劉實秋

（中鐵二院重慶勘察設計研究院有限責任公司，重慶 400023）

近年來，重慶市積極推進國鐵、市域（郊）鐵路、城市軌道交通“三鐵融合”，規(guī)劃了總長達482 km的城軌快線網(wǎng)絡（15、26、27、28號線等），對內(nèi)承擔快速運輸服務功能，對外強化環(huán)主城地區(qū)與中心城區(qū)聯(lián)系。按照規(guī)劃，城軌快線與市域（郊）鐵路貫通運行，采用全自動運行系統(tǒng)（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）而市郊鐵路璧銅線采用GoA2等級普通CBTC系統(tǒng)。為保證“三鐵融合”能在27號線和璧銅線上順利試點，推動智慧城軌建設，有必要論證璧銅線采用FAO系統(tǒng)的必要性。

1 璧銅線項目概況

如圖1所示，重慶市郊鐵路璧銅線是璧山至銅梁的東西向快線，東端接城軌快線27號線，西端接遠期規(guī)劃市郊鐵路潼南線，為促進渝西片區(qū)發(fā)展，滿足璧山、銅梁與主城區(qū)一體化、同城化需求，引領城市發(fā)展格局，助力打造軌道上的都市區(qū)而建設，是重慶市“三鐵融合示范線”。線路全長37.35 km，設車站9座，銅梁停車場1座，設銅梁新城、璧山主變電所2座，其中璧山主變電所與27號線共享[1]。

2 FAO系統(tǒng)特點

FAO是基于現(xiàn)代計算機、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術,實現(xiàn)列車運行全過程自動化的新一代城市軌道交通控制系統(tǒng)[2]，屬于智慧城市軌道交通建設的一部分，是實現(xiàn)軌道交通智慧運營的最佳載體。

FAO系統(tǒng)是一項系統(tǒng)工程，涉及車輛、信號、綜合監(jiān)控、通信、站臺門、車輛基地等關鍵核心專業(yè)，實現(xiàn)安全高效運輸?shù)膹碗s巨型系統(tǒng)。如圖2所示，F(xiàn)AO系統(tǒng)在GoA2等級系統(tǒng)組成的基礎上，在控制中心增加乘客調(diào)、車輛調(diào)、維護調(diào)等調(diào)度設備，車站增加人員防護開關（SPKS）、清客確認按鈕、聯(lián)動開關門按鈕等各類人員防護和控制開關，車載設備增加列車休眠喚醒模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)控制的遠程化、自動化。

FAO系統(tǒng)包含自動化等級GoA3和GoA4，即全自動運行模式分為有人值守的全自動運行（DTO）和無人值守的全自動運行（UTO）[3]。正常情況下，GoA3與GoA4一樣，由設備自動完成各項操作；緊急情況下，GoA3與GoA2一樣，由車上的司乘人員處置故障，而GoA4則需由地面派人到車上進行處置。

3 FAO系統(tǒng)應用效益分析

總結國內(nèi)外各大城市已開通運營FAO線路建設運營經(jīng)驗，應用FAO系統(tǒng)，相較傳統(tǒng)城市軌道交通具備以下8大優(yōu)勢。

1）優(yōu)化工程設計

針對長大區(qū)間、環(huán)境條件嚴苛地段，可利用FAO系統(tǒng)不必等待司機就位的優(yōu)勢，采用ATO精確行車設計以應對區(qū)間阻塞問題，既提高了效率，也可節(jié)省工程投資；運營管理自動化程度高，可優(yōu)化車站常備工作人員及對應的生產(chǎn)管理用房，降低工程造價，優(yōu)化車站可用空間。

2）為列車運行提供全面安全防護

根據(jù)城市軌道交通列車通信與運行控制國家工程實驗室發(fā)布的《全自動運行系統(tǒng)安全報告》白皮書[4]，F(xiàn)AO系統(tǒng)安全措施豐富,能確保列車運營安全、現(xiàn)場作業(yè)人員安全、乘客乘降過程安全、操作過程安全和異常情況安全。

3）提高系統(tǒng)整體穩(wěn)定性和可靠性

FAO系統(tǒng)提高了各相關系統(tǒng)整體自動化水平，降低了列車運行誤操作率，提供了高效故障處理措施、靈活運營組織方式，提高了列車運行整體可靠性。根據(jù)北京市軌道交通運營管理有限公司發(fā)布的《燕房線全自動運行系統(tǒng)用戶使用報告》[5]，燕房線開通后2018年1月至6月的影響行車故障率為0.08次/萬列公里，而同期開通的某ATO線路前6個月的影響行車故障率為0.66次/萬列公里，兩相對比，可見FAO系統(tǒng)明顯提高了軌道交通系統(tǒng)整體穩(wěn)定性和可靠性。

4）提高運營效益

FAO系統(tǒng)運行時不需要司機進行任何操作，節(jié)約了司機操作時間，可突破傳統(tǒng)行車運行間隔瓶頸，在保證相同有效站停時間下可降低站停時間，縮短列車追蹤間隔及折返間隔，提高線路旅行速度，從而提高運能。特別是在建設開通初期、車輛缺少的情況下，實現(xiàn)小編組和高密度運營，這樣的運輸方式可以吸引更多的客流。

5）降低維護成本

相對于傳統(tǒng)的GoA2等級系統(tǒng)，F(xiàn)AO系統(tǒng)有更高的性能指標，更長的故障維修周期，信號、綜合監(jiān)控、車輛、屏蔽門、通信等系統(tǒng)的技術裝備可靠性更高，可降低全生命期維護成本和運營成本。

如表1所示，F(xiàn)AO系統(tǒng)（GoA3/GoA4等級）與GoA2等級相比較，ATS、ATO、車地通信系統(tǒng)平均故障間隔時間（MTBF）延長了3～7倍，可以推測，應用FAO系統(tǒng)，信號系統(tǒng)維修間隔可延長3倍，顯著降低了長期維護成本。

表1 不同等級控制系統(tǒng)性能指標Tab1 Performance index of different level control system

6）提升管理效益

FAO系統(tǒng)從上電開始，完成設備自檢、車庫內(nèi)發(fā)車、進入正線運行，到站停車、開關車門、離站發(fā)車、結束正線運行、回場、洗車、庫內(nèi)停車、設備斷電，全過程不需要人工介入，均由設備自動實現(xiàn)。節(jié)省了操作人員，顯著提升管理效率。

7）社會效益顯著

應用FAO系統(tǒng)后，不管是高峰期還是非高峰期，整個運營線路的準點率、時刻表兌現(xiàn)率、旅行速度、停車精度、無事故運營里程、設備維檢修便捷性等方面均有顯著提升；運營間隔、旅行時間和等待時間明顯縮短；同時，車上乘務員可以在車廂內(nèi)為乘客提供更加周到的服務和緊急處理工作；從而提高運營及服務水平，提升乘客滿意度。

8）環(huán)境效益突出

應用FAO系統(tǒng)后，列車按最優(yōu)模式進行更精確的運營控制，可實施多列車自動、實時、協(xié)同控制，實現(xiàn)列車、車站機電設備節(jié)能優(yōu)化運行，降低系統(tǒng)整體能耗，根據(jù)UITP統(tǒng)計數(shù)據(jù)，F(xiàn)AO系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的GoA2等級系統(tǒng)節(jié)能約10%～15%。

4 采用FAO系統(tǒng)必要性分析

4.1 國家政策方面

十九大報告中指出，要加快建設制造強國，加快發(fā)展先進制造業(yè)，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合，加強水利、鐵路、公路、水運、航空、管道、電網(wǎng)、信息、物流等基礎設施建設。中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會印發(fā)《關于促進智慧城市健康發(fā)展的指導意見》[5]，要求加快建設智能化基礎設施，電力、燃氣、交通、水務、物流等公用基礎設施的智能化水平大幅提升，運行管理實現(xiàn)精準化、協(xié)同化、一體化。

從國家政策方面看，應用FAO系統(tǒng)，將推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合，加快交通智能化基礎設施建設，促進智慧城市健康發(fā)展。

4.2 行業(yè)發(fā)展方面

中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會和中華人民共和國交通運輸部聯(lián)合印發(fā)《推進“互聯(lián)網(wǎng)+”便捷交通促進智能交通》[6],要求積極研發(fā)和應用智能交通先進技術，從優(yōu)化運行系統(tǒng)結構、提高行車密度、強化車地信息交互及控制功能等方面，積極發(fā)展列車自動控制系統(tǒng)。中華人民共和國國務院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[7]，到2025年人工智能基礎理論實現(xiàn)重大突破，部分技術與應用達到世界領先水平，人工智能成為帶動我國產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的主要動力，智能社會建設取得積極進展。

目前，國內(nèi)已有/在建FAO項目，包含14個城市37條軌道交通線路，總規(guī)模1158 km。中國城市軌道交通協(xié)會在《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》提出[8],到2025年，城軌全自動運行系統(tǒng)持續(xù)完善優(yōu)化，智能化、標準化、系列化水平進一步提升，全自動運行系統(tǒng)應用范圍進一步擴大。

從行業(yè)發(fā)展方面看，應用FAO系統(tǒng)，將促進智能交通發(fā)展，推動人工智能應用達到世界領先水平，智能社會建設取得積極進展。

4.3 線網(wǎng)規(guī)劃方面

2019年2月28日，重慶市政府審議通過《城市軌道交通成網(wǎng)計劃實施方案》，堅持以軌道交通引領城市發(fā)展格局，加快城市軌道交通建設，2022年實現(xiàn)運營和在建里程“850+”，建設系統(tǒng)配套、一體便捷的綜合交通樞紐，推動國鐵、市域（郊）鐵路、城市軌道交通、城市公交無縫銜接、便捷換乘，大力推動“三鐵融合”。隨后，璧銅線項目法人重慶市鐵路集團有限公司發(fā)布《重慶智慧快軌信息化總體規(guī)劃》，提出智慧快軌構想，要求工程建設應促進“三鐵融合”，構建重慶全域“一張網(wǎng)、多模式、全覆蓋”的軌道交通體系”。

從線網(wǎng)規(guī)劃方面看，應用FAO系統(tǒng)，是遵循重慶智慧快軌信息化總體規(guī)劃，落實智慧快軌構想，推動“三鐵融合”，構建軌道交通一體化建設的具體實踐。

4.4 工程建設方面

2019年12月，城軌快線27號線納入重慶市第四期建設規(guī)劃一期，并通過可研預評估審查。審查意見認為：27號線（FAO）與璧銅線（非FAO）貫通運營，運營組織情況復雜，對行車組織、運營設施、設備對運輸需求和安全要求的情況需要做進一步細化分析說明。而市郊鐵路璧銅線作為落實重慶市“三鐵融合”的重要試點，又必須得與城軌快線27號線實現(xiàn)貫通運營[9]。

分析璧銅線（非FAO）與27號線（FAO）銜接示意如圖3所示，兩線貫通運營，工程建設上面臨著如下幾個問題。

1）施工問題

目前，對于非FAO線路建設，已有較為完善的CBTC系統(tǒng)建設規(guī)范體現(xiàn)，對于FAO線路，也已陸續(xù)頒布了技術指南和系統(tǒng)標準。但對于非FAO線路與FAO線路互聯(lián)互通，還沒有先例，也沒有相應的標準。璧山站為璧銅線和27號線共用的銜接站，27號線按FAO運營，該站需設計為FAO，但璧銅線已按非FAO標準開工建設，若將其變更為FAO，則與其他站不一致，破壞了系統(tǒng)整體技術標準的統(tǒng)一性和完整性，無相應的建設標準可依照，實施困難。另外，F(xiàn)AO線路整體調(diào)試時間較非FAO線路項目增加約50%，鑒于FAO線路與非FAO線路貫通運營沒有先例，聯(lián)合調(diào)試時間將會更長，對建設工期影響較大。

2）運營問題

根據(jù)27號線和璧銅線初期交路，列車在璧山站存在3種作業(yè)模式：27號線配屬的FAO列車折返后返回27號線；27號線配屬的FAO列車切換為有人駕駛模式后，駛入璧銅線；璧銅線配屬的非FAO列車駛入27號線。

FAO列車與非FAO列車作業(yè)交織，導致該站的行車調(diào)度極其復雜，一個細小的失誤就有可能導致兩項癱瘓，風險極高。

璧銅線配屬的非FAO列車駛入27號線時，只能采用有人駕駛模式（ATO），導致27號線內(nèi)FAO列車和非FAO列車混跑，運營規(guī)則不一致，對27號線的行車調(diào)度來講，是個極大的挑戰(zhàn)。并且，若列車在區(qū)間出現(xiàn)故障后，還需要根據(jù)FAO或非FAO列車類型確定不同的救援模式，對司乘人員及站務人員素質(zhì)要求極高，容易引發(fā)混亂。

3）管理問題

璧銅線現(xiàn)已確定PPP總包商，27號線PPP總包商還在招標中，極有可能不是同一家。在兩線不同的主體單位負責運營的狀況下，對兩線共用的銜接站的運營管理本已不容易，若還要面臨非FAO與FAO切換問題，將更加困難。

27號線配屬的FAO列車駛入璧銅線時，需經(jīng)停璧山站，添乘司機，切換為ATO，再駛入璧銅線。如何做到對整個切換過程的安全確認，控制運營風險，對兩線不同的運營團隊來講，都極其重要且困難。因安全確認而增加的運營時間對全線24對/小時的系統(tǒng)能力要求影響巨大，司乘人員如何管理也是需要慎重考慮的問題。

4）維護問題

璧山站27號線側區(qū)間為封閉式，璧銅線側區(qū)間為開放式。銅梁停車場又需同時?？縁AO列車和非FAO列車，檢修作業(yè)規(guī)程不一致，需制定不同的維護管理規(guī)則，成立不同的運維班組，配備不同的檢修器具與備件，存在較大的資源浪費。

綜上所述，從工程建設方面看，為實現(xiàn)璧銅線與27號線貫通運營，璧銅線最好與27號線制式保持一致，采用FAO系統(tǒng)。否則無法實現(xiàn)貫通運營，將面臨施工、運營、管理、維護等多項難以解決的問題。

4.5 投資增幅方面

FAO系統(tǒng)投資主要涉及通信、信號、綜合監(jiān)控、站臺門、車輛基地等系統(tǒng)新增功能引起的工程費用、工程建設其他費用、預備費，以及專項費用中的車輛購置費、建設期貸款利息等費用，根據(jù)國內(nèi)已開通運營FAO線路建設經(jīng)驗及中城軌FAO指南，F(xiàn)AO線路總投資額較非FAO線路一般不超過2%。

從投資增幅方面看，璧銅線采用FAO系統(tǒng)，投資增幅不大，對總投資影響小。

5 結論

市郊鐵路璧銅線與城軌快線27號線接駁，是落實重慶市“三鐵融合”的重要試點，應用FAO系統(tǒng)，投資增幅不大，且可取得優(yōu)化工程設計、提高管理效率、降低運維成本等諸多效益，還能推動軌道交通智能化基礎設施建設、促進智能交通發(fā)展，更重要的是，采用FAO系統(tǒng)能破解與27號線貫通運營工程可實施性難題。