全自動運(yùn)行車輛基地的設(shè)計(jì)和運(yùn)作管理

李福斌　謝喜佳　譚睿珂　鄭吳富　黃凱宇

摘 要：以南寧軌道交通5號線那洪車輛基地設(shè)計(jì)為例，總結(jié)分析了全自動運(yùn)行地鐵車輛基地的分區(qū)及設(shè)備設(shè)施的組成、功能、管理要求，介紹了配套作業(yè)管理系統(tǒng)的組成和功能，并重點(diǎn)分析了車輛基地的自動收發(fā)車、調(diào)車、洗車、司機(jī)登乘、無人區(qū)人員進(jìn)出、檢修作業(yè)開展等作業(yè)流程及運(yùn)作管理要求，對全自動運(yùn)行車輛基地設(shè)計(jì)和運(yùn)作管理有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：軌道交通 全自動運(yùn)行 車輛基地 運(yùn)作管理

截至2021年底，國內(nèi)有北京、上海、重慶、廣州、深圳、南寧等14個城市開通了全自動運(yùn)行系統(tǒng)線路，共計(jì)23條線路554公里，全自動運(yùn)行技術(shù)已成為國內(nèi)外城市軌道交通發(fā)展的主流趨勢[1]。地鐵車輛基地是城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，是保證城市軌道交通正常運(yùn)行的后勤保障場所， 包括周月檢庫、定臨修庫、綜合維修樓、司機(jī)公寓、物資總庫和其他輔助生產(chǎn)的配套設(shè)施[2]。城市軌道交通工程采用全自動運(yùn)行系統(tǒng)后，車輛基地的設(shè)計(jì)方案和管理方式將發(fā)生較大的變化。筆者以南寧軌道交通5號線那洪車輛基地為例，對全自動運(yùn)行車輛段的設(shè)計(jì)和運(yùn)作管理進(jìn)行討論。

1 全自動運(yùn)行車輛基地設(shè)計(jì)

1.1 工程概況

南寧軌道交通5號線是是華南地區(qū)第一條全自動運(yùn)行的地鐵線路。一期工程全長20.21km，共設(shè)17座車站，全部為地下線路，是聯(lián)系南寧市西南至東北方向的骨干線，設(shè)置大架修車輛基地1座。初期配屬6節(jié)編組的B型車共24列，DC1500V架空接觸網(wǎng)供電，列車采用全自動運(yùn)行技術(shù)，最高運(yùn)行速度為80km/h。

1.2 總平面布置

南寧軌道交通5號線那洪車輛基地是南寧市首個全自動運(yùn)行車輛基地，承擔(dān)南寧軌道交通5號線列車的定臨修及以下修程的檢修作業(yè)，以及南寧軌道交通4、5號線列車的架大修作業(yè)。總平面布置為順接盡端式，整體呈南北向布局。運(yùn)用線包括停車列檢線23條（已建成14條，預(yù)留9條）、試車線1條，牽出線3條。檢修線包括周月檢線3條、吹掃線1條、靜調(diào)線1條、定修線2條、臨修線1條、鏇輪線1條、洗車線1條。工程車線包括工程車庫、淋雨實(shí)驗(yàn)棚、卸料線共9條。車輛基地總平面布置圖見圖1。

1.3 區(qū)域劃分

全自動運(yùn)行車輛基地內(nèi)，對于列車收、發(fā)車作業(yè)、洗車作業(yè)采等車輛運(yùn)用作業(yè)適宜采用全自動行車方式，有利于提高作業(yè)效率且有利于實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)。車輛檢修作業(yè)適宜采用非全自動行車方式[3]。

那洪車輛基地內(nèi)的車廠軌行區(qū)按照全自動行車區(qū)域（無人區(qū)）和非全自動行車區(qū)域（有人區(qū)）進(jìn)行了劃分。無人區(qū)與有人區(qū)的空間設(shè)置上相互獨(dú)立，無人區(qū)集中布置在車輛基地西側(cè)，有人區(qū)集中布置在車輛基地東側(cè)。無人區(qū)與有人區(qū)分區(qū)表如表1所示。

1.4 轉(zhuǎn)換軌

轉(zhuǎn)換軌的作用是進(jìn)行列車駕駛模式轉(zhuǎn)換和人工駕駛權(quán)力的交接。當(dāng)列車在車輛基地內(nèi)由無人區(qū)進(jìn)入有人區(qū)，或由有人區(qū)進(jìn)入無人區(qū)時(shí)，需要通過轉(zhuǎn)換軌實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行模式切換[4]。

那洪車輛基地內(nèi)的轉(zhuǎn)換軌設(shè)置在牽出線50道，位于無人區(qū)和有人區(qū)的交界處。在轉(zhuǎn)換軌旁設(shè)置有一個司機(jī)登車平臺，安裝有一套門禁管理以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)。門禁系統(tǒng)采用人臉識別技術(shù)并具有防尾隨模塊，僅司機(jī)可以通過刷臉進(jìn)出登車平臺，在發(fā)生尾隨時(shí)，現(xiàn)場會發(fā)出聲光報(bào)警，自動記錄尾隨錄像，并向DCC（車廠控制中心）報(bào)警。

1.5 洗車線

那洪車輛基地內(nèi)的洗車線屬于無人區(qū)，呈八字線通過式布置。洗車機(jī)控制系統(tǒng)與信號系統(tǒng)有通信接口，并配備攝像頭監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)列車的全自動洗車。在DCC內(nèi)設(shè)置有洗車機(jī)遠(yuǎn)程控制臺，洗車庫現(xiàn)場設(shè)置就地控制臺。當(dāng)就地控制臺將模式打至DCC遠(yuǎn)程控制模式時(shí)，車廠行車調(diào)度可在DCC的洗車機(jī)遠(yuǎn)程控制臺實(shí)現(xiàn)洗車機(jī)所有相關(guān)操作。當(dāng)就地控制臺模式打至就地控制模式時(shí)，需要洗車機(jī)操作人員在洗車庫就地操作洗車機(jī)。

1.6 登乘通道

全自動運(yùn)行車輛基地內(nèi)的停車列檢棚設(shè)置有登乘通道連通無人區(qū)和有人區(qū)。登乘通道根據(jù)列車受電方式不同，可采取天橋式或地下通道的形式[5]。

南寧軌道交通5號線采用接觸網(wǎng)供電，為避免觸電危險(xiǎn)，那洪車輛基地停車列檢庫的登乘通道采用地下通道的形式。登乘通道僅用于司機(jī)進(jìn)入相應(yīng)無人區(qū)的股道，檢修人員不從登乘通道進(jìn)入無人區(qū)。每個無人區(qū)保護(hù)分區(qū)有一個登乘通道出口，位于股道A段和B段之間。在司機(jī)登乘通道內(nèi)的每個進(jìn)出樓梯處布置一套門禁設(shè)備及防尾隨裝置，該套裝置設(shè)置權(quán)限管理功能，與司機(jī)派班計(jì)劃綁定，防止走錯登車分區(qū)。

2 全自動運(yùn)行車輛基地作業(yè)綜合管理系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)概況

為了保障全自動運(yùn)行車輛基地內(nèi)的檢修人員和設(shè)備安全，實(shí)現(xiàn)對有人區(qū)和無人區(qū)的作業(yè)人員管理、作業(yè)計(jì)劃管理、接觸網(wǎng)（軌）綜合接地、無人區(qū)安全聯(lián)鎖控制、門禁控制、圖像監(jiān)控及安全警示等功能，那洪車輛基地配置有全自動運(yùn)行車輛基地作業(yè)綜合管理系統(tǒng)。不同于非全自動運(yùn)行車輛基地按專業(yè)劃分的分散管理模式，此系統(tǒng)將全自動運(yùn)行車輛基地內(nèi)各專業(yè)、各地點(diǎn)的信息進(jìn)行集中監(jiān)控，采用多種安全防護(hù)措施，保障作業(yè)安全。

全自動運(yùn)行車輛基地作業(yè)綜合管理系統(tǒng)包含三個子系統(tǒng)，分別為作業(yè)人員及計(jì)劃管理系統(tǒng)、作業(yè)安全管理系統(tǒng)和作業(yè)質(zhì)量管理系統(tǒng)。

2.2 作業(yè)人員及計(jì)劃管理系統(tǒng)

作業(yè)人員及計(jì)劃管理系統(tǒng)包含人員管理、計(jì)劃生成、計(jì)劃派發(fā)、作業(yè)手續(xù)等功能。運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)來搭建一個完整的信息化平臺，對作業(yè)人員、作業(yè)計(jì)劃、考勤及作業(yè)手續(xù)進(jìn)行智能化、信息化管理。

2.3 作業(yè)安全管理系統(tǒng)

作業(yè)安全管理系統(tǒng)包含智能門禁、視頻監(jiān)控、自動接地、咽喉區(qū)管理、轉(zhuǎn)換軌區(qū)域管理等功能。根據(jù)運(yùn)行周期，以及計(jì)劃模板自動排布列檢計(jì)劃，使調(diào)度可根據(jù)車輛運(yùn)用情況、檢修能力調(diào)整修改計(jì)劃，也可以導(dǎo)入已有計(jì)劃，最后確認(rèn)后下發(fā)。

2.4 作業(yè)質(zhì)量管理系統(tǒng)

作業(yè)質(zhì)量管理系統(tǒng)包含車號識別、智能巡檢一體機(jī)、人員定位、大數(shù)據(jù)分析、作業(yè)評價(jià)等功能。利用圖像識別及傳感器等手段，使用定位及監(jiān)控系統(tǒng)，以及巡檢一體設(shè)備，做到數(shù)據(jù)上傳及分析，實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程卡控。

3 專家診斷系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)概況

為了保障全自動運(yùn)行列車的運(yùn)行安全和設(shè)備狀態(tài)良好，那洪車輛基地配置有專家診斷系統(tǒng)。專家診斷系統(tǒng)的功能是在收到列車發(fā)送至地面的狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)后，通過數(shù)據(jù)分析和挖掘，借助各種推理算法和智能診斷及預(yù)測模型，來監(jiān)控、預(yù)測和管理列車的狀態(tài)，評估其健康程度，為檢修人員提供列車檢修作業(yè)和管理的參考依據(jù)。

專家診斷系統(tǒng)面向技術(shù)人員、調(diào)度人員、檢修人員等不同角色人員時(shí)，其功能和定位有所區(qū)別。面向技術(shù)人員主要提供數(shù)據(jù)管理和分析功能，通過對數(shù)據(jù)的分析挖掘，實(shí)現(xiàn)對列車故障規(guī)律的總結(jié)和故障隱患的預(yù)測。面向調(diào)度人員主要提供列車實(shí)時(shí)狀態(tài)和故障監(jiān)測，為故障的應(yīng)急處理提供建議。面向檢修人員主要提供車輛故障工單的自動推送，對故障的詳細(xì)描述和處置建議。

專家診斷系統(tǒng)包括兩個子系統(tǒng)，分別為車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)兩部分。

3.2 車載系統(tǒng)

車載系統(tǒng)通過列車WTB總線和以太網(wǎng)收集列車的空調(diào)、牽引、輔助、制動、車門、煙火報(bào)警、PIS、弓網(wǎng)、走行部以及弓網(wǎng)監(jiān)測、障礙物防撞、脫軌監(jiān)測等智能運(yùn)維業(yè)務(wù)系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)，傳輸至車載遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸裝置（WTD），WTD主機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)性要求按照一定周期（本項(xiàng)目采用500ms周期）向車載PIDS交換機(jī)發(fā)送狀態(tài)、故障數(shù)據(jù)，車載PIDS交換機(jī)將上述數(shù)據(jù)采用TCP或者UDP報(bào)文通過PIDS地面組網(wǎng)傳輸至地面專家診斷系統(tǒng)大數(shù)據(jù)中心。

3.3 地面系統(tǒng)

地面系統(tǒng)通過地面服務(wù)器對車載系統(tǒng)發(fā)生來數(shù)據(jù)分析和挖掘，借助推理算法和智能診斷及預(yù)測模型來監(jiān)控、預(yù)測和管理車輛的狀態(tài)，評估其健康程度，并提供對綜合監(jiān)控和工單管理等第三方系統(tǒng)的接口。通過顯示終端面向用戶實(shí)現(xiàn)線路監(jiān)控、狀態(tài)預(yù)覽、車輛監(jiān)控、車輛HMI同屏、線路列車及列車各個關(guān)鍵子系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)（MTBF和MDBF）進(jìn)行評價(jià)、能耗分析、故障統(tǒng)計(jì)、里程統(tǒng)計(jì)、對列車當(dāng)前故障和歷史故障列表的實(shí)時(shí)記錄、展示和查詢等功能。

4 全自動運(yùn)行車輛基地運(yùn)作管理

全自動運(yùn)行車輛基地在生產(chǎn)運(yùn)作的流程以及管理制度上，與非全自動運(yùn)行車輛基地存在顯著差異。以下主要對那洪車輛段的列車收發(fā)車作業(yè)、列車調(diào)車、人員進(jìn)出無人區(qū)等作業(yè)的流程進(jìn)行介紹。

4.1 列車發(fā)車作業(yè)

由車廠行車調(diào)度根據(jù)當(dāng)前執(zhí)行的運(yùn)行圖、車廠停車股道現(xiàn)狀、接觸網(wǎng)供電狀態(tài)及次日出車計(jì)劃表編制當(dāng)日列車發(fā)車計(jì)劃，并錄入TIAS（行車綜合自動化系統(tǒng)）。

全自動運(yùn)行列車在完成日檢后處于休眠狀態(tài)，在發(fā)車前需進(jìn)行喚醒并自檢成功后方可以FAM模式（全自動運(yùn)行模式）投入正線運(yùn)營。備用列車、巡道列車由車廠行車調(diào)度遠(yuǎn)程人工喚醒，其余正線運(yùn)營列車由TIAS根據(jù)出庫計(jì)劃自動喚醒。車廠行車調(diào)度確認(rèn)列車根據(jù)出庫計(jì)劃自動觸發(fā)的出廠進(jìn)路正確后，下發(fā)全自動駕駛授權(quán)，列車依次完成全自動發(fā)車作業(yè)。

4.2 列車收車作業(yè)

當(dāng)日退出運(yùn)營且需要回到停車列檢庫進(jìn)行日檢的列車，在收車時(shí)原則上應(yīng)集中在一個防護(hù)分區(qū)中進(jìn)行停放，當(dāng)一個防護(hù)分區(qū)停滿后，再停入下一個防護(hù)分區(qū)[6]。

現(xiàn)階段南寧軌道交通5號線以DTO模式（有人值守的列車全自動運(yùn)行） 進(jìn)行正線運(yùn)營。當(dāng)日退出運(yùn)營且需要回到周月檢庫的列車，在入段線轉(zhuǎn)換軌停穩(wěn)后由車廠行車調(diào)度人工排列進(jìn)路，值守司機(jī)將駕駛模式由FAM模式轉(zhuǎn)為RM模式（受限駕駛模式）進(jìn)廠。

4.3 列車調(diào)車作業(yè)

車廠內(nèi)調(diào)車分為無人區(qū)內(nèi)調(diào)車、有人區(qū)與無人區(qū)之間調(diào)車、有人區(qū)內(nèi)調(diào)車。

列車在無人區(qū)內(nèi)調(diào)車作業(yè)時(shí)，司機(jī)需登車值守。車廠行車調(diào)度根據(jù)調(diào)車計(jì)劃為列車分配目的地碼，系統(tǒng)自動排列進(jìn)路，給予列車全自動駕駛授權(quán)，列車以全自動運(yùn)行模式駛?cè)胫付康牡亍?/p>

列車在有人區(qū)內(nèi)調(diào)車作業(yè)時(shí)，司機(jī)按照調(diào)車計(jì)劃以RM或EUM模式將列車駛?cè)胫付康牡亍?/p>

列車有人區(qū)與無人區(qū)之間調(diào)車作業(yè)時(shí)，在無人區(qū)以FAM模式運(yùn)行，在轉(zhuǎn)換軌（牽出線）進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，在有人區(qū)以RM模式或EUM模式（切除ATC模式）運(yùn)行。有人區(qū)與無人區(qū)之間調(diào)車線路示意見圖2。

4.4 司機(jī)進(jìn)出停車列檢庫無人區(qū)

司機(jī)進(jìn)出停車列檢庫無人區(qū)時(shí)，通過登乘通道到達(dá)通往相應(yīng)防護(hù)分區(qū)出入口處，得到車廠行車調(diào)度同意后刷指紋進(jìn)入或離開防護(hù)分區(qū)。司機(jī)在登車前需向車廠行車調(diào)度申請并得到同意，且確認(rèn)列車FAM指示燈狀態(tài)顯示正確后方可解鎖車門登車。司機(jī)在下車前需向車廠行車調(diào)度申請，車廠行車調(diào)度在TIAS上確認(rèn)列車休眠成功，且該防護(hù)分區(qū)無其他列車動車后方可同意司機(jī)下車。

4.5 施工人員進(jìn)出停車列檢庫無人區(qū)

施工人員進(jìn)入停車列檢庫無人區(qū)前需在DCC登記請點(diǎn)，車廠行車調(diào)度在綜合管控系統(tǒng)上授權(quán)后，施工負(fù)責(zé)人到停車列檢庫尾端發(fā)卡柜上領(lǐng)取相應(yīng)防護(hù)分區(qū)的SPKS外箱鑰匙。施工負(fù)責(zé)人使用SPKS外箱鑰匙打開相應(yīng)分區(qū)SPKS外箱柜門，將SPKS旋鈕打至激活位，關(guān)上SPKS外箱柜門后，歸還SPKS外箱鑰匙至發(fā)卡柜，領(lǐng)取門禁卡打開門禁，一人一卡依次進(jìn)入作業(yè)區(qū)域，人員全部進(jìn)入后關(guān)好庫尾門。

施工人員離開停車列檢庫無人區(qū)時(shí)，施工人員需依次刷門禁卡出清SPKS分區(qū)，并逐一歸還門禁卡至發(fā)卡柜，施工負(fù)責(zé)人確認(rèn)該作業(yè)所有施工人員歸還門禁卡后，最后一名作業(yè)人員需先在發(fā)卡柜上領(lǐng)取SPKS外箱鑰匙恢復(fù)SPKS后方可歸還門禁卡，施工負(fù)責(zé)人返回DCC銷點(diǎn)。

5 結(jié)語

南寧軌道交通5號線一期工程已于2021年底建成通車。作為南寧首個全自動運(yùn)行車輛基地，那洪車輛基地的運(yùn)作管理的經(jīng)驗(yàn)還不完善，還要不斷的積累國內(nèi)外全自動運(yùn)行線路的成熟經(jīng)驗(yàn)。在全自動運(yùn)行車輛基地的設(shè)計(jì)上，要充分考慮設(shè)備設(shè)施的布置要符合運(yùn)營單位的管理制度，貼合相應(yīng)的運(yùn)營場景需求，讓車輛基地更好地服務(wù)于運(yùn)營人員。

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