武漢軌道交通1號(hào)線ATC后備信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)改造

張 薇

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063）

1 概述及問(wèn)題提出

武漢市軌道交通1號(hào)線一期正線10.2?km的線路,設(shè)10座車站,2004年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)；二期工程在一期基礎(chǔ)上再向東西兩端延伸18.9?km，新增車站16座，2010年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。

1號(hào)線正線信號(hào)系統(tǒng)采用THALES公司（原名ALCATEL）的Seltrac?MB基于交叉感應(yīng)電纜環(huán)線通信的移動(dòng)閉塞ATC信號(hào)系統(tǒng)。Seltrac?MB系統(tǒng)由系統(tǒng)管理中心（SMC）子系統(tǒng)、車輛控制中心（VCC）子系統(tǒng)、車載控制器（VOBC）和車站控制器（STC）組成。1號(hào)線THALES信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。

THALES原有的Seltrac?MB移動(dòng)閉塞ATC系統(tǒng)無(wú)后備運(yùn)營(yíng)信號(hào)設(shè)備，在國(guó)內(nèi)武漢軌道交通1號(hào)線的應(yīng)用根據(jù)國(guó)內(nèi)的要求開(kāi)發(fā)了一套計(jì)軸站間閉塞后備運(yùn)營(yíng)信號(hào)系統(tǒng)：采用計(jì)軸設(shè)備與車站聯(lián)鎖設(shè)備完成聯(lián)鎖功能和站間自動(dòng)閉塞功能，確保列車運(yùn)行的安全。設(shè)備配置比較簡(jiǎn)單，在車站設(shè)置出發(fā)信號(hào)機(jī)完成站間行車的功能，車站聯(lián)鎖設(shè)備保證在后備運(yùn)營(yíng)模式下道岔的安全控制。

在后備模式下，列車運(yùn)營(yíng)由司機(jī)根據(jù)信號(hào)顯示行車來(lái)保證列車運(yùn)行的安全。后備系統(tǒng)用于VCC故障情況、運(yùn)營(yíng)特殊需要時(shí)使用。在保證安全的前提下，保證了一定的運(yùn)輸能力。它由STC、信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)及計(jì)軸設(shè)備構(gòu)成。

當(dāng)VCC故障、或中央SMC與VCC的通道故障、或VCC與STC及FID的傳輸通道故障時(shí)，可后退至SMC子系統(tǒng)通過(guò)中央或車站設(shè)置進(jìn)路，STC完成簡(jiǎn)單聯(lián)鎖的方式控制列車進(jìn)路。

當(dāng)需要人工駕駛時(shí)，通過(guò)人工“辦理”（MRR）的方式，在檢查符合聯(lián)鎖條件的情況下開(kāi)放有關(guān)信號(hào)。如果道岔處在“直向”進(jìn)路位置，并且至下一架信號(hào)機(jī)的所有計(jì)軸軌道區(qū)段都空閑等聯(lián)鎖條件均具備的情況下，則將道岔鎖閉后，信號(hào)機(jī)開(kāi)放綠燈。如果進(jìn)路中有道岔開(kāi)通“側(cè)向”位置，并且至下一信號(hào)機(jī)的變更進(jìn)路上的所有計(jì)軸軌道區(qū)段都空閑，則將道岔鎖閉后，信號(hào)機(jī)開(kāi)放黃燈。如果“直向”進(jìn)路、“側(cè)向”進(jìn)路都未設(shè)置，或進(jìn)路上的某個(gè)軌道區(qū)段處于占用狀態(tài)，或收到SMC?“紅燈命令”，則信號(hào)將開(kāi)放紅燈。

在禁止信號(hào)“紅燈”不能點(diǎn)亮的情況下，不允許開(kāi)放任何允許信號(hào)。開(kāi)放的允許信號(hào)實(shí)時(shí)檢查聯(lián)鎖條件（如道岔位置、鎖閉狀態(tài)、計(jì)軸軌道空閑、敵對(duì)進(jìn)路等），任何聯(lián)鎖條件丟失時(shí)，已開(kāi)放的信號(hào)將關(guān)閉，并有相應(yīng)的報(bào)警指示。在故障恢復(fù)后，只有人工命令才能重新開(kāi)放此信號(hào)。

1號(hào)線一期工程后備信號(hào)系統(tǒng)是對(duì)主系統(tǒng)的補(bǔ)充和完善，在正常情況下，主系統(tǒng)的工作完全不受后備系統(tǒng)影響。結(jié)合Seltrac?MB系統(tǒng)對(duì)道岔的控制方式，配備了簡(jiǎn)單、安全、實(shí)用的站間自動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)，僅在車站設(shè)置出發(fā)信號(hào)機(jī)，在檢查區(qū)間空閑和道岔位置正確，并將道岔安全鎖閉在固定的位置后，開(kāi)放相應(yīng)的信號(hào)，指示司機(jī)按信號(hào)顯示方式行車，保證行車安全。

問(wèn)題的提出：在武漢軌道交通1號(hào)線二期工程實(shí)施過(guò)程中，運(yùn)營(yíng)單位對(duì)一期工程的后備信號(hào)系統(tǒng)提出了升級(jí)改造的要求——在后備運(yùn)營(yíng)模式下，要求為站間自動(dòng)閉塞信號(hào)設(shè)置保護(hù)區(qū)段，以保證人工駕駛操作時(shí)的運(yùn)營(yíng)安全。

2 后備信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)改造方案

針對(duì)運(yùn)營(yíng)提出的要求，設(shè)計(jì)最初的方案是改造THALES系統(tǒng)，修改系統(tǒng)軟件輸出信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的AJ、HJ、LJ、UJ條件，由軟件保障信號(hào)機(jī)開(kāi)放時(shí)設(shè)置保護(hù)區(qū)段，軌旁的信號(hào)機(jī)及顯示不做修改。但在與系統(tǒng)商的技術(shù)談判過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，THALES固有的信號(hào)系統(tǒng)在同一VCC及不同VCC下的STC之間都無(wú)法實(shí)現(xiàn)通信，為實(shí)現(xiàn)后備信號(hào)系統(tǒng)的升級(jí)必須較大范圍地修改其正線ATC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該方案不利之處：一是造價(jià)極高；二是因系統(tǒng)軟/硬件修改、系統(tǒng)安全需重新驗(yàn)證使得工期無(wú)法得到保證。

在此情況下，經(jīng)過(guò)反復(fù)比選和多方論證，最后確定放棄修改THALES系統(tǒng)方案，采用造價(jià)低且易于實(shí)施的、在系統(tǒng)外部加設(shè)繼電電路的后備信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)改造方案：對(duì)既有一期工程后備信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行改造——站間架設(shè)站間聯(lián)系電纜，修改既有室內(nèi)外電燈電路、采集電路等；對(duì)二期工程后備信號(hào)系統(tǒng)在一期方案基礎(chǔ)上進(jìn)行直接升級(jí)、加設(shè)的外部繼電電路與THALES?信號(hào)系統(tǒng)同步建設(shè)實(shí)施。

后備信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)改造方案中信號(hào)機(jī)的顯示機(jī)構(gòu)與一期工程相同。信號(hào)機(jī)設(shè)置為四燈位組合機(jī)構(gòu)，自上而下的燈位為黃、綠、紅、藍(lán)。原方案顯示含義如下。

藍(lán)燈——表示系統(tǒng)運(yùn)行在自動(dòng)模式下，列車以ATO模式或ATP監(jiān)督模式行駛，列車運(yùn)行不受信號(hào)機(jī)的限制。但對(duì)在后備模式下運(yùn)行的列車，藍(lán)燈為禁止自動(dòng)運(yùn)行信號(hào)，司機(jī)控制列車在信號(hào)機(jī)前停車。

紅燈——列車運(yùn)行在后備模式下，禁止列車越過(guò)該信號(hào)機(jī)。

綠燈——列車運(yùn)行在后備模式下，進(jìn)路鎖閉，且進(jìn)路中的所有道岔均開(kāi)通直向，允許列車以正常速度越過(guò)該信號(hào)機(jī)至下一站臺(tái)停車。

黃燈——列車運(yùn)行在后備模式下，進(jìn)路鎖閉，且進(jìn)路中至少有一組道岔開(kāi)通側(cè)向，允許列車以規(guī)定的速度越過(guò)該信號(hào)機(jī)至下一站臺(tái)停車。

增加保護(hù)區(qū)段后，增加綠黃顯示，升級(jí)改造后的后備信號(hào)系統(tǒng)顯示含義修改如下。

綠燈——列車運(yùn)行在后備模式下，進(jìn)路鎖閉，且進(jìn)路中的所有道岔均開(kāi)通直向，前方至少有兩個(gè)區(qū)間空閑，允許列車以正常速度越過(guò)該信號(hào)機(jī)至下一站臺(tái)停車。

綠+黃燈——列車運(yùn)行在后備模式下，進(jìn)路鎖閉，且進(jìn)路中的所有道岔均開(kāi)通直向，前方只有一個(gè)區(qū)間空閑，允許列車以規(guī)定速度越過(guò)該信號(hào)機(jī)至下一站臺(tái)停車。

藍(lán)燈、紅燈、黃燈的ATC系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)條件與顯示含義與一期保持一致。

3 后備信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)改造方案的實(shí)施

正線信號(hào)機(jī)的布置與一期相同。信號(hào)機(jī)的顯示機(jī)構(gòu)和ATC軟件顯示含義與1號(hào)線一期工程相同。ATC系統(tǒng)軟件采集輸出的AJ、HJ、LJ、UJ條件不變。信號(hào)機(jī)設(shè)置為四燈位組合機(jī)構(gòu)，自上而下的燈位為黃、綠、紅、藍(lán)。

根據(jù)1號(hào)線二期的工程實(shí)際，考慮到建設(shè)、運(yùn)營(yíng)及造價(jià)等因素，升級(jí)改造電路修改方案的實(shí)施：一期軌旁封閉的U燈因LU顯示需開(kāi)放，室外需加電纜芯線；室內(nèi)增加UDJ防雷組件；一期信號(hào)機(jī)（前方直向有信號(hào)機(jī)）增加X(jué)HQC組合；增加UDJ組合；STC站間增加信號(hào)機(jī)站聯(lián)接口電路；增加信號(hào)機(jī)站聯(lián)組合；修改DJ采集電路；修改信號(hào)機(jī)斷絲報(bào)警電路及室內(nèi)外配線。

一期工程信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈條件AJ、HJ、LJ、UJ條件由ATC系統(tǒng)輸出并采集監(jiān)測(cè)，一期工程原信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路如圖2所示。

升級(jí)改造后同一STC下信號(hào)機(jī)顯示實(shí)施方案：增加UDJ以增加LU顯示,利用本站范圍內(nèi)前方信號(hào)機(jī)AJ、HJ、LJ、UJ條件，利用繼電電路搭建修改本架信號(hào)機(jī)L、LU開(kāi)放條件。一期改造及二期升級(jí)后信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路如圖3所示。

升級(jí)改造跨站不同STC下信號(hào)機(jī)顯示實(shí)施方案：增加UDJ以增加LU顯示,增設(shè)站聯(lián)電路及電纜傳遞不同STC控制下的信號(hào)機(jī)AJ、HJ、LJ、UJ條件，利用繼電電路搭建前方信號(hào)機(jī)HUJ、LUJ條件。

搭建繼電電路修改本架信號(hào)機(jī)L、LU開(kāi)放條件。一期改造及二期升級(jí)后信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路如圖4所示。

一期改造及二期升級(jí)后，在即有U顯又有LU顯的信號(hào)機(jī)要修改DJ的采集條件（UJ吸起檢查UDJ，UJ落下檢查DJ），同時(shí)還應(yīng)修改對(duì)應(yīng)的各信號(hào)機(jī)燈絲報(bào)警室內(nèi)、外配線電路及配線，此處略。

4 該升級(jí)改造方案的利弊

該升級(jí)改造方案弊端：

1）后備系統(tǒng)升級(jí)改造后，ATC軟硬件未變，但后備模式下，ATS與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際顯示不一致，即當(dāng)室外信號(hào)機(jī)顯示LU時(shí)，ATS顯示L，運(yùn)營(yíng)調(diào)度人員操作時(shí)需注意。

2）LU顯示時(shí)，L燈與U燈相鄰顯示，有違國(guó)鐵規(guī)范相關(guān)要求。

3）以整個(gè)站間作為保護(hù)區(qū)段，雖保證了行程安全，但降低了效率。

該升級(jí)改造方案優(yōu)點(diǎn)：

1）二期是一期的延伸線，二期后備信號(hào)系統(tǒng)與一期后備信號(hào)系統(tǒng)一致，組成完整的一號(hào)線后備信號(hào)系統(tǒng)。一期與二期信號(hào)系統(tǒng)在線路上不存在運(yùn)營(yíng)邊界，全線信號(hào)顯示意義一致，消除了安全隱患。

2）不受正線ATC系統(tǒng)到貨、安裝、調(diào)試的影響，在ATC系統(tǒng)未能完全投入運(yùn)營(yíng)時(shí)，系統(tǒng)可以后備模式先期投入運(yùn)營(yíng)，工期得到保證。

3）提高可靠性。在ATC系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)后，當(dāng)ATC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，保障系統(tǒng)在后備模式下繼續(xù)運(yùn)營(yíng)，同時(shí)保證了非通信列車在線路上的安全運(yùn)營(yíng)

4）?因ATC系統(tǒng)不變，采用傳統(tǒng)繼電電路使造價(jià)增加不多。符合節(jié)省投資的要求。

5）?滿足武漢地區(qū)軌道交通網(wǎng)在后備模式下跨線運(yùn)營(yíng)的構(gòu)想。當(dāng)整個(gè)武漢地區(qū)軌道交通形成線網(wǎng)后，不同線路間的聯(lián)通聯(lián)運(yùn)及資源共享的需求問(wèn)題將凸現(xiàn)，在目前不同ATC信號(hào)系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)跨線運(yùn)營(yíng)的情況下，可考慮各線在后備信號(hào)系統(tǒng)模式下，不計(jì)車輛編組形式，以地面信號(hào)為主體信號(hào)，實(shí)現(xiàn)列車的臨時(shí)跨線運(yùn)營(yíng)。

總而概之，該升級(jí)改造方案利大于弊。

5 升級(jí)改造后的后續(xù)使用情況

1號(hào)線采用的具有保護(hù)區(qū)段的站間計(jì)軸自動(dòng)閉塞后備系統(tǒng)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用，不影響ATC系統(tǒng)的正常工作。

在局部后退模式下，該后備系統(tǒng)在一期時(shí)存在一定問(wèn)題，如黃浦站的折返、列車由MRR區(qū)重新進(jìn)入AUTO區(qū)需停車切換駕駛模式，這些問(wèn)題在保證系統(tǒng)安全的前提下，已在二期工程信號(hào)系統(tǒng)實(shí)施中完善解決。

1號(hào)線后備信號(hào)系統(tǒng)一期的10個(gè)站改造與二期16個(gè)站升級(jí)，與二期工程ATC系統(tǒng)同步建設(shè)實(shí)施，并于2010年全線一次性全功能開(kāi)通，運(yùn)營(yíng)至今，該后備系統(tǒng)僅在系統(tǒng)調(diào)試期間、環(huán)線出現(xiàn)故障時(shí)啟用過(guò)若干次，運(yùn)行情況良好。

運(yùn)營(yíng)人員定期在階段性運(yùn)營(yíng)周期末的半小時(shí)，將信號(hào)系統(tǒng)切換到全后退模式，測(cè)試運(yùn)行情況良好。

結(jié)論：該ATC后備系統(tǒng)升級(jí)改造實(shí)施方案經(jīng)濟(jì)合理可行。