城市轨道交通信号平面布置图设计

■ 郑生全

1 概述

铁路信号平面布置图包括车站信号平面布置图和区间信号平面布置图，车站设有进站信号机和出发信号机。城市轨道交通线路及车站的布置与铁路有所区别，多数车站没有咽喉区，也无到发线，因此信号平面布置与铁路也有区别。

城市轨道交通信号系统几乎都采用基于通信的列车自动控制系统CBTC，地铁设计规范中只强调设置道岔防护信号机，工程应用中结合CBTC系统的特点和保障模式下的降级运营要求，设置了出发信号机和区间通过信号机。

由于不同类型CBTC系统的设计理念不同，业主和设计院对轨道交通运营及设计规范的理解程度不同，导致各条线路的信号平面布置不尽相同。下面分析几个城市轨道交通信号平面布置的案例，意在提出比较合理的轨道交通信号系统设计方案。

2 道岔防护信号机

2.1 单渡线区域的信号机布置分析

地铁设计规范中规定ATC控制区的线路上应设置道岔防护信号机，因此，在单渡线区段的信号机多采用图1（a）的布置。

图1（a）是典型的带有单渡线道岔的车站信号平面布置图，S101、S102、S202、S301、S302为两灯位出发信号机，S201为出发兼道岔防护信号机，S204为区间通过信号机，S203、S205、S207为道岔防护信号机。带有道岔防护性质的信号机采用三灯位信号机，三灯位信号机定位显示为红灯，两灯位信号定位显示绿灯。

现行的和即将颁布的地铁设计规范中都没有信号机显示速度的规定，多数轨道交通线路信号系统的设计文件中也没有规定信号机显示速度的含义，只说明：出发信号机和区间信号机开放显示绿灯时表明进路开放至下一信号机；道岔防护性质的信号机开放绿灯时表明进路开放至下一信号机，且进路中的所有道岔都开通直向；道岔防护性质的信号机显示黄灯时表明进路开放至下一信号机，且进路中至少有一组道岔开通侧向；道岔防护性质的信号机采用绿黄显示时，表示开放引导信号。

也有的线路将两灯位信号机设置成三灯位信号机，都具备开放绿黄引导信号的功能，其余显示意义相同，其线路布置见图1（b）。

图1（a）、（b）的布置方式都是将每组渡线道岔采用4个信号机进行防护，信号机的显示都是开放至下一架信号机。

根据城市轨道交通CBTC系统对列车进路的控制方式，出发信号机和道岔防护信号机作为进路的终端时，需要设置保护区段（Overlap）。

根据运营经验，将岔前和岔后都设置道岔防护信号机，对城市轨道交通列车的运行不太合适，下面分析S201和 S205信号机的显示（见图2）。

图1 轨道交通信号平面布置示意图

图2 道岔防护信号机布置示意图

S205信号机开放绿灯的条件是：进路方向正确、T201道岔区段空闲并锁闭、T0201站台区段空闲、T202保护区段空闲。

如果是6辆编组列车，站台区段长度为120 m，保护区段长度一般为50 m，道岔防护信号机S205内方的道岔区段长度约为60 m，则S205信号机开放绿灯，而防护的距离为230 m，按线路最高运行速度为80 km/h，且制动加速度按1.0 m/s2计算，制动距离为247 m，S202和S205两个信号机间的距离小于紧急制动距离。而这2个信号机间的显示没有关系，即S202信号机显示红灯时S205信号机可以点绿灯。

虽然城市轨道交通在正常运营模式下为车载设备自动控制列车运行，但车载设备故障时应以地面信号显示行车，而绿灯的速度含义又不明确，这就有可能通过绿灯信号机的速度比较高，那么S205信号机的设置有潜在的不安全因素。另一方面，根据城市轨道交通联锁设备的进路设置原则，当开放S201至S205信号机的进路时，T201道岔区段要作为该进路的保护区段，201道岔锁闭，T201区段空闲，并不能达到开放S201信号机进路的同时能利用201/203道岔反位的进路而提高效率的目的。

由于S201信号机的开放并不能表明列车是运行到下一站还是到区间下一架信号机前停车，所以在车载设备故障情况下，司机要么询问调度员，要么只能低速行车，严重影响了故障情况下的行车效率。为解决这一矛盾，有些轨道交通线路增加了闪光显示，即出发信号机闪绿灯时提示司机开到下一站停车，只开绿灯时是开到区间下一架信号机前停车。

综上所述，D205信号机的设置是没有意义的，不能提高行车效率，而且按信号显示行车时有潜在的不安全因素。由于在平面设计中布置了D205信号机，信号供货商就要求在CBTC设备故障时列车只能按25 km/h的速度限速运行，在信号系统的安全证书中增加了安全限制条件，而在ATP设备故障的情况下，按25 km/h的速度行车没有效率保障，所以应取消D205信号机设置。

针对地铁平均站间距短和站台是运营目标停车点的线路及运营特点，司机在出发信号机开放后将列车开到下一站停车是安全且运行效率最高的行车方式，故障模式下采用站间行车的模式是合适的。由于站间距短，站间行车也能做到3 min的行车间隔而旅行速度不受影响。若在点式模式下行车，区间不设置信号机，在出发信号机开放的情况下，列车经过出发信号机后就按完整的区间行车曲线运行到下一站，更是最安全和最优化的行车方式。

取消道岔前后的信号机，利用出发信号机防护道岔，当信号机开放时检查道岔的状态，待锁闭道岔并开放信号后将道岔锁在规定的位置，能够保证道岔的安全，且与设计规范也不矛盾。

为尽可能在区间不设置信号机，信号设计者与线路设计配合，将201/203道岔的布置方式改变，合理的线路配置和信号机平面布置见图3。

城市轨道交通的车站站台是运营的目标停车点，无论列车在点式ATP模式下运行还是在联锁模式下运行，列车自本站出发至下一站台停车的站间运行方式总是安全和高效的运行模式，对于城市轨道交通平均1.2 km/h的站间距来说，行车间隔是能够达到3 min的，而且不影响旅行速度。

采用图3的道岔和信号机布置方式，信号机统一采用三灯位，只布置出发信号机，定位为红灯显示，能够防护道岔，也具备引导信号的显示。信号机开放指示列车开到下一站，绿灯表示进路中如果有道岔，则所有道岔都在开通直向的位置，黄灯表示进路中至少有一组道岔在开通侧向的位置。

2.2 停车线区域的信号机布置分析

在城市轨道交通线路设计中，每隔几个车站就会设置故障列车停留线，且停车线的设计会根据车辆段和停车场的位置来配线，典型的停车线布置见图4。

按照地铁设计规范在停车线区域设置道岔设防护信号机，有些项目采用了图4所示的信号平面设计，各个道岔采用道岔防护信号机包围。这样的布置在按照信号机行车时是没有行车效率的。首先S106、S111信号机没有任何用处。即便是以S106和S111信号机为终端的进路不设置保护区段，在地铁运营中也不会使用在以这2个信号机为终端进路的同时，应用其防护道岔反位同时作业进路。如果这样作业，在同一个区间存在同时相向运行的列车，冒进信号就会有发生正面冲突的可能。

对于S108信号机，由于离站台较近，同样存在S102信号机为红灯时该信号机显示绿灯，而两信号机间的距离满足不了制动距离要求的问题；同时受停车线长度的限制，S108与S104信号机间的距离较近，约190 m，在点式ATP降级模式下，S108信号机预告信标的设置必须让列车在接近S104信号机前就降速，这样在区间没有追踪的情况下也需低速运行，降低了运行效率，因此，S108信号机也不应设置。同样，S105信号机也影响区间在点式ATP降级模式下的运行效率。

由于202/204道岔的设置是让停车线的列车按正向运行返回停车场或车辆段，所以S103反向信号机的设置也完全没有必要。停车线区域合理的信号机设置见图5。

图3 渡线道岔合理设置示意图

图4 停车线布置示意图

3 尽头线信号机

城市轨道交通信号设备平面布置图设计中，为提醒司机在降级及后备运行模式下人工驾驶列车折返作业时不让列车撞上滑动车挡，在尽头线的车挡处设置了常点红灯的尽头信号机，然而有些线路的信号平面布置图中将安全线的车挡处布置了常点红灯的尽头信号机（见图6）。

由于联锁进路中不存在开放S101信号机至安全线的进路，在安全线处设置红灯尽头信号机，不能也没有必要提醒司机在安全线的滑动车挡前停车。如果列车使往安全线，那么列车已经撞过了S101的红灯信号，在安全线前也是无法停车的。安全线实际上也是避难线，在安全线处设置红灯尽头信号机完全是概念不清，应将其取消，正确布置见图7。

图5 停车线区域信号平面布置示意图

图6 尽头线信号机布置案例示意图

图7 尽头线信号机合理布置示意图

4 城市轨道交通信号平面布置图设计建议

我国的城市轨道交通建设已经走向了成熟阶段，信号平面布置图的设计应结合CBTC系统的应用情况，在CBTC模式下是以车载设备控制列车自动运行，CBTC模式下行车是主要运行模式，设置信号机只是为降级及后备运营模式服务。因此不要尽可能多的考虑后备运营而布置过多的信号机，特别是用道岔防护信号机将每组道岔包围起来，是硬套规范的表现。地铁设计规范中要求设置道岔防护信号机，但并不是要求在岔前和岔后都设置信号机，应根据城市轨道交通线路的运营特点布置信号机，简化信号机的布置，使进路简单，符合移动闭塞的设计理念。过多设置信号机，进路过多，使整个CBTC系统结构复杂，影响CBTC系统的可靠性。

综上所述，城市轨道交通信号平面布置图设计，应以城市轨道交通车站间距短、站台是运营目标停车点、信号机是满足降级及后备运营功能的特点为理念，站间行车是最安全、最合理和最有效的降级及后备运营方式。