功率、站臺門故障率)，還新增了列車退出全自動運行模式率，以及傳輸系統(tǒng)故障率和車地?zé)o線系統(tǒng)通信故障率。

2.2 FAO線路不同階段的運營指標(biāo)要求

FAO線路自動化程度高，且系統(tǒng)設(shè)計可靠度高于普通線路，其運營指標(biāo)要求應(yīng)當(dāng)高于普通線路。在FAO線路工程準(zhǔn)備階段確定線路正式運營指標(biāo)目標(biāo)值時，對于規(guī)范要求的既有運營指標(biāo)取值可適當(dāng)高于既有水平；對于新增運營指標(biāo),則可依據(jù)FAO線路相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求值或已開通FAO線路的經(jīng)驗值取值。FAO線路初期運營前的運營指標(biāo)檢驗值可依據(jù)正式運營目標(biāo)值確定。

表2 線路初期運營前、正式運營前的運營指標(biāo)要求

線路的運營指標(biāo)表現(xiàn)主要與設(shè)備磨合情況、人員熟練程度和線路運營方式3方面因素相關(guān)。在線路不改變運營方式的前提下，運營指標(biāo)表現(xiàn)值將與設(shè)備磨合情況、人員熟練程度呈正相關(guān)。線路從試運行到正式運營階段，設(shè)備狀態(tài)和人員熟練程度隨著時間的推移呈上升趨勢，故線路正式運營階段的指標(biāo)要求應(yīng)高于初期運營階段。其中設(shè)備故障率主要與設(shè)備磨合情況有關(guān)。在有關(guān)規(guī)范文件[4-5]中，線路初期運營前與正式運營前的設(shè)備故障率指標(biāo)取值相差20%。

運營服務(wù)指標(biāo)中的列車運行圖兌現(xiàn)率和列車正點率，與設(shè)備可靠度、運營調(diào)整水平相關(guān)；列車服務(wù)可靠度的表現(xiàn)，以設(shè)備表現(xiàn)為基礎(chǔ)，同時依賴應(yīng)急處置速度與線路運營方式相關(guān)，因此在線路運營方式不變的前提下，僅與設(shè)備磨合情況相關(guān)。故該指標(biāo)初期運營前和正式運營前的取值，可參照設(shè)備故障率指標(biāo)設(shè)置20%的差值。

根據(jù)FAO線路特點增加的5項指標(biāo)要求為：

1) 站臺門故障率(含站臺門車門間隙探測裝置故障率)。為保障站臺安全，應(yīng)在站臺門故障率中將站臺門車門間隙探測裝置故障率納入考慮，不因添加設(shè)備而降低要求，F(xiàn)AO線路站臺門正式運營目標(biāo)值要求高于既有水平。

2) 列車自動喚醒成功率。為保證運營服務(wù)指標(biāo)中列車運行圖兌現(xiàn)率和列車正點率滿足要求，同時減輕控制中心工作人員運營調(diào)整與處置的壓力，列車喚醒成功率應(yīng)當(dāng)保持在較高水平。結(jié)合目前國內(nèi)相關(guān)FAO線路表現(xiàn)，建議將列車喚醒成功率的正式運營目標(biāo)值定為99.5%。同時結(jié)合目前國內(nèi)各地新建FAO線路的試運行階段指標(biāo)表現(xiàn)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，建議初期運營前該指標(biāo)要求不低于95%[6]。

3) 列車退出全自動運行的故障率。導(dǎo)致列車退出全自動運行的設(shè)備故障，主要集中在信號、車輛兩大專業(yè)，以及其他與行車安全相關(guān)的設(shè)備故障(如整側(cè)車門無法關(guān)閉時，也可能人為安排列車退出全自動運行)。為確保列車全自動運行的可靠性，應(yīng)將引起列車退出全自動運行模式的故障率控制在較低水平。可依據(jù)國內(nèi)相關(guān)FAO線路運營經(jīng)驗，在初期運營階段取2%作為該故障率的控制要求[6]。

4) 傳輸系統(tǒng)故障率。傳輸系統(tǒng)沒有冗余，作為FAO線路的重要支持系統(tǒng)，必須有穩(wěn)定的高水平的可靠度，不可出現(xiàn)系統(tǒng)癱瘓以及系統(tǒng)板卡出現(xiàn)影響系統(tǒng)運行的故障[7]，其因故中斷工作的發(fā)生率應(yīng)當(dāng)為零。

5) 車地?zé)o線系統(tǒng)通信故障率。為確保中央集中控制，車地?zé)o線傳輸延時不應(yīng)超過2 s[7]。

各項指標(biāo)具體要求見表2。FAO線路指標(biāo)要求值應(yīng)同時高于既有規(guī)范文件的要求。

2.3 FAO線路轉(zhuǎn)換運營方式對指標(biāo)的影響

對于以UTO為目標(biāo)的在建FAO線路而言，可依系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)選擇UTO的升級路徑。升級路徑從平穩(wěn)型到突破型依次可按如下順序選擇：路徑①為線路DTO開通后先轉(zhuǎn)為準(zhǔn)UTO再轉(zhuǎn)為UTO；路徑②為線路DTO開通后轉(zhuǎn)為UTO；路徑③為線路準(zhǔn)UTO開通后轉(zhuǎn)為UTO；路徑④為線路UTO開通。

表2指標(biāo)中，“列車服務(wù)可靠度”直接受應(yīng)急處置時間影響，其表現(xiàn)隨線路運營方式轉(zhuǎn)換變化明顯。

不同運營方式下的應(yīng)急處置時間，只有在需工作人員赴現(xiàn)場處置的情況下，才會存在明顯差異。在遠(yuǎn)程處置基本能夠代替現(xiàn)場的復(fù)位、重啟和旁路等排故操作，工作人員現(xiàn)場處置以執(zhí)行手動駕駛列車命令為主的前提下，需工作人員現(xiàn)場處置的情況可等同為“列車退出全自動運行事件”。因此FAO線路在升級運營方式的過程中，影響列車服務(wù)可靠度的事件數(shù)增量來自“列車退出全自動運行事件”，這與“列車退出全自動運行模式率”指標(biāo)相關(guān)。

若采用路徑①實現(xiàn)UTO，第一步DTO開通后轉(zhuǎn)為準(zhǔn)UTO，列車值守人員走出司機室，對需值守人員現(xiàn)場處置的事件進(jìn)行處置時間估算:“遠(yuǎn)程處置時間”約2 min,“車上走行時間”約1 min，“完成車頭隔離打開蓋板時間”約1 min，再加上“現(xiàn)場處置時間”約2 min。全部處置時間約6 min，將影響5 min以上列車服務(wù)可靠度。因此，其在正式運營期間升級至準(zhǔn)UTO，為確保升級后的列車服務(wù)可靠度指標(biāo)符合要求，該指標(biāo)在DTO階段表現(xiàn)應(yīng)好于目標(biāo)要求，且準(zhǔn)UTO運營前該指標(biāo)應(yīng)預(yù)留“列車退出全自動運行故障率”增量(參照表2該指標(biāo)正式運營前取值1.6%)。第二步準(zhǔn)UTO轉(zhuǎn)為UTO，列車值守人員走下列車后，應(yīng)急處置時間據(jù)估算總共約13 min(包括“遠(yuǎn)程處置時間”約2 min、“工作人員登車時間”約8 min、“完成車頭隔離打開蓋板時間”約1 min、“現(xiàn)場處置時間”約2 min)。這將影響10 min以上列車服務(wù)可靠度。由此，在升級為UTO前，線路10 min以上列車服務(wù)可靠度同樣應(yīng)當(dāng)預(yù)留相應(yīng)增量。實現(xiàn)UTO路徑①的各階段列車服務(wù)可靠度要求見表3。

表3 實現(xiàn)UTO路徑①的列車服務(wù)可靠度變化要求

若采用路徑②(DTO開通后轉(zhuǎn)為UTO)，則UTO前，5 min及10 min以上列車服務(wù)可靠度都應(yīng)預(yù)留增量。實現(xiàn)UTO路徑②的各階段列車服務(wù)可靠度要求見表4。

表4 實現(xiàn)UTO路徑②的列車服務(wù)可靠度變化要求

若采用路徑③(準(zhǔn)UTO開通后轉(zhuǎn)為UTO)，則UTO前，10 min以上列車服務(wù)可靠度都應(yīng)預(yù)留增量。實現(xiàn)UTO路徑③的各階段列車服務(wù)可靠度要求見表5。若采用路徑④(直接UTO開通)，其列車服務(wù)可靠度要求見表6。

表5 實現(xiàn)UTO路徑③的列車服務(wù)可靠度變化要求

表6 實現(xiàn)UTO路徑④的列車服務(wù)可靠度變化要求

3 結(jié)語

本文為新建FAO線路提供了檢驗初期運營前和正式運營前的運營指標(biāo)值。若FAO線路采用分步實現(xiàn)UTO運營的方式，則建議在表2的基礎(chǔ)上，選擇相對應(yīng)的“列車服務(wù)可靠度”變化要求對線路進(jìn)行檢驗。此外，根據(jù)推算可知，“10 min以上列車服務(wù)可靠度”能夠較好地區(qū)分是否需工作人員登車處置事件。目前，雖然既有線路較少統(tǒng)計該指標(biāo)，但建議FAO線路應(yīng)將此指標(biāo)納入統(tǒng)計中。