完善行車限速標準提升線路通過能力

城市軌道交通信號專家_牛英明

完善行車限速標準提升線路通過能力

城市軌道交通信號專家_牛英明

隨著我國城市化建設進程，城市軌道交通取得了突飛猛進的發展,同時也帶動了信號技術進步。城市軌道交通所采用的先進的列車自動控制技術,為保障城市軌道交通運營安全、高效運營發揮了重要作用。以安全、正點、快速、便捷、舒適為特點的軌道交通運輸越來越成為乘客出行首選的交通工具，吸引越來越大的客流。與此同時，城市軌道交通系統也承擔了越來越大的壓力，不斷迎接越來越大的挑戰。如何在保障乘客行車安全的基礎上，進一步提高運營效率、提升客運服務水平、降低運營成本，是城市軌道交通面臨的重要而緊迫的課題。

信號系統是城市軌道交通列車運行的神經中樞，實時自動指揮并控制著列車安全、高效運行，而列車運行速度控制是列車自動控制的核心技術，不但可保障行車安全，而且可在運行安全的前提下最大程度地提高列車運行效率。列車運行效率不但取決于與信號系統功能和性能及控制方式，而且與軌道、車輛、結構、限界、運營管理模式等因素密切相關。

列車運行最高允許速度和列車運行最高限制速度是信號專業設計的重要依據，對于軌道交通的旅行速度、通過能力、折返能力等綜合指標具有重大作用。如何確定線路的最高運行速度、協調各相關專業的列車運行允許速度及限制速度指標，是地鐵設計中的重要內容。軌道限速標準應綜合相關專業要求、統一設計標準，避免因專業之間理解偏差導致降低旅行速度,增加配車數量。

近些年，越來越多的城市關注運營效率問題，紛紛出臺了適用本城市的技術規定并且采取了一些應對措施。但由于各城市研究存在一定的局限性，缺乏通用性，很難形成行業技術規范。城市軌道交通列車通信與運行控制國家工程實驗室成立以來，根據信號工程存在的軌道與列車運行限速問題組織了一系列的專題研究，過程中走訪了近10個城市，分析了標準存在的問題、提出了補充修改意見。大家一致認為：城市軌道交通限速標準的缺陷是影響列車運行效率的關鍵問題之一，亟待研究解決。

城市軌道交通列車運行限速標準應用概況

列車運行速度標準與應用

為規范城市軌道交通建設，中華人民共和國建設部、中華人民共和國國家發展和改革委員會和中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，分別于2008年發布了《城市軌道交通工程項目建設標準（建標104-2008）》（以下簡稱建標），2013年發布了《地鐵設計規范（GB50157-2013）》（以下簡稱地鐵設計規范）。建標和地鐵設計規范分別就列車運行速度進行了相關規定，特別是建標的第五章 運營組織與管理的第四十三條 提出“列車在正線上最高運行速度應與車輛設計最高速度相符合，并允許瞬間超速5km/h。”此條規定引出了列車允許運行速度和列車最高限制速度概念，緩解了因標準缺陷吃掉的部分運輸效率。

存在的問題

針對軌道限速與列車運行限制速度標準的專題研究，通過走訪北京、上海、廣州、深圳、成都、南京等多個城市和所提供的信息，不難看出存在著速度控制標準不統一、專業之間不協調、定義不夠規范、概念模糊，突出表現在以下幾個方面。

最高運行速度規定不統一

地鐵設計規范（GB50157-2013）（以下簡稱地鐵設計規范）有關最高運行速度條文解釋中第3.2.5條說明： “設計最高運行速度80km/h的含義，是指在正常運行狀態下，車輛技術條件可以滿足列車在區間連續使用80km/h的速度運行，并在實際運行過程中使用80km/h作為正常運行速度的系統。” 而在城市軌道交通工程項目建設標準（建標104-2008）（以下簡稱建標）的第五章 運營組織與管理的第四十三條 提出“列車在正線上最高運行速度應與車輛設計最高速度相符合，并允許瞬間超速5km/h。”

列車運行限速規定不夠系統

關于道岔限速

《建標》的第五章 運營組織與管理的第四十三條提出“列車通過曲線線路和道岔區宜按規定的限速運行”；在《地鐵設計規范》的第六章6.2.4規定60kg/m-1/9道岔的側向限速為35km/h；同樣是在地鐵設計規范中的7.3.4 要求“正線道岔直向允許通過速度不應小于區間設計速度，側向允許通過速度不宜小于30km/h。”

兩個標準均未明確提出道岔側向的最高運行速度，也未提供最高限制速度指標，而且指標不一致。

關于曲線限速

《建標》的第五章 運營組織與管理的第四十三條提出“列車通過曲線線路和道岔區宜按規定的限速運行”；在《地鐵設計規范》的第六章（線路）中的第6.2.1的第二條規定“最高速度限制應按式6.2.2.1-1計算，且不應大于列車最高運行速度”。

兩個標準均未明確提出小曲線半徑線路的最高運行速度，而且混淆了最高速度限制和列車最高運行速度標準。

站臺最高限制速度

《建標》的第五章 運營組織與管理的第四十三條 提出“三、列車進入站臺端的運行速度不宜大于55km/h 。”；在《地鐵設計規范》的第三章（運營模式）中的第3.3.7的第二條規定“進站列車進入有效站臺端部時的運行速度不宜大于60km/h”。

兩個標準不一致，用詞均采用“不宜”而不是“不應”，不能作為標準采用。

段內運行最高限制速度

《建標》的第五章要求“列車進入車輛段站場線路的運行速度不宜大于25km/h 。”缺少列車運行最高限制速度。

速度控制的邊界條件不清晰

a. 關于瞬間定義未明確：超出5km/h是指當超過80km/h則須采取緊急制動且在實施制動過程中的速度不可達到85公里/小時，還是允許超出80km/h運行但不允許達到85km/h;

b. 未說明允許瞬間超速的適用范圍，如：只限80km/h速度等級線路還是也適用100km/h速度等級及以上速度等級線路。

c. 缺少專業間限速關聯關系，造成設計不匹配，如：線路結構限速、車輛構造速度、車輛防護速度與列車最高限制速度、列車最高運行速度、列車運行最高巡航速度等之間的關聯關系不清晰，造成專業間重復預留安全防護余量，吃掉了運輸能力。

列車運行效率與速度控制標準研究

研究目的

為明確、統一城市軌道交通的線路、車輛、限界、信號等專業關于列車限制速度的概念和定義，建立正線、曲線、道岔、站臺等區域的列車最大限制速度設置的標準，釋放線路、車輛能力，避免因標準缺陷影響列車運行效率，城市軌道交通列車通信與運行控制國家工程實驗室于2016年邀請行業專家就城市軌道交通行車速度標準進行了研究，并編制了《城市軌道交通列車運行速度控制導則》。

研究原則

依據現行的國家標準《建標》、《地鐵設計規范》關于行車速度的相關規定和相關專業技術標準，補充、完善與列車運行速度控制條款，形成城市軌道交通列車運行速度控制導則。

1. 列車運行速度控制應滿足線路、車輛限速要求；

2. 根據研究基礎條件成熟程度，確定《導則》的適用范圍，根據研究進程不斷發展，如：120km/h以上時速的市域快軌暫不納入此次研究范圍。

3. 按照標準編寫的規范編制《導則》，以便與行業標準對接。

4. 盡量全面覆蓋列車運行速度等級；

5. 有關列車運行速度控制所涉及的各專業間定義和描述，應力爭全面、一致、明確，避免誤解；

6. 圖文并茂，有利于理解和實際應用。

研究成果

統一專業間速度關聯關系

限界、軌道、橋梁等基礎工程的構造速度與車輛的構造速度一致；線路最高限制速度應低于車輛的構造速度；列車最高限制速度應不超過線路最高限制速度；若車輛自身具備超速保護功能，應不影響列車自動防護系統控制列車運行。

明確了最高運行速度定義

車輛的最高運行速度與線路速度等級相匹配，作為運營組織的列車最高運行速度，其含義為車輛設計在額定超員載客時，在正常運營狀態下，可達到并保證連續持久運行的最高速度。列車自動控制系統應控制列車在規定的最高運行速度的調整范圍內巡航運行。

列車限制速度與列車最高運行速度

列車在正線上最高運行速度應與車輛設計最高速度相符合，并允許瞬間超速5km/h，即對于80 km/h速度等級的線路，列車運行最高限制速度為85 km/h；對于100 km/h速度等級的線路，列車運行最高限制速度為105 km/h。

車輛限制速度的要求

1. 列車運行最高限制速度應低于車輛構造速度；

2. 車輛最高運行速度應與線路速度等級規定的速度相一致；

3. 車輛最高運行速度可作為列車最高運行速度，信號系統可以此速度控制列車巡航運行；

4. 當列車運行速度上升至車輛最高運行速度后不應施加牽引，但允許列車惰行加速。

線路限制速度的要求

1. 線路基礎設計速度、車輛構造速度值應一致；

2. 線路允許最高運行速度可作為列車最高運行速度，信號系統可以此速度控制列車巡航運行；

表3-1 曲線線路限速表

3. 區間曲線線路限速應根據曲線半徑和超高，選用未被平衡橫向加速度（α）進行控制計算。在正常運行模式下，計算線路允許最高運行速度時，按α=0.4m/s2取值；計算線路最高限制速度時，按α=0.6m/s2取值。當曲線超高按最大值為120mm設置時，曲線線路限制速度按表3-1的規定確定；

4. 車站曲線線路限速應根據曲線半徑、超高、未被平衡橫向加速度（α）進行控制計算。在正常運行模式下，計算線路允許最高運行速度時，按α=0.3m/s2取值；計算線路最高限制速度時，按α=0.4m/s2取值。車站曲線的限制速度按表3-1的規定確定；

5. 車站區域未設站臺時的限速按照車站曲線限速確定，車站區域設站臺時的限速按照設置站臺門和不設置站臺門分別規定限速值；

6. 道岔側向限速應根據導曲線半徑、未被平衡橫向加速度（α）進行控制計算。在正常運行模式下，計算線路允許最高運行速度時，按α=0.5m/s2取值；計算線路最高限制速度時，按α=0.65m/s2取值，或按線路允許最高運行速度+5km/h計算。道岔的限制速度按表3-2的規定確定。

表3-2 道岔限制速度

列車運行控制速度

列車運行控制速度匯總表（見右表）。

列車運行控制速度匯總表

城市軌道交通列車運行速度控制導則推廣應用建議

為更好驗證《城市軌道交通列車運行速度控制導則》的成熟性、時效性，可選擇一條因速度標準不清晰造成運輸能力達不到設計標準的線路,進行實際測試。通過實測和評審，驗證標準推廣應用的實際效果。

實際測試可分以下幾個步驟進行∶

第一步按照《導則》規定，修改地面和車載列車控制程序，配置設計數據；

第二步進行室內測試和模擬仿真測試；

第三步安全評估；

第四步單車在線動車調試，檢驗安全制動距離、停車精度、列車運行的平穩性、運行作業時間。同時進行現場安全見證；

第五步組織6列車2分鐘間隔追蹤運行測試，檢驗列車運行最小間隔和列車旅行速度。