城市轨道交通全自动运行系统工程设计联络要点分析.pdf

52U城轨交通RBAN RAIL TRANSIT城市轨道交通全自动运行系统工程设计联络要点分析曹启滨1，高伯翰2（1北京市地铁运营有限公司，北京 100044；2交控科技股份有限公司，北京 100070）摘要：轨道交通全自动运行系统是综合性极强的大平台系统，也是轨道交通当前最前沿的技术创新。做好新技术的落地实施，工程设计联络是关键环节。针对全自动运行系统，以运营单位的视角探讨工程设计联络的重要性，并阐述分析全自动运行系统工程设计中，运营单位要着重关注的要点。关键词：全自动运行系统；轨道交通；设计联络；行车运输中图分类号：U231+.7 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2023)10-0052-05Analysis of Key Points for Engineering Design Liaison ofFully Automatic Operation System for Urban Rail TransitCao Qibin1,Gao Bohan2(1.Beijing Subway Operation Co.,Ltd.,Beijing 100044,China)(2.Traffi c Control Technology Co.,Ltd.,Beijing 100070,China)Abstract:The fully automated FAO system for urban rail transit is a highly comprehensive large platform system,and a cutting-edge technical innovation in urban rail transit.The engineering design liaison is a key link for the implementation of new technologies in specific projects.Focusing on fully automated systems,this paper explores the importance of engineering design liaison from the perspective of urban rail transit operators,and describes and analyzes the key issues for urban rail transit operators in the engineering design of fully automatic systems.Keywords:fully automatic operation system;urban rail transit;design liaison;driving and transportationDOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2023.10.010收稿日期：2023-05-23；修回日期：2023-10-07第一作者：曹启滨（1982），男，高级工程师，硕士，主要研究方向：城市轨道交通信号、列控，行车与运营组织等，邮箱：。当前全国轨道交通领域新兴技术快速发展，全自动运行（Fully Automatic Operation，FAO）系统逐步成为行业热点和发展主流。FAO 通常是以信号系统为核心的综合联动自动控制大系统，一方面是将传统的人工驾驶迭代为“设备系统自动驾车”，直接减少了司乘人员的参与度和劳动强度；另铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年10月，第20卷第10期53城轨交通URBAN RAIL TRANSIT一方面，全自动运行系统联动列车唤醒自检、自动收发车、清客、自动处置故障等十分庞大的功能，已然大幅度打破了传统信号系统以列车位置防护为重心的设计思路框架，需要从轨道交通线路全局安全可靠的高度总体统筹设计，并应全场景全功能全要素地对接运营单位的运营管理体系，实现新建线路设计与投运的深度匹配吻合。全自动新技术变化大，实现技术的稳定落地，一个关键环节就是在新建线路的工程设计联络环节把控好“建、运”对接。下面围绕信号专业，从运营管理角度，阐述全自动运行新技术落地中，设计联络的关键要点。1FAO系统的主要特点分析FAO 系统最主要的特点有两个方面，集中在驾驶层面和联动场景层面。第一，传统 CBTC-ATO 信号系统，列控防护建立在传统信号系统本身的行车安全角度，以列车位置安全防护为根本、以列车高效追踪为目标，属于“狭义”的行车安全。自动驾驶 ATO 旨在降低司机人工牵引-制动的劳动强度。行车安全中的瞭望、异常情况的处置仍需要人工操作，信号系统并非全要素防护覆盖。FAO 系统替代了司机的人工驾驶动作，瞭望及故障处置，对司机的替代程度更加深入，系统判断与处置的介入度和覆盖度大幅提升。例如，列车自动唤醒、自动出入库、自动清客、站台门自动对位隔离等功能场景更加丰富。第二，传统的信号系统对外专业的联动功能及接口设计相对简单，FAO 系统包括车辆、通信、灾害告警、乘客服务的功能联动集成度高，接口专业的设计跨度和集成深度要求明显提升。如列车区间迫停、列车及区间火灾检测、临时调整交路的清客服务等功能，在传统线路上是由分专业独立完成，各专业之间少有系统联动关系，需要人工关联相关处置和决策。全自动系统由系统串接了全部功能系统的动作，实现自动采集、分析决策和触发处置。结合以上两点主要原因，FAO 系统信号专业的工程设计联络必须从功能上、场景上做到统筹设计，信号专业作为统领专业，设计联络的任务和职责要发生根本性提升。2FAO系统设计联络中运营管理的对接匹配轨道交通新技术的关键是服务运营，提升运营管理品质。FAO 系统目前已然从示范工程发展成为建设主流，从小客流边缘线路逐步成为服务超大城市主干线路的主推设计方案。运营管理的对接是确保该技术落地的核心环节，需要运营单位的行车管理、调度指挥、车站应急、列车驾驶等功能制定适应全自动的管理规则、岗位设置、操作规范并结合技术联络共同配合实施。2.1行车运输方面运营单位结合 FAO 系统工程实际、线路特点、客流预期、接驳站位等行车及客运特点，编制设计出接受全自动线路运营的管理人员构架与操作人员构架。重新定义或修编乘务员（司机）、综控员、站务员、调度员的职责，确保行车运输的指挥监控到位、指令的传达执行无疏漏的组织体系。设计单位和各专业供货集成单位根据运营单位管理规则，配置中心调度的显示操作界面、告警菜单、监控内容，规划调度指令的发布反馈路径；布局车站综控室、监察厅的设备方案、显示操作设备等；根据综控员、站务员、监察厅人员的分布职责，配置信号、通信、综合监控、站台门及车辆远程显示及操作手段；布置乘务人员车上操作系统，既符合有人驾驶的安全操作，又满足以全自动投入为主模式下的无人监控条件自动运行。传统线路的运营管理是自上而下的指挥体系，调度员指挥车站和司机，主要由司机负责本车的安全运行操作和监护，现场情况反馈调度员决策；全自动运行系统中，现场发生的情况、故障主要由系统自动告警、自动处置，并上传告知调度员，必要时由调度员远程决策和干预，执行层和决策层上移至控制中心调度员。因此必须考虑到调度员远程掌No.10曹启滨，高伯翰：城市轨道交通全自动运行系统工程设计联络要点分析54U城轨交通RBAN RAIL TRANSIT控和接管时，全面及时，充分准确地了解现场情况，通过视频、故障检测、异常场景推送等环节统筹现场信息，并用于研判和权威决策的下达。在功能设计中，比较典型的设计联络案例就是“车辆调”界面。传统线路的车辆驾驶掌控在乘务员手中，运营线上涉及车辆异常情况，均有乘务员现场处置，调度员远程了解事件情况及进展，根据列车特殊情况、故障处置进展预估可能延误程度，预判影响范围并调整临近列车的运行状态，尽力减少故障点或异常情况对全线路的服务影响，控制中心调度员较少参与车辆状态的远程观察和干预。FAO系统降低了本地现场乘务员干预程度，将车辆状态信息、故障应对远程上移至控制中心供调度员研判处置，增加了“车辆调”显示和操作界面，要求中心调度员远程关注列车异常及故障，并决策干预和处置。一是要求设计车辆状态的远程显示界面；二是具备车辆关键部位，如牵引、制动、车门、广播、空调等关键部件的远程复位、重启命令等，实现列车的控令远程遥控；三是需要调度员在行车组织、运输管理的同时，能够清晰灵活的处置车辆的异常问题，包括技术分析决策在内的应对，是对调度员行车指挥决策能力一大提升。在“车辆调”功能设计上，是无先例的新事物，统筹考虑技术落地、管理对接，实现综合施策平稳衔接。在正线车站、段场的全自动运营区域设计中，应特别重视考虑“无人作业区域”的“无人”管理，一方面做好无人的管理手段落地，同时在抢修过程中必须有人员进入的区域，一定设计明显安全可靠的技术防范措施，包括但不局限于区间紧急关闭、远程紧急停车等人员防护开关，防止无人列车对作业人员的危害发生，做到技防与管理的无缝嵌套设计，实现作业人员的安全防护，是系统自身安全的最重要的安全体现。2.2系统设备及维保方面传统的轨道交通按照专业划分维保职责，专业之间割裂明显，跨专业的接口主要是电气硬件节点，传递信息简单且有限。FAO 系统包括了车辆故障诊断、远程重启合闸、现场视频同传、广播视频推送联动、火灾告警及处置联动等大量的硬件接口和软件联动场景，无法按照传统的专业划分做明确切割，生硬的切割职责将会带来更多接口失管失效。打破传统专业的割裂，实现电务综合维保，是解决问题的关键思路。运营单位可将涉及全自动运行的信号、通信、综合监控、电力、机电站台门、防灾告警及车辆的维修维保业务纳入到专业分公司（车间）。统筹各专业力量，集体维修，减少跨单位、跨部门的切分，是驾驭全自动运行系统的维保基础。FAO 系统中，也要同步考虑系统功能失效的影响，并落实到系统设计中。当发现全自动运行的信号系统故障、车地传输中断、车载 ATP 故障、联动系统接口异常时，将无法接收到远程控制指令并执行指令，必要时需要司机的人工介入值乘，需要实现系统功能的模式可靠转换、人工可靠衔接，着重要分析场景的连贯性和人工介入的可达性。在车辆设计中，同步考虑列车远程接收控制命令的可达性，车辆大部件故障“机破”时人工救援的可行性，避免主系统、主功能异常后直接停运、长时间中断服务而无法恢复的局面。FAO 是传统 ATO、DTO、UTO 功能的进一步系统提升，增强了故障远程应对及处置，但系统失灵时，留给司机介入的处置内容是自动化系统无力可达、无力满足的交叉故障、深度故障及叠加失效，并已然对行车秩序带来明显困扰后交由人工接手应对。因此对乘务员司机的岗位职责、处置能力要求陡升，乘务员司机将主要承接疑难故障应对。在系统的工程设计时，建议在故障提示、车辆信号及接口专业状态提示等信息方面进一步征求经验丰富乘务员的操作需求和意见，开发显示、提示丰富的界面提示状态，并在车站、调度显示界面开发尽可能及时、准确、丰富的提示列表，以增进乘务员、调度员应对的直观性、可达性、可视性。在设计联络中，要考虑运维基地的设置方案，铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年10月55城轨交通URBAN RAIL TRANSIT将故障报修、故障告警、维修管理的信息化平台整合，如行车监控 ATS、维护支持系统、故障诊断及专家会商等系统建设项目内及未来预开发的平台资源合理布局在正线车站、段场的作业室内，为搭建整体维保做足准备。2.3系统可靠度指标方面设计联络是约定设备系统具体功能和技术指标设计的关键沟通交底机会。在全自动运行环节，运营单位统筹行车运输、维保维护的各相关业务环节，严格把控大系统平台的整体安全性、稳定性和可靠性。传统线路的专业是严格划分，信号系统也将主要精力集中在本系统设备的安全可靠和维护便捷上，对接口及协同联动的关注度较浅。全自动是一套联动大平台，任何分支子系统、接口部件的失效失灵或接口不匹配，都不仅仅是单一专业设备自身的问题点，而有可能对全平台运行带来安全隐患和服务风险。例如列车远程复位的控制单元和执行单元、站台门夹人夹物激光探测等都是为实现 FAO 而新建子系统，又是关乎安全行车全局的风险节点，设计联络中对接口的匹配、跨专业供货商的技术约定应特别提及，并且应充分考虑和评估除信号系统外，系统平台内其他专业的安全可靠性影响。3FAO系统设计联络中应考虑的开通筹备因素全自动运行的大系统，其开通筹备过程比传统的独立专业的系统工作量成几何数增加，存在调试过程长、调试场景多、调试资源耗费多、联动统筹协调量繁杂的现实特点。因此全自动线路一定要充分考虑线路开通的实际情况和可能的划分阶段开通的情形，结合既有线路开通的特点，在设计联络阶段做好预留预判，便于后续工筹。3.1新线一次性全功能开通准备新建线路全线一次性全功能开通，在开通前没有投运载客，不存在边调试边运营的阶段。因此调试灵活、试验方便，无需考虑运营影响，是最方便的筹备方式。具备该种开通条件的线路，要抓紧筹备时期，设计联络中宜重点夯实全自动运行系统功能，对降级系统完成基本测试，在建设交付阶段将完善的全自动系统一次性投入。在开通运营初期，实现有人监控但不介入干预的全自动运行，充分实现全系统功能，在初期有异常情况或出现性能不稳定情况时，由乘务员及时应对。3.2功能降级开通、逐步完善的线路开通筹备轨道交通建设周期长、投资巨大，特别是特大城市的客流需求量大。为尽快保证城市服务，尽早为市民提供运输服务功能，轨道交通线路往往不能实现全功能一次性调试完成、全功能开通，需要在保证安全运营的条件下，降级开通并边运营边调试完善。在设计联络时，要着重对 CBTC 普通级别开通，人工驾驶的操作控制系统、调度指挥系统，各系统相对独立的功能系统完善设计，补强次级功能，实现安全可靠开通。同时宜结合全自动交付时段，对降级系统宜采用“够用、不浪费”的原则，保证功能可靠又要避免降级系统的过度建设、过度投资，对于综控室、司机操作台等部位避免出现短时使用，长久废弃的投资浪费。边运营边调试，存在着互相干扰，安全运营与建设进度的矛盾，如必须分级别投运时，在设计阶段还要考虑备足子系统调试倒切装置，实现运营与调试的硬/软件便捷切割，为投运后的工程建设调试提供预留便捷。3.3延长线分段开通（含互联互通）受制于城市规划、土建及一体化开发等多方面影响，轨道线路存在分段开通或既有线再延伸贯通的实际筹备情况。在传统线路上，信号系统的延长贯通都是既有线调试的难点，平衡既有运营与新建调试的难度较高。在全自动设计时，宜充分利用实验室环境尽可能搭建完整的仿真平台，复现既有线路及新建线路控制数据及功能，减少在载客线路上线调试、修动既有设备安全控制数据的机会。目前北京等城市，推行了互联互通的设计方案，一条线路的列车可以跨越到另一条线路载客运输，No.10曹启滨，高伯翰：城市轨道交通全自动运行系统工程设计联络要点分析56U城轨交通RBAN RAIL TRANSIT本线路也可以由非本线路的列车参与运输服务。两条线路的车辆、信号及相关专业均由不同厂家提供，实现跨线运营的互联互通，可以实现车辆资源充分利用、便于调配，打破了传统线路一线一系统的封闭体系。该种新系统在全自动设计阶段，力求双线操作的一致性、调试的一致性、全功能投运的一致性，尽可能弱化差异配置，实现互联互通的运营操作无缝衔接。4结论全自动运行目前仍是轨道交通行业的新兴事物，建设、运营及各参加单位都在高度关注新技术的落地实施和应用水平。为了更好地促进新业务新技术的准确可靠服务，建设中、设计时均应全面深入会同运营单位进行充分交底沟通，并做好不断发展完善迭代升级的准备，运营单位也要制定切实的运管规则来迎接新技术的落地见效。参考文献1 冯浩楠，黄苏苏，付伟，等.城市轨道交通全自动运行系统多功能仿真平台设计与实现 J.实 验 技 术 与 管 理，2020，37（1）：238-241，249.Feng Haonan,Huang Susu,Fu Wei,et al.Design and Realization of 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