信號新技術(shù)在武漢地鐵2號線的工程應用

梁九彪 朱東飛

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司 武漢 430063;2.武漢地鐵集團有限公司 武漢 430030)

信號新技術(shù)在武漢地鐵2號線的工程應用

梁九彪1朱東飛2

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司 武漢 430063;2.武漢地鐵集團有限公司 武漢 430030)

介紹武漢地鐵2號線信號系統(tǒng)在設計過程中采用的多項信號新技術(shù)，包括自動化停車場、光線路自動切換保護系統(tǒng)、站間聯(lián)鎖條件復示、應答器設置疏散平臺、信號系統(tǒng)與防淹門接口、設置應急調(diào)度指揮中心等，其中一些技術(shù)在地鐵信號系統(tǒng)中首次應用。通過分析其技術(shù)應用特點，希望能對其他地鐵信號系統(tǒng)的工程應用提供借鑒。

武漢地鐵2號線;信號系統(tǒng)方案;新技術(shù);工程應用

武漢地鐵2號線一期工程線路北起漢口常青花園北端的金銀潭站，穿越長江隧道，南至光谷廣場站，線路全長約27.73 km，均為地下線路;正線車站21座，設置常青花園車輛段1座，在中山北路設停車場1座，在常青車輛段設綜合維修中心、培訓中心。2號線的控制中心設置在硚口路，與既有武漢軌道交通1號線共用控制中心，初期配置列車30列。

信號系統(tǒng)滿足初、近期6輛編組、遠期預留8輛編組的要求，初期行車間隔16對/h，近期行車間隔24對/h，遠期行車間隔30對/h，正線設計行車間隔不大于90 s，折返站的折返能力和車輛段、停車場的出入段能力應與正線行車間隔相適應。

武漢地鐵2號線一期工程于2012年底正式通車試運營。

1 信號系統(tǒng)方案

武漢地鐵2號線一期工程信號系統(tǒng)采用功能完備、技術(shù)先進的基于無線通信的列車自動控制(ATC)系統(tǒng)，正線信號系統(tǒng)采用CASCO/ALSTOM公司的Urbalis888移動閉塞ATC系統(tǒng)。CBTC系統(tǒng)由列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)(ATS)、列車自動防護子系統(tǒng)(ATP)、列車自動運行子系統(tǒng)(ATO)、計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)(CBI)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)(DCS)和維護支持子系統(tǒng)(MSS)組成［1］。武漢地鐵2號線的信號系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

2號線共設置7個設備集中站，分別為金銀潭站、長港路站、中山公園站、積玉橋站、小龜山站、廣埠屯站、光谷廣場站。2號線的信號系統(tǒng)共設置3套區(qū)域控制器(ZC)，其中正線設置2套ZC，分別位于金色雅園站和小龜山站，試車線設置1套ZC。全線設置1套線路控制器(LC)和1套數(shù)據(jù)庫存儲單元(DSU)，均設于小龜山站。7個正線設備集中站、中山北路停車場、常青花園車輛段及試車線各配置1套計算機聯(lián)鎖設備(CBI)。

2 信號新技術(shù)應用

2號線作為武漢第一條地鐵線路，為使武漢地鐵信號系統(tǒng)有一個高水平的技術(shù)起點，結(jié)合2號線跨越長江的線路特點，同時滿足運營維護要求，增強系統(tǒng)的可靠性，基于人性化設計理念，信號系統(tǒng)采用多項實用新技術(shù)，解決工程難點，在滿足運營需求前提下，為乘客提供更好的服務。

2.1 采用自動化停車場

武漢地鐵2號線在中山北路設置停車場，是全地下停車場。為提高列車運行效率，加快列車出入停車場能力，提升信號自動化水平，解決地面信號因結(jié)構(gòu)立柱的遮擋而影響信號顯示距離的問題，中山北路停車場采用自動化方式，停車場信號設備納入正線ATC系統(tǒng)，采用基于通信的移動閉塞信號系統(tǒng)設備(CBTC)，信號設備配置與正線集中站相同的設備，在停車場內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)與正線一致的ATO駕駛模式運行、自動按照計劃運行圖運行［2］，設計的自動化停車場目前處于國內(nèi)先進水平。

圖1 信號系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在中山北路停車場，調(diào)度人員通過停車場現(xiàn)地操作工作站建立出入庫計劃。根據(jù)出庫計劃，在司機操作的協(xié)助下，ATS子系統(tǒng)的時刻表觸發(fā)列車，啟動車載設備，在庫內(nèi)停車線上完成列車識別，系統(tǒng)根據(jù)列車識別號自動觸發(fā)該車的出場進路，并對列車進路進行防護，列車以ATO駕駛方式從中山北路停車場進入正線運營［3］。

列車完成正線服務后，根據(jù)入庫計劃以ATO駕駛方式從正線進入停車場，并進入指定的停車線停車，依據(jù)ATS子系統(tǒng)向列車車載設備發(fā)送的“休眠”命令，列車接收到命令后在司機協(xié)助下進入“休眠”狀態(tài)。

采用自動化停車場具有以下優(yōu)點:

1)停車場設有ATP/ATO設備，便于監(jiān)控列車運行、縮短列車出入正線的準備和轉(zhuǎn)換時間，提高列車運行效率;

2)對地面信號瞭望條件無特殊要求，解決了地下停車場立柱遮擋信號的顯示問題，以車載信號為主，信號對支撐地面建筑的立柱要求較低，便于地面商業(yè)開發(fā);

3)減少了停車場聯(lián)鎖與正線不同供貨商聯(lián)鎖設備間的繼電接口，提高了列車的管理效率;

4)在庫內(nèi)停車線上完成列車識別和列車投入正線運行的功能，無需在出車場和正線間設置轉(zhuǎn)換軌，實現(xiàn)駕駛模式的自動轉(zhuǎn)換;

5)正線和車場間為系統(tǒng)內(nèi)部接口，簡化了不同供貨商設備間的復雜接口方式;

6)自動化停車場的功能完備，預留車輛編組改造工程對既有運營影響較小。

2.2 采用光線路自動切換保護系統(tǒng)

在基于通信的移動閉塞CBTC信號系統(tǒng)中，信號系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)(DCS)尤為重要。為解決數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)(DCS)傳輸通道——光纖線路故障率高的難題，提高數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的可靠性，武漢地鐵2號線的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的物理保護機制采用了光線路自動切換保護系統(tǒng)(OLP)［4］，用于光纖連接保護，從而提高了信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴．敼ぷ骶€路的光纖損耗增大導致通信質(zhì)量下降或工作線路的光纖發(fā)生中斷時，用恢復機制作為第二道防線來對付網(wǎng)絡范圍的故障和失效，系統(tǒng)能夠自動實時地將光通信傳輸系統(tǒng)從工作光纖切換至備用光纖，實現(xiàn)光纜線路的同步切換保護，恢復通信暢通，達到增強通信網(wǎng)絡可靠性的目的［5］。此項技術(shù)在國內(nèi)地鐵信號系統(tǒng)中首次使用。

OLP光線路自動切換保護系統(tǒng)具有自動切換保護、光纖質(zhì)量實時監(jiān)測、主備路由應急調(diào)度功能，其原理見圖2。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)集中站間傳輸通道同時提供主備兩根光纜連至OLP，分別敷設在線路的上、下行線。這兩條主備光纜實現(xiàn)室外光纜傳輸?shù)耐耆哂啵琌LP將對主用接收到的光信號進行實時的光功率監(jiān)控，備用則用OLP內(nèi)部的光模塊以向外發(fā)射紅外線的方式進行監(jiān)控。當檢測到主用的光纖損耗增大或發(fā)生阻斷時，OLP將在其內(nèi)部進行切換［6］，將骨干網(wǎng)絡傳輸切換到備用光纜上，切換時間在50 ms以內(nèi)。在切換時間小于骨干網(wǎng)SDH傳輸設備檢測到光路損壞并切換到復用保護環(huán)所用時間的情況下，將保證骨干網(wǎng)SDH持續(xù)以環(huán)網(wǎng)模式傳輸［7］。

圖2 光線路自動切換保護系統(tǒng)原理

2.3 站間聯(lián)鎖條件復示

為保證信號系統(tǒng)在后備聯(lián)鎖模式下的運行可靠，避免數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(DCS)故障造成信號系統(tǒng)的徹底癱瘓，聯(lián)鎖設備在DCS設備正常的情況下，通過DCS設備傳輸信息，當DCS設備信息傳輸中斷時，聯(lián)鎖設備通過站間硬線條件的繼電接點復示，傳輸列車信號繼電器 LXJ、軌道繼電器 GJ、照查繼電器ZCJ、緊急停車按鈕繼電器 ESPJ等的信息［8］，完成正常的站間聯(lián)鎖功能，從而起到保證列車正常運行的作用。

2.4 應答器設置疏散平臺

圖3 應答器設置疏散平臺

信號系統(tǒng)的應答器安裝在兩軌間的排水溝上方，區(qū)間排水溝在緊急情況下作為乘客的疏散通道。為保證乘客的安全疏散，避免被應答器羈絆摔倒，在應答器上設置用玻璃鋼制作的疏散平臺安裝罩;疏散平臺安裝罩按臺階式設計，便于乘客在疏散時以走臺階方式通過而不是直接跨過，起到保證緊急情況下安全疏散乘客的作用。應答器設置的疏散平臺見圖3。此項保護措施首次在地鐵上應用，雖然列車開通初期可能對列車運行沒有影響，但隨著列車運營年限的增加，地鐵環(huán)境對疏散平臺產(chǎn)生腐蝕及振動，疏散平臺將會逐漸松動甚至脫落，威脅列車運行安全，因此應答器疏散平臺必須安裝牢固，同時要求運營維護人員加強巡檢，經(jīng)常檢查應答器疏散平臺的牢固性，及時緊固安裝螺絲，嚴防疏散平臺松動、脫落。

2.5 信號系統(tǒng)與防淹門接口

武漢地鐵2號線的線路下穿長江，如果下穿長江主航道的地鐵2號線區(qū)間隧道因突發(fā)事件破裂，長江水就會倒灌進入地鐵隧道和車站，進而造成威脅漢口、武昌的水災。為避免事故情況下災害范圍的擴大，根據(jù)2號線的車站設置，在長江兩岸的江漢路站、積玉橋站的上下行線分別設置各2處、共4扇下落式防淹門。

為實現(xiàn)信號系統(tǒng)對防淹門的監(jiān)控，保證行車安全，武漢地鐵2號線聯(lián)鎖系統(tǒng)與防淹門系統(tǒng)進行接口，通過繼電接口方式實現(xiàn)。聯(lián)鎖系統(tǒng)通過采集繼電器接點，實現(xiàn)防淹門請求關(guān)閉按鈕信息、防淹門狀態(tài)信息的接收;并通過安全型繼電器，輸出同意防淹門關(guān)門的請求信息［9］。

信號聯(lián)鎖系統(tǒng)通過安全采集板，采集防淹門狀態(tài)繼電器的接點，以判斷當前防淹門的狀態(tài)。

如果未采集到防淹門的開啟狀態(tài)，則防淹門防護區(qū)域內(nèi)的信號機及防淹門的防護信號機就不允許開放。

當防淹門的操作員需要關(guān)閉防淹門時，按下相應的防淹門請求關(guān)閉按鈕;在聯(lián)鎖系統(tǒng)采集到請求關(guān)閉按鈕繼電器的接點狀態(tài)后，經(jīng)檢查確認過江隧道內(nèi)無車后，關(guān)閉相應的防淹門防護信號機以及防淹門防護區(qū)域內(nèi)的所有信號機，并輸出允許關(guān)門的繼電器信息;在防淹門系統(tǒng)采集到允許關(guān)門的繼電器接點后，可以實施關(guān)門操作［10］。

聯(lián)鎖系統(tǒng)收到防淹門請求關(guān)閉的信息后，如果防淹門的接近區(qū)域內(nèi)有車占用，在聯(lián)鎖模式下經(jīng)過判斷，列車出清防淹門的防護區(qū)段，經(jīng)檢查過江隧道內(nèi)無車后向防淹門控制臺發(fā)送同意關(guān)閉防淹門的信息，輸出允許關(guān)門的繼電器信息;在CBTC模式下，如果收到所有接近列車的停穩(wěn)信息，經(jīng)檢查過江隧道內(nèi)無車后，向防淹門發(fā)送同意關(guān)閉防淹門的信息，輸出允許關(guān)門的繼電器信息。防淹門系統(tǒng)采集到該允許關(guān)門的繼電器接點后，就可以實施關(guān)門操作。

2.6 設置應急調(diào)度指揮中心

為保證設在硚口路主控制中心的信號設備在故障情況下能正常運營，或保證穿越長江段的地鐵線路因故中斷時長江以南線路的有序行車調(diào)度，在長江以南的小龜山站設置有應急調(diào)度指揮中心設備，其行車調(diào)度控制功能與長江以北硚口路主控制中心一致，能夠?qū)崿F(xiàn)信號系統(tǒng)的所有監(jiān)控功能，并能滿足運營指揮使用的需要。當硚口路主控制中心信號設備故障或穿越長江段地鐵線路因故中斷需要應急控制時，設置在小龜山站的信號應急調(diào)度指揮設備可以繼續(xù)指導列車運行。

在小龜山站信號設備室增設ATS數(shù)據(jù)服務器、應用服務器、磁盤陣列、網(wǎng)關(guān)計算機等冗余配置設備，在應急控制室設置行車調(diào)度工作站、打印機等設備，完成上述狀況下的應急調(diào)度指揮功能。

3 結(jié)語

武漢地鐵2號線一期工程信號系統(tǒng)采用新技術(shù)，經(jīng)運營開通近一年的現(xiàn)場驗證，表明應用良好，達到了設計的目的和預期的效果，對提高運營效率和信號系統(tǒng)的可靠性、可用性作用明顯，乘客疏散通道體現(xiàn)了人性化設計。因此，希望2號線信號系統(tǒng)的新技術(shù)對其他工程的推廣應用具有很好的借鑒意義。

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Application of New Technologies of Signaling in Wuhan Metro Line 2

Liang Jiubiao1Zhu Dongfei2
(1.China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，Wuhan 430063;2.Wuhan Metro Group Co.，Ltd.，Wuhan 430030)

Abstract:Many new technologies were adopted in designing signaling system of Wuhan Metro Line 2, including automated depot, optical line auto switch protection system, inter station interlocking condition repeater, the transponder setting of evacuation platform, signal system and flood gate interface,emergency dispatch control center and so on. Some technologies were applied for the first time in metro signaling system. Authors analyzed technical characteristics of these applied technology and expected to offer references for other metro signaling projects.

Key words:new technology; signaling system; metro;engineering application

U231.7

A

1672－6073(2014)03－0112－04

10.3969/j.issn.1672 －6073.2014.03.027

收稿日期:2013－09－05

2014－01－18

作者簡介:梁九彪，男，大學本科，高級工程師，從事軌道交通信號研究設計工作，ljb611@126.com

(編輯:郭 潔)