石家莊市軌道交通3號(hào)線一期工程正線地下停車場(chǎng)ATS系統(tǒng)方案分析

王 鵬

(石家莊市軌道交通有限責(zé)任公司,050017，石家莊∥工程師)

石家莊市軌道交通3號(hào)線一期工程正線地下停車場(chǎng)ATS系統(tǒng)方案分析

王 鵬

(石家莊市軌道交通有限責(zé)任公司,050017，石家莊∥工程師)

介紹了石家莊市軌道交通3號(hào)線一期工程首開段石家莊站正線地下停車場(chǎng)概況。針對(duì)正線停車場(chǎng)的特殊運(yùn)營(yíng)需求,提出了相應(yīng)的ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控)系統(tǒng)列車運(yùn)營(yíng)調(diào)度實(shí)施方案,以實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)化收發(fā)車及折返作業(yè)的功能。對(duì)實(shí)際運(yùn)營(yíng)中可能出現(xiàn)的故障情況提出應(yīng)對(duì)方案。經(jīng)對(duì)方案的分析比選，編輯列車運(yùn)行圖并在ATS系統(tǒng)中增加調(diào)度功能的方案運(yùn)營(yíng)效果更好。

城市軌道交通; 石家莊市; 地下停車場(chǎng); 運(yùn)營(yíng)方案

1 研究背景及工程概況

1.1 研究背景

由于城市軌道交通車輛段/停車場(chǎng)每天要進(jìn)行大量的列車收發(fā)車作業(yè),因此,合理高效地組織列車在車輛段/停車場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)是行車調(diào)度的一項(xiàng)重要工作。

在傳統(tǒng)的車輛段/停車場(chǎng)內(nèi),列車運(yùn)行組織由車輛段/停車場(chǎng)ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控)系統(tǒng)和聯(lián)鎖共同完成。調(diào)度人員通過(guò)在車輛段/停車場(chǎng)內(nèi)的工作站操作來(lái)確定列車先后出車輛段/停車場(chǎng)的順序,并實(shí)現(xiàn)追蹤車組號(hào)。

北京地鐵7號(hào)線焦化廠車輛段采用自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)調(diào)度方案,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排列列檢庫(kù)內(nèi)的移庫(kù)列車進(jìn)路、停車列檢庫(kù)至轉(zhuǎn)換軌及轉(zhuǎn)換軌至停車列檢庫(kù)的列車進(jìn)路;可自動(dòng)完成并實(shí)現(xiàn)列車在正線和車輛段內(nèi)列車車組號(hào)的連續(xù)追蹤；能根據(jù)出入庫(kù)計(jì)劃自動(dòng)設(shè)置列車頭碼,并自動(dòng)觸發(fā)停車列檢庫(kù)至轉(zhuǎn)換軌之間的列車進(jìn)路和移庫(kù)列車進(jìn)路。不僅提高了車輛段出入庫(kù)運(yùn)行效率,而且減少了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。完全自主化的全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)也正在北京地鐵燕房線實(shí)施,其停車場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)喚醒及自動(dòng)休眠、自動(dòng)出入庫(kù)等功能,進(jìn)一步提升了自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)調(diào)度能力。

1.2 工程概況

石家莊市軌道交通3號(hào)線一期工程(以下簡(jiǎn)為“3號(hào)線”)計(jì)劃在2020年底全部開通并投入試運(yùn)營(yíng)。其首開段(小灰樓站—石家莊站)線路長(zhǎng)度為6.372 km,設(shè)車站6座，共配置8列列車,計(jì)劃于2017年開通試運(yùn)營(yíng)。目前，根據(jù)客流預(yù)測(cè)及3號(hào)線首開段位置,需要位于3號(hào)線線路中間段的首開段提前投入運(yùn)營(yíng)。然而，3號(hào)線車輛段位于線路的一端,因而3號(hào)線車輛段不能與首開段同期開通。經(jīng)過(guò)多方討論,為了滿足首開段前期運(yùn)營(yíng)的需求,決定在首開段端站(石家莊站)的站后區(qū)間設(shè)置地下停車線，用作簡(jiǎn)單的日常列車停放和檢修作業(yè)。對(duì)這種在正線區(qū)間設(shè)置的特殊形式停車場(chǎng),其設(shè)計(jì)合理的運(yùn)營(yíng)調(diào)度方案是當(dāng)前急需解決的重要問(wèn)題。

不同于獨(dú)立設(shè)置的車輛段/停車場(chǎng),石家莊站站后停車場(chǎng)設(shè)置在車站正線區(qū)間,與正線是密不可分的。因此,不能把地下停車場(chǎng)與正線獨(dú)立分開,用2套聯(lián)鎖分別進(jìn)行控制;而只能把地下停車場(chǎng)作為正線車站的一部分,納入正線的監(jiān)控調(diào)度范圍。此停車場(chǎng)不僅要完成基本的列車收發(fā)車作業(yè)，還要兼顧列車折返等相關(guān)正線運(yùn)營(yíng)作業(yè)。這對(duì)運(yùn)營(yíng)調(diào)度效率的要求更高。

3號(hào)線首開段在小灰樓站后設(shè)置站后折返線路,在石家莊站站后區(qū)間設(shè)正線停車場(chǎng)。正線停車場(chǎng)有6股道(每股道1列位)地下停車線(見圖1)。其中，3G、4G股道兼作終端折返線,1G、2G、5G、6G股道設(shè)置有檢修坑和檢修設(shè)備;而且5G股道還設(shè)置了檢修平臺(tái),可進(jìn)行簡(jiǎn)單日常檢修作業(yè)。試驗(yàn)段全日行車110對(duì)列車。其中，一般時(shí)段開行6對(duì)/h,行車間隔為10 min;臨近起始和結(jié)束運(yùn)營(yíng)時(shí)段開行5對(duì)列車/h,行車間隔為12 min。

圖1 石家莊站平面示意圖

2 ATS自動(dòng)運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 方案一

根據(jù)正線停車場(chǎng)的出車位置和庫(kù)線情況編輯列車運(yùn)行圖,并增加ATS系統(tǒng)調(diào)度功能。

2.1.1 編輯運(yùn)行圖

一般運(yùn)行圖編輯時(shí),正線連接至停車場(chǎng)轉(zhuǎn)換軌,出車位置僅對(duì)應(yīng)3條庫(kù)線，且在轉(zhuǎn)換軌處上傳車次號(hào)至車輛。而3號(hào)線正線停車場(chǎng)的出車位置對(duì)應(yīng)6條庫(kù)線,且在停車庫(kù)內(nèi)上傳車次號(hào)給車輛。因此運(yùn)行圖的編輯及調(diào)試有一定難度。

運(yùn)行圖編輯員在編輯基本運(yùn)行圖時(shí),可將正線停車場(chǎng)的停車股道作為鋪畫運(yùn)行圖的起/止點(diǎn)。每一條計(jì)劃線的起點(diǎn)和終點(diǎn)都可以連接到不同的存車股道,并作為列車出/入庫(kù)的依據(jù)(需運(yùn)營(yíng)考慮默認(rèn)的出入庫(kù)規(guī)律來(lái)創(chuàng)建基本圖)。這樣,每條存車線上列車的上線車次、上線時(shí)間、下線車次、下線時(shí)間都能從當(dāng)日計(jì)劃中獲取。于是ATS系統(tǒng)可直接根據(jù)修改后的運(yùn)行圖為每列列車分配車次、排列進(jìn)路、接車入庫(kù)。

2.1.2 自動(dòng)匹配車次

當(dāng)日的計(jì)劃運(yùn)行圖成功生成后，運(yùn)行圖即配置好每條存車線的列車上線車次及上線時(shí)間。ATS系統(tǒng)就可根據(jù)當(dāng)日計(jì)劃運(yùn)行圖為停車股道上的列車自動(dòng)匹配車次號(hào)。為自動(dòng)列車匹配車次號(hào)的時(shí)間可根據(jù)運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況進(jìn)行配置(例如首班車發(fā)車前15 min)。

當(dāng)列車成功自動(dòng)匹配車次號(hào)后,ATS系統(tǒng)會(huì)給車載設(shè)備發(fā)送計(jì)劃信息。列車升級(jí)到CBTC(基于通信的列車自動(dòng)控制)系統(tǒng)控制級(jí)別后會(huì)顯示該信息。

如果ATS自動(dòng)匹配車次時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的股道上沒(méi)有列車，或者由于其他未知原因造成ATS自動(dòng)匹配車次號(hào)失敗,則ATS系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警提示,需要人工確認(rèn)或進(jìn)行干預(yù)。本著人工設(shè)置優(yōu)于自動(dòng)設(shè)置的原則,如果ATS系統(tǒng)自動(dòng)匹配車次號(hào)之前,某列列車已經(jīng)被人工設(shè)置過(guò)車次號(hào),則系統(tǒng)不會(huì)再為該列列車自動(dòng)匹配車次號(hào)。

2.1.3 自動(dòng)觸發(fā)出場(chǎng)進(jìn)路

ATS系統(tǒng)為列車自動(dòng)匹配車次號(hào)之后,會(huì)根據(jù)計(jì)劃運(yùn)行圖,分別自動(dòng)觸發(fā)每列列車的出場(chǎng)進(jìn)路,使列車出庫(kù)上線運(yùn)行。

自動(dòng)觸發(fā)列車出場(chǎng)進(jìn)路的時(shí)間點(diǎn)可以根據(jù)運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況進(jìn)行配置。

如果由于故障或其他未知原因,ATS系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)列車列車出場(chǎng)進(jìn)路失敗,則系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警提示,要求由人工確認(rèn)或進(jìn)行干預(yù)。

2.1.4 自動(dòng)觸發(fā)回場(chǎng)進(jìn)路

ATS系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)日計(jì)劃運(yùn)行圖自動(dòng)觸發(fā)未回庫(kù)列車的回庫(kù)進(jìn)路。當(dāng)列車入庫(kù)后,ATS系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)清除回庫(kù)列車的車次信息,完成運(yùn)營(yíng)。

如計(jì)劃回庫(kù)的股道已有車占用，或由于其他未知原因造成ATS系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)列車回場(chǎng)進(jìn)路失敗,則系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警提示,要求人工確認(rèn)或進(jìn)行干預(yù)。

本著人工設(shè)置優(yōu)于自動(dòng)設(shè)置的原則,如果在ATS系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)列車回場(chǎng)進(jìn)路之前,人工修改了該列列車回庫(kù)目的地,則ATS系統(tǒng)會(huì)按人工設(shè)置的目的地自動(dòng)觸發(fā)進(jìn)路。

2.2 方案二

2.2.1 在停車場(chǎng)增加調(diào)度工作站

在3號(hào)線石家莊站正線停車場(chǎng)增加1臺(tái)正線調(diào)度工作站,且直接與石家莊站的ATS系統(tǒng)車站設(shè)備通信,以實(shí)現(xiàn)對(duì)正線停車場(chǎng)列車的調(diào)度管理。方案二的調(diào)度工作站連接示意圖見圖2。

圖2 方案二的調(diào)度工作站連接示意圖

此方案需在ATS系統(tǒng)中增設(shè)正線調(diào)度員角色。正線調(diào)度員的角色只能從正線調(diào)度工作站登錄,可以對(duì)正線停車場(chǎng)內(nèi)的列車進(jìn)行出入庫(kù)管理及核對(duì)或修改車組號(hào)的操作。本方案中的正線調(diào)度工作站與傳統(tǒng)設(shè)置的ATS系統(tǒng)車輛段調(diào)度工作站功能類似。

2.2.2 調(diào)度方案

每日運(yùn)營(yíng)開始前,調(diào)度員應(yīng)核對(duì)股道上的列車車組號(hào)與列車的實(shí)際停放情況是否一致,并在列車出發(fā)前人工設(shè)置列車的目的地碼(每列列車每天設(shè)置一次)。隨后ATS系統(tǒng)會(huì)根據(jù)目的地碼自動(dòng)觸發(fā)停車股道至正線的進(jìn)路,當(dāng)列車運(yùn)行進(jìn)入轉(zhuǎn)換軌后自動(dòng)為列車匹配車次號(hào)。

每日運(yùn)營(yíng)結(jié)束后,每列列車并不是固定地停在對(duì)應(yīng)股道上,而是根據(jù)列車運(yùn)營(yíng)情況及需要進(jìn)行的日檢情況來(lái)調(diào)整列車的停車股道。為使ATS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排列進(jìn)路進(jìn)行接車作業(yè),方案二中，結(jié)束運(yùn)營(yíng)的列車到達(dá)后,正線調(diào)度員為列車設(shè)置目的地碼(即該列車將進(jìn)入的停車股道),將計(jì)劃車改為頭碼車,之后ATS系統(tǒng)即可自動(dòng)觸發(fā)該列列車進(jìn)入該股道的進(jìn)路。

方案二將石家莊站3G及4G股道作為終端站的兩條折返軌,并默認(rèn)使用3G股道進(jìn)行折返。當(dāng)ATS系統(tǒng)處于控制中心自動(dòng)控制時(shí),ATS系統(tǒng)會(huì)根據(jù)運(yùn)行圖自動(dòng)觸發(fā)折入和折出進(jìn)路。控制中心自動(dòng)控制模式下的ATS系統(tǒng)具有3種折返模式:

(1) 折返模式一:只自動(dòng)觸發(fā)通往3G股道的進(jìn)路;

(2) 折返模式二:只自動(dòng)觸發(fā)通往4G股道的進(jìn)路;

(3) 折返模式三:通往3G股道或4G股道的進(jìn)路都可自動(dòng)辦理,ATS系統(tǒng)按當(dāng)時(shí)進(jìn)路辦理狀態(tài)自動(dòng)選擇1條股道觸發(fā)。

當(dāng)ATS系統(tǒng)采用車站控制模式時(shí),ATS系統(tǒng)會(huì)在現(xiàn)地控制工作站設(shè)置聯(lián)鎖級(jí)的自動(dòng)折返模式。自動(dòng)折返模式包括折返模式一(3G股道折返)、折返模式二(4G股道折返)、折返模式三(3G、4G股道交替折返)。

在運(yùn)營(yíng)中,由于3G、4G股道同時(shí)兼做折返軌和停車庫(kù)線,所以調(diào)度員為列車配置計(jì)劃時(shí)應(yīng)優(yōu)先安排這2個(gè)股道的列車上線運(yùn)營(yíng),運(yùn)營(yíng)結(jié)束時(shí)也應(yīng)最后入庫(kù)停車到這2個(gè)股道。可見，ATS系統(tǒng)的折返作業(yè)采用了傳統(tǒng)的處理方式。

2.3 方案比選

方案一與方案二對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 方案一與方案二對(duì)比

由表1可見,方案一中ATS系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)正線停車場(chǎng)自動(dòng)接發(fā)車的控制。其自動(dòng)化程度較高,不需要每天為每列列車設(shè)置目的地碼；而且,正常情況下也不需要人工干預(yù)。因而,3號(hào)線石家莊站正線停車場(chǎng)的ATS系統(tǒng)采用了方案一。

為了正常的組織運(yùn)營(yíng),應(yīng)在每天開始運(yùn)營(yíng)前核對(duì)存車線上實(shí)際停放的列車是否與ATS系統(tǒng)界面上顯示的一致；如不一致,則調(diào)度員可通過(guò)修改車組號(hào)使其一致。而且，每天開始運(yùn)營(yíng)前,還應(yīng)結(jié)合當(dāng)日計(jì)劃查看有發(fā)車任務(wù)的股道上是否已有列車準(zhǔn)備運(yùn)營(yíng)。

最終，3號(hào)線采用基于CBTC的移動(dòng)閉塞制式ATS系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)。地下停車場(chǎng)不需再增加調(diào)度工作站,而完全由中心ATS系統(tǒng)來(lái)完成調(diào)度工作。

3 結(jié)語(yǔ)

3號(hào)線首開段由于未單獨(dú)設(shè)置車輛段和停車場(chǎng),故在石家莊站站后區(qū)間正線設(shè)置了地下停車線，用作日常列車停放和檢修作業(yè)。本文從工程實(shí)際出發(fā),不僅分析了ATS系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)化收發(fā)車和折返作業(yè),還針對(duì)特殊情況提出了應(yīng)對(duì)方案。通過(guò)對(duì)方案的比較分析，選擇了具有調(diào)度功能、自動(dòng)程度較高，且能較好地滿足運(yùn)營(yíng)需求的方案一作為實(shí)施方案。

[1] 高健,程宏博.淺析沈陽(yáng)地鐵二號(hào)線渾南停車場(chǎng)行車組織運(yùn)作[J].企業(yè)文化,2013(4):119.

[2] 劉金瑞,陳燕.城市軌道交通車輛段信號(hào)及其顯示設(shè)計(jì)方案的比選[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2004(6):104.

[3] 符浩.關(guān)于正線停放列車合理性的分析[J].交通科技,2010(4):73.

[4] 王孔明,李芾.杭州地鐵1號(hào)線七堡車輛基地調(diào)度模式設(shè)計(jì)[J].城市軌道交通研究,2013(3):121.

[5] 步文亮,王洪昆,劉光濤.車輛段調(diào)車作業(yè)全過(guò)程自動(dòng)化的研究與實(shí)現(xiàn)[J].鐵道機(jī)車車輛,2007(3):44.

[6] 賈曉宏.地鐵車輛基地出入線接軌方案分析[J].城市軌道交通研究,2014(10):85.

Analysis of the Operation Schemes on Mainline Underground Parking Area of Shijiazhuang Metro Line 3

WANG Peng

By introducing the mainline underground parking area of the first-open section of Shijiazhuang metro Line 3, an automatic train supervision (ATS) scheme is put forward according to the special demand of operation that sets up the parking area on the mainline,in order to realize automatic train collection, departure and return operation, effectively process failures in practical operation.Through anaysis, the edition of train diagram and adding scheduling functions to ATS system will achieve good operation effect.

urban rail tnansit; Shijiazhuang City; underground parking area; operation scheme

Shijiazhuang Metro Co.,Ltd.,050017,Shijiazhuang,China

U 279.1: U 231

10.16037/j.1007-869x.2017.03.012

2015-12-14)