城市軌道交通信號(hào)平面布置圖設(shè)計(jì)

■ 鄭生全

1 概述

鐵路信號(hào)平面布置圖包括車站信號(hào)平面布置圖和區(qū)間信號(hào)平面布置圖，車站設(shè)有進(jìn)站信號(hào)機(jī)和出發(fā)信號(hào)機(jī)。城市軌道交通線路及車站的布置與鐵路有所區(qū)別，多數(shù)車站沒(méi)有咽喉區(qū)，也無(wú)到發(fā)線，因此信號(hào)平面布置與鐵路也有區(qū)別。

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)幾乎都采用基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)CBTC，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中只強(qiáng)調(diào)設(shè)置道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)，工程應(yīng)用中結(jié)合CBTC系統(tǒng)的特點(diǎn)和保障模式下的降級(jí)運(yùn)營(yíng)要求，設(shè)置了出發(fā)信號(hào)機(jī)和區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)。

由于不同類型CBTC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念不同，業(yè)主和設(shè)計(jì)院對(duì)軌道交通運(yùn)營(yíng)及設(shè)計(jì)規(guī)范的理解程度不同，導(dǎo)致各條線路的信號(hào)平面布置不盡相同。下面分析幾個(gè)城市軌道交通信號(hào)平面布置的案例，意在提出比較合理的軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

2 道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)

2.1 單渡線區(qū)域的信號(hào)機(jī)布置分析

地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定ATC控制區(qū)的線路上應(yīng)設(shè)置道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)，因此，在單渡線區(qū)段的信號(hào)機(jī)多采用圖1（a）的布置。

圖1（a）是典型的帶有單渡線道岔的車站信號(hào)平面布置圖，S101、S102、S202、S301、S302為兩燈位出發(fā)信號(hào)機(jī)，S201為出發(fā)兼道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)，S204為區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)，S203、S205、S207為道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)。帶有道岔防護(hù)性質(zhì)的信號(hào)機(jī)采用三燈位信號(hào)機(jī)，三燈位信號(hào)機(jī)定位顯示為紅燈，兩燈位信號(hào)定位顯示綠燈。

現(xiàn)行的和即將頒布的地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中都沒(méi)有信號(hào)機(jī)顯示速度的規(guī)定，多數(shù)軌道交通線路信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)文件中也沒(méi)有規(guī)定信號(hào)機(jī)顯示速度的含義，只說(shuō)明：出發(fā)信號(hào)機(jī)和區(qū)間信號(hào)機(jī)開(kāi)放顯示綠燈時(shí)表明進(jìn)路開(kāi)放至下一信號(hào)機(jī)；道岔防護(hù)性質(zhì)的信號(hào)機(jī)開(kāi)放綠燈時(shí)表明進(jìn)路開(kāi)放至下一信號(hào)機(jī)，且進(jìn)路中的所有道岔都開(kāi)通直向；道岔防護(hù)性質(zhì)的信號(hào)機(jī)顯示黃燈時(shí)表明進(jìn)路開(kāi)放至下一信號(hào)機(jī)，且進(jìn)路中至少有一組道岔開(kāi)通側(cè)向；道岔防護(hù)性質(zhì)的信號(hào)機(jī)采用綠黃顯示時(shí)，表示開(kāi)放引導(dǎo)信號(hào)。

也有的線路將兩燈位信號(hào)機(jī)設(shè)置成三燈位信號(hào)機(jī)，都具備開(kāi)放綠黃引導(dǎo)信號(hào)的功能，其余顯示意義相同，其線路布置見(jiàn)圖1（b）。

圖1（a）、（b）的布置方式都是將每組渡線道岔采用4個(gè)信號(hào)機(jī)進(jìn)行防護(hù)，信號(hào)機(jī)的顯示都是開(kāi)放至下一架信號(hào)機(jī)。

根據(jù)城市軌道交通CBTC系統(tǒng)對(duì)列車進(jìn)路的控制方式，出發(fā)信號(hào)機(jī)和道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)作為進(jìn)路的終端時(shí)，需要設(shè)置保護(hù)區(qū)段（Overlap）。

根據(jù)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，將岔前和岔后都設(shè)置道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)，對(duì)城市軌道交通列車的運(yùn)行不太合適，下面分析S201和 S205信號(hào)機(jī)的顯示（見(jiàn)圖2）。

圖1 軌道交通信號(hào)平面布置示意圖

圖2 道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)布置示意圖

S205信號(hào)機(jī)開(kāi)放綠燈的條件是：進(jìn)路方向正確、T201道岔區(qū)段空閑并鎖閉、T0201站臺(tái)區(qū)段空閑、T202保護(hù)區(qū)段空閑。

如果是6輛編組列車，站臺(tái)區(qū)段長(zhǎng)度為120 m，保護(hù)區(qū)段長(zhǎng)度一般為50 m，道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)S205內(nèi)方的道岔區(qū)段長(zhǎng)度約為60 m，則S205信號(hào)機(jī)開(kāi)放綠燈，而防護(hù)的距離為230 m，按線路最高運(yùn)行速度為80 km/h，且制動(dòng)加速度按1.0 m/s2計(jì)算，制動(dòng)距離為247 m，S202和S205兩個(gè)信號(hào)機(jī)間的距離小于緊急制動(dòng)距離。而這2個(gè)信號(hào)機(jī)間的顯示沒(méi)有關(guān)系，即S202信號(hào)機(jī)顯示紅燈時(shí)S205信號(hào)機(jī)可以點(diǎn)綠燈。

雖然城市軌道交通在正常運(yùn)營(yíng)模式下為車載設(shè)備自動(dòng)控制列車運(yùn)行，但車載設(shè)備故障時(shí)應(yīng)以地面信號(hào)顯示行車，而綠燈的速度含義又不明確，這就有可能通過(guò)綠燈信號(hào)機(jī)的速度比較高，那么S205信號(hào)機(jī)的設(shè)置有潛在的不安全因素。另一方面，根據(jù)城市軌道交通聯(lián)鎖設(shè)備的進(jìn)路設(shè)置原則，當(dāng)開(kāi)放S201至S205信號(hào)機(jī)的進(jìn)路時(shí)，T201道岔區(qū)段要作為該進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段，201道岔鎖閉，T201區(qū)段空閑，并不能達(dá)到開(kāi)放S201信號(hào)機(jī)進(jìn)路的同時(shí)能利用201/203道岔反位的進(jìn)路而提高效率的目的。

由于S201信號(hào)機(jī)的開(kāi)放并不能表明列車是運(yùn)行到下一站還是到區(qū)間下一架信號(hào)機(jī)前停車，所以在車載設(shè)備故障情況下，司機(jī)要么詢問(wèn)調(diào)度員，要么只能低速行車，嚴(yán)重影響了故障情況下的行車效率。為解決這一矛盾，有些軌道交通線路增加了閃光顯示，即出發(fā)信號(hào)機(jī)閃綠燈時(shí)提示司機(jī)開(kāi)到下一站停車，只開(kāi)綠燈時(shí)是開(kāi)到區(qū)間下一架信號(hào)機(jī)前停車。

綜上所述，D205信號(hào)機(jī)的設(shè)置是沒(méi)有意義的，不能提高行車效率，而且按信號(hào)顯示行車時(shí)有潛在的不安全因素。由于在平面設(shè)計(jì)中布置了D205信號(hào)機(jī)，信號(hào)供貨商就要求在CBTC設(shè)備故障時(shí)列車只能按25 km/h的速度限速運(yùn)行，在信號(hào)系統(tǒng)的安全證書中增加了安全限制條件，而在ATP設(shè)備故障的情況下，按25 km/h的速度行車沒(méi)有效率保障，所以應(yīng)取消D205信號(hào)機(jī)設(shè)置。

針對(duì)地鐵平均站間距短和站臺(tái)是運(yùn)營(yíng)目標(biāo)停車點(diǎn)的線路及運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，司機(jī)在出發(fā)信號(hào)機(jī)開(kāi)放后將列車開(kāi)到下一站停車是安全且運(yùn)行效率最高的行車方式，故障模式下采用站間行車的模式是合適的。由于站間距短，站間行車也能做到3 min的行車間隔而旅行速度不受影響。若在點(diǎn)式模式下行車，區(qū)間不設(shè)置信號(hào)機(jī)，在出發(fā)信號(hào)機(jī)開(kāi)放的情況下，列車經(jīng)過(guò)出發(fā)信號(hào)機(jī)后就按完整的區(qū)間行車曲線運(yùn)行到下一站，更是最安全和最優(yōu)化的行車方式。

取消道岔前后的信號(hào)機(jī)，利用出發(fā)信號(hào)機(jī)防護(hù)道岔，當(dāng)信號(hào)機(jī)開(kāi)放時(shí)檢查道岔的狀態(tài)，待鎖閉道岔并開(kāi)放信號(hào)后將道岔鎖在規(guī)定的位置，能夠保證道岔的安全，且與設(shè)計(jì)規(guī)范也不矛盾。

為盡可能在區(qū)間不設(shè)置信號(hào)機(jī)，信號(hào)設(shè)計(jì)者與線路設(shè)計(jì)配合，將201/203道岔的布置方式改變，合理的線路配置和信號(hào)機(jī)平面布置見(jiàn)圖3。

城市軌道交通的車站站臺(tái)是運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)停車點(diǎn)，無(wú)論列車在點(diǎn)式ATP模式下運(yùn)行還是在聯(lián)鎖模式下運(yùn)行，列車自本站出發(fā)至下一站臺(tái)停車的站間運(yùn)行方式總是安全和高效的運(yùn)行模式，對(duì)于城市軌道交通平均1.2 km/h的站間距來(lái)說(shuō)，行車間隔是能夠達(dá)到3 min的，而且不影響旅行速度。

采用圖3的道岔和信號(hào)機(jī)布置方式，信號(hào)機(jī)統(tǒng)一采用三燈位，只布置出發(fā)信號(hào)機(jī)，定位為紅燈顯示，能夠防護(hù)道岔，也具備引導(dǎo)信號(hào)的顯示。信號(hào)機(jī)開(kāi)放指示列車開(kāi)到下一站，綠燈表示進(jìn)路中如果有道岔，則所有道岔都在開(kāi)通直向的位置，黃燈表示進(jìn)路中至少有一組道岔在開(kāi)通側(cè)向的位置。

2.2 停車線區(qū)域的信號(hào)機(jī)布置分析

在城市軌道交通線路設(shè)計(jì)中，每隔幾個(gè)車站就會(huì)設(shè)置故障列車停留線，且停車線的設(shè)計(jì)會(huì)根據(jù)車輛段和停車場(chǎng)的位置來(lái)配線，典型的停車線布置見(jiàn)圖4。

按照地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范在停車線區(qū)域設(shè)置道岔設(shè)防護(hù)信號(hào)機(jī)，有些項(xiàng)目采用了圖4所示的信號(hào)平面設(shè)計(jì)，各個(gè)道岔采用道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)包圍。這樣的布置在按照信號(hào)機(jī)行車時(shí)是沒(méi)有行車效率的。首先S106、S111信號(hào)機(jī)沒(méi)有任何用處。即便是以S106和S111信號(hào)機(jī)為終端的進(jìn)路不設(shè)置保護(hù)區(qū)段，在地鐵運(yùn)營(yíng)中也不會(huì)使用在以這2個(gè)信號(hào)機(jī)為終端進(jìn)路的同時(shí)，應(yīng)用其防護(hù)道岔反位同時(shí)作業(yè)進(jìn)路。如果這樣作業(yè)，在同一個(gè)區(qū)間存在同時(shí)相向運(yùn)行的列車，冒進(jìn)信號(hào)就會(huì)有發(fā)生正面沖突的可能。

對(duì)于S108信號(hào)機(jī)，由于離站臺(tái)較近，同樣存在S102信號(hào)機(jī)為紅燈時(shí)該信號(hào)機(jī)顯示綠燈，而兩信號(hào)機(jī)間的距離滿足不了制動(dòng)距離要求的問(wèn)題；同時(shí)受停車線長(zhǎng)度的限制，S108與S104信號(hào)機(jī)間的距離較近，約190 m，在點(diǎn)式ATP降級(jí)模式下，S108信號(hào)機(jī)預(yù)告信標(biāo)的設(shè)置必須讓列車在接近S104信號(hào)機(jī)前就降速，這樣在區(qū)間沒(méi)有追蹤的情況下也需低速運(yùn)行，降低了運(yùn)行效率，因此，S108信號(hào)機(jī)也不應(yīng)設(shè)置。同樣，S105信號(hào)機(jī)也影響區(qū)間在點(diǎn)式ATP降級(jí)模式下的運(yùn)行效率。

由于202/204道岔的設(shè)置是讓停車線的列車按正向運(yùn)行返回停車場(chǎng)或車輛段，所以S103反向信號(hào)機(jī)的設(shè)置也完全沒(méi)有必要。停車線區(qū)域合理的信號(hào)機(jī)設(shè)置見(jiàn)圖5。

圖3 渡線道岔合理設(shè)置示意圖

圖4 停車線布置示意圖

3 盡頭線信號(hào)機(jī)

城市軌道交通信號(hào)設(shè)備平面布置圖設(shè)計(jì)中，為提醒司機(jī)在降級(jí)及后備運(yùn)行模式下人工駕駛列車折返作業(yè)時(shí)不讓列車撞上滑動(dòng)車擋，在盡頭線的車擋處設(shè)置了常點(diǎn)紅燈的盡頭信號(hào)機(jī)，然而有些線路的信號(hào)平面布置圖中將安全線的車擋處布置了常點(diǎn)紅燈的盡頭信號(hào)機(jī)（見(jiàn)圖6）。

由于聯(lián)鎖進(jìn)路中不存在開(kāi)放S101信號(hào)機(jī)至安全線的進(jìn)路，在安全線處設(shè)置紅燈盡頭信號(hào)機(jī)，不能也沒(méi)有必要提醒司機(jī)在安全線的滑動(dòng)車擋前停車。如果列車使往安全線，那么列車已經(jīng)撞過(guò)了S101的紅燈信號(hào)，在安全線前也是無(wú)法停車的。安全線實(shí)際上也是避難線，在安全線處設(shè)置紅燈盡頭信號(hào)機(jī)完全是概念不清，應(yīng)將其取消，正確布置見(jiàn)圖7。

圖5 停車線區(qū)域信號(hào)平面布置示意圖

圖6 盡頭線信號(hào)機(jī)布置案例示意圖

圖7 盡頭線信號(hào)機(jī)合理布置示意圖

4 城市軌道交通信號(hào)平面布置圖設(shè)計(jì)建議

我國(guó)的城市軌道交通建設(shè)已經(jīng)走向了成熟階段，信號(hào)平面布置圖的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合CBTC系統(tǒng)的應(yīng)用情況，在CBTC模式下是以車載設(shè)備控制列車自動(dòng)運(yùn)行，CBTC模式下行車是主要運(yùn)行模式，設(shè)置信號(hào)機(jī)只是為降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)模式服務(wù)。因此不要盡可能多的考慮后備運(yùn)營(yíng)而布置過(guò)多的信號(hào)機(jī)，特別是用道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)將每組道岔包圍起來(lái)，是硬套規(guī)范的表現(xiàn)。地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中要求設(shè)置道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)，但并不是要求在岔前和岔后都設(shè)置信號(hào)機(jī)，應(yīng)根據(jù)城市軌道交通線路的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)布置信號(hào)機(jī)，簡(jiǎn)化信號(hào)機(jī)的布置，使進(jìn)路簡(jiǎn)單，符合移動(dòng)閉塞的設(shè)計(jì)理念。過(guò)多設(shè)置信號(hào)機(jī)，進(jìn)路過(guò)多，使整個(gè)CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響CBTC系統(tǒng)的可靠性。

綜上所述，城市軌道交通信號(hào)平面布置圖設(shè)計(jì)，應(yīng)以城市軌道交通車站間距短、站臺(tái)是運(yùn)營(yíng)目標(biāo)停車點(diǎn)、信號(hào)機(jī)是滿足降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)功能的特點(diǎn)為理念，站間行車是最安全、最合理和最有效的降級(jí)及后備運(yùn)營(yíng)方式。