城市軌道交通信號系統初期開通方案淺析

甘 勇,彭傳賢,盧小軍

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司通信信號設計研究處,武漢 430063)

城市軌道交通信號系統初期開通方案淺析

甘 勇,彭傳賢,盧小軍

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司通信信號設計研究處,武漢 430063)

信號系統是城市軌道交通機電系統中的關鍵系統,其初期開通方案對城市軌道交通的運營影響重大。從降級開通和過渡開通兩方面闡述信號系統的初期開通方案,并介紹各開通方案的具體實現方式,最后從實現功能、實施條件及方式、優缺點等方面對各開通方案作對比分析,可為城市軌道交通信號初期開通方案的確定提供借鑒。當開通周期較長而運營要求不高的情況下可選擇降級方案運營開通;當開通時間緊迫的情況下,可以選擇過渡方案運營開通。

城市軌道;信號系統;開通方案;研究

目前,我國已經進入了城市軌道交通快速發展的新時期,多個城市獲得了國家有關建設城市軌道交通的批復,按目前每年開工建設100～120km線路的發展速度,到2020年我國建設城市軌道交通線路將達到6100km規模[1]。城市軌道交通信號系統是保證列車運行安全、實現行車指揮和列車運行現代化、提高運輸效率的關鍵系統設備。信號系統在軌道交通建設中具有自身特殊性,一般情況下信號系統建設周期較長,而現在城市軌道交通項目建設速度快、工期緊,如何保證開通運營,盡快產生社會效益和經濟效益,是值得研究的。本文將從降級開通與過渡開通兩方面進行探索,為同類工程提供借鑒。

1 研究依據

根據《城市軌道交通工程項目建設標準》(建標104—2008)[2]第六十一條:“采用分段建設、分段投入的初期運營線路,或改擴建線路,在線路較短、行車密度不大(15對/h以下)的情況下,可設置臨時過渡信號,其涉及行車安全的設備,應遵循故障-安全原則。”及其附件《城市軌道交通工程項目建設標準條文說明》第六十一條:“臨時過渡信號是指在一段時期內使用的非正式運營用信號設備,用以輔助運營和指示司乘人員行車的信號設備。由非正式運營至正式運營的時間不應過長,為保證過渡期間的行車安全,使用的聯鎖等信號設備也必須遵從故障導向安全的原則。規定中的行車密度不大,是以可實現站間閉塞的行車間隔為基本要求。”因此,在城市軌道交通初期運營中,信號系統可以采用降級或過渡方案開通運營。

2 方案研究

2.1 降級方案

2.1.1 CBTC建設模式下聯鎖級降級開通方案

在城市軌道交通項目立項后,若至開通試運營只有半年至1年的建設時間,可以采用CBTC系統聯鎖級降級開通,僅開通聯鎖功能,列車按站間閉塞方式行車。設備配置如圖1所示。

圖1 CBTC系統的聯鎖級設備配置示意

設備配置按CBTC系統分步建設實施,車站僅需配置聯鎖系統,軌旁設備可按CBTC系統全功能所需一次安裝到位,工期不夠時,也可僅配置實現站間閉塞所需的信號機、計軸等設備,軌旁AP箱、應答器等暫不實施,待CBTC系統建設時實施。列車在聯鎖系統防護下實現站間閉塞行車,車載無ATP保護功能,列車行車安全靠人工調度及司機保證,CBTC全功能后續開通。該方案屬于CBTC系統功能逐步開通,無需增加額外的過渡設備,不會導致硬件設備的投資增加,但系統開通試運營后,CBTC全功能建設的調試環境相對復雜,整體實施工期會相對較長。

2.1.2 點式ATP降級開通方案

在城市軌道交通項目立項后,若至開通運營有一年以上的建設時間,則可以采用CBTC系統點式ATP降級開通方案,列車按自動閉塞方式行車,其設備配置如圖2所示。

圖2 CBTC系統的點式ATP方案設備配置示意

在聯鎖級基礎上,配置軌旁ATP設備、ATS設備、應答器和相應的車載設備,使系統具備點式ATP功能,軌旁AP箱暫不實施,待CBTC系統建設時實施。該方案屬于CBTC系統功能逐步開通,具備ATP防護功能,無需增加額外的過渡設備,不會導致硬件設備的投資增加,但系統開通試運營后,CBTC全功能建設的調試環境相對復雜,整體實施工期會相對較長,而且按時開通點式ATP的功能也有一定風險。

2.1.3 降級方案比較(表1)

2.2 過渡方案

在開通時間很緊,降級方案難以滿足運營需求時,根據土建條件,考慮列車限速、線路長度、列車停站時分、列車啟停、線路限速及列車常規檢查等因素,合理設置列車行車間隔,可以采用以下過渡方案開通運營。

2.2.1 “拉風箱”式開通方案

采用非追蹤運營模式,即上下行兩線分開,每條線一列車穿梭運營,設備配置如圖3所示。

圖3 全線道岔釘閉開通方案設備配置示意

開通運營方案如下:(1)全線無需設置信號設備,僅在兩端頭站進站口設置類似國鐵的列車接近標志或預告標志;在限速點設置限速警告標志,以提醒司機減速進站和正確駕駛列車;列車運行的安全由車站值班員和司機共同保證;(2)全線道岔釘閉;(3)采用此方案過渡,在CBTC系統建設期間需維持1.5年左右的時間,需要注意對釘閉道岔及鎖定狀態的檢查。

2.2.2 聯鎖系統開通方案

當CBTC系統實施存在問題時,可在兩端車站設置與CBTC系統不兼容的聯鎖系統,列車運行可采用站間閉塞模式(圖4)或自動閉塞模式(圖5)2種。

圖4 站間閉塞模式下聯鎖設備配置示意

圖5 自動閉塞模式下聯鎖設備配置示意

2種模式都是在兩端車站設置聯鎖系統,保證站內進路安全,但列車在區間的運行狀況得不到監控,行車安全還需人工調度及司機來保證。不同的是前者僅在兩端車站范圍設置計軸設備(或其他列車占用監測設備),檢測列車的占用;后者在前者的基礎上,在區間增設計軸和信號機(可按CBTC系統要求設計)。過渡期間,逐步實施CBTC系統建設,待CBTC系統開通后將過渡信號的聯鎖廢棄設備拆除。過渡方案需投入聯鎖系統、電源設備、轉轍機、計軸等投資,當正式工程啟用后,聯鎖系統、電源設備(電源屏及UPS)及部分室內安裝工程需要廢棄。前者只考慮兩端車站的設置計軸設備,在后期區間安裝計軸設備時,會對軌道產生一定影響,需要對軌道進行二次調整,且需增相應的投資。

2.2.3 聯鎖和調度集中系統開通方案

基于自動閉塞模式下聯鎖設備配置,增配調度集中(CTC)系統。設備配置如圖6所示。

圖6 聯鎖加調度集中示意

信號系統方案如下:(1)采用國產計算機聯鎖系統及調度集中(CTC)系統作為過渡信號系統。過渡信號系統能保證站內進路安全,但列車運行的安全由調度員和司機保證,調度員能全程監控列車運行狀態; (2)過渡信號系統與CBTC系統不兼容,但軌旁設備可按CBTC系統的設計布置;(3)過渡期間,實施CBTC系統,待CBTC系統開通后將過渡信號的聯鎖室內設備和CTC設備拆除;(4)過渡系統需投入CTC、聯鎖、電源、轉轍機、計軸軌道電路設備等投資。當CBTC系統啟用后,CTC、聯鎖、電源設備(電源屏及UPS)及部分室內安裝工程需要廢棄。

2.2.4 聯鎖、調度集中系統和列車防護系統的開通方案

在聯鎖、調度集中系統的基礎上增加列車防護功能的開通方案,有以下2種實現方式。

方式一:聯鎖、調度集中系統和LKJ的開通方案,設備配置見圖7。

圖7 聯鎖+CTC+LKJ示意

方式二:聯鎖、調度集中系統和點式ATP的開通方案,設備配置見圖8。

圖8 聯鎖+CTC+點式ATP示意

2種方式的軌旁設備按CBTC系統設計,但方式一,在聯鎖和調度集中系統開通方案基礎上,還需增加LKJ設備,且需要對車載設備進行改造。當CBTC系統啟用后,除CTC、聯鎖、電源設備(電源屏及UPS)及部分室內安裝工程需要廢棄外,還需廢棄LKJ設備;方式二,在聯鎖和調度集中系統開通方案基礎上,還需增加有源、無源應答器、LEU設備及點式ATP車載設備。當CBTC系統啟用后,除CTC、聯鎖、電源設備(電源屏及UPS)及部分室內安裝工程需要廢棄外,還需廢棄LEU設備、并可能需要對點式ATP設備進行改造。

2.2.5 過渡開通方案比較

以線路長為18km、端頭為2個集中站、區間有1～2個集中站及全線25組道岔進行投資估算,詳見表2。

過渡開通方案的系統功能、實施方案、優缺點等比較見表3。

從表2、表3可以看出:“拉風箱”式運營方案投資最少,廢棄工程最少,但是完全由人工保證;聯鎖下的2種運營模式投資與廢棄工程相差不多,無ATP防護功能;聯鎖+CTC投資高,廢棄工程多,而且無ATP防護;聯鎖+CTC+LKJ、聯鎖+CTC+點式ATP2種模式投資與廢棄工程相差不多,具備一定的防護功能,但不成熟,開通周期較長。

表2 過渡開通方案投資對比萬元

表3 過渡方案實施及優缺點對比

3 結論

城市軌道交通是“現代城市交通的主動脈”,是現代城市公共交通系統的重要組成部分。城市軌道交通順利開通、安全穩定運營將會產生巨大的社會效益和經濟效益,信號系統初期開通方案的確定對工程順利開通有著重要影響。當周期較長而運營要求不高情況下可選擇降級方案運營,在開通時間緊迫情況下可選擇過渡方案。總之,城市軌道交通信號系統初期開通方案較多,應根據各地區、各條線路具體特點,綜合分析后,選擇合適的初期開通方案。

[1] 鄭惠強.城市軌道交通安全容不得半點大意[J].城市軌道交通研究,2012(5):20.

[2] 中華人民共和國建設部.建標104—2008 城市軌道交通工程項目建設標準[S].北京:中國計劃出版社,2008.

[3] 林瑜筠.城市軌道交通信號[M].北京:中國鐵道出版社,2010.

[4] 董昱.區間信號與列車運行控制系統[M].北京:中國鐵道出版社,2008.

[5] 甘勇.城市軌道交通信號專業與相關專業配合的思考[J].現代城市軌道交通,2012(1):52 -56.

[6] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.昆明市軌道交通首期工程初步設計·信號系統[Z].武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司,2010.

[7] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.昆明市軌道交通6號線一期工程施工圖·信號專業[Z].武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司,2011.

[8] 阮振鐸.鐵路信號設計與施工[M].北京:中國鐵道出版社,2008.

[9] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.昆明市軌道交通首期工程施工圖·信號系統[Z].武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司,2011.

[10]甘勇.UPS在城市軌道交通中的應用[J].科技傳播,2010 (8):170.

Analysis on Initial Opening Scheme of Signal System of Urban Rail Transit

GAN Yong, PENG Chuan-xian, LU Xiao-jun
(Communication and Signaling Department, China Railway Siyuan Survey and Design Group Co. , Ltd. ,Wuhan 430063, China)

As a key system in the electromechanical systems of urban rail transit,the signal system's initial opening scheme will cause significant influences upon the operation of urban rail transit.In the thesis,the initial opening scheme of the signal system is expounded from the downgraded mode and the transitional mode,then the specific implementation ways are described,finally comparative analysis is made about functions,implementation conditions and ways,advantages and disadvantages of opening schemes,which offers references for confirming the initial opening scheme in future.The thesis thinks that:when the opening is of a long cycle and the operations are less demanded,we may choose the downgraded mode;when the opening time is urgent,we may choose the transitional one.

urban rail transit;signalling system;opening scheme;research

U231+.7

A

1004 -2954(2012)11 -0110 -04

2012 -04 -01

甘 勇(1984—),男,助理工程師,2009年畢業于武漢紡織大學測控技術與儀器專業,工學學士。