王亞文
中國鐵路通信信號上海工程局集團(tuán)有限公司濟(jì)南分公司 200331
摘要:隨著國內(nèi)軌道交通的發(fā)展,對運(yùn)營效率的要求越來越高。其中折返效率又是影響整個線路運(yùn)營效率的關(guān)鍵因素之一。因此為了提高折返線的效率,滿足運(yùn)營需求,信號系統(tǒng)開發(fā)了一種基于CBTC運(yùn)營模式下的新的折返功能-自動折返。本文就針對自動折返進(jìn)行初步討論,對功能需求,安全要求等提出解決方案。
關(guān)鍵詞:軌道交通;效率;自動折返;安全;安全分析
引言
目前,國內(nèi)各城市軌道交通的發(fā)展日新月異,同時,對運(yùn)營效率的要求也越來越高。而在整個地鐵線路的運(yùn)營過程中,折返效率又是影響整個線路運(yùn)行效率的一個重要環(huán)節(jié)。對此,一方面,在線路設(shè)計時,需要盡可能對折返線的配線設(shè)計的更合理;另一方面,從信號系統(tǒng)來說,也對折返功能進(jìn)行盡可能地優(yōu)化,并開發(fā)新的功能以滿足要求。自動折返—一種新的折返方式便是為此而開發(fā)設(shè)計的,并已在部分開通線路中得到推廣應(yīng)用,對提高運(yùn)營效率效果顯著。
1功能定義
自動折返(Auto Turn Back):指CBTC列車在折返過程中無需司機(jī)操作的情況下,由預(yù)定的自動折返區(qū)域自動由牽入進(jìn)路進(jìn)入折返線,自動完成駕駛室轉(zhuǎn)換后,再由牽出進(jìn)路自動到達(dá)預(yù)定目的地的過程。
如下圖所示,CBTC列車在S站上行站臺的自動折返區(qū)域(紅色部分),經(jīng)進(jìn)路S3-S1自動到達(dá)折返軌G1,自動完成駕駛室轉(zhuǎn)換后,經(jīng)進(jìn)路X1-X2自動達(dá)到下行站臺。
Figure 1 自動折返
2 功能需求
為實(shí)現(xiàn)自動折返,有以下功能要求:
1.只有在特定的區(qū)域才允許司機(jī)選擇自動折返功能(并自動給出燈提示),如圖1中上行站臺的紅色區(qū)域;
2.司機(jī)通過操作司機(jī)臺的折返按鈕來激活自動折返功能;或,
3.司機(jī)通過操作站臺的折返按鈕來激活自動折返功能;
4.折返功能一旦被激活,整個折返過程不需要人工參與;
5.自動折返功能需為安全功能;
3 實(shí)現(xiàn)方式
圖2和圖3分別是司機(jī)臺和站臺折返按鈕電路原理圖:
Figure 2 司機(jī)臺自動折返按鈕原理圖
注1:司控器鑰匙關(guān)閉,即不選擇駕駛室;
注2:將駕駛手柄放于零位;
Figure 3 站臺自動折返按鈕設(shè)置及信息傳遞方式
基于以上原理圖,可以總結(jié)出軟件功能/操作流程如下:
ATB 操作過程:
第一步 ATB模式選擇
當(dāng)以下條件具備時,信號系統(tǒng)ATB模式可用:
>列車在自動折返操作被授權(quán)的區(qū)域內(nèi)停車
>乘客完成換乘
>列車站和屏蔽門關(guān)閉
>駕駛手柄置于0位
>關(guān)閉司機(jī)臺鑰匙
然后進(jìn)入ATB運(yùn)行,有兩種方式可以激活A(yù)TB運(yùn)行
>司機(jī)按壓駕駛臺ATO按鈕,或
>按壓站臺ATB按鈕
第二步 列車運(yùn)行至折返區(qū)域
列車自動運(yùn)行至折返區(qū)域并完成換端操作。
第三步 列車運(yùn)行至目的站臺
可以有以下幾種操作方式:
>司機(jī)留在列車內(nèi),并在自動折返過程中走到列車另一端;或,
>司機(jī)等在目的站臺,并在列車停穩(wěn)后上車。
ATB模式自動完成(終止)的方式,有以下幾種配置:
>在列車到達(dá)目的站臺且正確停穩(wěn)后自動終止,或
>當(dāng)有司機(jī)臺鑰匙激活命令時(司機(jī)留在車內(nèi)的情況)
4 安全要求
4.1 風(fēng)險定義
因自動折返功能涉及乘客和司機(jī)的人身安全,所以以下安全風(fēng)險需要考慮:
A.列車運(yùn)動過程中導(dǎo)致的司機(jī)受傷;
B.列車運(yùn)動過程中導(dǎo)致的乘客受傷;
C.非期望的屏蔽門關(guān)門導(dǎo)致的乘客受傷;
D.自動折返過程中列車故障后的救援;
4.2 風(fēng)險矩陣定義
安全分析參考EN50126中定義的風(fēng)險矩陣,風(fēng)險的分類和可接受性主要基于以下定義:
事故或危害的嚴(yán)酷度等級(I 至IV),如表1中定義。
表1 風(fēng)險分類及可接受度
風(fēng)險接受矩陣
事故頻率等級 事故嚴(yán)酷度等級
I特大的 II重大的 III次要的 IV輕微的
A 頻繁的 IN IN IN UN
B 經(jīng)常的 IN IN UN TO
C 有時的 IN UN UN TO
D 很少的 UN UN TO NE
E 極少的 TO TO NE NE
F 幾乎不可能的 NE NE NE NE
風(fēng)險被分類為:
風(fēng)險等級 定義
不可接受的IN 從安全觀點(diǎn)來看風(fēng)險是不可接受的,應(yīng)該拒絕且消除。
應(yīng)避免的UN 應(yīng)采取風(fēng)險降低措施,以使風(fēng)險達(dá)到可接受水平。
可容忍的TO 在得到相關(guān)部門的批準(zhǔn)后可以接受
可接受的NE 可接受
表 2:風(fēng)險可接受性
事故頻率(A~F)定義如下:
事故頻率
(列車/小時) 10-3 ≤f 10-5 ≤f< 10-3 10-7 ≤f< 10-5 10-8 ≤f< 10-7 10-9 ≤f< 10-8 f< 10-9
A B C D E F
表3 嚴(yán)酷度等級定義
類別 定義
I 特大 多人死亡,和/或是多人嚴(yán)重傷害,和/或?qū)Νh(huán)境的較多損害.
II 重大 一人死亡,和/或是嚴(yán)重傷害,和/或?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生明顯的損害。主系統(tǒng)失效.
III 次要 較小的傷害和/或?qū)Νh(huán)境的明顯影響。嚴(yán)重的系統(tǒng)損害。
IV 輕微 可能存在的較小的傷害。較小的系統(tǒng)損害。
4.3 安全分析
4.3.1 風(fēng)險A:列車運(yùn)動過程中導(dǎo)致的司機(jī)受傷
發(fā)生這種有以下幾種情形:
-司機(jī)下車按站臺ATB按鈕
-一個司機(jī)下車按站臺ATB按鈕時,另一個司機(jī)上車
風(fēng)險評估:
根據(jù)表3,嚴(yán)酷度等級定義為“重大”,且考慮到ATO軟件失效的概率為10E-5,所以由表1可得出,該風(fēng)險為不可接受。
因此,必須有消除風(fēng)險的措施。
消除風(fēng)險措施:
1 在自動折返區(qū)域設(shè)置一個安全區(qū)域,該區(qū)域平時為非激活狀態(tài),在非激活狀態(tài)下如果有列車移動,ATC將產(chǎn)生緊急停車。
只有當(dāng)司機(jī)臺ATB模式選中(這時司機(jī)在車上),或站臺ATB按鈕按下時(司機(jī)已下車),安全區(qū)域才為激活狀態(tài),可消除司機(jī)由于上下車過程中列車移動使司機(jī)受傷的風(fēng)險。或,
2 將司機(jī)室門串入列車門關(guān)且鎖閉狀態(tài)中。這樣,當(dāng)司機(jī)門未關(guān)閉是時,列車不會移動?;?,
3 司機(jī)下車時將駕駛手柄置于快速制動位。
4.3.2 風(fēng)險B:列車運(yùn)動過程中導(dǎo)致的乘客受傷
由于乘客上下車過程中,列車門處于打開狀態(tài),且該安全輸入由ATP SIL4級功能處理,所以該風(fēng)險可以消除。
4.3.3 風(fēng)險C:非期望的屏蔽門關(guān)門導(dǎo)致的乘客受傷
列車開關(guān)門方式與車輛有關(guān),如有的車輛在司機(jī)激活駕駛室且完成自動折返后,會自動關(guān)門。
開關(guān)門操作方式一般有三種:自動,半自動,人工。
如果選擇了自動或半自動方式,列車將在到達(dá)目的站臺后自動打開車門;
如果選擇了人工模式,列車在到達(dá)目的站臺后,司機(jī)需進(jìn)入司機(jī)室打開列車門。
只要司機(jī)不激活駕駛室,車門就不會關(guān)閉。根據(jù)車輛的不同,列車門可能存在司機(jī)激活駕駛室后,列車門非期望關(guān)閉的情況。
因此,在自動折返模式下,建議采用人工開關(guān)門模式。也可根據(jù)車輛的配置考慮是否采用。
4.3.4 風(fēng)險D:自動折返過程中列車故障后的救援
如列車在運(yùn)行過程中故障停車,這時需要維護(hù)人員對列車進(jìn)行維修。假設(shè)在維護(hù)人員進(jìn)入軌道或靠近列車后,故障消除,這時處于ATB模式的列車會自動發(fā)車。
風(fēng)險評估:
根據(jù)表 1:風(fēng)險分類及可接受度,對應(yīng)分類為C/I,不可接受。必須消除該風(fēng)險。
消除風(fēng)險措施:
可以有以下幾種方式消除風(fēng)險:
-,通過站臺緊急停車按鈕。因?yàn)橐话阏九_緊急停車只是針對站臺區(qū)域,如通過該方案實(shí)現(xiàn),則防護(hù)區(qū)域需要延長到整個ATB折返區(qū)域。如下圖紅色區(qū)域所示。
二,封鎖?;谛盘栂到y(tǒng)可提供區(qū)段封鎖,道岔封鎖或信號機(jī)封鎖,如發(fā)生列車故障,可以設(shè)置封鎖,這樣列車將無法再移動。
信號機(jī)封鎖-信號機(jī)變?yōu)榻範(fàn)顟B(tài)并且進(jìn)路不能建立;
道岔封鎖-信號機(jī)變?yōu)榻範(fàn)顟B(tài)并且進(jìn)路不能建立且列車無法獲得移動授權(quán);
區(qū)段封鎖-信號機(jī)變?yōu)榻範(fàn)顟B(tài)并且進(jìn)路不能建立且列車無法獲得移動授權(quán);
通過設(shè)置封鎖可以防止ATB模式的列車移動,可以防止其它CBTC列車進(jìn)入ATB區(qū)域同時可以防止后備車或人工車進(jìn)入ATB區(qū)域。
5 總結(jié)
本文給出了自動折返方案的硬件電路設(shè)計,軟件功能需求以及具體實(shí)現(xiàn)中應(yīng)該重點(diǎn)考慮的安全需求。通過安全分析,總結(jié)出了風(fēng)險消除的措施。
同時,也對自動折返的操作流程給出了規(guī)定。
通過以上分析可以看出,自動折返既可以實(shí)現(xiàn)在駕駛室有人操作,可以在駕駛室沒有司機(jī)的情況下通過站臺折返換鈕操作激活模式,系統(tǒng)自動完成換端并自動到達(dá)預(yù)定站臺,在實(shí)現(xiàn)了文中提出的安全要求的前提下,較之其它折返方式,更高效,更省時,能有效地提高運(yùn)營效率。
參考文獻(xiàn):
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