全自動駕駛模式對地鐵工程造價的影響

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摘要：文章通過對全自動駕駛地鐵與有人駕駛地鐵之間全面整體的差異分析，劃分了主要差異因素，并分析了不同差異因素的主要新增功能和增強功能，進而得出相應(yīng)的工程造價指標差異數(shù)值，為分析全自動駕駛模式與有人駕駛模式地鐵工程造價的主要差異提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵項目；全自動駕駛；工程造價

0引言

近年來在世界軌道交通領(lǐng)域上全自動駕駛地鐵逐漸升溫，國外許多城市的地鐵均已引入了無人駕駛系統(tǒng)，如哥本哈根、洛桑、溫哥華、巴黎等等[1-2]。與傳統(tǒng)有人駕駛系統(tǒng)相比，全自動駕駛有利于提高系統(tǒng)安全性、可靠性、可用性，保障大客流軌道交通的安全運營，挖掘線路運營能力，優(yōu)化運營模式，提升線路自動化水平，降低運營人員的勞動強度，提升運營服務(wù)水平，因此全自動駕駛技術(shù)是國內(nèi)未來地鐵建設(shè)發(fā)展的趨勢和技術(shù)制高點，是我國地鐵發(fā)展的必然結(jié)果[2]。相比其他市政工程而言，地鐵工程涉及專業(yè)多、建設(shè)周期長、造價高，制約地鐵工程可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一就是其巨大的工程投資。而且相關(guān)方也高度關(guān)注引人全自動駕駛模式所帶來的地鐵工程投資差異。在此大背景下，研究全自動駕駛模式與傳統(tǒng)駕駛模式之間工程造價的差異意義重大。

1造價指標差異分析

相比傳統(tǒng)有人駕駛模式的地鐵，全自動駕駛地鐵不僅減少了人為誤操作，提升了運營組織的靈活性及運營效率，而且在舒適性與節(jié)能方面也有極大的改善，全面提升了地鐵的全自動化程度，真正實現(xiàn)了無人干預的無人駕駛地鐵運行模式。全自動駕駛系統(tǒng)是涉及到土建、設(shè)備系統(tǒng)的綜合性工程，需要線路、行車組織、車輛、信號、通信、綜合監(jiān)控、車輛基地等多個專業(yè)進行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)設(shè)計、緊密配合。基于全自動駕駛系統(tǒng)高安全性、高可靠性、高可用性的特點，這就對相關(guān)系統(tǒng)及土建工程提出了更高的要求，勢必會導致建設(shè)成本增加。無人駕駛模式地鐵與有人駕駛模式地鐵二者之間的主要差別在于地鐵車輛、通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、站臺門系統(tǒng)及車輛基地等，具體分析如下[3-4]：

1.1車輛

車輛是全自動駕駛地鐵系統(tǒng)的運動載體與核心，整個系統(tǒng)均需始終圍繞“如何實現(xiàn)車輛安全、可靠、高效的全自動運行”而展開。相比傳統(tǒng)有人駕駛系統(tǒng)，全自動駕駛系統(tǒng)車輛的功能需求主要是列車駕駛控制功能、列車停車控制功能、列車自動喚醒與休眠功能、車門/站臺門聯(lián)合控制功能、后備蠕動功能、廣播數(shù)據(jù)與傳輸功能、火災報警功能、障礙物監(jiān)測功能、遠程控制功能。與常規(guī)地鐵列車相比，全自動駕駛車輛主要變化詳見表1；全自動駕駛地鐵車輛新增功能及增強功能導致其比常規(guī)列車每輛車增加約150萬元。假設(shè)6B編組的地鐵線，初期配屬車30列，若采用全自動駕駛模式，則地鐵車輛購置費增加的工程投資約為150×30×6=27000萬元。

1.2信號系統(tǒng)

全自動駕駛相比傳統(tǒng)有人駕駛系統(tǒng)，對于信號系統(tǒng)的要求主要是提高硬件設(shè)備的冗余和可靠性，增加與全自動駕駛系統(tǒng)相關(guān)的駕駛模式和功能，增強與綜合監(jiān)控、站臺門等系統(tǒng)的接口功能，增加與車輛基地洗車機自動洗車的功能等；全自動駕駛的信號系統(tǒng)需要增加的設(shè)備配置主要包括：①站臺門兩端處和車站控制室IBP盤上增設(shè)關(guān)門按鈕；②正線停車線、車輛基地停車列檢庫增設(shè)精確停車應(yīng)答器，并配置列車在停車線休眠喚醒后的靜止列車定位應(yīng)答器或相關(guān)定位設(shè)備；③車載ATC設(shè)備增設(shè)休眠喚醒模塊，并增設(shè)車載ATC與車輛之間的冗余接口；④車輛基地增設(shè)ZC區(qū)域控制器設(shè)備、自動化區(qū)增加無線傳輸設(shè)備；⑤增設(shè)與車輛基地洗車機的接口；⑥信號系統(tǒng)增設(shè)與正線、車輛基地人員防護開關(guān)（SPKS）的接口。全自動駕駛信號系統(tǒng)主要變化詳見表2；全自動駕駛地鐵信號系統(tǒng)新增功能及增強功能導致其比傳統(tǒng)模式信號系統(tǒng)每正線公里增加約250萬元。假設(shè)6B編組的地鐵線，線路長30km，標準站間距，若采用全自動駕駛模式，則地鐵信號系統(tǒng)增加的工程投資約為250×30=7500萬元。

1.3通信系統(tǒng)

無論是全自動駕駛系統(tǒng)還是傳統(tǒng)有人駕駛系統(tǒng)的軌道交通線路，通信系統(tǒng)均由傳輸、公務(wù)電話、專用電話、無線通信、時鐘、廣播、視頻監(jiān)視、通信電源及接地、集中監(jiān)測告警等子系統(tǒng)組成。但相比傳統(tǒng)有人駕駛系統(tǒng)，關(guān)鍵的通信系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)采取冗余設(shè)計，提高系統(tǒng)的可用性和穩(wěn)定性，增強與其他系統(tǒng)的接口功能。全自動駕駛通信系統(tǒng)需要增加與車載乘客緊急對講的功能及后備控制中心，增強了視頻監(jiān)控的范圍和功能。全自動駕駛通信系統(tǒng)主要變化詳見表3；全自動駕駛地鐵通信系統(tǒng)新增功能及增強功能導致其比傳統(tǒng)模式通信系統(tǒng)每正線公里增加約30萬元。假設(shè)6B編組的地鐵線，線路長度30km，標準站間距，若采用全自動駕駛模式，則地鐵通信系統(tǒng)增加的工程投資約為30×30=900萬元。

1.4綜合監(jiān)控系統(tǒng)

相比傳統(tǒng)有人駕駛系統(tǒng)，采用全自動駕駛模式的線路，綜合監(jiān)控系統(tǒng)在完成常規(guī)軌道交通線路的所有功能的基礎(chǔ)上，還應(yīng)增加一套完整的后備控制中心，同時增加與增強相關(guān)系統(tǒng)的接口及聯(lián)動功能。全自動駕駛綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要變化詳見表4；全自動駕駛地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)新增功能及增強功能導致其比傳統(tǒng)模式綜合監(jiān)控系統(tǒng)每正線公里增加約30萬元。假設(shè)6B編組的地鐵線，線路長度30km，標準站間距，若采用全自動駕駛模式，則地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)增加的工程投資約為30×30=900萬元。

1.5站臺門系統(tǒng)

相比傳統(tǒng)有人駕駛系統(tǒng)，采用全自動駕駛模式的線路，站臺門系統(tǒng)在完成常規(guī)軌道交通線路的所有功能的基礎(chǔ)上，還應(yīng)實現(xiàn)站臺門滑動門與列車車門對位隔離功能。簡而言之，就是即將進站的地鐵車輛若發(fā)生故障，車門無法正常開啟，則進站停車時與該地鐵車輛故障車門相對應(yīng)的站臺門滑動門應(yīng)能保持鎖閉不開啟（即對位隔離）；相應(yīng)的，若車站內(nèi)的某一站臺門被人工鎖閉隔離或者發(fā)生故障無法正常開啟時，則所有進站的地鐵車輛與之對應(yīng)的車門均能保持鎖閉狀態(tài)，不參與停車時的開關(guān)門作業(yè)；上述功能通過信號系統(tǒng)與站臺門系統(tǒng)的接口實現(xiàn)。此外，為提高全自動駕駛模式下乘客上下車的安全性，相比常規(guī)軌道交通線路工程應(yīng)進一步增加防護安全措施，增設(shè)安全防護裝置。綜上，相比傳統(tǒng)有人駕駛系統(tǒng)，全自動駕駛的站臺門系統(tǒng)主要是增加了乘客防夾人檢測系統(tǒng)，與信號增加了車門、站臺門的對位隔離功能。全自動駕駛站臺門系統(tǒng)主要變化詳見表5；全自動駕駛地鐵站臺門系統(tǒng)新增功能及增強功能導致其比傳統(tǒng)模式站臺門系統(tǒng)，每個門單元增加約2萬元。假設(shè)6B編組的地鐵線，全線24個車站，若采用全自動駕駛模式，則每個車站的站臺門系統(tǒng)增加的費用約為6×8×2=96萬元，全線站臺門系統(tǒng)增加的工程投資約為96×24=2304萬元。

1.6車輛基地

相比傳統(tǒng)有人駕駛系統(tǒng)，車輛基地主要是結(jié)合全自動駕駛系統(tǒng)對場段的需求，優(yōu)化車輛段/停車場的站場、車庫線路的布局，增加相應(yīng)的隔離措施等。全自動駕駛系統(tǒng)車輛基地主要變化詳見表6；從表中可以看出，全自動駕駛地鐵的車輛基地新增功能和增強功能中相關(guān)信號、通信及綜合監(jiān)控等系統(tǒng)的變化已經(jīng)在前面的造價指標差異分析中考慮，單純針對車輛基地章節(jié)增加的造價主要體現(xiàn)在停車列檢庫的規(guī)模變化，導致房屋土建風水電的費用增加、分區(qū)增加的防護圍欄費用以及新增的門禁系統(tǒng)費用；相比傳統(tǒng)駕駛模式，全自動駕駛模式下車輛基地增加的投資約為（0.42萬元/m2×房屋增加面積m2+0.05萬/m×防護圍欄增加長度m+40萬/車輛段或停車場（增設(shè)的門禁系統(tǒng)））萬元，一般情況下，全自動駕駛模式下車輛段和停車場停車列檢庫的面積分別會增約2000~3000平米。假設(shè)6B編組的地鐵線，設(shè)有1個車輛段和1個停車場，采用全自動駕駛模式下，車輛段和停車場房屋分別增加3000平米，車輛段和停車場防護圍欄的長度分別增加5000m，則增加的工程投資約為0.42×3000×2+0.05×5000×2+40×2=3100萬元。綜上分析可知，全自動駕駛與傳統(tǒng)有人駕駛地鐵相比，造價差異情況主要在于上述分析的幾個方面，具體詳見表7；從表中也可以看出，表中所列差異當中，對造價影響最大的是車輛購置費以及信號系統(tǒng)增加的投資。通過表7所列的造價指標差異，結(jié)合具體地鐵項目相關(guān)設(shè)計資料，即可快速測算出采用全自動駕駛模式所增加的工程投資。

2結(jié)語

通過以上分析和研究，文章得出了全自動駕駛系統(tǒng)與傳統(tǒng)有人駕駛系統(tǒng)之間的地鐵工程造價指標的主要差異，其中信號系統(tǒng)與車輛系統(tǒng)的造價指標差異較大，是影響兩種模式之間造價差異的主要因素。文章所確定的主要造價指標差異公式，計算簡單，結(jié)果科學合理，具有較強的實用性，對于快速測算、定量比較全自動駕駛地鐵與有人駕駛地鐵兩種方案之間的工程造價差異，具有一定的理論與現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1]UITP.StatisticBrief_WorldMetroAutomation2016[R].Belgium：UITP,2016.

[2]路向陽，李雷，雷成健，馬偉杰，周開成.城市軌道交通全自動駕駛發(fā)展綜述[J].機車電傳動，2018（1）：6-12.

[3]謝正媛，李月.城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2018，36（2）：53-54.

[4]冉杰.城市軌道交通全自動駕駛通信系統(tǒng)設(shè)計方案[J].鐵道通信信號，2018，54（2）：89-91.

作者:王文偉 單位:中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司