基于垂直運動的鐵路客運站臺防護系統設計

左艷芳，魏耀南，李 帥，王志飛

（1.中鐵科（北京）信息工程設計咨詢有限公司，北京 100081；2.北京經緯信息技術有限公司，北京 100081；3.中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

我國鐵路運營逐漸向公交化運營模式發展，與傳統運營方式相比，鐵路客運站臺的安全防護面臨更大的壓力，須消耗大量的人力來維護站臺秩序。《鐵路技術管理規程》中明確，在我國鐵路領域引入站臺門是一個必然的發展過程[1]。但鐵路客運站臺存在多車型停靠、站臺面窄等情況，直接引入現有城市軌道交通（簡稱：城軌）的傳統站臺防護系統無法解決其站臺門與列車門的對應問題。

眾多學者針對鐵路客運站臺防護系統進行了研究，蔡曉民[2]對國內外鐵路站臺防護系統的設置要求進行研究，明確當建設的站臺門與列車車門無法完全對中時，須留出一定寬度的通道方便旅客就近乘降，但鐵路站臺寬度有限，不能滿足該條件；譚平[3]對鐵路客運站臺防護系統全自動控制技術進行研究，可實現站臺門與列車門的聯動，但許多車輛不具備全自動模式的條件；黃中全[4]對比了現有站臺門的安全保護措施，存在技術手段單一、安全級別低的問題，并提出了站臺門應采用多重安全防護措施的觀點。

綜上，將城軌現有的傳統站臺防護系統進行簡單改進，并不能滿足鐵路客運站臺的實際情況，亟需開發一種新型鐵路客運站臺防護系統。垂直運動的防護裝置具有大開度的結構特點，能滿足鐵路客運站臺多車型對中的要求，因此，本文設計了基于垂直運動的鐵路客運站臺防護系統（簡稱：本文系統）。

1 系統組成

本文系統由機械裝置、電氣控制模塊及安全防護裝置組成，機械裝置提供了本文系統的基本構架；電氣控制模塊是本文系統的“神經網”；安全防護裝置防止本文系統運動過程中對站臺上人或物造成擠壓、撞擊傷害，也防止外部對本文系統的人為破壞。本文系統的具體組成如圖1所示。

1.1 機械裝置

機械裝置底部與站臺土建結構連接，固定安裝在站臺邊緣，主要包括支撐驅動結構、防護結構、傳動結構和走線結構等4個部分，如圖2所示。

圖2 機械裝置組成示意

（1）支撐驅動結構是機械裝置的承重部分，為其他部件提供了安裝基礎，外層采用裝飾外包板進行美化處理，可加裝電子顯示屏顯示車站的各類信息；（2）防護結構可上下垂直運動，分為主動防護扇和被動防護扇，升起時雙扇防護結構重疊，減少上部空間，降落時雙扇防護結構展開，實現大面積防護；（3）傳動結構聯接防護結構與動力源，轉化運動形式，從而實現防護結構的升降[5]；（4）走線結構用于放置線纜，提供走線空間的同時，與兩側支撐驅動結構形成一個框架，提高了兩側支撐驅動結構的垂直度和平行度。

機械裝置是鐵路客運站臺防護系統的基礎，本文基于理論受力分析、SolidWorks三維建模及有限元分析對結構受力、結構布置和結構強度進行設計，保障了機械裝置的合理性。

1.2 電氣控制模塊

每側站臺根據自身長度設置多組機械裝置，形成一道防護屏障，每組機械裝置配備1組電氣控制模塊，每組電氣控制模塊由1套門機控制單元（DCU，Door Control Unit）、2臺電機、2臺狀態指示燈及2套信息語音提示裝置組成。電機、狀態指示燈及信息語音提示裝置分別安裝于左右兩側的支撐驅動結構內，DCU單獨安裝于其中一側。電機采用無刷直流電機，配備減速箱和電磁剎車器[6-7]。當DCU接收到列車或站臺工作人員發出的指令后，向電機下達指令，電機開始運轉，實現開/關門動作。

1.3 安全防護裝置

安全防護裝置包括配重裝置、激光雷達探測裝置、壓力感應結構和電磁剎車器。（1）配重裝置直接與防護結構硬性聯接[8]，防止防護結構在故障或停電狀態下脫落造成傷害，發生突發狀況時，配重裝置將拉起防護結構，保障旅客的正常通行，其原理如圖3所示；（2）激光雷達探測裝置安裝于支撐驅動結構側面，在相鄰兩個支撐驅動結構之間形成無形防護區域，在人或物進入機械裝置的防護結構運動范圍內時，進行語音提示和警報；（3）壓力感應結構分別安裝于防護結構的上下兩側，使其在升降過程中，一旦遇到人或物便及時停止動作，避免造成傷害或損壞；（4）電磁剎車器安裝在電氣控制模塊的電機上，當防護結構升起或降落到位后，由電磁剎車器進行電機鎖死，保障防護結構不被意外拉下或抬起。

圖3 配重裝置原理

2 系統功能

2.1 防護功能

防護功能通過DCU下發控制命令，實現防護結構的升降，防止站臺上行走的旅客越過危險限界，將其活動控制在站臺安全范圍內，若有旅客或物品進入了防護區域，激光雷達探測裝置將啟動提醒語音和報警，并通知站臺工作人員進行處理。安全防護裝置能保障防護結構不對站臺上的人和物造成傷害，同時也保障本文系統本身不受外物影響。

2.2 信息顯示功能

大部分鐵路客運站臺為多車型停靠站臺，為讓旅客準確找到其乘坐的列車車廂，一般會在站臺地面上設置各種顏色的指示標識，較為混亂，影響旅客乘車體驗。本文系統在支撐驅動結構上設置了信息顯示屏，其顯示的車廂信息可根據到站車輛的車型進行實時調整，起到對乘客的引導作用，此外，也可播放廣告和文化宣傳等內容。

2.3 美化站臺環境功能

現有站臺防護系統的外觀面主要是不銹鋼和玻璃，2者顏色較單調且不易調整。本文系統的外觀面材質和顏色有多種選擇，可根據站臺的風格做不同設計，更能適應站臺整體環境，協調性更好，達到美化站臺環境的效果。

3 系統工作流程

本文系統的主要功能是防護功能，其工作流程主要針對防護功能進行闡述，如圖4所示。

圖4 基于垂直運動的鐵路客運站臺防護系統工作流程

本文系統工作流程主要分為防護結構動作過程和防護結構關閉保持過程。

3.1 防護結構關閉保持過程

在未接收到列車自動或工作人員手動發出的指令時，本文系統處于防護結構關閉保持過程，防護結構不動作，但仍處于防護狀態。當人或物誤入防護區域內時，安全防護裝置啟動語音提示和報警，并通知站臺工作人員，當人或物離開防護區域后，語音提示和警報聲自動中斷。

3.2 防護結構動作過程

（1）當列車到站停穩后，由列車自動或工作人員手動發出防護結構開啟信號。（2）本文系統收集到開啟信號后，防護結構升起并重疊到上部。在此過程中，若遇到障礙物，防護結構停止升起動作，進行延時等待（等待時間可調整），同時啟動語音提示、報警，并通知站臺工作人員，延時等待結束后，若障礙物未清除，繼續延時等待，若障礙物已清除，防護結構再次執行升起動作[9]，升起到位并啟動電磁剎車器，將結構鎖死在升起（打開）狀態，并把本文系統狀態信息反饋給電氣控制模塊的DCU，由DCU實時判斷是否執行下一步動作。（3）旅客乘降完畢后，列車自動或工作人員手動發出防護結構關閉信號，防護結構執行降落（關閉）動作，其過程與升起（打開）時相同，當防護結構降落（關閉）到位并鎖死后，電氣控制模塊把本文系統狀態信息反饋給外部接口，列車駛離站臺，本文系統進入防護結構關閉保持過程。

4 站臺防護系統關鍵技術

4.1 防護結構垂直運動與重合運動的同步技術

本文系統變更了防護結構的運動方向和結構形式，由原來的水平移動變更為垂直運動，由單扇獨立平移變更為雙扇上下收展，動作復合性更高。傳動結構采用了螺旋副與配重平衡相結合的方式，防護結構升起時，傳動結構將電機的轉動轉化為防護結構的垂直直線運動，再通過中間聯接設計，使主動防護扇運動到一定位置后與被動防護扇相連，一起升起到位，并實現重疊動作；降落時，傳動結構同樣將電機轉動轉化為主動防護結構的垂直直線運動，通過中間聯接設計使主動防護扇運動到一定位置后，拖著被動防護扇降落到位，并實現展開動作。每扇防護結構均與配重裝置相連，并保持平衡，當電機不動作時，防護結構處于平衡靜止狀態。

4.2 三重安全防護技術

傳統城軌站臺防護系統僅采用防夾作為安全保障手段。本文系統為增加設備安全等級，采用了三重安全防護技術。

4.2.1 配重裝置

配重裝置與防護結構直接機械相連，重力達到平衡，使防護結構在任何情況下，均不會因自身重力的作用對站臺上的人和物造成傷害和損壞[10]；

4.2.2 壓力感應結構與電磁剎車器

壓力感應結構能敏銳地感知防護結構在運動過程中是否遇到障礙物，一旦感應到障礙，立即啟動電磁剎車器，使得防護結構停止動作，避免危險的發生。

4.2.3 激光雷達探測裝置與電磁剎車器

防護結構在降落（關閉）狀態下，若有人或物進入防護區域，激光雷達探測裝置均能及時啟動語音提示和報警，并通知站臺工作人員，從而保障人和物及系統的安全。在此過程中，電磁剎車器始終處于鎖死狀態，防止非工作人員強行將防護結構抬起造成傷害或損壞。

5 系統應用情況

本文系統已在嵐皋站、西安北站、昆明站和蘇州站等多個鐵路客運車站進行試運行。（1）開啟空間更大，能滿足鐵路客運車站多車型的特點，尤其在春運或其他節假日等客流高峰時期，能協助工作人員高效實現乘客的乘降工作；（2）能較好地阻止旅客靠近站臺邊緣，站臺工作人員無須在站臺上維持秩序，節省了人力成本；（3）設置了信息顯示屏，可指引旅客就近乘降，方便快捷，本文系統現場應用情況如圖5所示。

圖5 基于垂直運動的鐵路客運站臺防護系統現場應用情況

現場應用情況表明，本文系統運行效果良好，但也存在一些問題，例如：機械裝置的重量和較大跨度限制了防護結構的材質選擇[11]；系統的穩定性需要更長時間去驗證，目前，相關的穩定性數據尚少。

6 結束語

本文分析了鐵路客運站臺引入站臺防護系統面臨的問題，闡述了基于垂直運動的鐵路客運站臺防護系統的組成、功能和關鍵技術。該系統已在部分鐵路客運站成功應用，取得了良好的防護效果，但仍存在防護結構材質選擇有限，系統穩定性有待驗證的問題。因此，防護結構的材質研發和系統穩定性的保障措施是下一步的研究重點。