陳紹文

（卡斯柯信號有限公司，上海 200071）

近年來，國內(nèi)無人駕駛[1]線路越來越多。上海地鐵10號線已于2014年8月具備GoA4 （Grade of Automation）[2]等級全自動運營的條件。2018年在建的GoA4等級線路有上海14、15、18號線，成都9號線及北京3號線。目前，全國有多條GoA4等級城市軌道交通線路已經(jīng)規(guī)劃。

由于列車上將不再安排司機駕駛，一個不可回避的問題也擺在運營公司的面前：在現(xiàn)場發(fā)生故障需要人員下軌作業(yè)、搶修時，如何能確保作業(yè)人員的人身安全？如何對無人駕駛的列車進行有效的防護使其不能進入作業(yè)區(qū)域？由于無人駕駛正處于發(fā)展時期，目前關(guān)于無人駕駛方面的研究主要集中在系統(tǒng)功能實現(xiàn)[3]、全自動停車場[4]等方面。尚未對正線及自動動化停車場無人駕駛條件下現(xiàn)場工作人員安全防護問題進行系統(tǒng)性的研究。

本文從系統(tǒng)角度出發(fā)，以典型的線路配線、道岔設(shè)置為基礎(chǔ)，結(jié)合列車自動防護（ATP，Automatic Train Protection）[1]原理，論述了軌旁人員作業(yè)防護開關(guān)（SPKS，Staff Protection Key Switch ）的設(shè)置原則和防護原理，并給出了可工程化實施的解決方案。

1 SPKS功能介紹

1.1 SPKS使用場景

在全自動無人駕駛地鐵線路中，為了保證軌旁作業(yè)人員的人身安全，在信號系統(tǒng)設(shè)計時提出了人員作業(yè)防護開關(guān)（SPKS）的概念。

其功能是在軌旁設(shè)備故障需要下軌道進行作業(yè)時，由作業(yè)人員激活SPKS，在SPKS激活后，軌旁ATP在相應(yīng)的區(qū)域生成防護區(qū)，并將防護區(qū)信息傳送給車載ATP系統(tǒng)，使列車不能越過防護區(qū)，以阻止無人駕駛的列車進入作業(yè)區(qū)域，從而確保軌旁作業(yè)人員的安全。

1.2 實現(xiàn)原理

圖 1 為SPKS的信息傳遞過程，其實現(xiàn)原理如下：（1）將線路劃分為若干SPKS防護區(qū)域，軌旁對應(yīng)設(shè)置若干個SPKS鑰匙開關(guān)；

圖1 SPKS實現(xiàn)原理

（2）當(dāng)SPKS鑰匙開關(guān)操作后，由聯(lián)鎖采集SPKS繼電器；

（3） 聯(lián)鎖將SPKS激活狀態(tài)發(fā)送給軌旁ATP系統(tǒng)；

（4）軌旁ATP生成相應(yīng)的防護區(qū)域，如圖1軌道中紅色標(biāo)示，同時將列車的移動授權(quán)設(shè)定在防護區(qū)域的末端并發(fā)送給車載ATP系統(tǒng)；

（5）車載ATP控制列車在防護區(qū)域末端停車。

2 工程應(yīng)用

在實際的工程應(yīng)用中需要考慮以下幾個因素：（1）SPKS鑰匙開關(guān)在軌旁的設(shè)置位置；

（2）SPKS鑰匙開關(guān)的設(shè)置數(shù)量與效率和安全的平衡；

（3）SPKS功能電路應(yīng)用考慮故障-安全原則；（4）SPKS的運營管理原則。

2.1 SPKS鑰匙開關(guān)在軌旁的設(shè)置位置

對于無人駕駛線路，一般同時配置有自動化停車場，SPKS設(shè)置范圍包括正線車站和自動化場段。

正線SPKS按聯(lián)鎖集中站進行設(shè)置，由集中站統(tǒng)一管理?？梢栽O(shè)置在站臺端部鑰匙開關(guān)箱或車控室的IBP(Integrated Backup Panel)盤上。從應(yīng)用方便性來看，建議設(shè)置在車控室IBP盤上。

設(shè)置在IBP盤上有以下幾個優(yōu)點：

（1）方便操作，因維護人員下軌作業(yè)前需要在車控室申請，申請完成后可以在車控室里直接操作。

（2）方便確認(rèn)，在IBP盤上同時顯示有SPKS對應(yīng)的區(qū)域防護范圍圖。因此在IBP盤上可以完成操作和確認(rèn)的過程。

對于自動化場段，SPKS的主要作用是防止自動運行列車對維護人員和列車登車人員造成傷害。正常情況下登車人員需要通過防護地道到達(dá)列車。若必須在列車經(jīng)路上通行時，需要將對應(yīng)的SPKS激活。因此，自動化場段的SPKS鑰匙開關(guān)可以設(shè)置于場調(diào)室的IBP盤或軌旁。

在控制中心和車站的人機界面上應(yīng)清楚地顯示相關(guān)SPKS區(qū)域的激活狀態(tài)，以便下軌作業(yè)人員與調(diào)度確認(rèn)激活區(qū)域的一致性。

2.2 SPKS鑰匙開關(guān)設(shè)置數(shù)量

SPKS具體設(shè)置數(shù)量需要根據(jù)實際的線路情況合理設(shè)置，同時需要考慮效率和安全的平衡。不能由于少設(shè)了SPKS而對軌旁形成防護空白區(qū)；也不能由于某個SPKS激活后，對線路的其它部分運營形成較大的影響。

2.2.1 非集中站

對于非集中站，一般區(qū)間無道岔，如圖2所示，站臺B兩端為無岔區(qū)間。

圖2 SPKS配置（非集中站，無岔區(qū)間）

SPKS激活后，作業(yè)人員需要從對應(yīng)的站臺端門下軌，因此站臺B可以在站臺上下行兩端分別設(shè)1個SPKS鑰匙開關(guān)。

注：根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》[5]26.3.1條規(guī)定，每側(cè)站臺門兩端宜各設(shè)一樘端門。

每個SPKS對應(yīng)的防護區(qū)域包括本站臺區(qū)域+相應(yīng)的區(qū)間。

考慮到運營效率，如SPKS2，設(shè)置后盡量不影響站臺C接車。因此SPKS2所產(chǎn)生的防護區(qū)域需要考慮站臺C接車所需OVERLAP的長度。以讓列車可以進站精確停車以方便上下客。

無接車需求的站臺，SPKS的防護范圍可以到站臺端點，如SPKS1 和 SPKS4的防護區(qū)域。

2.2.2 有岔集中站

對于有岔集中站，需要考慮岔區(qū)的覆蓋范圍，如圖3所示，站臺B一端包含有單渡線P1-P2。

圖3 SPKS配置（有岔集中站）

這種情況下，SPKS1 和 SPKS3的防護區(qū)域需要分別包含P1-P2的一部分，可以以P1-P2之間的計軸為界。

SPKS激活后，作業(yè)人員需要從對應(yīng)的站臺端門下軌，因此站臺B可以在站臺上下行兩端分別設(shè)1個SPKS鑰匙開關(guān)。

考慮運營效率，對于有折返需求的站臺，SPKS設(shè)置后，應(yīng)盡量不影響列車折返作業(yè)。如圖4所示。

圖4 SPKS配置（不影響列車折返）

如果作業(yè)范圍為下圖中SPKS防護區(qū)域，站臺A設(shè)置SPKS后，在確保安全的情況下，應(yīng)不影響列車在B站進行折返作業(yè)，以最大程度減少對運營的影響。

對于正線存車線或折返線，可以根據(jù)該原則進行合理的設(shè)置。

2.2.3 自動化場段

對于自動化場段，需要設(shè)置SPKS的區(qū)域包括：

（1）停車列檢庫；

（2）自動洗車線；

（3）試車線；

（4）出、入庫線；

（5）自動化牽出線。

對于停車列檢庫，從實際工程應(yīng)用經(jīng)驗看，不需要每個庫線設(shè)置1個SPKS，可以分組設(shè)置，如圖5所示，如每3個庫線為一組設(shè)置一個SPKS。

對于出、入庫線，可以分為兩個區(qū)域進行設(shè)置，如圖5中 SPKS4 和 SPKS5。這樣可以在SPKS4設(shè)置后，不影響SPKS5區(qū)域的出、入庫作業(yè)。

對于自動洗車線、試車線、自動化牽出線可以單獨設(shè)置SPKS。

圖5 SPKS配置（自動化場段）

2.3 SPKS故障-安全電路設(shè)計

SPKS功能為安全功能，應(yīng)符合故障-安全原則。其功能安全完整性等級應(yīng)符合CENELEC標(biāo)準(zhǔn)[6-7]中所定義的等級，通過安全分析，該功能為SIL4（Safety Integrity Level）級。

SPKS鑰匙開關(guān)通過安全繼電器和聯(lián)鎖采集單元接口，實際接口設(shè)計應(yīng)做到：

（1）IBP盤上SPKS采用2位鑰匙開關(guān)；

（2）采用安全型繼電器作為接口繼電器；

（3）接口繼電器常態(tài)為勵磁狀態(tài)；

（4）聯(lián)鎖采用雙斷采集或前后節(jié)點采集方式[8-9]。

2.4 SPKS運營管理原則

實際運營管理中，應(yīng)制定嚴(yán)格的規(guī)程對SPKS鑰匙進行管理。原則如下(參考《上海地鐵關(guān)于SPKS管理辦法》[10]）：

（1） 下軌作業(yè)時由作業(yè)人員自行激活鑰匙開關(guān)；

（2）鑰匙由作業(yè)人員隨身攜帶；

（3）作業(yè)完成后由作業(yè)人員恢復(fù)鑰匙開關(guān)；

（4）司機進入?yún)^(qū)間或在自動化場段登車的情況，可以由車控室工作人員激活后與司機確認(rèn)。

3 結(jié)束語

對于全自動運行系統(tǒng)，工作人員防護是一個必要且安全相關(guān)的功能。軌旁SPKS鑰匙開關(guān)是全自動運行系統(tǒng)必須配備的一個設(shè)備。

本文從工程實際應(yīng)用的角度，從SPKS鑰匙開關(guān)在軌旁的設(shè)置位置、SPKS鑰匙開關(guān)的設(shè)置數(shù)量與效率和安全的平衡、SPKS故障–安全原則及SPKS的運營管理原則方面對SPKS進行了系統(tǒng)性分析，并給出了設(shè)置方案。

給出的設(shè)置方案已經(jīng)在上海10號線無人駕駛工程項目中得以應(yīng)用，目前已經(jīng)成為軌旁作業(yè)人員進行安全防護的主要手段。

該方案可為后續(xù)全自動運行地鐵線路SPK設(shè)置提供參考。