地铁信号系统车场与正线运行控制模式一体化研究

王喜军

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,300251,天津∥高级工程师)



地铁信号系统车场与正线运行控制模式一体化研究

王喜军

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,300251,天津∥高级工程师)

城市轨道交通地铁信号系统的车场与正线运行模式一体化是提高车辆出入场段效率的重要技术手段。从工程设计及工程应用的角度,结合规划与设计过程,给出了地铁信号系统的车场与正线运行控制模式一体化运行要考虑的相关要素、主要设计思路和解决方案,提出了配套优化措施。

地铁; 信号系统; 车场; 正线; 一体化

Author′s address The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation,300251,Tianjin,China

在城市轨道交通系统中,一般车场和正线有明显的分界,车场采用独立的联锁系统。在车场和正线的衔接地带,通常情况下都设置转换轨,列车经由转换轨时实现信号系统驾驶模式的转换,登记进入ATC(列车自动控制)系统。控制中心识别列车后,组织列车在正线运行。

与传统数字轨道电路不同的是,正线采用CBTC(基于通信的列车控制)系统后,不设置轨道电路,采用计轴系统作为一种辅助的列车检测手段。因此,在转换轨区域,有CBTC系统,也有计轴系统;而在车场,则采用50 Hz单轨条轨道电路(个别城市的车场也有采用计轴设备作为列车检测手段)。

列车在车场采用人工驾驶,而正线一般采用自动驾驶。列车由车场进入正线或者由正线进入车场,均需完成信号系统驾驶模式的转换,这对运营效率、管理水平、作业强度等都提出了较高的需求,故研究车场与正线运行控制(以下简称“运控”)模式的一体化及其加快实施,是个较为迫切的课题。

1 车场与正线的常规运控模式

一般情况下,车场都在地面,有的是地面线和车场衔接,有的是地下线或高架线和车场衔接,所以,在转换区都不同程度地存在一定的坡度。通过对比国内各城市轨道交通车场和正线的出入线情况来看,在满足行车安全和制动距离的情况下,出入线不短于2个车长且坡度不大于35‰的情况下,加上30～50 m的缓坡,是能够满足信号系统的控制要求。

从信号系统的角度看,出入线转换轨是设计的一个瓶颈地带,严重制约着车场与正线效率的匹配。整个转换轨的设计及运营管理模式,关系到车辆出入段场的能力,车辆出入段场能力必须和正线的行车能力相匹配。只有车场与正线的运行模式实现一体化,才能切实减少模式转换对运营效率的制约,否则,在列车早晚出入段场时受到一定程度的限制,会影响行车效率、降低服务水准、加大运营人员的工作强度。

2 车场与正线的一体化运控模式

车场与正线一体化运营,就是在车场范围内也按照ATC的控制模式来实现列车的相关控制。车场ATC系统控制模式应包括控制中心自动控制、控制中心自动控制时的人工介入控制、车站自动控制及车站人工控制。其控制等级应遵循车站人工控制优先于控制中心人工控制,控制中心人工控制优先于控制中心的自动控制或车站控制。对车场来说,在控制点的模型上,可以假设为一个多停车线的车站。

在列车驾驶模式方面,驾驶模式可包括列车自动驾驶、列车自动防护、限制人工、非限制人工及无人驾驶等5种模式。就车场而言,其布局紧凑、咽喉区道岔密集、道岔型号较小,列车限速一般按照库外25 km/h、库内5 km/h来限制。但无论列车速度高低,车场的驾驶模式均可归纳到正线的驾驶模式下。

3 车场与正线运控一体化的方案设计

3.1 设计思路

进一步集约化管理的思路:集约化管理是现代企业集团提高效率与效益的基本取向。集约化的“集”就是指集中,集合人力、物力、财力、管理等生产要素,进行统一配置,集约化的“约”是指在集中、统一配置生产要素的过程中,以节俭、约束、高效为价值取向,从而达到降低成本、高效管理,进而使企业集中核心力量,获得可持续竞争的优势。自动化车场,就是车场和正线一体化,车辆在车场内也采用ATC,车辆从出库即载入时刻表,实现列车自动运行,减轻司机驾驶的压力。采取自动化车场,主要是节约了车场与正线之间转换驾驶模式的时间。同时,采用自动化后,实施车次号跟踪,控制中心管理方便。自动化车场的主要设计思想是将正线和场段一体化,集中控制,但工程造价较高。

3.2 车场信号设备配置

传统的场段内信号系统配置如下:联锁装置、信号机、转辙机,区段检查采用计轴设备或轨道电路,车地通信采用无线方式(见图1)。

图1 车场(车辆段)信号系统典型构成图

若要实现自动化车场则需要从信号系统行车指挥的角度来更新设计和运营思维,需要完成如下两方面的运营储备:

(1) 车辆进出场段实行不停车转换模式,按照ATC模式直接由正线到达车场大库。信号系统直接参与行车组织的相关库线,纳入控制中心集中管理,系统配置按照正线的标准配置,其他库线纳入车场内运转值班室管理。

(2) 车场设备实现自动化运营后,需要完善相关的运营管理措施及行车规则。通过采用自动化车场段实现场段与正线设备一体化运行,场段将能最大限度地满足运营效率要求,实现效率匹配。

自动化车辆段及停车场信号系统由联锁设备、ATS(列车自动监控)设备、ATP(列车自动防护)设备、ATO(列车自动运行)设备、集中监测设备等组成,同时配置车地通信设备,保证车地通信的可靠,配置必要的列车停车对位设备,保证列车在停车线准确停位(见图2)。

图2 无人驾驶自动化车辆段整体布局示意图

联锁设备:目前可供选择的联锁设备有国内供货和国外供货两类。由于车场内的作业方式主要是列车的进、出段(场)和段(场)内的调车作业,采用国产计算机联锁设备完全能满足列车运行和各种接口要求。联锁控制采用微机联锁控制台与彩色显示器、键盘及鼠标器相结合方式,设于车辆段、停车场行车控制室内。彩色显示器可显示联锁范围内的全部站型。联锁设备及维修终端设置在信号设备室内。出、入联络线均纳入正线控制范围,并按双向运行设计。

ATS设备:车辆段/停车场行车控制室设ATS分机,用于采集车辆段/停车场内进路、道岔轨道电路、信号机的状态信息等,实现车辆段/停车场内列车车体号的跟踪,通过ATS分机与车场联络设备的数据接口,将车辆段/停车场纳入ATS监视范围,同时也作为车辆段/停车场ATS工作站与正线ATS设备之间的信息传输设备。

在实际的项目中,配置车辆段和停车场的线路则在车辆段、停车场的派班室各设一台ATS工作站,与车辆段、停车场分机相连,用于车辆段、停车场派班室值班员组织调度列车出入段场。

微机监测设备:车辆段和停车场的站场面积较大,养护维修工作量较多,为实现信号设备的“状态修”,需设置计算机监测系统。主要监测对象有轨道电路接收端电压、电缆绝缘性能、电源状况、转辙机动作状况与电流特性等,可通过车场ATS分机与维修中心信号维护工作站联网。

车地通信设备:自动化车场或车辆段,车地通信设备按照正线的标准配置。通信方式和传输媒介应该和正线同等配置,但应充分考虑工程实施便捷性、工程造价合理性等相关因素。一般来讲,车地通信媒介不外乎是无线电台、漏泄波导管、漏缆、环线等。在自动化车辆段内,车地通信的效果通过北京、上海的实施来看,已技术成熟、运行稳定,为无人驾驶控制技术的全面推广提供了重要的基础技术支撑。

停车对位设备:停车对位功能的实现分两部分,一部分是初始停车功能的实现,一部分是停车精准对位。初始停车可以依靠轨旁车地通信为平台,按照ATC运行曲线实现一次停车,但停车的精准度还需要一定的调整。精准位置的调整可以通过应答器组、感应环线、接触感应器等实现。

3.3 工程造价分析

采用车场与正线一体化的设计方案后,在既有车场采用联锁设备的基础上,以CBTC系统为例,需要在车场增加无线网络覆盖设备,以保证可靠的车地通信。在硬件上需要增加无线网络设备,软件上需要将车场的控制元素纳入正线控制的范畴,建立车场控制的相关数据库,同时车场按照移动闭塞的要求设计,提高车场与正线的衔接能力。

与传统的车场、正线控制模式相比较,车场与正线一体化控制后,增加的主要是无线网络设备、车场控制ATP/ATO相关设备。从工程统筹实施的角度来看,增加的ATP/ATO相关设备及车地通信设备费用大约在350～450万元人民币。当前设备国产化的进程加快,在市场预期良好的情况下,或许工程造价更低。

3.4 方案可实施性分析

无人驾驶的自动化车辆段,如北京地铁机场线和上海轨道交通10号线,车场与正线基本上都实现了一体化运行模式。不同之处在于自动化车场是无人驾驶技术实现的基本条件,但自动驾驶的项目,基本上都是采用车辆段单独联锁控制。当前车场与车辆段的建设,从运营的角度要求在停车列检库内实现车地通信的无线覆盖,以期测试车地通信的完好性。

天津地铁2号线李明庄车辆段信号系统首次实现对车辆段大库全面信号覆盖,实现信号系统车载设备与信号系统的全面无线衔接,为天津市轨道交通实现正线与车场一体化运营打下了基础,同时对大库内车辆的管理,车载设备维修、测试、软件更新等工序进行了尝试。

自动化车场与常规独立联锁控制的车场相比,增加的信号设备主要有ATP/ATO相关设备、车地通信设备、相关视频设备。从工程实施、技术发展的角度来看,自动化车场的方案是可行的,必将在城市轨道交通建设、运营过程中成为一种重要的发展趋势。

4 相关配套措施

4.1 调整道岔配置,改善限速条件

咽喉区道岔配置是影响出入场段的重要因素。以往设计时主要是考虑土地利用状况、车辆段工艺需求、功能用房配置等因素,关于车辆出入场段的效率只是简单估算,建设后直接交付运营。但目前来看,调整道岔配置能够有效提高车辆在咽喉区走行的速度,进而提高车辆出入场段的效率。

车辆段/停车场站场设计完毕后,由行车专业反算,必要的情况下进行仿真模拟并计算车辆段的接发车能力是否与正线相匹配,是否能够满足设计周期内的车辆出入场段能力。建议在车辆段适当位置可以选取大号码道岔,通过合理交叉配置,以提高车辆出入场段的效率。地铁运营时间一般是5:00—23:00,采用较大号码道岔可以为效率的提升提供有利条件。从表1可比较出常用道岔的速度差异,若从全天效率累积的角度来看,调整道岔配置能提高车辆出入场段的效率。

表1 道岔的限速

4.2 设计阶段的运控一体化方案仿真

城市轨道交通规划与城市的整体规划紧密相关,其中车场或车辆段占用土地的规模较大,与城市的整体发展布局关系密切,是城市整体布局的重要组成部分。城市轨道交通线路的规划、车辆段/停车场的规划、资源共享的架构,要充分考虑运营的效率问题。车场或车辆段作为资源共享的重要内容,建设过程中既要照顾到轨道交通,又要和城市整体发展及布局相协调。因此,在初期规划车辆基地的时候,对正线与车场的距离、正线线路的配置方式、场段的站场布局等方面,应该由行车专业进行检算,按照一定的设计深度实施系统仿真,详实把握车辆出入场段的能力与正线要求能力的匹配性,优化车场布局。

5 结语

根据以上对信号系统车场与正线运行模式一体化的相关探讨,从信号系统的角度规划场段的工艺布局,提升车辆出入场段的效率,优化轨道交通线网布置与城市规划的布局。希望在后续建设项目中能够引起规划设计部门的重视,场段布局不仅要资源共享,更要注重运营效率和便捷性。

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Integrated Operation Mode of Subway Traffic Signal System for Yard and Line

WANG Xijun

Integrated operation mode for yards and lineis an important technical means to improve the traffic efficiency of vehicle access.The integration has important significance on improving the technical conditions of the engineering design,optimizing the city layout,resolving the contradiction arrangement of segment layout and urban planning.From the view of engineering design and engineering application, also combined with planning and design, the related elements,design ideas and integration scheme for yard and line are obtained. Further optimization measures are also proposed.

subway; signal system; yard; line; integration

U 231.7

10.16037/j.1007-869x.2016.08.003

2015-02-27)