川藏铁路信号系统功能需求与技术方案研究

徐 越，朱 明，蔡 亮，陈 勇

（中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031）

川藏铁路由成雅段（成都-雅安段）、雅林段（雅安-林芝段）与拉林段（林芝-拉萨段）3 段线路组成，川藏铁路3 段线路整体技术标准基本相同，但线路环境情况、功能需求差异较大。新建川藏铁路雅林段工程环境特殊，现行信号系统方案无法完全满足其工程应用要求，目前亟需针对雅林段复杂应用环境，开展高可靠、高可用、少维护与智能化信号系统方案研究。

1 川藏铁路线路情况与技术标准

川藏铁路从成都出发向西延伸经雅安、康定、新都桥、昌都、林芝最终到达拉萨，全线运营里程约1 567.33 km[1]。川藏铁路全线线路范围如图1所示。

1.1 川藏铁路线路情况

川藏铁路采用兴建新线与合并旧线的建设模式，分期分段建设运营。川藏铁路各段线路信息如表1所示。

图1 川藏铁路线路范围示意图Fig.1 Schematic diagram of Sichuan-Tibet railway line range

表1 川藏铁路各区段线路信息表Tab.1 Information table of Sichuan-Tibet railway sections

1）既有川藏线成雅铁路由成都西站至蒲江（朝阳湖）段、朝阳湖至雅安段组成，成雅段为双线、客货共线铁路，设计速度 120 ～200 km/h，该段已于2018 年底建成通车。

2）在建拉林铁路，2014 年底开工建设，计划2021 年建成通车，拉林铁路为单线、客货共线铁路，设计速度 160 km/h，目前处于站后施工阶段。

3）新建川藏铁路分为两段：成都天府站（不含）至成雅铁路朝阳湖站（不含）， 雅安站（不含）至林芝站（不含）。目前该段处于可研阶段（先开段站前工程处于施工图阶段），其中，天府站至朝阳湖站新建正线（双线）长度80.61 km；雅安至林芝段新建正线（双线）长度1 008.41 km。雅林段铁路为双线、客货共线铁路，设计速度 200 km/h，局部速度适当降低。

1.2 川藏铁路技术标准

川藏铁路全线线路长、跨度大，导致成雅段、雅林段与拉林段线路条件、技术指标差异较大。本节通过对比分析技术指标，剖析3 段信号系统技术条件与功能需求差异。川藏铁路成雅段、雅林段与拉林段技术标准对比如表2 所示。

川藏铁路成雅段、雅林段与拉林段主要技术指标对比分析如下。

相同点：3 段线路的铁路等级、设计行车速度、机车类型、牵引种类、到发线有效长度等基本相同，上述技术指标受地形情况与线路条件等因素影响相对较小，通过技术手段可实现相同技术标准。

不同点：如图2 所示，地理位置上成雅段、拉林段位于线路两端，分别处于四川盆地与青藏高原，二者地势平缓、线路坡度小、桥隧比略低；而雅林段位于横断山区，跨越大渡河、雅砻江、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江等河流，地形高差显著、途经山脉众多。川藏铁路地理环境与线路条件差异性大导致三段线路正线数目、最小曲线半径、最大坡度牵引质量、桥隧比等技术指标差异明显。

2 成雅段与拉林段信号系统功能需求与技术方案

川藏铁路成雅段、拉林段信号系统设计方案均已实施，而新建川藏铁路雅林段目前尚处于可行性研究阶段（先开段站前工程处于施工图阶段）。本节从信号系统功能需求入手，对比分析成雅段、拉林段所采用信号系统方案的异同；第3 节以此为基础进行雅林段信号系统功能需求分析与技术方案研究。

表2 川藏铁路各区段主要技术标准Tab.2 Main technical standards of Sichuan-Tibet railway sections

图2 川藏铁路线路地理位置及径路图Fig.2 Geographical location and route map of Sichuan-Tibet railway

2.1 成雅段与拉林段信号功能需求

川藏铁路雅林段与拉林段主要信号系统功能需求如下。

1）调度指挥系统

川藏铁路成雅段与拉林段调度指挥系统具备对管辖范围列车与调车作业进行统一指挥和管理的功能，同时支持车站级信号设备的独立操控。

2）闭塞系统

满足列车追踪间隔要求，且与线路运输量与运输需求相匹配。

3）列车运行控制系统

满足故障-安全的原则，采用适应川藏铁路不同类型车辆的列车运行控制系统，并且满足最高运营时速200 km 追踪能力的运行要求，本线列车能够兼容川藏铁路及邻线信号系统，实现跨线运行。

4）联锁系统

满足故障-安全的原则，完成车站进路的自动选排，实现对信号机、道岔、轨道电路的集中控制，设备具有较高的安全性、可靠性与可用性。

5）监测系统

采用成熟可靠的技术手段，实现信号设备（联锁、闭塞、列控、调度、电源屏等设备）的工作状态的动态实时监测、数据记录与统计分析。

2.2 成雅段与拉林段信号系统方案

针对成雅段与拉林段信号系统功能需求、技术条件与工程环境特点，二者分别采用不同的信号系统设计方案。

成雅段采用调度集中系统（CTC），各站设置调度集中分机；区间正向采用自动闭塞，反向采用自动站间闭塞，线路配置CTCS-2 级列控系统满足近期4 min，远期3 min 的列车追踪间隔要求；各站配备计算机联锁设备实现车站进路的自动选排，设置信号集中监测系统实现信号设备的监测及维护[2-3]。

拉林段采用调度集中系统（CTC），各站设置调度集中分机；区间正反向均采用自动站间闭塞，线路配置CTCS-2 级列控系统；各站配备全电子联锁设备实现车站进路的自动选排，全线配置信号集中监测系统实现信号设备的监测及维护[4]。

成雅段与拉林段信号系统配置对比如表3 所示，二者信号系统差异性具体如下。

相同点：川藏铁路成雅段、拉林段两段线路工程环境对调度指挥、列控系统及监测系统差异性选择影响较小，故两段线路均采用CTC、CTCS-2 级列控设备与信号集中监测系统实现成雅段、拉林段调度指挥、列车运行控制与设备监测维护的系统功能需求。

表3 川藏铁路成雅段、拉林段信号系统配置对比表Tab.3 Comparison table of signalling system configuration for Chengdu-Ya’an and Lhasa-Nyingchi sections of Sichuan-Tibet railway

不同点：成雅段区间采用自动闭塞，站内采用计算机联锁；而雅林段区间采用自动站间闭塞，车站采用全电子联锁。主要原因在于目前拉林段沿线城市群稀疏、人口少，其客/ 货运量远低于成雅段，区间行车密度小，故采用自动站间闭塞而非自动闭塞；此外拉林段地处青藏高原，海拔高、昼夜温差大、紫外线强，使继电接口的计算机联锁设备的物理参数严重漂移，故障频次升高与维护工作量急剧上升；而全电子联锁设备受海拔、温差、紫外线等因素影响较小，且高原环境下RAMS 各项指标均比较稳定，故拉林段各站配置全电子联锁设备。

3 雅林段信号系统功能需求分析与方案选型

3.1 雅林段工程特殊性与相应功能需求

新建川藏铁路雅安至林芝段，线路海拔高、桥隧比高、坡度变化大、自然环境恶劣，是西部复杂艰险山区铁路的典型代表[5-6]，其恶劣自然环境对信号系统提出了新的要求，川藏铁路雅林段复杂的工程环境对信号系统的应用提出的特殊需求如下。

1）调度指挥系统智能化需求。川藏铁路雅林段长大坡道较多，分相区分布不规律，且采用客货混跑运营模式，要求列车运行速度及追踪间隔实时调整。这要求行车指挥系统具备运行计划智能调整功能，同时要求列车具备自动驾驶功能，实现列车间隔自适应控制。

2）新闭塞制式需求。川藏铁路具有客运、货运与专运特运等运输需求，存在不同类型列车之间追踪运行及客货混跑的运营场景，不同类型列车制动性能不同；此外，川藏铁路雅林段长大坡道较多，分相区分布不规律，传统固定闭塞手段难以满足实际运营的需要，川藏铁路雅林段亟需开展准移动闭塞与移动闭塞工程应用研究及实践。

3）精简车站联锁设备。雅林段平均海拔较高，沿线设置无人值守站较多，为满足无人化车站的联锁正常运转，需精简既有联锁设备，无人值守站仅设置对象控制器，并由邻近有人值守站联锁设备进行操控。

4）运维系统智能化需求。雅林段高海拔、缺氧、桥隧比极高（约95%），不适合维护人员长期驻守，信号系统运维面临巨大的挑战与困难。恶劣的自然环境要求精简轨旁设备，并通过远程控制技术、智能巡检、大数据分析技术实现川藏铁路拉林段无人值守车站的远程控制与智能运维。

5）其他特殊功能需求

满足本线多隧道、地质灾害突发情况下，行车指挥、列车运行控制的需求；满足本线列车下线至不同CTCS 等级线路运行需求；满足不同种类列车（动车组）和调车在本线运行的需求；满足本线长大坡道情况下，安全、可靠控制列车运行的需求；满足本线高海拔、高寒工程环境下，系统高可靠性及易维护维修的需求。

3.2 雅林段信号系统方案

针对川藏铁路雅林段调度指挥智能化、运维系统智能化、无人值守车站联锁设备最少化等特殊功能需求，新建川藏铁路雅林段提出了用智能调度集中系统、基于车-地-车无线通信的列控系统、列控联锁一体化+目标控制器系统及智能运维系统技术方案，以满足川藏铁路雅林段特殊工程环境下的特殊功能需求，其信号系统总体结构示意如图3 所示。

1）列车调度指挥系统

雅林段推荐采用智能调度集中系统。该调度指挥系统除满足《调度集中系统技术条件》（Q/CR 518-2016）与《智能调度集中系统暂行技术条件》（TJ/W208-2019）规定的功能外，应具备智能实时调整功能，通过与电力监测SCADA 系统、灾害监测平台联动，实现在线列车运行组织管理，区间列车数量控制，同时适应接触网供电能力、特殊线路以及故障灾害等情况下的行车指挥需求。

智能调度集中系统能够通过数据平台共享其他相关专业的监测信息，具备调度策略智能动态优化和运行计划在线实时调整功能，以保证行车安全与效率，同时降低调度员的劳动强度。

2）区间闭塞及列车运行控制系统

图3 雅林段信号系统总体结构示意图Fig.3 Schematic diagram of signaling system of Ya’an-Nyingchi section

雅林段推荐采用基于车-地-车无线通信的列控系统，区间采用移动闭塞，区间不再设置信号机、轨道电路等轨旁设备，由列车实现自主定位与完整性检查，“车-地-车”双向无线通信系统完成信息交换。列控车载设备配备智能化ATO 系统，综合各种相关条件，实现列车间隔及速度智能调整，列车正向追踪运行场景如图4 所示。

图4 移动闭塞列车追踪示意图Fig.4 Train tracking diagram in moving block mode

后备模式拟采用站间闭塞及CTCS-0 级列车控制方式，满足列车以不超过160 km/h 的运行速度控制需求，进站信号机外方设双接近区段及接近信号机，后续根据技术发展情况适时调整后备模式。

3）联锁系统

雅林段推荐采用全电子列控联锁一体化设备加目标控制器方案。其主要包含列控联锁一体机与目标控制器（OC）设备。川藏铁路雅林段在主要车站设置列控联锁一体机设备与OC 设备，被控无人值守车站仅设置OC 设备（道岔转撤机、信号机等室外设备由OC 控制），并由邻近有人值守站CBI 通过安全数据网控制。

列控联锁一体机实现车站列控中心与联锁的全部功能，正常移动闭塞模式下，列控联锁一体机完成车站进路控制、区间方向控制、轨道电路状态检查与RBC 信息交互。相邻车站列控联锁一体机通过信号安全数据网进行信息交互。

4）监测系统

雅林段推荐采用智能运维系统。雅林段地理环境复杂、海拔高，生活条件恶劣，不适合设工区或派维护人员长期驻守，依靠现有电务维修体制无法保证信号设备正常巡检及维护，甚至无法保证维护人员的安全。新型电务智能维护系统采用基于大数据、物联网、机器人巡检、BIM 数字孪生等技术实现信号设备的智能巡检与远程维护需求，在智能维护平台的支撑下，考虑在条件艰苦车站实现无人值守，在条件较好且规模较大车站派人值守，并对临近无人值守站进行远程运维管理[7]。

在设置列控-联锁一体机的车站配套设置信号智能维护系统主机，仅设目标控制器的车站、工区及车间设置智能运维系统查询终端。智能维护平台主机通过数据接口从列控联锁一体机接收管辖范围内各站信号设备信息，并将信息上传至电务段电务运维平台，并最终汇总至川藏铁路综合维护平台，实现信号各子系统数据的采集及与其他专业监测系统信息的共享。

4 总结

川藏铁路成雅段、雅林段与拉林段工程环境、技术标准与功能需求差异较大，针对各段线路特点，完成信号系统功能需求分析与方案研究，有利于完善信号系统功能设计、确保川藏铁路信号系统技术方案的科学性与合理性，最终实现川藏铁路高安全、高可靠、少维护与智能化的建设目标。