城市軌道交通全自動運行車輛基地運用庫內自動化區主動防護技術

張正遠

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司, 710043, 西安)

FAO(全自動運行)車輛基地分為自動化區和非自動化區,自動化區車輛運行由信號系統控制,非自動化區由ATP(列車自動防護)下的人工駕駛或調車機車牽引運行。自動化區定義為無人區,非授權不得進入,其又可同時劃分為若干自動化分區,利用柵欄等措施進行物理隔離[1]。為了實現人員進入自動化分區作業的目的,在運用庫庫前或庫中設置下穿通道或上跨天橋。該做法工程投資較大,人員走行距離長,作業極為不便,若火災情況下庫中電動伸縮門不能及時打開,影響人員疏散,造成安全隱患。因此,需進一步研究運用庫內自動化區不采用下穿通道或上跨天橋通行的防護技術。

1 FAO車輛基地概述

1.1 FAO車輛基地的設計特點

FAO車輛基地不僅可以減少司機操作時間,降低司機勞動強度,顯著提高車輛出入段能力,而且可以避免司機人為誤操作,以及減少誤操作帶來的安全隱患。

FAO與非FAO車輛基地的不同之處主要包括總圖功能分區、信號轉換軌設置、安全防護措施、股道長度、檢查坑數量及運用檢修工藝流程等[2],且其作業場景差異也較大。在具體實踐中,自動化區的防護措施是研究的重點。

1.2 運用庫內自動化區常規防護策略

常規FAO車輛基地運用庫主要采用被動防護策略,其與正線相同亦將運用庫內定義為無人區,通常采取一系列防護措施,非授權情況下禁止人員進入,且車輛在運用庫內采用FAO模式。其主要防護措施包括:劃分自動化分區,設置下穿通道或上跨天橋,設置SPKS(人員作業防護開關)及門禁,以及設置防護門等[3]。運用庫被動防護設施平面示意圖見圖1。

圖1 運用庫被動防護設施平面示意圖

1.3 常規防護策略存在的問題

1.3.1 消防安全隱患

運用庫內中間通道設置大量的電動伸縮門,該電動伸縮門處于常閉狀態,發生火災時,如電動伸縮門發生故障不能及時打開,需要人工逐一操作,延長消防疏散與撲救時間,對人員生命健康及財產安全造成較大的潛在威脅。

1.3.2 通行不便

運用庫內中間通道電動伸縮門處于常閉狀態,人員需通過下穿通道或上跨天橋進入庫內,上下樓梯不便,走行距離較長[4]。同時列檢機器人逐漸開始推廣使用,通常1臺列檢機器人大約負責2個自動化分區車輛列檢作業[5],電動伸縮門常閉影響列檢機器人跨分區作業。

1.3.3 管理程序復雜

運用庫內各自動化分區設置有大量的SPKS及門禁,人員進入各自動化分區,需要請銷點并得到授權,管理程序較為復雜。

1.3.4 工程投資較大

下穿通道或上跨天橋通常凈高不小于2.3 m,寬度不小于1.5 m,通道埋深不小于4.3 m,天橋下凈空不小于6.7 m。根據情況配備集水井,水泵、機械排煙及照明等設備設施,同時還設置大量的欄桿門、SPKS及門禁,工程投資較大。

1.3.5 施工難度大

下穿通道埋深較深,其內部還設有集水井,分區出口常靠近檢查坑或承臺,易造成結構沖突。下穿通道施工時放坡條件常常不足,需采用拉森鋼板樁等進行邊坡防護。同時由于空間距離較小,施工誤差較大時易造成侵限,工程實施難度增大[6]。

1.4 安全防護系統的研發與應用

國內部分設備供應商研發了自動化區安全防護系統,并將其成功應用于南寧城市軌道交通項目,且應用效果總體良好[7]。該防護系統對應的運用庫內布置與常規設計基本相同,保留了下穿通道或上跨天橋以及電動伸縮門等,主要通過門禁管理、安全聯鎖控制、實時監控、人員防護等措施對被動防護策略進行補強。

2 運用庫內自動化區主動防護技術

2.1 主動防護技術的主要思路

主動防護技術的主要思路是改被動防護為主動防護,中間通道的電動伸縮門由常閉狀態調整為常開狀態,取消下穿通道或上跨天橋,人員、維修車輛通過中間通道進入各自動化分區。其防護策略是根據制定的收發車計劃,在車輛出入庫時提前關閉自動化分區兩側的電動伸縮門,以形成臨時的無人區,保證車輛自動運行出入庫。車輛完成出入庫作業后,運用庫內按有人區對待,庫內通行及作業與非FAO車輛基地一致[8]。

2.2 運用庫內布置

運用庫內每2～3股道劃分為1個自動化分區,每個自動化分區采用高度不小于1.8 m的柵欄進行隔離。在中間通道處設置電動伸縮門、安全開關和門禁,庫后設置柵欄門、安全開關及門禁,庫前設置電動卷簾門,電動卷簾門與信號系統聯鎖。運用庫內每個自動化分區利用柵欄隔離出若干準安全區域,每個準安全區域柵欄門均設安全開關和門禁。運用庫主動防護設施平面示意圖見圖2。

圖2 運用庫主動防護設施平面示意圖

在運用庫內設置用于探測是否有人員存在的人員定位系統(視頻和紅外探測系統或其他人員定位技術),以及用于提前報警的聲光報警和廣播系統。運用庫主動防護設施剖面示意圖見圖3。

圖3 運用庫主動防護設施剖面示意圖

2.3 主動防護作業流程

主動防護作業流程分為4種模式,分別是出庫模式、入庫模式、高峰模式和人工及緊急模式。

2.3.1 出庫模式

信號系統提前將車輛出庫信息發送給防護系統,防護系統根據出庫車輛股道號判斷車輛所屬的自動化分區,以及對應的電動伸縮門、電動卷簾門、柵欄門、準安全區、安全開關及門禁。

在車輛出庫前,對應的自動化分區內的聲光報警及廣播系統提前開始工作,通知該分區內的人員撤離,同時人員定位系統探測該分區是否有人存在,如果有人員逗留,則車輛繼續休眠,聲光報警和廣播系統持續報警,直到人員撤離。緊急情況下,人員無法及時撤離時,可以進入準安全區,關閉準安全區開關,人員定位系統可判定該分區無人。當人員定位系統探測或判定該分區無人后,分區兩側的電動伸縮門關閉,安全開關判斷電動伸縮門是否關閉,當確認電動伸縮門已關閉,車輛開始喚醒并自檢,自檢完成后防護系統通知庫前電動卷簾門打開,車輛自動運行出庫。特殊情況下,當安全開關判定電動伸縮門發生故障且未關閉時,則防護系統通知人工處理,并由人工關閉安全開關。

車輛出庫后,信號系統判定車輛是否出庫。當確認車輛已經出庫,則電動伸縮門打開,庫前電動卷簾門關閉,出庫流程結束。車輛出庫模式流程示意圖見圖4。

圖4 車輛出庫模式流程示意圖

2.3.2 入庫模式

信號系統提前將車輛入庫信息發送給防護系統,與出庫模式相同,防護系統根據股道號判斷自動化分區及設備設施。

在車輛入庫前,對應的自動化分區內的聲光報警及廣播系統提前開始工作,通知該分區內的人員撤離,同時人員定位系統探測該分區是否有人存在,如果有人員逗留,則防護系統通知信號系統控制車輛在庫前一度停車,聲光報警和廣播系統持續報警,直到人員撤離。在緊急情況下,人員無法及時撤離時,可以進入準安全區,關閉準安全區開關,人員定位系統可判定該分區無人。當人員定位系統探測或判定該分區無人后,分區兩側的電動伸縮門關閉,庫前電動卷簾門打開,安全開關判斷電動伸縮門是否關閉,當確認電動伸縮門已關閉,則信號系統控制車輛入庫。特殊情況下,當安全開關判定電動伸縮門發生故障且未關閉時,則防護系統通知人工處理,并由人工關閉安全開關。

車輛入庫后,接觸網斷電,電動伸縮門打開,庫前電動卷簾門關閉,人員可以進入分區進行整備等作業。作業完成后,信號系統切除,車輛休眠,入庫流程結束。車輛入庫模式流程示意圖見圖5。

圖5 車輛入庫模式流程示意圖

2.3.3 高峰模式

在車輛出入庫高峰時段,防護系統可以通過聲光報警和廣播系統將庫內人員全部清空,并在設定的時間段內使整個庫內最外側的電動伸縮門關閉,并將庫前電動卷簾門全部打開,滿足車輛頻繁出入庫需求。當高峰時段結束后,進入正常出入庫防護模式。

2.3.4 人工及緊急模式

在獲得授權的情況下,可以通過防護系統人工遠程操作,隨意關閉或開啟任意一處電動伸縮門和電動卷簾門,開啟和關閉時采用與出入庫模式相同的有人、無人判斷邏輯控制車輛出入。同時防護系統應與FAS(火災報警系統)聯動,運用庫內發生火災等緊急情況下,防護系統應能控制電動伸縮門、電動卷簾門自動打開,便于人員疏散及消防撲救。

2.4 主要設備系統架構

主動防護技術的設備系統主要包括:防護系統主機、聲光報警及廣播子系統、人員定位子系統、電動伸縮門與電動卷簾門、安全開關及門禁。主動防護技術系統架構示意圖見圖6。

圖6 主動防護技術系統架構示意圖

2.4.1 防護系統主機

防護系統主機設置在運轉綜合樓專用機房內,監視器及控制設備設置在DCC(車輛基地調度控制中心)調度臺,防護系統主機是整個防護系統的核心,承擔防護系統的邏輯判斷功能,并與信號系統、FAS及防護系統各子系統進行通信,接受信號系統、人員定位系統及安全開關反饋指令,并給信號系統發送確認指令,同時給聲光報警及廣播系統、電動伸縮門及電動卷簾門發送報警及開關指令。

2.4.2 聲光報警及廣播子系統

聲光報警及廣播子系統主要包括聲光報警系統和廣播系統兩部分:聲光報警系統設置在司機登車平臺處,也可以設置在運用庫內地面,其主要目的是通過聲、光警報告知庫內人員該分區即將有車輛出入庫,應及時撤離;廣播系統設置在庫內側墻或結構柱上,主要通過廣播的形式,將預錄的車輛出入庫分區信息通知庫內人員。

2.4.3 人員定位子系統

人員定位子系統主要包括紅外探測與視頻定位系統(亦可采用其他形式的人員定位設備),設置在運用庫內檢查坑及庫內地面或庫頂,其主要目的是探測分區內股道兩側通道及檢查坑是否有人存在,車輛出入庫作業時,探測工作持續進行。

2.4.4 電動伸縮門及電動卷簾門

電動伸縮門設置在庫中間通道處,電動卷簾門設置在庫門處,均根據防護系統主機指令自動打開或關閉。電動卷簾門與信號系統聯鎖,未打開時禁止車輛出入庫。

2.4.5 安全開關及門禁

安全開關及門禁設置在電動伸縮門、準安全區及柵欄門處。安全開關的主要作用是為防護系統主機反饋門的開關狀態,并在防護系統授權下打開門禁,允許人員出入。

3 結語

針對FAO車輛基地自動運行區常規防護策略存在的問題,研究提出一種利用智能化和信息化技術,通過邏輯判斷控制防護門開關而形成臨時無人區進行防護的主動防護技術。該技術可以取消下穿通道或上跨天橋,使運用庫內中間通道電動伸縮門處于常開狀態,保證人員和維修車輛正常通行。該技術可以避免消防隱患,提高運營管理效率,減少工程投資和施工難度,具有較好的應用前景。