浙江都市圈市域（郊）轨道交通信号系统选型分析

2022-02-28莫辉强

交通科技与管理 2022年3期

莫辉强

摘要信号系统的选型对线路的运输能力、管理效能、成本以及运行稳定性、可靠性产生影响。文章结合浙江都市圈发展、国家、行业政策要求、地铁及铁路信号系统制式的适用性、影响信号系统性能的外部因素以及浙江都市圈轨道交通特点等，对浙江都市圈市域（郊）信号系统的选型展开分析和建议，为后续项目建设信号系统选型提供参考。

关键词都市圈;市域（郊）;轨道交通;信号系统

中图分类号 U231.7 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）03-0081-04

0 引言

近期，都市圈区域轨道交通发展迅速，浙江省提出了围绕杭州、宁波、温台以及浙中四大都市圈建设“轨道上的浙江”战略目标，并出台了一系列行政性指导性文件。国家、行业以及地方对浙江都市圈市域（郊）轨道交通如何要求，市域（郊）轨道交通项目特点、不同信号制式的系统架构、功能以及外部因素与信号系统的选型有什么关系？信号系统如何选型才能发挥出都市圈市域（郊）轨道交通线路作用？这些一直困扰着有关的管理者。该文针对疑问，开展浙江都市圈市域（郊）信号系统的选型分析，为后续项目开展提供借鉴。

1 背景概况

为推进建设“轨道上的浙江”规划目标，杭州、宁波、温台、浙中四大都市圈线网规划包括铁路、城际、市域轨道交通等23条线路、总里程1 189 km。截至2021年基于《浙江省都市圈城际铁路建设规划（2014—2020年）国家发改委〔2014〕2865号》一期规划已启动实施11个项目，总里程452.4 km，总投资约1 305亿元[1]。二期规划按照《浙江省都市圈城际铁路二期建设规划（2017—2022年）环境影响评价公示》，浙江四大都市圈将再建12条城际铁路，线路总长564.2 km。根据浙江省“十四五”发展规划，浙江都市圈将作为区域城际旅客运输骨干，城际铁路网络覆盖区域内70%以上20万人口以上城镇，构建区域中心城市与重要城镇、组团之间的省域、市域、城区3个“1小时交通圈”。信号系统作为市域（郊）轨道交通关键系统之一，开展选型分析非常必要。

2 市域（郊）轨道交通特征及需求

2.1 市域（郊）轨道交通特征

市域（郊）铁路的定义，在国家发改委《关于促进市域（郊）铁路发展的指导意见》（发改基础〔2017〕1173号）中明确：市域（郊）铁路是城市中心城区联接周边城镇组团及城镇组团之间的通勤化、快速度、大运量的轨道交通系统，提供城市公共交通服务，是城市综合交通体系的重要组成部分[2]。市域（郊）铁路介于铁路、城市轨道交通之间，是衔接城市内部与城市外部的关键性公共交通系统[2]。对比铁路、市域（郊）线以及城市轨道交通（地铁）的典型特征如表1。

2.2 政策要求及需求分析

根据国务院《交通强国发展纲要》明确要建设城市群一体化交通网，推进干线铁路、城际铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通融合发展[3]。《关于进一步做好铁路规划建设工作意见的通知》（国办函〔2021〕27号）提出要加强与国家铁路企业的沟通协调，统筹推进干线铁路、城际铁路、市域（郊）铁路和城市轨道交通多网融合、资源共享、支付兼容，具备条件的线路尽快实现安检互信、票制互通。严禁以新建城际铁路、市域（郊）铁路名义违规变相建设地铁、轻轨[4]。

另外《关于推动都市圈市域（郊）铁路加快发展意见的通知》（国办函〔2020〕116号）以及浙江省发改委《关于推动轨道交通健康可持续发展的意见》（浙政办发〔2021〕52号）等文件对市域（郊）铁路建设提出了具体要求：

连接都市圈中心城市城区和周边城镇组团，主要为通勤客流提供快速度、大运量、公交化运输服务[4];要建设城市群一体化交通网，推进干线铁路、城际铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通“四网融合”高效衔接，实现方便快捷换乘[4];市域快轨、市域快线、市域铁路等，符合市域（郊）铁路功能定位和技术标准相关要求，统筹纳入市域（郊）铁路管理[5];主要技术标准：新建线路单程通行时间宜不超过1 h，设计速度宜为100～

160 kph，平均站间距原则上不小于3 km，中心城区的平均站间距不宜小于2 km，其他路段平均站间距不宜小于4 km，早晚高峰发车间隔不超过10 min[5]。从严控制工程造价，原则上新建市域（郊）铁路直接工程费用不高于轻轨的75%[5]。

综上，市域（郊）轨道交通信号系统在功能和性能应对应匹配：具备快线、跨站、贯通或不贯通运营，线路规模35～100 km;具备大运量、公交化能力，适当的加减速、追踪能力和折返效率高，能同台或同站换乘，3～5 min折返能力;较高的速度以缩短运营时间，时速100～160 km/h;可实现四网融合，车载和轨旁适应交流供电或直流供电;符合铁路或地铁车型的适用性、稳定性和抗干扰性。

3 信号系统制式及主要特征

3.1 信号系统制式

按闭塞方式、信息传输、子系统分布等不同制式划分，信号制式主要包括：

（1）单线单独运营的轨道交通信号制式，简称地铁信号制式。

（2）铁路互联贯通的信号制式，简称铁路信号制式。

（3）介于两种之间的混合信号制式（如点式ATP系统）。

混合制式不唯一性，只分析前两种制式。

3.2 地铁信号系统及主要特征

目前地铁信号系统主要采用列车自动控制（ATC）系统，由列车自动监控系统、列车自动防护子系统、列车自动运行系统以及数据传输系统等子系统构成，通过车载、轨旁、車站和控制中心子系统完成对列车运行的控制;通过ATS调节列车运行间隔和运行时分，实现列车运行的安全、高效和指挥管理有序。地铁作为城市大运量客运系统的定性以及技术发展与迭代，固定闭塞制式已不能满足需要，基本上采用移动闭塞或准移动闭塞架构（如图1所示）。

移动闭塞系统是基于无线通信技术的列车控制系统（CBTC），主要利用无线电通信技术、自动化控制技术以及高精度的列车定位技术，通过轨间电缆、漏泄电缆（或AP）、定位系统（信标或计轴或交叉环线）和有线骨干网的组网，实现连续的自动列车控制[6]。国内CBTC系统主要采用点连式，即连续式车地通信和点式信标或计轴相结合，如图2所示。

相比传统的信号系统，CBTC系统优缺点明显。优点包括：技术先进性，实现移动自动闭塞定位，具有信息量大、效率高、速度快优点;技术安全性，采用ATP、ATB等主动安全防护措施，安全冗余度高;高运输能力，追踪密度高、ATB、车速（80～120 kph）等高运能特点;自动化度高，信息全面、操作便利、信息处理，调度效率高;性价比高，减少电缆量、轨旁设备数，降低维护成本，造价约800～1 000万元/km。缺点：无线传输抗干扰性弱，WLAN或无线频段信道抗电磁干扰性弱，对无线场强监管要求较高。速度限制，速度高于120 kph时，采用AP等传输方式AP信息丢包率过大。中心服务器能力受限，规模大、线路较长（或复杂时中心处理能力、稳定性受限明显。

采用CBTC系统时，要从电磁干扰、无线场强监管、线路（或网）规模评估。设计速度在120 kph以上的，要特别注意车辆电磁环境、供电制式或轨道回流干扰等影响，明确无线传输方式。

3.3 铁路信号系统及主要特征

铁路信号系统，包括普速铁路信号系统和高速铁路信号系统两种制式[7]。当前高铁信号的子系统已在新建或改造升级的普速铁路逐步应用。而从都市圈轨道交通建设和运营需求看，传统的信号系统是不能满足的。高铁信号系统主要以中国列车控制系统（Chinese Train Control System，CTCS）为核心，调度集中（CTC）、计算机联锁系统（CBI）以及相关监测系统组成[8]。其中CTC、CBI及相关监测系统与普速铁路一致，现只对CTCS的特征进行分析。

CTCS系统包括地面设备、车载设备两部分，根据不同制式，CTCS-0～4系列列车控制系统的技术等级、适应性划分如表2。

不同等级CTCS系统适应性不同，CTCS-0～1具备信号、联锁和区间闭塞检查和功能，不具备自动驾驶、自动折返功能，最高速度160 kph，追踪能力一般;CTCS-2～3与CTCS-0～1功能类似，最高速度提升200～350 kph。因此，CTCS-0～1系统相对于CTCS-2～3系统更符合都市圈市域（郊）轨道交通需求。

3.4 影响信号性能的主要外部因素分析

地铁信号系统、铁路信号系统均不直接应用到市域（郊）轨道交通上，从浙江城市群发展及城乡人口情况看，四大都市圈经济高度发达，人口流动需求较大，主城与副城之间通勤、通学和通商的流量较高。除信号系统自身需求外，更应在配线能力、牵引供电制式以及车辆配置等方面统筹设计。

3.4.1 配线能力

作为主、副城之间的骨干运输线路，线路的配置对系统运输能力有决定性作用，应具备较大发车密度、适中的折返效率以及大站快车模式。出于造价因素，项目建设普遍存在规划设计的线路配置与实际运输能力、运营需求偏离，出现折返线、存车线以及站台数量等设计不合理问题。

主要配置有：

（1）场段配置，要从早晚发车、运营维护、应急操作等充分考虑，设置在线路中间，具备正线双向接发车能力。结合线路长度，设置1段1场或1段，有利于降低早晚收发车时间，保障夜间施工。

（2）越行站设置，当线路30 km及以下不设越行站;线路30 km以上，按两端对称模式设置越行站，两端车站或中間站越行，符合快速出行需求。

（3）存车线设置，在折返站、区间较长的中间站，按双向接发车设置存车线保障应急处置能力。

（4）折返站设置，提升站台利用率，提高应急处置效率。一般具备站前和站后折返能力，离大客流站2～3站适当设置站前“交叉度线”。

3.4.2 牵引供电

牵引供电制式有交流制式和直流制式，从信号系统的电磁兼容性、抗干扰性来看，技术设计上是满足的，但实际应用中，交流转换或供电回流等导致干扰较大程度影响定位系统、无线通道、车载系统等的稳定性。同时，电磁干扰整治困难，在项目拟定供电制式前，要进行型式测试和抗干扰测试，确保数据误码率、丢包率符合要求，如定位系统（计轴、信标）抗扰能力。比如温州S1线信号系统，因供电制式导致定位失效、丢标和干扰问题较为突出，运营指标的兑现，值得深思。

3.4.3 车辆配置

车辆配置对信号能力一致，应与速度设计、加减速、信息识别度、低速牵引调节以及车体数量等需求相匹配，车辆配置数量较大程度影响信号系统能力兑现。车辆结构速度、线路设计速度与信号设计速度应完全匹配。车辆加减速能力、静态牵引和应急牵引能力，应能够覆盖信号功能需求工况，同时，车辆牵引制动性能，对ATO、ATP、ATB以及牵引惰行等能否实现影响较大。其中ATO、ATB功能对车辆TIMS信号识别度、低速牵引输出调节、牵引制动反应时间等参数要求苛刻。车辆数量按运用、维修管理需要，一般按照上线列车数量的120%配置，线路较长、场段距离较远，适当增加配置，提升应急处置能力。

4 浙江都市圈市域（郊）信号系统选型分析

从线路自身、区域网络以及信号系统需求出发，并有所侧重进行选型，从强化区域互通时效性考虑，设计速度在100～160 kph，旅行速度在60～90 kph更适宜。鉴于杭州与宁波都市圈以及温台与浙中都市圈的轨道交通建设和运营需求相似。

4.1 杭州、宁波都市圈

杭州都市圈市域（郊）轨道交通，主要以融杭接沪为目标。海宁、绍兴、德清、临安、富阳等区域，接入杭州地铁网以站台换乘为主，可单独营运线选型，结合站间距、设计速度、运输能力以及客流组织，有贯通运营规划或条件的可采用地铁制式;不具备的，根据线路建设实际，可选择适当制式信号系统。嘉兴、平湖主要接入上海，具备与铁路贯通条件的，宜采用铁路CTCS-0～2信号系统。宁波都市圈与杭州的类似，主要以接入宁波地铁网为主。根据相关地铁线换乘需求适当选择信号系统制式。

4.2 温台、浙中都市圈

温台、浙中都市圈市域处在新建轨道交通线网初期，市域（郊）线路、地铁线网，要按照贯通运营、换乘来统筹规划。轨道交通骨干网络作为先行建设和运营线路，客流引导作用明显，有客流提升大、行车密度高、旅行速度大、承担骨干线路作用等特点。结合四网融合、建设运营需要，可采用地铁制式或铁路CTCS-0～2制式，采用准移动闭塞或移动闭塞制式，具备ATP、ATO等功能。

5 结束语

浙江都市圈市域（郊）不同的轨道交通项目对信号系统的功能和定位有差异，从项目建设和运营管理角度，建议信号系统选型主要因素如下：

（1）都市圈区域轨道交通发展差异，杭州、宁波要线网匹配性考虑选型;温州、台州、金华等为新建设轨道交通，要统筹线网规划，明确换乘、互联、互通需求，作为信号系统选型前置要素。

（2）地铁制式与铁路制式各有优势，整体照搬铁路或地铁制式信号系统，不能满足市域（郊）轨道交通项目需求，需深化线路运营需求與信号系统需求，保障选型的可行性和有效性。

（3）项目整体、供电、车辆、线路配线等条件对信号系统的功能、稳定性、可靠性影响较大，应作为信号制式选定的关键，开展深入调研和充分论证。

（4）结合相关外部条件（车辆配置、牵引供电、线路配线等），进一步确定具体信号子系统功能需求，明确子系统构建方式，进一步论证信号系统的电磁抗干扰能力满足可靠性、稳定性要求，来决定信号系统选型的合理性。

参考文献

[1]国家发改委.发改基础[2014]2865号.浙江省都市圈城际铁路建设规划（2014—2020年）[R].2014：2.

[2]国务院.国办函[2020]116号.关于推动都市圈市域（郊）铁路加快发展意见[S].2020：2.

[3]国务院.交通强国建设纲要[S].2019：3.

[4]国家发改委.发改基础[2017]1173号.关于促进市域（郊）铁路发展的指导意见[S].2017：3.

[5]国务院.国办函[2021]27号.关于进一步做好铁路规划建设工作意见[S].2021：3.