高速、城际铁路运输调度指挥系统和列控系统设计方案探究

李红侠 于 斌 王素姣

随着京津冀一体化实施方案的落地，铁路交通一体化规划便在抓紧制定之中。本文重点对铁路交通网中高速、城际铁路关键信号系统进行研究。高速铁路如设计速度为250～350km／h，则京张、京沈、京津可形成京津冀铁路核心圈；城际铁路可覆盖区域内的主要城镇，速度在200km／h以内，平均站间距在6～7km左右，开行站站停列车和大站停快车，并采用大站停快车越行站站停列车的运输组织模式，类似我国珠三角地区正在建设中的城际轨道交通线穗莞深、莞惠、广清城际等。

运输调度指挥系统和列车运行控制系统是保证行车安全、提高运输效率的关键设备，是线路间互联互通运行的重要保障。本文从高速铁路、城际铁路信号核心系统的设计原则出发，结合线路定位、速度目标值，以及实际运输需求等因素，以北京枢纽内利用既有铁路线的京张高速铁路 （假定工程条件）为例，分别对运输调度指挥和列车运行控制系统的设计方案进行探讨。

1 城际铁路交通网信号运输调度指挥系统设计原则

运输调度指挥系统包括调度中心子系统、车站子系统、网络子系统和相关终端设备，与其他信息系统间的信息交换应全部集中在调度中心。

1．1 高速铁路运输调度指挥系统设计原则

目前，在北京铁路局调度所设有普速、客专2个调度中心总机系统，具备北京局管内各线路调度指挥及管理能力。其总机容量考虑到后续铁路线路的建设，京张、京沈等高速铁路均拟接入客专调度中心总机系统。

高速铁路应设置CTC系统，后续铁路线路的建设不需考虑调度中心总机系统设备，仅考虑新设调度台设备接入客专调度中心总机系统，及新设调度台接入时调度中心总机系统的适应性修改，各车站设置CTC车站设备等。

1．2 城际铁路运输调度指挥系统设计原则

城际铁路应采用CTC系统。鉴于城际铁路一般不是一条孤立的线路，需要与城际网内其他线路连接，所以城际铁路网宜设置独立的调度中心，各条城际铁路新设调度台 （根据设备特点及运输需求，可以一条线设计1个调度台，也可以多条城际线合设1个调度台），无配线站可不设置CTC车站设备 （设有ATO设备的线路，CTC设备应适应ATO功能要求）等。但如果城际铁路网建设的早期没配套建成独立的调度中心，则根据调度中心总机系统工程建设留有一定余量的原则，把城际铁路先期开通线路调度指挥设备接入北京铁路局调度所普速，或客专调度中心总机系统 （根据城际铁路的具体情况选定），这在技术上是可行的。

2 京津冀高速、城际铁路信号列控系统设计原则

2．1 列控系统设计原则

我国CTCS列控系统分为4级，列控系统装备等级根据线路允许速度选用，适合于高速铁路的有CTCS－2级和CTCS－3级2种。设计速度250km／h以上的线路，地面应采用CTCS－3（兼容CTCS－2）级列控系统；设计速度250km／h的线路，地面宜采用CTCS－3级列控系统，根据需要也可采用CTCS－2级列控系统。

目前城际铁路分为 200km／h、160km／h、120km／h 3个速度标准，CTCS－2级可满足城际铁路各种速度标准线路的需要，其中200km／h标准的城际铁路地面采用CTCS－2级列控系统，其他2个速度标准，地面可采用CTCS－0级列控系统（对于设有ATO的线路，即使其速度标准低于200km／h，线路列控系统也必须采用CTCS－2级列控系统）。

鉴于我国普速铁路大量运营列车仅装配了CTCS－0级列控系统车载设备 （即机车信号＋列车运行监控记录装置LKJ），而CTCS－0级列控系统尚不能作为主要行车凭证，所以，自动闭塞区间需要设置地面通过信号机作为行车凭证，普速铁路信号机常态处于点灯状态。

我国高速铁路运营列车均装配了CTCS－2或CTCS－3车载设备，正常情况下以车载信号作为行车凭证，区间可不设置地面信号机，而是仅设置信号标志牌，出站信号机机构采用了较为简单的红、绿、白三灯位，平时处于灭灯状态，绿灯亮时需检查区间线路处于空闲状态；而对于有未装备列控车载设备的普速车上线运行的高速铁路路段，其地面应按照普速铁路标准设置区间及出站信号机。

城际铁路开行的200km／h运营列车装备CTCS－2车载设备，其他2个速度运营列车均可装备CTCS－0车载设备 （对于200km／h标准线路，地面采用CTCS－2级列控系统开行的160km／h速度的动车组，且160km／h动车组数量占多数，考虑经济因素，该动车组也可仅装配CTCS－0级车载设备）。因此，200km／h标准的城际铁路所有列车均装备CTCS－2车载设备时，地面可参照高速铁路标准设置区间及出站信号机，线路上只要有运营列车装备CTCS－0车载设备，地面应按照普速铁路标准设置区间及出站信号机。

2．2 关于ATO设计考虑

ATO子系统是地铁列车控制系统的一个子系统，目前高速铁路及普速铁路列控系统均不包括此内容。《地铁设计规范》GB 50157－2003第16．2．4条说明，在最大通过能力不小于30对 （即追踪间隔为2min）的线路才配置ATO。如果参照此规定，城际铁路可不考虑设置ATO （城际规范的运输组织方案中列车最小行车间隔为3min），但对于经济条件较好、对运营服务质量要求较高的城际铁路，可结合项目特点经方案比选后采用ATO子系统，GB 50157－2003规定行车追踪间隔较小或站间距较小的线路，可采用CTCS2＋ATO列控系统。目前CTCS2＋ATO列控系统设备正在珠三角城际莞惠城际试验段工程中进行验证试验。

3 京张高速铁路运输调度指挥系统、列控系统设计方案

京张铁路自既有北京北站引出，北京北至清河维持既有单线并电化改造，清河至沙河增建第2线（动车运用所设在清河），沙河至昌平增建第3线，与枢纽既有铁路衔接线路示意图如图1所示。昌平至张家口南新建双线；同步建设延庆支线。速度目标值：北京北至清河段维持既有，清河至昌平段1 60～200km／h，昌平至八达岭西段250km／h，八达岭西至下花园北段350km／h，下花园北至张家口南段250km／h。

全线采用客运专线组织模式，原则上全部开行动车组 （北京北至昌平段外），运行通道内全部动车组旅客列车，开行八达岭长城 （延庆）的市郊旅游动车组。2020年冬奥会期间，主要组织开行北京至崇礼、张家口至崇礼的动车，北京北至昌平段兼顾开行动车底走行，部分京通、京包普速旅客列车及少量摘挂列车和小运转列车。

图1 京张铁路北京北至昌平段线路示意图

3．1 京张高速铁路运输调度指挥系统设计方案研究

鉴于北京枢纽北京北至昌平段属于客货共线铁路，既有为普速铁路信号系统，该段各车站属于北京调度所既有S2调度台管辖，京张铁路运输调度指挥系统拟考虑以下3个设计方案。

方案一：北京北至昌平段维持既有S2调度台管辖，昌平 （不含）至张家口南段新设1个京张铁路调度台，2个调度台均接入北京铁路局调度所客专调度中心总机系统。

方案二：北京北至昌平段维持既有S2调度台管辖，接入北京铁路局调度所普速铁路调度中心总机系统；昌平 （不含）至张家口南段新设1个京张铁路调度台，接入北京铁路局调度所客专调度中心总机系统。

方案三：北京北至张家口南段采用分散自律调度集中系统 （CTC），新设京张铁路调度台，接入北京铁路局调度所客专调度中心总机系统。

由于高铁线路的调度指挥、应急处置、施工及维修管理等模式与普速铁路不同，方案一、二是从运输管理方面考虑，客货共线段更适合由既有S2调度台管辖。

为满足客专列控系统需求，方案一、二均需将既有S2 （TDCS 2．0）调度台按CTC或 TDCS 3．0标准进行升级改造。方案一、二2个调度台均需新设通信服务器、行调台工作站、TSRS接口服务器、RBC接口服务器等硬件设备，方案二2个调度台需新设2台应用服务器，而方案一中2个调度台可以合用应用服务器。

特别需要指出的是，由于既有S2调度台除管辖既有北京北至昌平段车站，以及既有延庆站4座车站外，还管辖其他14座普速铁路车站，如果这14座车站行车指挥车站分机设备维持既有TDCS 2．0标准不变，需对既有TDCS 2．0中心和车站设备软硬件进行改造，增加接口服务器等，而把TDCS 2．0车站分机接入CTC调度台的改造工程没有相关可依据的标准，对既有线行车干扰大，而且工程实施难度也较大。因此为了这14座既有车站行车指挥车站分机设备接入升级改造的S2调度台，方案一、二均将这14座车站行车指挥车站分机设备按TDCS 3．0标准升级。

采用方案三时，既有S2调度台以及其他14座车站TDCS车站分机设备均可维持既有TDCS 2．0标准不变，因既有S2调度台减少4座车站，而北京铁路局调度所普速铁路调度中心总机系统软件需相应配套修改。方案三的优点是京张铁路动车组行车交路内调度指挥均属1个调度台管辖，指挥统一，便于协调管理，其CTC系统结构简单，CTC系统运行的时效性最好且投资最少。

由于北京北至昌平段普速车上线，方案一、方案二维持既有S2调度台管辖基本不变，便于S2调度台运输管理，方案一既有S2调度台与京张铁路调度台间信息交互环节较少，仅进行调度台间信息交互；方案二普速和客专2个调度中心总机系统间需要进行大量的信息交互，信息中转次数多，信息交互的时效性较差，信息中转及时效性可以通过设备层面应用系统安全设计，以及相应的操作规程的规定来保证行车安全。综上所述，以上3个方案技术上均可行，运输调度指挥系统方案可结合运输调度相关部门需求选定。

3．2 京张高速铁路信号列控系统设计方案研究

结合线路速度标准及运行交路，列控系统的设置拟考虑以下4个方案。

方案一：北京北至张家口南全线采用CTCS－3级列控系统。在张家口南站与怀安站 （张呼铁路车站）区间设C2／C3级间转换1处。

方案二：清河至张家口南站采用CTCS－3级列控系统，北京北至清河段采用CTCS－2级列控系统。在清河至清华园站区间以及张家口南站与怀安站 （张呼铁路车站）区间设置C2／C3级间转换2处。

方案三：昌平至张家口南段采用CTCS－3级列控系统，北京北至昌平段采用CTCS－2级列控系统。在沙河至昌平区间以及张家口南站与怀安站（张呼铁路车站）区间设置C2／C3级间转换2处。

方案四：八达岭长城至下花园北段，采用CTCS－3级列控系统，北京北至八达岭长城段以及下花园北站至张家口南段，采用CTCS－2级列控系统。在昌平至八达岭长城站区间，以及下花园北至宣化北站区间，设置C2／C3级间转换2处。

C3动车组数量计算是按照正线动车全追踪，车站侧线股道均停满考虑，有一定的富余量，方案一、二、三、四C3区段动车组数量分别为80、66、55、25列，结合动车组开行的实际运行情况，考虑方案一RBC可按3台、方案二、三均按2台、方案四为1台设计。

方案一在京张运行交路内无级间转换，投资最高。方案二比方案一少1台RBC，考虑到北京北至清河维持既有单线并电化改造，并无新的运输能力增加且动车所设在清河，从节省投资方面方案二优于方案一。方案三时速250km及以上路段采用CTCS－3级列控系统，符合相关设计规范要求。

方案二、方案三以及方案四，运行于地面CTCS－3级列控系统区段的C3动车组正常，以CTCS－3级列控车载设备控车。CTCS－3级列控系统故障后，采用其后备模式，即CTCS－2级列控车载设备控车。运行于地面CTCS－2级列控区段的C3动车组，正常以CTCS－2级列控车载设备控车，CTCS－2级列控系统故障后，能以地面信号作为行车凭证。

方案四仅时速350km路段采用CTCS－3级列控系统，虽然投资最省，但京张运行交路内动车需进行的列控系统级间转换次数最多，一般不做建议方案。方案一、二、三均能保证运输安全及效率，技术上均可行，经技术、经济以及运营等综合比较，建议采用方案二。

4 结束语

通过对京津冀铁路交通一体化中高铁、城际铁路信号主要核心系统设计方案的探讨，按照运输调度指挥采用CTC系统，列控系统采用相适应的CTCS列控等级进行设计，信号系统具有一定的兼容性，在满足运输安全、需求的前提下，既能适应本线列车的运行，还尽可能兼顾跨线列车的运行，且高速铁路、城际铁路线路间在信号系统层面可实现互联互通。

［1］ 中国铁路总公司．铁总运［2013］141号，铁路列车调度指挥系统（3．0）技术条件［S］．2013．

［2］ 中国铁路总公司．铁总科技［2014］172号，铁路技术管理规程（高速铁路部分）［S］．2014．

［3］ 国家铁路局．国铁科法［2014］67号，城际铁路设计规范［S］．2014．