城市軌道交通列車折返效率相干因素的分析

摘 ?要：隨著軌道交通技術的發展，現代軌道交通的運營模式已經從早期的ATP防護下的手動駕駛升級換代至無人的全自動駕駛系統。在技術的升級換代過程中，折返效率成為了技術瓶頸，無法滿足現代軌道交通對高效運營的強烈需求。為了尋求提升折返效率的空間，本文通過對軌道交通建設中常見的站型折返過程進行分步模擬仿真，對影響折返效率的相干因素進行定量分析，探討提升折返效率的可優化方向，為工程設計提供有力的理論參考。

關鍵詞：軌道交通;折返效率;相干因素;規則優化

中圖分類號：U292 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）18-0016-03

Abstract：With the development of rail transit technology，the operation mode of modern rail transit has been upgraded from manual driving under early ATP protection to unmanned automatic driving system. In the process of upgrading this technology，the return efficiency has become a technical bottleneck，which can not meet the strong demand of modern rail transit for efficient operation. In order to find the space to improve the return efficiency，this paper makes a quantitative analysis of the relevant factors affecting the return efficiency through the step-by-step simulation of the common station-type return process in rail transit construction，explores the optimization direction of improving the return efficiency，and provides a strong theoretical reference for engineering design.

Keywords：rail transit;return efficiency;coherent factors;rule optimization

0 ?引 ?言

影響軌道交通列車運營全周轉時間的因素包括：列車運營間隔、列車旅行速度、站停時間等。其中列車運營間隔包含站間運行間隔及折返線的折返間隔，而隨著技術的進步，正線的列車運行間隔已經可以縮短至90秒以下，而折返間隔卻只是在緩慢減少，一直是列車全周轉中的技術瓶頸。

本文的目的是通過對特定站型及特定列車編組的折返過程進行定量模擬，分析相關因素的變化對折返效率的影響，用以評估外界條件優化對折返效率產生影響的收益。

1 ?外界條件選擇

1.1 ?站型選擇

站后折返是軌道交通常用的折返方式，這種折返作業相對靈活，且通過規則的優化可提升折返效率，本文將選擇站后折返站型作為分析案例。

站后折返方式常見的兩種站型布置如圖1所示，土建條件較好的線路一般選用站型2，站型2可縮短列車在折返過程中的走行距離，進而壓縮折返時間，提升折返效率。站型1比站型2在相同道岔類型、站臺長度、庫線長度的條件下多20%的走行距離，因此為了滿足折返效率的要求，需要進行相應的聯鎖規則上的優化。

1.2 ?列車編組選擇

列車編組的情況多種多樣，目前最長的地鐵編組為8A編組，其車長將達到180m。列車的牽引制動特性將影響列車的加速度及減速度。加速度越大，列車加速到達限速點的時間越短;減速度越大，列車由最大速度減速至零所需的距離越短。在折返過程中，由于沒有乘客在列車中跟隨折返，因此在不考慮舒適的前提下，加速度與減速度越大，對提升折返效率越有利。

圖2將站型1的對應8B編組形式的各處分段距離進行了標注。其中涉及的常用的彎進直出折返形式對應的走行距離為：入庫=A+B+C=415m，出庫=C+D+E-L=415m。列車折返后出庫離開道岔的占用區域（過B點）所走行的距離為C+D=243m。

1.3 ?軌道條件的選擇

在折返過程中，ATP因素與軌道條件相關聯，庫線的停車點距終端車擋的距離將影響ATP的限速曲線。

ATP防護曲線有三條：不可突破曲線、緊急制動曲線、ATO推薦曲線。這3條曲線組成了信號控制車輛運行的一個模型。其中不可突破曲線的終點也就是車擋的位置，ATO推薦曲線終點也就是停車點的位置。為了保證列車能夠快速停下來又不觸發緊急制動，需要考慮設置一個合理的ATO曲線，使之緊貼緊急制動觸發曲線而又不觸發緊急制動，保證最高效率。根據牛頓動力學定理，影響緊急制動曲線的因素就是距離和減速度。當緊急制動觸發曲線的動力學模型里所設定的緊急制動保障率因數一定，且停車點距車擋的距離被設定時，ATO推薦曲線的減速也就可以相應推導出來。

根據《城市軌道交通工程設計規范》建議“列車折返線及停車線末端均應設置安全線，安全線自列車停車點至車擋前長度不宜小于50m（不含車擋）”，反推ATP與ATO的停車最高效減速度。當停車點距離防護點為50m時，且ATP的不可突破曲線的緊急制動保障率設置為-0.9m/s2時，ATO所對應的停車減速度為不超過-0.66m/s2。

2 ?仿真模擬與分析

2.1 ?減速度相關仿真

為了推算不同減速度對折返效率的影響，我們模擬了不同減加速情況下的列車入庫情況，模擬的參數指標分別取加速度a=1.2m/s2，道岔過岔速度45km/h，減速度a=-0.66m/s2、a=-0.45m/s2，沖擊率Jerk=0.7m/s3。之所以減速度取值為-0.66m/s2與-0.45m/s2，是因為對上文描述的停車點距防護點50m為基礎，若在土建條件較差的情況下，停車點距防護點只有40m時，其ATP/ATO速度模型中減速度不可超過-0.45m/s2。經模擬計算，在加速度與過岔速度相同的情況下，減速度的不同對走行時間是有差異影響的，其對應的走行時間分別為48.6s、53s，由此可見停車點距防護點的距離對列車折返時的走行效率的影響較大。

2.2 ?道岔限速相關仿真

對于線間距較大的折返站如站型1，通常會選用高速12號道岔作為交叉渡線。目前12號道岔的側向過岔速度（不可突破）有兩種限速是50km/h和55km/h，下文將對兩種限速分別進行模擬測算，分析其效率差異。

為了研究差異性，我們模擬了不同過岔速度情況下的列車入庫情況，模擬的參數指標分別取加速度a=1.2m/s2，道岔過岔速度分別為45km/h、49km/h，減速度為a=-0.66m/s2，沖擊率Jerk=0.7m/s3。之所以對比兩種過岔速度，是為了分析在道岔型號選的情況下，通過技術手段提高過岔速度是否能夠得到想要的效率提升，如果提升的效率有限，則建議保持道岔固有的限速設定。經模擬計算，在加速度與減速度相同的情況下，過岔速度的不同對走行時間是有差異影響的，其對應的走行時間分別為47.2s、48.6s，但該差距僅為1.4s，可見提高過岔速度得到的收益并不顯著。

2.3 ?加速度相關仿真

為了研究加速度不同的影響，我們模擬了不同加速度情況下的列車入庫情況，模擬的參數指標分別取加速度a= 1.2m/s2、a=1.0m/s2、a=0.8m/s2，道岔過岔速度為45km/h，減速度為a=-0.66m/s2，沖擊率Jerk=0.7m/s3。經模擬計算，在減速度與過岔速度相同的情況下，加速度的不同對走行時間是有差異影響的，其對應的走行時間分別為48.6s、49.4s、50.8s。從結果上分析，加速度的不同對運行時間是有一定影響的。

2.4 ?折返全周轉相關仿真

通過上述的不同輸入條件的模擬仿真，我們對入庫與出庫的全周轉時間進行了仿真，目的是為了后續的兩車追蹤折返的模擬仿真。我們選取了全部的最優條件（除過岔速度選定為45km/h），并將站臺限速設置在65km/h。其模擬結果如圖3，該仿真結果表明，列車在折返過程的折返時間設置為14s（48.6s→62.6s），包括列車停穩檢查時間、列車自動換端時間、進路排列時間、道岔轉動時間、信號開放時間、ATO發車指令時間、列車牽引執行時間，以及列車的特殊設置的折返換端等待時間等。14s對于這一系列動作已經是最短的設定，這個時間需要車輛系統、信號系統、軌道系統等一系列系統的密切配合。在這種情況下的列車全周轉時間是108.1s，該時間是一個相對較長的時間，對相同站型且沒有做聯鎖規則優化的項目，那么兩列車的折返間隔一定遠遠大于108.1s。

3 ?綜合分析

為完成結論性的分析，我們對折返間隔進行了模擬仿真，通過將上述的單車折返過程增加至2列車，來實際模擬列車折返追蹤情況。經模擬計算，列車1過B點時刻為85.4s，到達發車站臺為108.1s，列車2入庫發車時間為102.4s。這個時間與列車1過B點時間相隔17s，這個時間包含列車1駛出道岔征用區的信號系統識別時間、進路排列時間、道岔轉動時間、移動授權建立時間、ATO發車指令時間、列車牽引響應時間。這個時間比列車在庫線的折返時間多3s，主要時間消耗在列車駛出道岔征用區的識別時間，以及進路確認時間。兩列列車的折返間隔，為列車2發車時間102.4s。這個時間是選取最優條件而仿真模擬出來的最優時間。

4 ?結 ?論

綜上所述，軌道交通列車折返是一個綜合性問題，所涉及的系統是多方面的，為了實現最高效的折返，保障運營服務質量。需要綜合考慮軌道、車輛、信號、司機等因素，在投資條件允許下，最大限度地對各系統進行優化匹配。本文的分析為各系統的優化收益提供了理論依據。

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作者簡介：鄭承鑫（1982-），男，漢族，山東日照人，城軌系統部副經理，工程師，學士學位，研究方向：軌道交通信號系統。