懸掛式單軌交通信號系統方案設計

郝瑞庭

中鐵通信信號勘測設計院有限公司 北京 100036

隨著我國城市化進程不斷加快，城市軌道交通逐漸向多元化發展,形成了以地鐵為主、多種軌道交通制式共同發展的新格局。懸掛式單軌交通作為我國新興的軌道交通制式，已在試驗線開展研究測試，部分商業線已開工建設，應用前景十分廣闊。

1 .懸掛式單軌交通的主要特點

依據《城市公共交通分類標準》（CJJ/T 114-2007），懸掛式單軌交通屬于城市軌道交通中的中運量單軌交通類型。主要特點如下：

（1）從投資建設角度：懸掛式單軌工程造價遠低于地鐵、輕軌交通制式，技術經濟指標約為1.8億/公里，有效減輕軌道交通建設的財政壓力；因大量采用預制鋼結構，其建設周期較地鐵大幅縮短，可控制在2年以內。

（2）從節能環保角度：懸掛式單軌采用膠輪，并運行于軌道梁內，車輛懸掛于軌道梁下方行駛（圖1），噪聲值遠低于地鐵等其他軌道交通制式。列車以外部電源或鋰電池能量包為動力，清潔環保。此外，其建造使用的鋼結構可回收并重復利用。

（3）從技術特性角度：懸掛式單軌采用高架敷設，占地面積小，充分利用現有城市道路資源進行建設，無需大面積征地拆遷。列車具有優越的轉向和爬坡能力，列車運行無脫軌風險，安全性高。

（4）從城市景觀角度：懸掛式單軌列車遮擋少、視野開闊，可實現全方位觀景效果。能夠更好地融入當地城市文化，與城市景觀相協調，成為一處城市新景觀。

圖1 懸掛式單軌交通實例（中唐試驗線）

2 .國內標準及規范情況

懸掛式單軌交通在我國尚處于發展初期，相關標準及規范尚不完善。為規范懸掛式單軌建設，部分地方政府已出臺或正在編制相應的地方建設標準，如：四川省以中唐空鐵試驗線為依托，于2018年8月發布了《懸掛式單軌交通設計標準》（DBJ51/T099-2018）；河南省以開封試驗線為依托，于2019年4月發布了《懸掛式單軌交通技術標準》（DBJ41/T217-2019）；湖北省懸掛式單軌交通的地方標準也正在編制中。住房和城鄉建設部于2020年4月發布了《懸掛式單軌交通技術標準（征求意見稿）》，公開向社會征求意見，該技術標準將成為我國第一個懸掛式單軌交通國家級行業標準。

3 .信號系統方案設計原則

信號系統是保證列車運行安全、提升運行效率和自動化水平的重要系統。懸掛式單軌信號系統不能完全照搬既有成熟應用的地鐵信號方案，其方案設計應針對自身制式特點，進行合理優化配置，確保其安全性、適用性及經濟性。信號系統方案設計除應遵守通用設計原則外，還應重點考慮以下設計原則：

（1）信號系統應在傳統CBTC方案基礎上進行適當簡化，在確保安全前提下，系統配置應進一步優化整合，以達到降低造價的目的，形成適合懸掛式單軌交通的新型信號系統方案。

（2）軌旁信號設備布置類型和數量應予減少，且應盡量小型化和輕型化，便于安裝和維護，以適應懸掛式單軌軌道梁的結構特點；車載信號設備應采用模塊化分布式安裝方案，合理利用車輛內裝空間，簡化接口電路設計，減少控制電纜和繼電器消耗，以適應懸掛式單軌車輛結構特點。

（3）信號系統與車輛機械接口、電氣接口和網絡接口宜進行深度融合，通過網絡整合實現車輛各子系統的控制與管理；信號與車輛可共用司機顯示屏，進行一體化融合設計。

（4）在公共視野安裝的信號設備應與周邊景觀相協調，在車體內安裝的車載設備應與車輛內裝設計相協調。

（5）信號系統自動化等級選擇應綜合考慮懸掛式單軌線路的客流強度、運營規模以及人力資源配置等特點，宜選用全自動運行系統，提高系統安全性及自動化水平。

（6）信號系統應能與懸掛式單軌交通特有設置的風速監測系統接口，對風速等級進行實時監測，并應采取告警、限制列車運行速度或緊急制動停車等安全防護措施。

4 .信號系統方案及設計要點

4.1 信號系統推薦方案

信號系統推薦采用移動閉塞制式，選用具有成熟應用經驗的基于通信的列車運行控制系統（CBTC）。針對懸掛式單軌采用膠輪走行、車體懸掛擺動、車站簡潔占地小等特點，依據信號系統方案設計原則，在確保行車安全的前提下，需對應用于傳統軌道交通系統的CBTC信號系統進行方案優化整合，調整子系統配置，設計形成適合懸掛式單軌系統的全冗余新型CBTC系統。圖2為一種推薦的典型信號系統結構示意圖，其中車地無線通信采用綜合承載，由其他專業搭建。

圖2 懸掛式單軌交通典型信號系統結構示意圖

4.2 系統設計要點

（1）優化系統運營控制方式

傳統地鐵CBTC系統通常為三級運營控制方式，即：基于連續式通信的CBTC控制方式、基于點式ATP/ATO的控制方式和聯鎖級控制方式。這種三級控制方式的設計方案有效提高了系統整體可用性，但也增加了系統的復雜度以及信號系統整體投資。對于懸掛式單軌，其不屬于城市干線，對信號系統可用性要求低于地鐵；同時，CBTC系統技術已完全成熟，系統冗余度及可靠性得到了有效保障，故障率進一步降低。因此，懸掛式單軌信號系統可完全摒棄基于點式ATP/ATO和聯鎖級降級運營控制方式，僅保留連續式通信的CBTC正常運營控制方式，使得系統復雜度和投資進一步降低，運營使用及維護更加便利。

（2）簡化室內及軌旁設備配置

為節省設備安裝空間，提高系統集成化程度，室內計算機聯鎖（CI）與區域控制器（ZC）設備合并設置，將聯鎖系統中的邏輯運算功能移植至ZC中實現，僅設置目標控制器（OC）完成室外設備的控制及狀態采集功能。因懸掛式單軌箱梁內部空間十分有限，無計軸設備安裝空間，同時，在取消點式及聯鎖級系統降級控制方式后，用于列車次級占用檢測的計軸設備已無設置必要性，可同時取消。取消用于點式模式下的軌旁有源應答器，簡化軌旁信號機布置，僅在道岔區域布置信號機，用于指示道岔開向。列車在CBTC模式下的定位功能由“固定應答器+速度傳感器”方式實現。

（3）車載網絡一體化設計

車載網絡一體化即將傳統的車載信號系統網絡與車輛列車控制與管理網絡、牽引系統、制動系統、門控系統、旅客信息系統等進行融合，全車采用一套骨干網實現各子系統的控制與管理。同時，信號與車輛人機界面進行深度融合，向用戶提供簡單、易操作的人機交互界面。一體化設計優化了車載網絡布局及各子系統間接口，降低了系統復雜度、提高了系統實時性及可靠性。車載設備安裝空間進一步壓縮，節約了投資，更適用于懸掛式單軌交通制式。

（4）信號系統駕駛模式配置

全自動運行信號系統駕駛模式有：全自動運行模式（FAM）、蠕動模式（CAM）、列車自動駕駛模式（ATO）、列車自動防護模式（CM）、限制人工駕駛模式（RM）、非限制人工駕駛模式（EUM）。懸掛式單軌交通運營應減少人力資源配置，提高系統RAMS水平，使其具有更低的運維成本。因此，宜選用自動化等級較高的全自動運行信號系統。考慮懸掛式單軌應急疏散救援方面的處理難度，推薦選用有人值守的全自動運行，即DTO模式，由值守人員介入故障和應急情況下的列車運行。

5 .結束語

懸掛式單軌交通作為我國近年來新興的軌道交通制式，設計標準及規范尚不完善，在進行信號系統方案設計時應能充分把握該制式的技術特點。在實際工程中，信號系統設計應以安全、可靠為前提，提升系統自動化水平、降低系統復雜度及投資，形成符合工程需要的列車運行控制系統，助力懸掛式單軌交通在我國獲得更為廣闊的應用前景。