列车全自动驾驶模式下的站台门全寿命周期管理

张银龙

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，430063，武汉∥助理工程师）

全自动驾驶技术包括列车的全自动运行技术和车站设备的全自动运行技术。智能运转的功能保障体系可实现更精准的控制，具有更高的安全性、可靠性、可用性和可维护性，满足行车自动化、检修智能化和乘客服务自助化等功能［1］。

站台门，又称屏蔽门或安全门，是隔绝轨行区与站台候车区的安全屏障［2］。在全自动驾驶模式下,站台门的开关完全由控制系统根据信号指令进行控制。因此，为了保证站台门系统安全稳定的运营，需从设计、安装、维修维护及状态监控等方面对站台门系统进行全寿命周期的管理。

1 站台门系统全寿命周期管理

设备的全寿命周期管理涵盖设计制造、施工安装、状态监控、维修维护、运营管理等方面［3］。通过全寿命周期管理可实现设备的定制化设计及自适应运营维护，有效提高设备的安全可靠性，延长设备使用寿命。

站台门的全寿命周期管理包括：基于BIM（建筑信息模型）技术的站台门系统智能设计；利用三维仿真技术实现站台门系统现场安装作业指导；对站台门系统进行全寿命周期的状态监控；针对站台门性能设定多级预警阈值，实现故障前预警功能［4］；统计分析站台门的维护周期、故障历史及状态参数，对其进行设备全过程跟踪管理，并制定自适应维修计划，实施周期维修和状态维修；根据故障信息生产应急抢修预案，告知故障影响范围及应急处理方式等。

1.1 基于BIM技术的智能设计及现场安装

站台门系统结构复杂，零部件多，传统的设计手段无法实现对所有零部件设计质量的统一控制，难以适应全自动驾驶模式对设备的高可靠性要求。

站台门系统智能设计体系基于BIM技术（见图1）。首先，对站台门的500余个零部件进行分析归类，建立了零部件参数化模型库；然后，基于设计标准规范库和产品设计要求，建立设计检验库；最后，通过具体参数驱动参数化模型库，完成站台门系统的智能设计，建立站台门系统BIM模型（见图2），并调用设计检验库对模型进行修正，最终输出图纸及模型。

站台门系统的可靠性除与设计密不可分外，也受施工质量的影响［5］。为了确保乘客及工作人员的安全，站台门门体与车站结构之间需要实现有效的绝缘。但是，施工过程中，施工人员的不规范操作或施工组织的混乱很容易造成绝缘层破坏，出现绝缘挡板渗漏、绝缘膜损坏、绝缘喷涂剐蹭、绝缘连接件失效等问题［6］。

图1 站台门系统智能设计体系

图2 站台门系统BIM模型

为了有效保障施工质量，基于BIM技术的现场施工安装作业指导十分必要。首先，利用BIM模拟现场作业工况，并仿真设备安装过程，提前预见施工问题，把控施工质量；然后，在站台门设备施工安装前，对站台门门体上下连接件（与站台板或轨顶风道的连接件），立柱，立柱包板，踢脚板，门槛，顶箱盖板以及应急门、端门推杆及滑动门、固定门、应急门、端门的门框等构件的施工质量进行模拟；最后，根据模拟结果，针对施工过程中影响施工质量的重点控制环节制定有效施工计划，形成详细的施工作业流程和注意事项，并下发到施工人员手中，从而有效地把控现场施工，提高施工质量。

采用BIM技术指导现场施工，可有效提高站台门系统的安装质量。对按此方法施工完成的门体绝缘性能进行测试，得到门体绝缘值≥500 MΩ，满足系统安全性能要求；对设备样机进行测试，其可靠性高达99.95%。

1.2 站台门系统状态监控

目前，我国正在运营的全自动驾驶线路均在站台设有站务人员值守，对站台门系统运营情况进行监控管理。随着运营组织要求的提高，实现站台无人监管将成为必然趋势。在这种情况下，为保证系统的可靠运行,保障上下车乘客的安全，需对站台门系统的运行状态进行有效的监控。内容包括外部环境状态监控及站台门系统运行状态监控。

1.2.1 外部环境状态监控

列车在全自动驾驶模式下正常运行时，站台门开关过程没有司机参与，如没有稳定可靠的障碍物检测系统，容易造成乘客夹伤等事故，影响列车运行［7］。目前用于列车与站台门间隙监控的自动探测系统有红外防夹探测系统和激光防夹探测系统2种。

上海轨道交通10号线采用红外防夹探测系统，其误报现象较为频繁［8］。北京地铁燕房线针对红外防夹误报情况，进行了激光探测技术试验。激光探测技术具有发散角小、有效监测距离长等特点。为了保障线路运行可靠性，实现站台门外部运营环境状态的有效监控，在全自动驾驶模式下应采用激光防夹方式。

1.2.2 站台门系统运行状态监控

全自动驾驶模式是一种更安全、更高效的运行模式，具有运能更高、追踪间隙更短的特点［9］。根据全自动驾驶的要求，站台门系统应能根据不同的工况自适应调节开关门的全过程，实现列车追踪间隙≤ 2 min。

为此，需研究站台门系统的运行状态，监控管理相关参数，通过大数据分析，实现对开关门过程的智能控制，优化并缩短开关门时间。

1.2.2.1 基于大数据分析技术的自学习功能

通过站台门运行状态监控系统对每扇站台门每次开关门过程进行监控，并统计风压值、摩擦力、开关门阻力、开关门动能、开关门时间等相关参数，建立站台门系统开关门全过程数据库［10］。根据运营需求，制定数据库更新周期，在每一次数据更新之后，系统通过数据分析处理，对原有的最优值进行修正和优化，针对不同工况下不同的门单元给出一组最优的控制参数，保证站台门的开关门时间最短。由于列车每次进站时，产生的风压都不一样[11]，站台门系统将根据具体的工况条件，调用对应的控制参数，实现门体单元的开关门控制。

1.2.2.2 开门曲线和开门力的自动优化

全自动驾驶模式下，每扇站台门进行单独控制。由于每扇站台门工况不同，承受的风压值也不一样，为了保证站台门开门的同步精度，需要对每一扇门进行自适应控制［12］。

站台门开关门的主要影响参数汇总如表1所示。

从表1中可以看出，开关门曲线主要与门体开度、门体运动速度及动能等参数相关。其中，门体开度为定值，运动速度和动能因工况而异。门体最大运动速度与开门动能的关系为：

表1 开关门曲线主要影响参数

其中：WK=WK1+WK2+WK3

式中：

WK——站台门系统总能；

WK1——滑动门的动能；

WK2——齿轮动能；

WK3——皮带系统动能；

mmax——滑动门最大质量；

vmax——最大开门速度；

Jp——齿轮转动惯量；

Js——皮带系统转动惯量；

i——转动比；

D——齿轮直径。

为保证全部站台门同步精度≤0.2 s，需根据不同风压工况下，自适应地调整站台门开关门动能，从而控制开门速度，实现全侧门的同步开关。

1.3 站台门系统寿命管理及智能维修

站台门系统与乘客候车及列车运行安全直接相关，因此实时掌控站台门系统的稳定性和可靠性，具有重要意义。

基于站台门系统状态信息的全寿命周期管理系统集成了电源系统、驱动系统、控制系统、蓄电池、门体结构部件等相关系统部件，能实时监控各部件的性能参数。通过后台数据库智能算法，可实现对零部件的状态趋势分析；根据状态发展趋势，结合零部件性能标准，可实现对设备寿命的可靠评估。

为进一步提高设备的寿命，保障系统的可靠运行，针对站台门系统各零部件系统，建立了稳定参数库和预警值库等2大基础数据库。

将站台门系统设备实时参数与稳定参数进行对比，可分析设备的可靠性。当设备参数接近预警值时，站台门全寿命周期管理系统将预测站台门可能产生的故障，并进行报警。同时，系统还将根据数据库基础定期智能生成站台门系统各部件的维修养护计划，以实现设备故障的提前预知和维修养护。

通过全寿命周期管理系统对站台门系统进行寿命管理并制定对应的维修计划，可有效降低站台门故障对列车运行的影响，提高系统可靠性。

1.4 站台门系统应急管理

在全自动驾驶模式下，一旦列车门或者站台门的开关出现故障，若站台门系统不能根据具体情况采取及时有效的措施，将影响到乘客的上下车，从而影响整个线路的运营，甚至会造成严重后果。因此，当列车门或站台门出现故障时，站台门系统需对故障的门或站台门进行隔离处理，并及时提醒乘客在指定的位置上下车。这就是全自动驾驶模式下，站台门系统的对位隔离功能。

要实现站台门与列车门的对位隔离，需对每个门单元进行单独控制。具体工况如下：

（1）列车门发生故障，隔离站台门。列车的某个车门在出现故障不能打开时会被隔离；在列车到站停车后，站台门控制系统控制对应故障列车门的站台门单元保持锁闭，不参与开、关门作业；此时站台的其他站台门应正常打开，VOBC（车载控制器）也仍对其打开状态进行防护。

（2）站台门发生故障，隔离列车门。当某扇站台门门体发生故障或被人工锁闭时，站台门系统对该站台门单元进行隔离。列车在该站台停车后，与该侧站台故障门单元对应的列车门也保持锁闭，不参与开关门作业。

当站台门发生故障，需隔离列车门时，对位隔离功能实现步骤为：

（1）当单扇或几扇站台门发生故障不能打开时，站台门系统将故障门的信息通过信号网络接口报告给相应的连锁设备，并汇报给ISCS（综合监控系统），并在OCC（控制中心）的客运调度平台及维修平台上进行报警。

（2）故障站台门对应的故障指示灯点亮。

（3）连锁或ZC（区域控制）设备将站台门状态信息（包括正常门和故障门）发送给当前接近车站的列车的VOBC；VOBC将对应故障站台门的信息转发给TIMS（列车综合管理系统）。

（4）车辆通过车载PIS（乘客信息系统）触发相对应隔离车门上方的动态地图显示器，以显示此车门不打开信息，并点亮红色指示灯。

（5）列车进站停车后，VOBC分别向车辆和联锁设备发送打开车门指令和打开站台门指令，故障站台门对应的车门由TIMS控制不打开。

2 结语

站台门系统是乘客候车安全的屏障，也是全自动驾驶模式下车站自动控制设备的重要组成部分。从系统的安全性、可靠性、自动化及智能化等方面深入研究，建立全自动驾驶模式下的站台门系统全寿命周期管理系统，对于全自动驾驶技术的推动和发展具有重要意义。

［1］ 张艳兵，王道敏，肖衍.城市轨道交通全自动驾驶的发展与思考［J］.铁道运输与经济，2015（9）：70.

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