城市軌道交通車段/場ATP系統改造策略

陳 雨，李 新，葉 亮，周春秀

（蘇州市軌道交通集團有限公司運營一分公司，江蘇蘇州 215000）

軌道交通技術發展迅速,客流運行規模激增，前期已建成運行的軌道交通線網逐漸受到制式差別、運力不足等問題的約束，較為突出的是信號系統。因正線信號系統與車段/場之間存在明顯的分界，列車在正線一般采用自動駕駛，而在車段/場需轉為人工駕駛，使得列車運營效率降低，作業強度增加，故對車段/場ATP系統改造的研究極為迫切[1]。

蘇州軌道交通2號線在建設時，正線采用基于通信的列車控制（CBTC）策略，其可實現自動化運行，提高正線運營效率。而車段/場則采用獨立的聯鎖系統，由列車司機以人工駕駛方式完成相關作業，雖然該方式增強了作業管理獨立性，但其無法提供列車自動防護與運行（ATP&ATO）。因正線的信號系統不同于車段/場，列車在出入段/場時，當列車駛至分界點時，需要在轉換軌處停車，完成信號系統之間的信息交互、駕駛模式的轉換，導致運營效率低下。此外，列車由列檢庫行駛至轉換軌區段，整個行駛過程距離較長且依賴司機，增加行駛安全隱患。

為降低甚至消除上述安全隱患，提高運營效率，在車段/場配備自動運行區域，為區域內列車提供ATP&ATO以及監督功能，切實保證行車安全。因此，車段/場列車出庫能力的提升改造，推進正線與車段/場ATP系統標準化，消除信號變更對運營效率的限制，以滿足未來增能后所帶來的車場高密度發車需求[2]。

1 ATP系統改造可行性分析

1.1 調研概況

針對車段/場ATP系統改造，調研了國內京港地鐵、上海地鐵、廣州地鐵、武漢地鐵等地鐵線路的車段/場信號系統相關改造方案和改造情況[3-4]。

目前，僅上海地鐵7號線陳太路停車場已完成車場ATP改造。隨著相關技術發展以及上海7號線車段/場ATP改造技術的成功應用，促使車段/場及正線運行控制模式一體化成為城市軌道交通建設的重要改造趨勢。

1.2 既有信號系統

蘇州軌道交通2號線在建設時，綜合太平車輛段具體情況，采用計算機聯鎖系統（TYJL-III型）和信號集中監測系統（CSM-yh型），組成了蘇州軌道交通2號線車輛段的信號聯鎖[5-6]。其中，TYJLIII型系統的結構如圖1所示。

圖1 TYJL-III型計算機聯鎖系統基本結構Fig.1 Basic structure of TYJL-III computer based interlocking system

1.3 方案可實施性分析

通過對城市地鐵車段/場ATP系統改造調研情況歸納分析，結合2號線車段/場的既有信號系統的特點，可將車段/場信號系統改造分為以下3種方案。

方案一：TYJ-III型聯鎖系統升級改造。鐵科院計算機聯鎖系統升級后，僅能滿足中央控制的需求，如根據ATS時刻表下發進路的排列等操作，無需人工排列進路。但對于車段/場ATP改造所需列車自動防護的功能無法實現，列車在車段/場內只能采用限制人工駕駛模式（RM）或非限制人工駕駛模式（NRM），無法滿足現狀需求。因此該方案可行性極低。

方案二：拆除既有信號聯鎖系統，改為恩瑞特計算機聯鎖系統，同時將原軌道電路制式的設備進行西門子ATP系統設備改造。然而，由于車段/場聯鎖系統與正線聯鎖系統不一致，需西門子開放相關接口，實現車段/場和正線的數據互通，從而提高列車出入車段/場的效率。

方案三：拆除既有信號聯鎖系統，改為西門子計算機聯鎖系統，同時，將原軌道電路制式設備改造升級為西門子ATP系統設備。裝配好ATP設備，并配備車段/場的軌道數據庫(TDB)，調整升級每一列列車的TDB，對車載ATP、ATO以及無線傳輸單元進行升級，驗證安全后方可上線運行；軌旁設備參照車站的配置進行更換，可分為室內設備、線纜以及室外設備。升級改造完成后，車段/場與正線采用一致的信號系統，可大大提升車輛出入庫能力，改善運行效率。

綜上，車段/場ATP系統改造的3種方案優缺點分析如表 1所示。

表1 改造方案優缺點分析Tab.1 Analysis of the advantages and disadvantages of the reform plan

綜上所述，方案一、方案二由于車段/場與正線使用不同的聯鎖系統，都需與西門子廠家協商開放相關接口，談判周期長、費用高，并需承擔一定的安全技術風險。且方案一僅涉及聯鎖系統升級，雖在本次改造中投資成本最低，但不具備列車自動防護功能，不滿足改造要求。方案三可行性最高，雖然成本較高，但實現了車段/場和正線均為西門子信號系統，便于數據互通，避免了跨界時的減速甚至停車，提高運營效率，緩解2號線東延帶來客流量激增的運營壓力。同時，能夠為車/段的作業提供相應的安全防護，確保了列車的安全可靠運行，也為后續線路改造升級至無人值守的全自動運行模式奠定基礎。

1.4 影響因素

針對車段/場ATP系統改造提出的方案，還應將改造過程中遇到的技術及施工難點和成本管控等影響因素納入考慮范圍。

1.4.1 技術及施工難點

1）新增設備房。目前車段/場既有信號設備房空間有限，在改造階段無法滿足新、舊設備并存，因此需要一間新的設備房作為新系統搭建、割接等的場地。

2）土建限制。既有車段/場由于現有土建條件限制，尤其庫內，列車防護距離不足，導致改造后庫內只能使用RM模式，無法進行ATP防護，庫前可實現ATC。

3）工程量、工期。改造方案涉及室內外電纜挖溝敷設、新增信號設備等，工程量較大。為了不影響次日列車的正常運營，新系統的各項改造措施將在夜間進行，且由于既有線路白天運營時間長，天窗點短，因此改造工程可用的夜間施工點較少、作業時長較短，導致施工周期較長。

1.4.2 成本管控

1）投資成本。關于改造方案投資成本，調研了上海7號線ATP車場改造費用、蘇州軌道交通2號線桑田島停車場重建信號系統費用以及蘇州軌道交通5號線信號系統設備及施工安裝費等一系列費用。通過對比分析，改造項目的費用往往要比新建項目的造價更高，因此，需要根據實際需求來選擇最為優化的改造方案，從而降低成本。

2）開放接口協調費用。方案一與方案二均涉及車段/場與西門子系統相關接口調試，需與西門子廠家談判協商，接口開放成本較高。

2 車段/場ATP系統改造方案設計

2.1 設計思路

車段/場需要配置與正線一致的西門子計算機聯鎖系統，并在自動化區域內配置軌旁ATP設備、計軸設備，以及增設維護監測子系統（MSS），從而保證列車在自動化區域內的安全運行[7]。改造后的車段/場，統一了列車的控制方式，縮減了駛入正線前控制方式的切換時間，優化列車運行效率。配置如圖2所示。

圖2 車段/場設備示意Fig.2 Schematic diagram of depot/parking lot equipment

2.1.1 配置聯鎖設備

車段/場各需配置1套西門子聯鎖設備，包括聯鎖計算機（Sicas Simis PC）、西門子元件控制計算機（Sicas ECC）、本地操作員工作站（LOW）、計軸等設備。該聯鎖系統可實現對室外設備元件的監測與控制，提供與其他子系統的接口通道，例如：經繼電器接口機柜（RIC）連接緊急停車按鈕（EMP）、經計軸系統（AC）連接車輪傳感器。根據改造的需求，需要設置入車段/場信號機、調車信號機、阻擋信號機以及其他信號機。

2.1.2 增設TGMT軌旁設備

更改裝配的列車衛士運輸系統（Trainguard Mass Transit，TGMT）軌旁設備分為室內設備與室外設備。室內設備有軌旁ATP計算機（WCU_ATP），軌旁TTS計算機（WCU_TTS）。而室外設備有軌旁電子單元LEU、應答器以及計軸設備。因此，應答器安裝在線路道床上，LEU安裝在線路沿線。

增設WCU_ATP單元，可以為TGMT系統與信號系統其他子系統提供所需要的接口。WCU_ATP依據存儲的線路數據庫信息和列車的定位信息實時計算移動授權，并通過車地通信，向車載子系統發送移動授權。WCU_TTS單元則為ATS子系統與車載子系統提供通信服務。通信內容包括列車運行及服務診斷等非安全信息。

2.1.3 其他信號設備

各車段/場需要配置轉轍機智能綜合監測設備、信號集中監測設備、列車自動監控（ATS）工作站、MSS工作站以及通信服務器（L-FEP）。針對車載設備，由于列車已裝備TGMT車載設備，因此無需對列車做出更改，可以直接與改造升級的車段/場ATP系統進行通信。此外，車輛段的試車線設備也需要進行相應的改造。

綜上，整改設計思路可總結如下。

1）初步設計：對車段/場ATP系統改造策略方案進一步的細化與完善；

2）安裝倒接：完成新設備系統的安裝以及新、舊系統的倒接事項；

3）調試測試：各項調試工作將于夜間列車停運后進行；

4）試運行：對新設備系統進行各項測試，當列車具備運行條件后，部分舊設備便可拆除。

2.2 調試倒接

為避免對列車日常運營造成影響，設備的安裝改造，后續的調試工作將會在夜間列車停運后作業，新、舊系統倒接流程[8]如圖3所示。

圖3 新舊系統倒接流程Fig.3 Switching process of new and old system

在設備改造升級期間，正常運營時間段，倒接開關/設備需切換至“運營”狀態，信號系統采用既有信號設備，以維持線路日常的運營；非運營時間段，便將倒接開關/設備切換至“調試”狀態，接通新系統，對其進行調試與功能驗證，待所有功能驗證完成，則改造升級成功。

3 結語

通過綜合分析，蘇州軌道交通2號線車段/場改造宜采用西門子系統，使車段/場與正線快速實現數據互通，有效提高列車出入場段的效率；同時，改造升級后將會增強車段/場作業的安全防護。該改造策略雖一次投資成本最高，但無需承擔不同子系統的接口風險、避免重復投資和對運營的重復干擾，不僅提高系統性能，提升線路運輸能力，還能緩解尖峰時段客流壓力,補齊工程建設之初設計不足，同時也為蘇州軌道交通其余已建設線路的車段/場改造提供一定的技術支持。通過本次改造分析，進一步明確在建新線路車段/場的建設需求，滿足全自動運行建設標準，如蘇州5號線，已按照該標準建設運營，進而實現列車的高可靠、高安全正點運行。