全自動運行車輛基地的設計和運作管理

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計為例，總結分析了全自動運行地鐵車輛基地的分區及設備設施的組成、功能、管理要求，介紹了配套作業管理系統的組成和功能，并重點分析了車輛基地的自動收發車、調車、洗車、司機登乘、無人區人員進出、檢修作業開展等作業流程及運作管理要求，對全自動運行車輛基地設計和運作管理有一定的指導意義。

關鍵詞：軌道交通 全自動運行 車輛基地 運作管理

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

1 全自動運行車輛基地設計

1.1 工程概況

南寧軌道交通5號線是是華南地區第一條全自動運行的地鐵線路。一期工程全長20.21km，共設17座車站，全部為地下線路，是聯系南寧市西南至東北方向的骨干線，設置大架修車輛基地1座。初期配屬6節編組的B型車共24列，DC1500V架空接觸網供電，列車采用全自動運行技術，最高運行速度為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行車輛基地，承擔南寧軌道交通5號線列車的定臨修及以下修程的檢修作業，以及南寧軌道交通4、5號線列車的架大修作業。總平面布置為順接盡端式，整體呈南北向布局。運用線包括停車列檢線23條（已建成14條，預留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、淋雨實驗棚、卸料線共9條。車輛基地總平面布置圖見圖1。

1.3 區域劃分

全自動運行車輛基地內，對于列車收、發車作業、洗車作業采等車輛運用作業適宜采用全自動行車方式，有利于提高作業效率且有利于實現安全防護。車輛檢修作業適宜采用非全自動行車方式[3]。

那洪車輛基地內的車廠軌行區按照全自動行車區域（無人區）和非全自動行車區域（有人區）進行了劃分。無人區與有人區的空間設置上相互獨立，無人區集中布置在車輛基地西側，有人區集中布置在車輛基地東側。無人區與有人區分區表如表1所示。

1.4 轉換軌

轉換軌的作用是進行列車駕駛模式轉換和人工駕駛權力的交接。當列車在車輛基地內由無人區進入有人區，或由有人區進入無人區時，需要通過轉換軌實現列車運行模式切換[4]。

那洪車輛基地內的轉換軌設置在牽出線50道，位于無人區和有人區的交界處。在轉換軌旁設置有一個司機登車平臺，安裝有一套門禁管理以及視頻監控系統。門禁系統采用人臉識別技術并具有防尾隨模塊，僅司機可以通過刷臉進出登車平臺，在發生尾隨時，現場會發出聲光報警，自動記錄尾隨錄像，并向DCC（車廠控制中心）報警。

1.5 洗車線

那洪車輛基地內的洗車線屬于無人區，呈八字線通過式布置。洗車機控制系統與信號系統有通信接口，并配備攝像頭監控，可以實現列車的全自動洗車。在DCC內設置有洗車機遠程控制臺，洗車庫現場設置就地控制臺。當就地控制臺將模式打至DCC遠程控制模式時，車廠行車調度可在DCC的洗車機遠程控制臺實現洗車機所有相關操作。當就地控制臺模式打至就地控制模式時，需要洗車機操作人員在洗車庫就地操作洗車機。

1.6 登乘通道

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

南寧軌道交通5號線采用接觸網供電，為避免觸電危險，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進入相應無人區的股道，檢修人員不從登乘通道進入無人區。每個無人區保護分區有一個登乘通道出口，位于股道A段和B段之間。在司機登乘通道內的每個進出樓梯處布置一套門禁設備及防尾隨裝置，該套裝置設置權限管理功能，與司機派班計劃綁定，防止走錯登車分區。

2 全自動運行車輛基地作業綜合管理系統

2.1 系統概況

為了保障全自動運行車輛基地內的檢修人員和設備安全，實現對有人區和無人區的作業人員管理、作業計劃管理、接觸網（軌）綜合接地、無人區安全聯鎖控制、門禁控制、圖像監控及安全警示等功能，那洪車輛基地配置有全自動運行車輛基地作業綜合管理系統。不同于非全自動運行車輛基地按專業劃分的分散管理模式，此系統將全自動運行車輛基地內各專業、各地點的信息進行集中監控，采用多種安全防護措施，保障作業安全。

全自動運行車輛基地作業綜合管理系統包含三個子系統，分別為作業人員及計劃管理系統、作業安全管理系統和作業質量管理系統。

2.2 作業人員及計劃管理系統

作業人員及計劃管理系統包含人員管理、計劃生成、計劃派發、作業手續等功能。運用先進的計算機技術、網絡通信技術、數據庫技術來搭建一個完整的信息化平臺，對作業人員、作業計劃、考勤及作業手續進行智能化、信息化管理。

2.3 作業安全管理系統

作業安全管理系統包含智能門禁、視頻監控、自動接地、咽喉區管理、轉換軌區域管理等功能。根據運行周期，以及計劃模板自動排布列檢計劃，使調度可根據車輛運用情況、檢修能力調整修改計劃，也可以導入已有計劃，最后確認后下發。

2.4 作業質量管理系統

作業質量管理系統包含車號識別、智能巡檢一體機、人員定位、大數據分析、作業評價等功能。利用圖像識別及傳感器等手段，使用定位及監控系統，以及巡檢一體設備，做到數據上傳及分析，實現作業過程卡控。

3 專家診斷系統

3.1 系統概況

為了保障全自動運行列車的運行安全和設備狀態良好，那洪車輛基地配置有專家診斷系統。專家診斷系統的功能是在收到列車發送至地面的狀態數據、故障數據、環境數據等數據后，通過數據分析和挖掘，借助各種推理算法和智能診斷及預測模型，來監控、預測和管理列車的狀態，評估其健康程度，為檢修人員提供列車檢修作業和管理的參考依據。

專家診斷系統面向技術人員、調度人員、檢修人員等不同角色人員時，其功能和定位有所區別。面向技術人員主要提供數據管理和分析功能，通過對數據的分析挖掘，實現對列車故障規律的總結和故障隱患的預測。面向調度人員主要提供列車實時狀態和故障監測，為故障的應急處理提供建議。面向檢修人員主要提供車輛故障工單的自動推送，對故障的詳細描述和處置建議。

專家診斷系統包括兩個子系統，分別為車載系統和地面系統兩部分。

3.2 車載系統

車載系統通過列車WTB總線和以太網收集列車的空調、牽引、輔助、制動、車門、煙火報警、PIS、弓網、走行部以及弓網監測、障礙物防撞、脫軌監測等智能運維業務系統的狀態數據和故障數據，傳輸至車載遠程數據傳輸裝置（WTD），WTD主機根據實時性要求按照一定周期（本項目采用500ms周期）向車載PIDS交換機發送狀態、故障數據，車載PIDS交換機將上述數據采用TCP或者UDP報文通過PIDS地面組網傳輸至地面專家診斷系統大數據中心。

3.3 地面系統

地面系統通過地面服務器對車載系統發生來數據分析和挖掘，借助推理算法和智能診斷及預測模型來監控、預測和管理車輛的狀態，評估其健康程度，并提供對綜合監控和工單管理等第三方系統的接口。通過顯示終端面向用戶實現線路監控、狀態預覽、車輛監控、車輛HMI同屏、線路列車及列車各個關鍵子系統的可靠性指標（MTBF和MDBF）進行評價、能耗分析、故障統計、里程統計、對列車當前故障和歷史故障列表的實時記錄、展示和查詢等功能。

4 全自動運行車輛基地運作管理

全自動運行車輛基地在生產運作的流程以及管理制度上，與非全自動運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車作業、列車調車、人員進出無人區等作業的流程進行介紹。

4.1 列車發車作業

由車廠行車調度根據當前執行的運行圖、車廠停車股道現狀、接觸網供電狀態及次日出車計劃表編制當日列車發車計劃，并錄入TIAS（行車綜合自動化系統）。

全自動運行列車在完成日檢后處于休眠狀態，在發車前需進行喚醒并自檢成功后方可以FAM模式（全自動運行模式）投入正線運營。備用列車、巡道列車由車廠行車調度遠程人工喚醒，其余正線運營列車由TIAS根據出庫計劃自動喚醒。車廠行車調度確認列車根據出庫計劃自動觸發的出廠進路正確后，下發全自動駕駛授權，列車依次完成全自動發車作業。

4.2 列車收車作業

當日退出運營且需要回到停車列檢庫進行日檢的列車，在收車時原則上應集中在一個防護分區中進行停放，當一個防護分區停滿后，再停入下一個防護分區[6]。

現階段南寧軌道交通5號線以DTO模式（有人值守的列車全自動運行） 進行正線運營。當日退出運營且需要回到周月檢庫的列車，在入段線轉換軌停穩后由車廠行車調度人工排列進路，值守司機將駕駛模式由FAM模式轉為RM模式（受限駕駛模式）進廠。

4.3 列車調車作業

車廠內調車分為無人區內調車、有人區與無人區之間調車、有人區內調車。

列車在無人區內調車作業時，司機需登車值守。車廠行車調度根據調車計劃為列車分配目的地碼，系統自動排列進路，給予列車全自動駕駛授權，列車以全自動運行模式駛入指定目的地。

列車在有人區內調車作業時，司機按照調車計劃以RM或EUM模式將列車駛入指定目的地。

列車有人區與無人區之間調車作業時，在無人區以FAM模式運行，在轉換軌（牽出線）進行模式轉換，在有人區以RM模式或EUM模式（切除ATC模式）運行。有人區與無人區之間調車線路示意見圖2。

4.4 司機進出停車列檢庫無人區

司機進出停車列檢庫無人區時，通過登乘通道到達通往相應防護分區出入口處，得到車廠行車調度同意后刷指紋進入或離開防護分區。司機在登車前需向車廠行車調度申請并得到同意，且確認列車FAM指示燈狀態顯示正確后方可解鎖車門登車。司機在下車前需向車廠行車調度申請，車廠行車調度在TIAS上確認列車休眠成功，且該防護分區無其他列車動車后方可同意司機下車。

4.5 施工人員進出停車列檢庫無人區

施工人員進入停車列檢庫無人區前需在DCC登記請點，車廠行車調度在綜合管控系統上授權后，施工負責人到停車列檢庫尾端發卡柜上領取相應防護分區的SPKS外箱鑰匙。施工負責人使用SPKS外箱鑰匙打開相應分區SPKS外箱柜門，將SPKS旋鈕打至激活位，關上SPKS外箱柜門后，歸還SPKS外箱鑰匙至發卡柜，領取門禁卡打開門禁，一人一卡依次進入作業區域，人員全部進入后關好庫尾門。

施工人員離開停車列檢庫無人區時，施工人員需依次刷門禁卡出清SPKS分區，并逐一歸還門禁卡至發卡柜，施工負責人確認該作業所有施工人員歸還門禁卡后，最后一名作業人員需先在發卡柜上領取SPKS外箱鑰匙恢復SPKS后方可歸還門禁卡，施工負責人返回DCC銷點。

5 結語

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行車輛基地，那洪車輛基地的運作管理的經驗還不完善，還要不斷的積累國內外全自動運行線路的成熟經驗。在全自動運行車輛基地的設計上，要充分考慮設備設施的布置要符合運營單位的管理制度，貼合相應的運營場景需求，讓車輛基地更好地服務于運營人員。

參考文獻：

[1]中國城市軌道交通協會，城市軌道交通2021年度統計和分析報告， [R/OL]. （2022-04-22）[2022-04-22]https：//www.camet.org.cn/tjxx/9944.

[2]楊子亮. 城軌交通全自動運行列車車輛段設計研究[J]. 現代城市軌道交通，2020，（05）：9-13.

[3]周永，肖衍. 軌道交通全自動運行車輛基地功能需求探討[J]. 鐵路技術創新，2016，（06）：72.

[4]肖瑞金. 軌道交通全自動運行車輛段設計研究[J]. 都市快軌交通，2018，v.31;No.149（01）： 59-60.

[5]韓志彬，張政，王鵬博. 全自動車輛基地停車列檢庫檢修通道設計研究[J]. 城市軌道交通研究，2022，v.25;No.234（03）：118.

[6]劉迪. 全自動運行地鐵車輛段設計特點分析[J]. 科技與創新，2020，No.152（08）：54.