城市轨道交通全自动运行 FAO 系统工程建设探索与思考

张 军

（无锡地铁集团有限公司，江苏无锡 214023）

1 引言

全自动运行（Full Automatic Operation，FAO）系统集成了电子、通信、信号、自动化等专业的前沿技术，相较传统城市轨道交通（以下简称“城轨”）线路，FAO线路在节能增效方面优势明显，契合“十四五”规划发展纲要，在国内城轨行业具有很大的发展潜力[1-2]。

文章以无锡地铁5号线为例，针对无锡市轨道交通线路自身特点，结合国内已开通的FAO线路建设经验及运营情况，制定合理的总体技术实施方案，从FAO 系统的关键技术和设计难点、FAO线路建设及开通目标、顶层设计输入、FAO系统质量管理以及安全评估等方面进行分析，为打造高安全性和高可靠性的FAO系统提出可行的技术保障措施，为线路建设提供良好的基础[3]。相关经验技术可为国内其他类似工程提供参考和借鉴。

2 城市轨道交通 FAO 系统建设分析

2.1 FAO 系统概述

按照IEC 62290-2-2014《铁路应用设施. 城市指导运输管理和命令/控制系统 第2部分：功能要求规范》[4]关于自动化等级的相关内容描述（图1），按照以地面信号方式进行列车运行、以非自动方式进行列车运行、以半自动方式进行列车运行、以无需驾驶的方式进行列车运行和以无人值守的方式进行列车运行，分别定义为GoA0、GoA1、GoA2、GoA3和GoA4，其中GoA3和GoA4属于FAO等级范畴。

2.2 FAO 系统建设优势

FAO系统能够发挥列车控制系统的技术优势，达到减少乘客在站等待时间、降低乘客在车厢内的站立密度、提高乘坐舒适性等目的，进一步实现“以人为本”的理念。FAO系统能够根据客流变化灵活、动态调整运营计划，提高车辆、设备、设施的使用效率，减少人员数量，有效提高运营效率，降低运营成本[5]。具体表现在下述2个方面。

2.2.1 列车全自动驾驶

（1）列车停站及折返时无需司机作业，可减少无效停站时间，提高列车旅行速度约9%～10%；

（2）列车全自动驾驶的岗位复合理念有利于运营、维护相关作业的减员增效；

（3）列车全自动驾驶可减少正线停车和列车空驶时间；

（4）能够最大限度规避因司机操作失误而造成的运营事故。

2.2.2 车站全自动运行

（1）可实现车站服务设备运营前自动检测，替代部分人员巡检作业，及时发现故障隐患；

（2）部分设备故障可自动触发工单，促进故障及时处置，从而提升检修效率；

（3）车站运营辅助系统可协助固定资产管理、工作体系建立、物资及仓库管理、人员管理等规范运作，提升管理效率；

（4）有利于车站相关作业的减员增效。

2.3 FAO 系统建设潜在风险

（1）列车救援时间难以保证。根据FAO场景设计，当列车在区间发生需救援类故障时，均应安排救援司机到岗，特别是需联挂救援时，前后列车均需救援司机到岗。救援司机的布点难以做到全覆盖，列车救援时间难以保证。

（2）区间疏散存在较大风险。根据FAO设计理念，当列车在区间发生故障时，远程广播指导乘客打开逃生端门（或客室门），沿轨道（或区间疏散平台）疏散至就近站台。但是，在紧急、复杂、瞭望条件不佳的情况下，由乘客自行打开逃生端门或客室门，在没有引导情况下沿轨道或逃生平台进行疏散，存在较大风险，易引发次生事故。

3 无锡地铁 5 号线 FAO 系统总体技术路线

在当前国内FAO线路大规模建设的背景下，制定合理的总体技术路线是FAO系统工程建设的关键[6-7]，直接影响FAO线路的运营服务水平和安全可靠性。文章以无锡地铁5号线为例，对FAO系统总体技术路线展开论述。

3.1 设计定位及运行目标

FAO系统设计定位及运行目标从列车和车站2个方面进行分析。

3.1.1 列车全自动驾驶

列车全自动驾驶目标与定位方案分析如表1所示。考虑到既要充分发挥列车全自动驾驶的优势，又要尽可能规避运营的风险，对于无锡地铁5号线的列车全自动驾驶定位及运营目标，可考虑按照方案3设计，该方案具备全区段、全时段无人值守驾驶模式功能，兼顾有人值守条件。

表1 列车全自动驾驶目标与定位分析

无锡地铁5号线运营初期采用有多职能队员值守的无人驾驶方式，根据FAO系统的安全性、可靠性、可用性和可维护性（RAMS）指标兑现情况，待FAO系统运转成熟后采用无人值守的全自动驾驶方案。

3.1.2 车站全自动运行

车站全自动运行目标与定位方案分析如表2所示。由表可知，当相关设备发生故障时，方案1不会影响车站的运营服务；方案2通过驻站或者巡视人员介入处置基本不会影响车站的客运服务，但发生行车或者火灾等涉及运营安全的突发事件，可能存在因无法及时处置而严重影响运营服务风险；方案3存在严重影响车站运营服务的风险。

表2 车站全自动运行目标与定位分析

由于无锡地铁5号线为无锡市第一条FAO线路，考虑线路及车站全自动运行定位及运营目标，可采取从方案1过渡到方案2的模式。

3.2 顶层设计输入管理

不同于传统运营线路，FAO线路建设以运营需求为主导。作为顶层设计输入，运营需求分为功能性需求和非功能性需求2种。功能性需求主要指为实现FAO运营场景和运营规则所具备的系统功能；非功能性需求主要是指FAO核心设备系统的RAMS要求。

3.2.1 运营场景和运营规则

经过多条FAO线路建设实践，以FAO运营场景和运营规则为核心贯穿整个工程建设周期，已经成为行业共识，FAO核心设备系统要围绕运营场景和运营规则进行设计[8]。

为指导FAO线路运营场景设计，国内多家机构针对国内传统地铁运营特点，研究并发布FAO系统相关建设设计规范，制定41个基本运营场景。其中，正常场景共18 个，非正常场景共15个，应急场景8 个，如图2所示。

实际FAO线路运营并不局限于上述基本场景，无锡地铁5号线可根据自身线路特点设计衍生场景，保证运营质量。FAO运营规则的制定也应跟随运营场景的设计进度、规则和场景一同作为顶层设计输入，要保证适配性。根据不同的FAO等级，制定对应的运营规则，包括正常和故障场景下保证运营的所有方法；同时，也要结合FAO运营场景，制定对应的运用规则，包括运营岗位职责和操作手册等。

3.2.2 独立安全评估（含RAMS）

为提高FAO系统核心设备的稳定性及安全性，国内轨道交通相关机构联合发布FAO线路建设及运营规范，建议由具备相关资质的第三方评估单位对车辆、信号等FAO核心设备开展独立安全评估工作[9]。

安全评估工作实施方案的基础是确定评估范围，根据EN 50126-1-2017《轨道交通可靠性、可用性、可维修性和安全性（RAMS）的规范和验证 第1部分：通用RAMS过程》、EN 50126-2-2017《轨道交通可靠性、可用性、可维修性和安全性（RAMS）的规范和验证 第2部分：系统安全方法》等EN5012x系列及国家有关规范要求[10-11]，结合设备系统生命周期各阶段要求，无锡地铁5号线FAO设备系统安全评估（含RAMS）工作可参考如下内容：

（1）制定评估系统接口安全管理方案，确保系统间的接口危害识别和危害分析包含系统/设备及接口危害消除、控制或减轻等内容；

（2）安排相关的评估活动，评估服务重点围绕安全主题，涵盖设计、制造、安装、测试/调试、试运行、开通试运营等工程全过程；

（3）编制阶段工程安全评估报告，按工程实际节点提供工程安全评估报告和安全授权书；

（4）针对设备系统建立整套安全管理体系，指导承包商全生命周期安全工作；

（5）评估设备系统的RAMS指标。

3.3 联调联试管理

FAO系统需组建专业的联调团队，同时通过室内设备测试验证平台、停车场、样板段、综合联调等多阶段验证，以保证FAO系统的安全性与可靠性[12]。

在跑图试运行阶段，需针对FAO系统的兑现率、正点率等关键运营指标以及列车休眠唤醒成功率等与FAO系统相关的安全功能指标进行考核，并由评估单位对FAO系统开具试运行授权证书。

根据已开通运营的FAO线路建设经验，与传统ATO线路比较，FAO系统测试周期较长、调试难度较大。无锡地铁5号线建设过程中应充分考虑，给予足够重视，充分验证FAO系统功能，保证开通目标和质量。

3.4 运营管理

3.4.1 线路开通初期

无人驾驶系统与有人驾驶系统差异较大，对运营人员要求高。为充分发挥无人驾驶系统的优势，提高人员综合利用效率，可考虑运营筹备如下。

（1）运行控制中心（OCC）。将车场调度业务划归OCC统一管理，OCC岗位设置包括行车调度、车场调度、客运调度、电力调度、环控调度、维修调度和计划组，代替司机功能的调度岗位也同步设立。

（2）车站。按照运维一体化思路，设置车站综合巡检员岗位，负责车站设备的日常巡检、保养、应急操作和轻度维护。

（3）系统设备管理。根据设备方合并设计情况，研究专业管理整合。

（4）人员配置。参照既有线标准配备运转、司机、调度及各专业维修人员。

3.4.2 FAO 模式完全调通阶段

该阶段建议逐步扩大无人驾驶运营范围，具体如下：

（1）依次对无人驾驶进出段、无人驾驶折返段、部分无人驾驶区段进行试验；

（2）对验单列车的全过程无人驾驶进行试验，同步研究司机正线应急布点方案；

（3）逐步增加采用全过程无人驾驶的列车数量；

（4）如GoA4模式完全调通，建议前期车内仍配备列车司机，以应对突发列车救援或乘客疏散状况。

3.4.3 运转成熟阶段

该阶段建议采用全线无人驾驶模式，进行一体化管理，列车上不再配备司机，体现系统先进性及运营管理水平。根据前一阶段运行情况，在全部列车参与并完成无人驾驶试验后，选择合适节点启动全线无人驾驶，具体如下：

（1）控制中心、正线、车场由OCC实现一体化管理；

（2）车站配置设备管理专员，负责车站全部设备的保养、巡检、应急处置和轻度维护；

（3）各专业设备维修人员适当精简、整合；

（4）列车上不再配备司机，高峰期在各车站配备应急救援司机，平峰期按比例配备应急救援司机。

4 城市轨道交通 FAO 系统建设思考

4.1 FAO 场景设计以安全为导向

FAO场景设计需深入挖掘安全相关内容，从顶层设计重视安全问题，可以从外部环境干扰和内部设备系统问题等多角度设定。

（1）外部-自然灾害模式。自然灾害已对城市轨道交通建设和运营产生多方位影响，如何把自然灾害引起的损失降到最低，做到预防为主、安全可控，需要从根本上解决，特别是对于FAO系统，需要在场景设置，技术管控方面要做到切实有效。在进行场景设计时充分考虑可能发生的灾害模式，做好细致的场景分类、场景描述、模式处置和演练模拟。

（2）内部-屏蔽门/车门防夹功能。城轨运行以来，屏蔽门/车门出现人、物被夹住情况没有完全杜绝。对于FAO系统，车辆、信号和屏蔽门内部配合接口更加复杂，对于屏蔽门/车门出现人、物被夹住情况，其相关场景描述及操作流程一定要增加到FAO场景中，同时在开通前对相关运营人员加强培训指导，对于安全相关的操作流程需经常性开展演练，运营期间严格落实场景流程等。在场景中重点强调一旦屏蔽门/车门出现人、物被夹住情况最优先处理方案，确保人员安全。

4.2 运营组织架构匹配 FAO 运营目标与需求

FAO系统运营目标是让全自动核心系统充分达到设计功能并发挥其全自动系统优势，从而达到FAO线路安全、高效和经济需求。运营组织架构设置要以FAO系统特点为依据，从如何保持设备正常功能运转，提高现场应急情况处理速度和最大化减少紧急情况带来的运营风险和安全风险，同时提高人员复合利用等方向设置运营组织架构，达到最优化实现FAO运营目标和需求。

5 结语

文章以无锡地铁5号线FAO系统建设分析为例，结合设计定位、顶层设计输入管理、联调联试管理以及运营管理等方面的分析，提出工程建设总体技术路线，以打造出高安全性和高可靠性的无锡地铁5号线FAO系统，按照GoA4等级开通运营，相关经验可为后续其他城市轨道交通FAO系统线网规划建设提供参考。