城轨车辆基地检修作业安全管控系统研究

■ 陈琦  王孔明  高嵩  汪峥  范琪

城轨车辆基地检修作业安全管控系统研究

■ 陈琦  王孔明  高嵩  汪峥  范琪

通过对城轨车辆基地检修作业主要安全风险的详细分析，研发一种城轨车辆基地检修作业安全管控系统，加强城轨车辆基地的安全管理，保障作业安全。研究该系统的功能、构成、安全管理工作流程、主要接口等技术方案，以期为其他城轨车辆基地检修作业安全管控的建设提供参考。

城市轨道交通；车辆基地；安全管控；接触网；检修作业

0 引言

城市轨道交通车辆基地（简称城轨车辆基地）是城市轨道交通全线的车辆检修基地、基础设施综合维修基地、物资保障基地、员工培训基地，为正线行车安全和高水平的客运服务提供安全和质量保障。城轨车辆基地内车辆登顶检修、接触网维修等多项检修作业过程中，涉及到接触网断送电、登车顶平台（车辆登顶检修需要），需要采取复杂的安全管理措施。目前国内各地铁运营公司基本采用“人控”的管理手段，保障检修作业安全，存在需要投入大量人力资源、效率和可靠性不高、易导致作业人员触电事故等问题。随着科技的进步，采用电子化、网络化技术手段保障车辆段安全生产已成为运营管理的发展趋势[1-2]。针对上述问题，研制一种城轨车辆基地检修作业安全管控系统（简称系统）。系统不仅能保证车辆段检修作业安全，还能规范作业过程，提高工作效率，保障检修质量，降低设备故障概率，使轨道交通更加安全、可靠，具有极大的经济效益和社会效益。

1 城轨车辆基地检修作业安全风险分析

国内城轨车辆基地检修作业主要存在以下安全风险和隐患：

（1）管理制度有待进一步完善和细化。随着运营经验的积累，部分地铁业主逐渐认识到车辆登顶检修作业安全管理的重要性，开始尝试引入电力系统广泛采用的断送电防误系统（或称五联锁系统，按实现手段可分为机械防误系统、微机电子防误系统）对接触网断送电进行管理，再整合进车顶门禁系统，基本实现了通过设备确保登顶作业人身安全。但不带登顶平台的检修股道、库前非检修股道部分作业同样需要接触网断送电安全管理，以防误操作，部分地铁公司还未将这些股道纳入安全作业综合管理[3-5]。

（2）目前主要依靠隔离刀闸开/合位置状态，通过判断逻辑间接判断接触网断/送电状态，缺乏直接对接触网进行实时检测。如果判断逻辑设计有缺陷，则易导致判断错误而引起安全事故。

（3）隔离开关柜刀闸是否可靠开闸、合闸到位，缺乏远程监控，也缺乏实时状态监测，易导致安全事故。

（4）目前，主要采取双人制进行接触网现场断送电操作，一人操作、一人监护，作业管理程序相对完善，但易因操作人员疏忽等人为因素造成各种事故，如操作人员不验电就挂接地线、带电挂接地线、带电闯入检修平台、带接地设备送电等误操作[1]。

（5）现场作业过程未实现高效的信息化管理，车辆基地控制中心（DCC）调度人员对现场操作过程监控不足，无法实时掌握现场作业状态和设备状态，无法及时干预。

2 系统主要功能

通过对国内城轨车辆基地检修作业主要安全风险和隐患的分析，提出一种城轨车辆基地检修作业安全管控系统。该系统立足于段内检修及运营生产整体需要，从车辆段安全生产各地点、各流程综合考虑，在检修作业各环节均融入安全管理，采用在线验电、安全联锁、信号监测、实时监控、智能告警、计算机逻辑控制等先进技术，建立一个程序化、网络化、可视化、标准化的安全保障体系，并与管理措施相配套，实现人机联控，可满足车辆段安全生产的整体要求。

系统主要由接触网在线验电、安全联锁、接地管理、智能门控、视频联动、安全警示、两票管理、调度反馈屏等功能模块构成，为平台化、开放式系统，可根据用户不同需求定制功能模块。

系统主要实现如下功能：

（1）接触网带电状态的实时在线监测；

（2）车辆段库区停送电操作及登台检修作业全过程安全管理，从技术上保证停送电操作及登台检修作业过程中的人身安全和设备安全；

（3）将现场操作流程转变为计算机逻辑控制规则，由系统后台根据现场实时状态进行整体逻辑判断和控制；

（4）可采集车辆段内作业相关设备的实时状态和操作信息，包括隔离开关、验电点、接地点、检修平台门等，并在后台显示；

（5）实际操作前，可在系统工作站模拟、开票，生成符合防误逻辑的操作序列并传送到电脑钥匙，操作人员拿电脑钥匙进行解锁和操作，保证作业过程正确；

（6）实现库区各股道接触网停送电、安全措施到位情况和检修平台门的技术关联及闭锁管理，确保检修人员人身安全和车辆设备安全；

（7）可在视频工作站上查看库区现场停送电操作过程及检修作业情况，具有操作过程的视频联动监视功能；

（8）库区接地线的强制管理及地线状态实时监测，以解决地线误挂、漏挂、误拆、漏拆等问题；

（9）库区接触网挂接地线前强制验电，同时实现验电过程的远程监控；

（10）利用LED显示装置、警示灯、语音告警等辅助手段，对接触网、检修平台作业状态提供直观显示和声光警示，确保检修人员作业安全。

3 系统构成

3.1 系统网络

系统可独立应用，也可作为子系统接入车辆段运营及维修施工综合管控系统[6]。系统网络结构见图1。采用分布式网络结构，一般在DCC设系统工作站、视频工作站、调度反馈屏、钥匙管理机等设备；在DCC机房设网络控制器、服务器、交换机等设备；在检修库、运用库等库区设置地线管理、防误闭锁、接地、摄像机、平台门禁、带电检测等现场设备。系统主干网使用光纤环网，连接库区至DCC，在库区内的所有现场设备均通过主干网路接受DCC的操作命令。

图1 系统网络结构

库区内布置Zigbee无线网络，其结构简单、性能可靠。操作过程中，操作人员手中的电脑钥匙作为无线节点在网内漫游，实现操作终端与DCC间的实时信息交互，实现实时状态查询和实时防误逻辑判断，构筑全方位实时防误网络。库区无线网络结构示意见图2。

3.2 主要构成模块

3.2.1 接触网带电检测模块

每条挂网的股道安装一台接触网带电检测主机。检测主机主要作用是精确检测接触网电压，通过无线通信模块将带电信息发送至LED显示单元（LED显示单元安装在每挂网股道端部醒目位置），带电信息可以是具体的电压值，也可以是有电/无电信息；检测主机还通过无线网络与电脑钥匙通信，实现验电防误一体化。

检测主机采用锂电池供电，寿命5～8年，方便拆卸，能够自检电池电压，欠压时能发出欠压信号，提醒工作人员及时更换。

3.2.2 安全联锁模块

安全联锁是系统的核心模块，将电气设备的操作规则转变成计算机识别的防误闭锁逻辑规则，然后在相关设备上加装各种防误锁具，形成闭锁。操作前必须在防误工作站通过模拟预演对操作步骤进行闭锁逻辑判断，生成实际操作票，传给电脑钥匙。现场实际操作时，运行人员按照电脑钥匙的提示依次对设备进行操作。对不符合程序的操作，设备拒绝解锁，操作无法进行，从而防止误操作的发生。

安全联锁模块从技术上采取可靠手段，在权限管理、唯一操作权、模拟预演、逻辑判断、设备强制闭锁等方面进行全面、完善联锁管理，避免人为不确定因素，防止电气误操作。同时还实现对隔离刀闸的强制闭锁和状态采集、接地线的强制闭锁和存取管理、挂接地线前的强制验电、地线状态的实时采集、地线挂拆过程的实时监控、库内接触网维护接地与停送电操作及检修流程的安全联锁等功能。

图2 库区无线网络结构示意图

系统配置紧急解锁钥匙用来系统故障退出或紧急情况下的机械解锁，并配置钥匙管理机用来对紧急解锁钥匙进行有效管理。

3.2.3 接地管理模块

接地管理适用于传统接地线管理、手动接地柜、电动接地柜等。接地管理模块用于对车辆段接触网的接地工作进行规范管理和防误闭锁，不仅可防止接地线应用过程中的误挂、漏挂、误拆、漏拆问题，还可解决挂接地线前的强制验电、地线操作过程的远程监视、接地线实时监测跟踪等，做到地线按章使用、规范管理、有记录可查询。

3.2.4 智能门控模块

车辆段检修库检修平台进出门设置安全门控装置，实现平台门与检修安全相关设备的安全联锁管理，接触网带电和未做好安全措施时，不允许作业人员刷卡开门。

系统根据当前设备状态自动进行逻辑判断，只有满足上检修平台作业条件时才授权允许刷卡，作业人员通过刷卡可以进、出作业门。作业平台人员数量、进出作业门刷卡时间等信息通过通信总线输入控制室计算机进行记录。

3.2.5 视频联动监护模块

视频联动监护模块由视频服务器、视频工作站、摄像头等组成，同安全联锁模块相结合，实现模拟联动、操作联动和告警联动，通过视频远程实时跟踪操作情况（如刀闸开/合到位情况），达到远程视频监护和安全管理的目的。

3.2.6 安全警示模块

在采用各种技术手段确保人员及设备安全的同时，系统还设有安全警示子系统，以声、光形式对作业人员进行安全提示，具体构成及功能如下：

（1）接触网带电状态LED显示。在库内两端墙上、隔离区两端位置（视现场实际情况定），对应每股道设LED显示屏，表示接触网通电状态，用于对作业人员进行安全警示，以红色“有电”和绿色“无电”显示接触网是否有电。LED显示起的作用主要是提示靠近人员相应股道接触网是否带电，是否有触电危险，由于有轨电车股道较多，各专业作业人员也较多，该提示能够非常直观地显示对应股道接触网的带电状态。

（2）黄色闪烁警示灯。在车顶作业平台上两端设置安全警示用的黄色闪烁警示灯，用于警示尚滞留在作业平台上的作业人员迅速撤离。闭合接触网隔离开关前，警示灯自动提示直至隔离开关闭合。

（3）作业指示灯。作业指示灯设在进/出作业平台的作业门处，红色指示灯亮表示禁止作业人员通过作业门，同时门禁装置电磁锁自动锁闭作业门；绿色指示灯亮表示允许作业人员打开作业门，门禁装置自动解锁作业门处的电磁锁，作业人员通过刷卡后可以进出作业门。

（4）语音播报。库内设置语音播报装置，在接触网送电前进行自动语音播报或人工喊话，提醒检修人员撤离检修平台。

3.2.7 工作票/操作票模块

人工填写工作票/操作票的传统开票方式存在如下问题：书写字迹潦草不清，容易出错重写；审核周期过长；流程控制不严格；安全措施不全，操作顺序无保障，靠人为控制；大量纸质工作票控制、管理、统计分析较困难。

工作票/操作票模块将目前人工填写纸质操作票模式转换为开票过程电子化、流程管理网络化的模式，提高了工作效率，实现了填写的规范化、流程的网络化、管理的信息化。操作票子系统还可与安全联锁子系统无缝结合，实现开票和安全联锁一体化。

3.2.8 调度反馈屏

在DCC内检调工作位设置一面调度反馈屏，直观显示接触网带电状态和检修平台工况等信息，包括检修库所有股道的示意图及相关设备（如隔离刀闸、验电点、接地点、检修平台门等）信息。

4 系统主要工作流程

根据段内各电化线路功能的不同，安全管控可分为列车登顶检修安全管控、股道停/送电安全管控，具体工作流程见图3—图5。列车登顶检修需要接触网断电后，检修人员方可刷平台门禁卡进入登顶检修，检修完成后，所有人员撤离检修作业平台后接触网方可送电。

5 系统主要接口

系统主要接口设计包括与通信接口、与供电接口、与车辆段运营及维修施工综合管控系统接口[7]。

5.1 与通信接口

（1）与通信系统的分界面。系统尽量利用车辆基地内通信光纤网络，与通信系统的物理分界面为：设有通信机房的单体，则在光纤配线架（ODF）；没有设通信机房的单体，则在终端盒处。现场设备到ODF或终端盒的通道、系统配置的核心交换机和服务器等均由系统负责，其余通信通道及通信设备均由通信系统负责。

图3 列车登顶检修安全管控总体工作流程

图4 股道停电安全管控工作流程

（2）通信传输通道。系统核心交换机与运营公司局域网核心交换机通过光纤连接。车辆基地至运营公司需100 Mb/s专用通道，通信传输设备提供1个FE接口。

图5 股道送电安全管控工作流程

（3）时钟。在车辆基地信息机房由时钟系统提供一路时钟信号，通过时钟系统接口箱引入系统NTP服务器。

5.2 与供电接口

供电SCADA系统向本系统提供电动隔离开关状态信息。

（1）与供电SCADA系统的接口分界面。SCADA系统在车辆基地牵引混合变电所的控制信号屏上为本系统提供RJ45端口或485串口。

（2）由于本系统与SCADA系统不在一个网段内，因此系统在牵引混合变电所内设置通信接口服务器与SCADA系统进行数据交换。

5.3 与车辆段运营及维修施工综合管控系统接口

系统可作为车辆基地运营及维修施工综合管控系统（简称综合管控系统）的子系统，也可通过接口向综合管控系统提供接触网带电状态、接地状态、隔离开关开/合状态、门禁状态等信息。

（1）与综合管控系统的接口分界面。在车辆基地综合管控系统机房的核心交换机上为系统提供1个RJ45端口。

（2）由于本系统与综合管控系统不在一个网段内，因此系统在综合管控系统机房内设置通信接口服务器与综合管控系统进行数据交换。

6 结束语

城轨车辆基地检修作业安全管控系统的研发及应用，规范了安全管理工作流程，杜绝了原来工作中的安全隐患，保证了车辆基地的作业安全。系统的创新成果已经应用到多个地铁车辆基地中，经过运营检验，安全管理效果良好。下一步应跟踪现场反馈意见，对系统进行优化及升级。

[1] 张建昭．宁波地铁车辆段检修作业安全联锁管理系统[J]．电气化铁道，2015(2)：40-42．

[2] 张莉．数据库设计理论在标准化检修基地综合管理软件中的应用[J]．中国铁路，2015(10)：60-62．

[3] 刘卡丁，丁烈云，郑兰兰．地铁车辆段接触轨安全保障体系构建[J]．都市快轨交通，2011，24(5)：87-90．

[4] 关侠．城市轨道交通车辆段检修作业安全防范技术研究[J]．科技与创新，2015(20)：139-141．

[5] 程学庆，谭一帆，贾江涛，等．动车段一体化检修作业安全风险管理[J]．铁道经济研究，2015(6)：24-29．

[6] 王孔明．城市轨道交通车辆基地运营及维修施工综合管控系统研究[R]．成都：中国中铁二院工程集团有限责任公司，2016．

[7] 吴晓，王孔明，易立富，等．城轨交通车辆基地信息化系统接口设计指南[R]．成都：中国中铁二院工程集团有限责任公司，2015．

陈琦：成都地铁运营有限公司，工程师，四川 成都， 610031

王孔明：中国中铁二院工程集团有限责任公司，高级工程 师，四川 成都，610031

高嵩：大连地铁运营有限公司，工程师，辽宁 大连， 116000

汪峥：中国中铁二院工程集团有限责任公司，工程师， 四川 成都，610031

范琪：中国中铁二院工程集团有限责任公司，工程师， 四川 成都，610031

责任编辑高红义

U279.2

A

1672-061X（2016）06-0076-05

四川省科技支撑计划项目（2015GZ0166）；中国中铁科技计划项目（2015-引导-24）