行车组织角度下轨道交通全自动运行线路设计研究

行车组织角度下轨道交通全自动运行线路设计研究

段海波

重庆市轨道交通（集团）有限公司  重庆 401120

摘要:本项目拟从行车组织视角出发，针对轨道交通“设备可靠性提升、服务人员管理需求减弱”这两个关键问题，提出了一系列方案：包括场段进出线折返接轨终端以减少地块切割、强化以热备车需求布局正线停车线、夜间正线停车以节省场段用地并提高行车运用效率。并在此基础上，初步建立了FAO模型下的行车调度系统。

关键词:城市轨道交通；全自动运行；行车组织；线路设计

引言

目前，关于自动化操作体系对项目施工甚至计划初期计划产生的作用还没有进行过深入的探讨，而对于操作和管理体系的构建更是缺乏研究。自动化生产线由于对设备的高精度控制需求导致了成本的增加，但并未反映出高可靠性和灵活性所带来的技术上的节约。另外，在轨道交通工程初期没有进行有针对性的规划，使得自动化在以后运行中的优越性很难完全体现出来。本文结合轨道交通的规划和施工，从运营组织的视角出发，对其对轨道交通系统的设计和运营的作用进行了剖析，并对其进行了初步的探索。

1、以行车组织的视角认识

FAO在城市轨道交通工程的规划设计工作中，把行车组织看作是一个对行车的交通流程进行研究设计的专业，通过对客流、交通计划等的前序要求的分析，确定了工程的技术规范、设计规模、行车方案等，完全自动化对铁路运营方式提出了革命性的要求，也是道路规划中一个不容忽视的重要输入。从车辆行驶的组织方式来看，自动化驾驶体系具有如下显著特点：

1)行车指令和行车操作自动化的提高。FAO的外部主要特点是实现了无人（或有人监视的自主行驶），在功能要求方面，去掉了备用驾驶员，将所有的行车指令都集中到调度中心，由调度中心对其进行自动监测和调节。

2)增强设备的可靠度。FAO方式能够实现完全的行驶，车辆内部可以没有驾驶员或者机组人员，因此需要整个系统能够给用户一个更加稳定的运营环境，特别是车辆、信号和综合监测等与行车运营有密切关系的子系统，需要将失效率降到最低，并且具有对常见的故障的自我处理能力。

3)进一步改善了行车的机动能力。FAO方式取消了驾驶员和行车之间的联系，实现了遥控和睡眠，自动抵达指定地点，实现瞬间切换。在调度中心的命令下，调度员的意图可以更加迅速和直观地体现出来，例如，停靠在主要线路上的后备车辆，可以不等驾驶员到位，可以直接投入使用，从而大大提升了工作效率。

4)系统性能下降，突发事件处理难度增加。FAO型无驾驶，一旦遇到系统无法处理的故障或事故，需要派遣临时驾驶员或其它工作人员赶赴现场进行处理，如果是在区间内，则事故处置的周期将会延长，难度也会增加[1]。

2、FAO模式下线路方案设计

2.1场段出入线接轨形式

在轨道交通的末端站附近，是一种比较理想的连接方式，但是目前，由于目前的城市用地非常有限，所以很难按照规划的要求来选择场地。在实际工程中，由于行车停靠站与行车基地相邻，因此，行车停靠站与行车停靠站之间存在着一定的空间联系。采用绕线对接方式，兼顾了车站服务，实现了干线运行行车的开、终到与进出库运行无缝对接，方便了运行图编制。不利之处在于进出线路对场地的切削损伤较大，由于主线通常沿着公路铺设，进出线路在公路两边大角度转弯，甚至以200米的大回环，其围蔽范围也会大于12公顷，降低了用地的使用价值。此外，进出线路的绕程较远，且在小半径的弯曲路段行车，速度慢、磨耗大、噪音大、运行效率低。与前面车站对接的方案使车辆进出更加直观，进出线路避开大面积分割。但是在终端接收和发送车辆方面存在着一些不方便，在高峰期之前和之后的增加和减少都会将终端甩掉，这对于调度安排是不利的，而且在运行中也存在着一些缺陷[2]。

2.2正线停车线分布

正线停行线是指在线路上，为运行中出现的失效或后备车辆停靠，并具有正线停靠车辆的作用。《地铁设计规范》（GB50517-2013）从对失效行车退出（30分钟内）的控制出发，考虑到建设规模，需要在8-10公里范围内布置1条停靠线路。从几年来的运行经验来看，在所有的故障中，门的失效率是最高的（30%)，而车辆的信号失效率次之。同时，在车辆、信号等关键操作装置中，通过对车辆、信号等关键部件的冗余化处理，可以降低系统的失效概率，同时，完备的自诊断与自愈机制可以提升系统的可靠性和可用性。所以，在自动化生产线上，停车线做为失效车辆的停驶次数低于无自动化生产线。但是，由于FAO方式不需要驾驶员的合作，可以将其作为后备车停车线进行遥控和启动，操作和调配更加便利。因此，在线路布局上，应该加强后备车辆的存放能力，削弱失效车辆的停放能力，尽可能地接近大流量的车站，使FAO模式下的快捷车辆能够得到最大限度的利用。在客流高峰期，为旅客停留的站点安排空余车辆，达到了定点、定时的清站作用。对于各车道的间隔，作者以为在原理上可以进行一定的调整，但是具体的调整范围要依据以后的运行经验进行回馈

[3]。

2.3正线停车节省场段用地

近年来，我国轨道交通设备和工艺不断提高，轨道交通工具不再是每天都要出站，一些大城市的轨道交通也已完成了建设，但其数目通常很小，大部分停靠在起点和中途站点，一是为了减小对夜间工作的车辆的影响，二是为了防止增加的站点太过分散，便于工作人员管理。FAO行车的可靠性得到了提高，它具有了遥控睡眠和苏醒的能力，并且可以进行自我检测和自我诊断，减少了日常存储的需要。另外，FAO模型不需配备驾驶员，可以在任何时间、任何地点对行车进行提示并开始工作，而不必担心驾驶员的调配问题，使得该系统的运行和管理更为便利。为此FAO铁路更应该主动地推动主线晚间停靠，并且可以和维护方案相结合，适当地调整中途车站的停靠，而不会影响到主要的夜晚运营[4]。

2.4缩减车站建筑规模

FAO模型以行车命令和操作自动化为中心，但是它的范畴并不局限于行车操作层面，在车站、车辆基地等方面，也应该将自动化的思想运用到其中。例如，自动开关照明、通风、电扶梯、自动安全检查，乃至自动售检票，将来可能会有一个完整的、全面的自动化程度评估制度。特别是地铁站点实现自动化，就可以减少常驻工作人数，减少相应的生产和行政设施，从而降低了地铁建设成本。从目前已实施的计划来看，FAO模型中，在站点层次上，取消了司机和传令员，减少了综合控制室的区域。今后，当FAO系统的高可靠度逐渐得到证实后，还可以将其并入或撤销。

结束语

目前业界对行车操作的重视程度较高，相关的技术规范亦着重于车辆、讯号及通讯。在设备层次上，如集成监测等，在工程实践中更多的是在已确定的路线方案上构建自动化的运营系统，而在完全自动化操作自身对施工环境的有效适应、对工程方案的有利回馈以及相应的要求方面，都没有得到很好的体现。从工程设计的观点，考虑到自动化运营方式的特征，从行车组织的观点，对车站线路布置、区间折返、场段规模进行了分析，对超长区间、指挥系统等问题作了详细的剖析，并对其与原有概念的区别进行了阐述，使之更符合施工实际，节省场地，并能最大限度的利用自动化操作的优点。

参考文献

[1]张艳兵,王道敏,肖衍.城市轨道交通全自动驾驶的发展与思考[J].铁道运输与经济,2015,37(9):70-74.

[2]郭涛.全自动驾驶地铁车辆的运营功能需求初步研究[J].交通世界,2016(30):122-123,125.

[3]上海市隧道工程轨道交通设计研究院.北京地铁燕房线工程初步设计[A].上海,2016.

[4]城市轨道交通行车通信与运行控制国家工程实验室,城市轨道交通全自动运行系统与安全监控北京重点实验室.城市轨道交通全自动运行系统建设指南(WP2017001)[A].北京,2017:7-8