防淹門區(qū)域防護技術(shù)在全自動運行系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

陳新建，黃長鵬

為防止洪水涌入地鐵軌行區(qū)或地下車站，在地下過水隧道兩端設(shè)置防淹門作為防護手段［1］，兩座防淹門之間的區(qū)域稱為防淹門區(qū)域。目前，國內(nèi)主流的GOA4 等級的全自動運行（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）系統(tǒng)對復(fù)雜運營場景方面的應(yīng)對能力及設(shè)備的可靠性要求較高［2］，列車必須在進路鎖閉、信號開放、有移動授權(quán)的條件下行駛；一旦出現(xiàn)信號關(guān)閉、移動授權(quán)點回撤等情況，若信號不能及時恢復(fù)，列車會滯留在線路上，必須依靠人工救援實現(xiàn)列車脫困［3］。對于典型的防淹門和信號設(shè)備布置場景，防淹門區(qū)域內(nèi)沒有布置區(qū)間信號機，既有控制方案不存在將列車關(guān)閉在防淹門區(qū)域的情景；但對于防淹門區(qū)域內(nèi)布置多架區(qū)間信號機的長大線路，會存在遇到險情時將列車關(guān)閉在防淹門區(qū)域內(nèi)的風險。

據(jù)此，楊平［4］提出一種上下行軌道防淹門相互關(guān)聯(lián)的設(shè)置方案，但此方案中門狀態(tài)繼電器、關(guān)門請求繼電器故障落下時，會使上下行所有經(jīng)過防淹門區(qū)域的進路關(guān)閉，影響全自動運行線路的行車效率。楊亮［5］對信號系統(tǒng)如何處理接口信息進行了理論分析，但不能適應(yīng)長大區(qū)間及復(fù)雜信號機布置的FAO 場景。為此，本文在分析防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)接口技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際運行場景，研究能適應(yīng)FAO系統(tǒng)的防淹門區(qū)域防護技術(shù)，為以后類似工程項目實施提供參考。

1 接口設(shè)計原則

1）防淹門系統(tǒng)應(yīng)持續(xù)向信號系統(tǒng)發(fā)送每一套防淹門的“門狀態(tài)”“關(guān)門請求”信息；信號系統(tǒng)向防淹門系統(tǒng)提供“關(guān)門允許”命令，用于關(guān)門動作的授權(quán)許可［6］。

2）當信號系統(tǒng)失去防淹門的“門開且鎖閉”的狀態(tài)信息時，不能再排列經(jīng)過防淹門的進路；若已排列進路，則信號系統(tǒng)應(yīng)立即關(guān)閉防淹門區(qū)域的防護信號機。

3）當遇到洪水等緊急情況需要關(guān)閉防淹門時，防淹門系統(tǒng)向信號系統(tǒng)發(fā)出“關(guān)門請求”信息，信號系統(tǒng)通過判斷列車運行狀態(tài)和防淹門區(qū)域的進路情況，來決定是否向防淹門系統(tǒng)發(fā)出“關(guān)門允許”命令，且不得影響行車安全［7］。

4）信號系統(tǒng)與防淹門系統(tǒng)的接口功能應(yīng)符合“故障-安全”原則。

5）信號系統(tǒng)與防淹門系統(tǒng)之間的電氣接口通道應(yīng)采用電氣隔離、防雷措施。

2 接口信息處理

某防淹門區(qū)域信號設(shè)備平面布置見圖1。其隧道兩端與站廳接口位置設(shè)置防淹門FG2205、FG2301，以阻隔洪水淹沒站廳；防淹門所在的2213AG、2305DG 區(qū)段為防淹門區(qū)段；防淹門區(qū)域外設(shè)置防護信號機S2211、X2305，防淹門區(qū)域內(nèi)設(shè)置區(qū)間信號機X2213、X2301、S2303。下面結(jié)合圖1運營場景，分析防淹門的防護方案。

圖1 防淹門區(qū)域信號設(shè)備平面布置

2.1 門狀態(tài)信息

防淹門系統(tǒng)常態(tài)向信號系統(tǒng)發(fā)送“門開且鎖閉”信息。當該狀態(tài)丟失時，信號系統(tǒng)應(yīng)立即阻止列車進入防淹門區(qū)域，并關(guān)閉已經(jīng)開放的防護信號機；若防護信號機未開放，應(yīng)禁止開放［8］。

2.2 關(guān)門請求信息

2.2.1傳統(tǒng)方案

傳統(tǒng)方案處理關(guān)門請求信息運行場景見圖2。列車由疏散救援點1 站向橫瀝站行駛，當列車運行至防淹門區(qū)域2301G，信號系統(tǒng)接收到防淹門FG2205、FG2301的“關(guān)門請求”激活信息后，將立即禁止開放防淹門防護信號機（S2211、X2305）和區(qū)間信號機（X2213、X2301、S2303），同時將信號機狀態(tài)發(fā)送給區(qū)域控制器（Zone Controller，ZC）；由于進路X2213—X2209 的進站進路關(guān)閉，ZC 將列車移動授權(quán)點回撤至信號機X2213，導(dǎo)致列車降速甚至產(chǎn)生緊急制動；如果制動距離不夠還會發(fā)生列車冒進信號的情況。此時為實現(xiàn)全自動無人駕駛列車駛出防淹門區(qū)域，必須等待信號重新開放或人工救援，將影響列車的運營效率［9-10］。

圖2 傳統(tǒng)方案處理關(guān)門請求信息運行場景

2.2.2優(yōu)化思路

1）通過檢查防淹門區(qū)域的軌道區(qū)段是否被進路鎖閉或者區(qū)段占用，來判斷移動授權(quán)是否到達該區(qū)段或列車占用該區(qū)段，以此作為是否關(guān)閉區(qū)間信號機的依據(jù)。

2）對于防淹門區(qū)域外的防護信號機，則無需檢查防淹門區(qū)域的進路情況。當信號系統(tǒng)收到“關(guān)門請求”激活信息時，立即關(guān)閉信號機，防止站臺列車駛?cè)敕姥烷T區(qū)域。

3）檢查防淹門區(qū)域內(nèi)區(qū)間信號機的進路終端狀態(tài)。如果進路終端是鎖閉狀態(tài)，則表示進路內(nèi)有未解鎖區(qū)段，移動授權(quán)點已經(jīng)到達該終端信號機，此時允許開放終端信號機，使移動授權(quán)越過該信號機，到達下一個進路終端，則列車可根據(jù)移動授權(quán)繼續(xù)行駛直至駛出防淹門區(qū)域。如果防淹門區(qū)域內(nèi)有多個區(qū)間信號機，這些信號機的進路終端狀態(tài)均需進行檢查。

4）檢查防淹門區(qū)域內(nèi)區(qū)間信號機的進路始端狀態(tài)。如果防淹門區(qū)域的區(qū)間信號機已經(jīng)開放，移動授權(quán)點會越過該信號機；當信號系統(tǒng)收到“關(guān)門請求”激活信息時，關(guān)閉該區(qū)間信號機會使移動授權(quán)點回撤，導(dǎo)致列車緊急制動，所以應(yīng)保持該區(qū)間信號機開放，保證列車正常駛出防淹門區(qū)域。

5）當列車車尾越過防淹門的防護信號機，此時關(guān)閉信號已經(jīng)不影響列車駛出防淹門區(qū)域。

2.2.3優(yōu)化效果

如圖3 所示，信號系統(tǒng)排列進路X2305—X2301、X2301—X2213，信號機X2305、X2301 開放后，列車從疏散救援點1 站向橫瀝站行駛，信號系統(tǒng)根據(jù)進路信息判斷出列車運行方向。當列車駛?cè)敕姥烷T區(qū)域，行駛至X2301 接近區(qū)段2303G 時，若遇洪水事故，防淹門FG2205、FG2301 請求關(guān)閉，此時信號系統(tǒng)將進行以下處理：

圖3 全自動運行系統(tǒng)處理關(guān)門請求信息運行場景

1）禁止S2211、X2305 信號機開放，防止移動授權(quán)再進入防淹門區(qū)域。

2）禁止S2303 信號機開放，防止列車退行與跟隨的后車沖突。

3）保持X2301 信號機開放，使列車能夠向前行駛。

4）允許X2213 信號機開放，使移動授權(quán)能延伸到站臺；信號系統(tǒng)排列進路X2213—X2209，信號機X2213開放后，列車根據(jù)移動授權(quán)駛出防淹門區(qū)域。

2.3 關(guān)門允許命令

2.3.1傳統(tǒng)方案

典型防淹門布置見圖4。在傳統(tǒng)方案處理“關(guān)門允許”命令輸出邏輯中，當信號系統(tǒng)收到防淹門“關(guān)門請求”持續(xù)激活信息，防淹門區(qū)段處于空閑且未鎖閉狀態(tài)時，信號系統(tǒng)立即輸出“關(guān)門允許”命令。該邏輯處理方案適用于區(qū)間布置簡單、防淹門區(qū)域沒有區(qū)間信號機的站型。但是對于長大區(qū)間、區(qū)間信號機布置復(fù)雜的線路，列車會被關(guān)閉的防淹門封堵在隧道內(nèi)，危及行車安全［10］。

圖4 典型防淹門布置

如圖5 所示，列車運行至X2305—X2301 進路內(nèi)方的2303G，防淹門區(qū)段2305DG 已經(jīng)正常解鎖，X2301—X2213進路已經(jīng)開放，X2213—X2209進路還沒有排列，此時信號系統(tǒng)若收到“關(guān)門請求”激活信息，由于防淹門區(qū)段2213AG、2305DG 處于未鎖閉且空閑狀態(tài)，信號系統(tǒng)會立即輸出防淹門“關(guān)門允許”命令，防淹門系統(tǒng)執(zhí)行關(guān)門操作，會將列車關(guān)閉在防淹門區(qū)域。

圖5 傳統(tǒng)方案處理關(guān)門允許命令運行場景

2.3.2優(yōu)化思路

1）對于隧道出口的防淹門，信號系統(tǒng)將檢查區(qū)段由防淹門所在區(qū)段，改為檢查整個防淹門區(qū)域。即當信號系統(tǒng)收到“關(guān)門請求”信息時，只有當整個防淹門區(qū)域處于進路解鎖且區(qū)段空閑狀態(tài)，即列車的移動授權(quán)不會進入該區(qū)域，才允許輸出“關(guān)門允許”命令。

2）對于兩端設(shè)置防淹門的長大隧道，隧道出口的防淹門需要等待列車駛出防淹門區(qū)域，進路解鎖并出清以后，信號系統(tǒng)才允許關(guān)閉防淹門。但是對于隧道入口防淹門，因為列車是背向行駛，如果等待整個防淹門區(qū)域解鎖以后才允許輸出關(guān)門允許命令，會造成洪水事故擴大，所以在隧道入口防淹門區(qū)段出清并解鎖以后，信號系統(tǒng)應(yīng)立即輸出關(guān)門允許命令，先行關(guān)閉隧道入口防淹門。

3）根據(jù)區(qū)間信號機的進路始端或終端狀態(tài)來識別進路方向，以此來區(qū)分隧道入口防淹門和隧道出口防淹門，并確定需要檢查的區(qū)段范圍。

4）檢查區(qū)間信號機進路終端狀態(tài)，當信號機正處于終端鎖閉狀態(tài)，則列車的移動授權(quán)點已到達該區(qū)間信號機，此時應(yīng)禁止關(guān)閉隧道出口防淹門。

5）檢查區(qū)間信號機進路始端狀態(tài)，當信號機正處于開放狀態(tài)，則列車的移動授權(quán)已越過該信號機，信號系統(tǒng)不允許隧道出口防淹門關(guān)閉。

2.3.3優(yōu)化效果

全自動運行系統(tǒng)處理關(guān)門允許命令運行場景見圖6。開放進路X2305—X2301、X2301—X2213，當列車行駛至區(qū)段2303G，遇突發(fā)情況，信號系統(tǒng)接收到防淹門FG2205、FG2301 的關(guān)門請求激活信息時，檢查防淹門FG2301 所在區(qū)段2305DG 進路解鎖并空閑后，立即發(fā)送FG2301 的“關(guān)門允許”命令，防淹門系統(tǒng)執(zhí)行關(guān)門動作；對于防淹門FG2205，雖然防淹門區(qū)段2213AG 空閑且未鎖閉，但防淹門區(qū)域內(nèi)區(qū)段進路鎖閉、區(qū)段存在列車占用、信號機X2301 和X2213 處于進路鎖閉狀態(tài)、X2301處于開放狀態(tài)，這些因素使得信號系統(tǒng)禁止輸出防淹門FG2205 的“關(guān)門允許”命令；信號系統(tǒng)允許X2213—X2209 進路開放，移動授權(quán)延伸至站臺區(qū)域；當列車行駛至橫瀝站臺，防淹門區(qū)域進路解鎖，無列車占用時，信號系統(tǒng)立即輸出防淹門FG2205的“關(guān)門允許”命令。

圖6 全自動運行系統(tǒng)處理關(guān)門允許命令運行場景

3 旁路功能

3.1 硬件旁路功能

為防止因防淹門“門開且鎖閉”狀態(tài)信息丟失，或“關(guān)門請求”信息故障激活，影響FAO系統(tǒng)的運營效率，在車站綜合控制室（簡稱“綜控室”） 設(shè)置防淹門旁路開關(guān)［11］，信號系統(tǒng)ATS 終端也可顯示旁路激活信息。防淹門旁路開關(guān)位于綜控室綜合后備盤，為帶鑰匙的非自復(fù)式旋鈕開關(guān)，并設(shè)有指示燈用于顯示旁路電路的通斷狀態(tài)，防淹門旁路繼電器控制及信號采集電路見圖7。圖7 中，防淹門旁路繼電器FYMPLJ采集電路常態(tài)為斷路狀態(tài)。

圖7 防淹門旁路繼電器控制及信號采集電路

當防淹門系統(tǒng)故障時，由車站值班人員旋轉(zhuǎn)旁路開關(guān)；信號系統(tǒng)采集到防淹門旁路信息激活時，將不再檢查防淹門狀態(tài)信息，列車移動授權(quán)點允許越過防淹門區(qū)域。當取消防淹門旁路后，信號系統(tǒng)恢復(fù)對防淹門狀態(tài)信息的檢查。

3.2 軟件旁路功能

為避免旁路旋鈕失效故障，信號系統(tǒng)也可提供遠程防淹門故障旁路功能，進一步確保列車正常通過防淹門區(qū)域。當調(diào)度員或車站值班員確認防淹門狀態(tài)信息為故障激活時，可通過ATS 系統(tǒng)操作終端下達防淹門旁路命令，并在ATS 系統(tǒng)終端界面上顯示防淹門旁路狀態(tài)。此時，信號系統(tǒng)不再將防淹門視為列車運行的影響因素，并將移動授權(quán)點越過防淹門區(qū)域。為明確管理責任，硬件旁路與軟件旁路功能不能互相取消，旁路命令由下達方來進行取消操作［12］。

4 結(jié)束語

信號系統(tǒng)與防淹門系統(tǒng)聯(lián)動控制需要考慮長大區(qū)間和復(fù)雜站型的場景，在確保站廳或軌行區(qū)安全的同時，也應(yīng)保證行車安全、提高防淹門區(qū)域列車的通過效率；同時適應(yīng)FAO 全自動運行線路，保證FAO 全自動無人駕駛列車不滯留在洪水區(qū)域，不受防淹門接口電路故障的影響。

該防淹門防護方案已在廣州地鐵18 號、22 號線上通過了現(xiàn)場測試，測試結(jié)果與實驗室驗證結(jié)果一致，能夠提高列車通過效率，證明了優(yōu)化方案的合理性和安全性，可為城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)防淹門防護技術(shù)提供參考。