路权切换场景下铁路道口控制方案研究

宋文婷

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

铁路道口是指铁路线路上路面宽度在2.5 m 及以上，直接与道路贯通的平面交叉[1]。2013 年发布的《铁路道口管理办法》中规定“既有铁路与道路的平面交叉应逐步改为立体交叉。新建、改建铁路原则上不设置平面交叉”[2]。目前中国国家铁路集团公司管辖范围内的铁路平交道口数量正逐年减少，但是在一些矿企、港区的自管自维专用线项目中，受地形条件、施工难度、工程投资等因素的影响，公路、铁路交叉部分仍会采用平交道口[3]。此外，一些海处项目也会有平交道口的设置需求[4]。

道口在铁路运输中是一个比较特殊的存在，是整个交通网络中铁路和公路唯一存在路权冲突的区域。从保证铁路运输效率、保障列车运行安全的角度，公铁平交道口信号系统的控制方案一直遵循铁路路权优先的原则。本文根据铁路区间道口信号设备技术条件，结合实际建设项目新港专用线安顺路道口设置需求，研究了一种特殊场景下铁路路权优先切换为公路路权优先的道口信号系统控制方案。

1 方案需求

新港专用线是某市港区企业为实现铁路水路联运，从该市普铁火车站接轨的一条企业专用铁路线路，由企业进行本线内的调度管理和设备设施维护。受普铁火车站和港区企业地理位置限制，两站间的区间线路与市内主干道路安顺路互相交叉。

考虑到此处车辆繁忙、人口相对密集，为保证车辆和行人的安全、提高道口防护的可靠性，需设置有人值守的平交道口信号控制系统。道口信号系统控制方案采用道口自动通知、道口自动信号及道口自动栏木，避免人工操纵失误带来的运输影响。

安顺路方向距道口300 m 左右的位置为本区的消防支队所在地，参考建标152—2017《城市消防站建设标准》，消防队出警应在5 min 内到达火灾所在的辖区边缘[5]。因消防出警速度要求高，经研究决定消防出警时铁路列车运行需让行公路消防车通行，无法让行时最多影响出警时间不得超过30 s。因此本工程平交道口的控制方案需满足平时以铁路路权优先、消防出警时以公路路权优先的需求，实现特殊场景下的路权切换。

2 方案研究

2.1 道口条件及设备

新港专用线企业车站和国铁普速车站间采用人工调度指挥方式，按调车模式进行接发车作业，区间无信号轨道电路。两站间区间线路长度约为8.5 km，线路设计最高运行速度为40 km/h。安顺路道口距普速车站约7 km，距港区车站约1.5 km，道口宽度为20 m。

道口铁路方向设有遮断信号机和遮断预告信号机，公路方向设有声光报警器、道口栏木，道口房内设有道口控制箱、道口操纵盘、电源屏。本段线路没有轨道电路，无法通过轨道区段占用条件来检查列车接近和离去的信息，因此本方案采用设置列车检测传感器的方式，采集列车经过的信息。

2.2 路权切换情景分析

在铁路路权优先的情况下，道口信号系统控制道口设备动作程序如下。

当列车向道口方向运行，通过接近区段起点的检测传感器时，传感器将列车经过信息通过电信号传给道口设备控制箱。

道口控制箱接收到报警命令后，自动触发公路报警信号，声光报警器开始闪红灯并发出报警声音，催促道口处的车辆和行人迅速通过。

设定时间后栏木自动落下，实现对公路通行的封锁，等待铁路列车的经过。如遇特殊情况，道口值班员可及时按压遮断信号按钮，铁路方向上的遮断信号机点红灯，禁止铁路列车通行，道口控制设备转为人工控制模式操纵。

当列车离去道口时，离去传感器采集到列车尾部驶离的信息，道口控制箱控制声光报警信号取消，栏木开放。

在基本控制方案的基础上，为实现消防出警公路路权优先的切换，需先判断道口信号控制系统切换条件及切换时机，再进行相应的道口设备动作控制。根据列车通过道口时运行过程的分析，道口控制系统收到消防出警的信息时，判断铁路列车通过紧急制动是否可以在遮断信号机前停下，若可以则应立即切换铁路路权为公路路权，否则不做切换。

本次道口控制系统方案的特殊设计需要增加2 个电信号的采集条件，分别是消防出警信息和列车是否到达遮断信号机外侧紧急制动距离的信息，通过不同时间场景条件完成道口设备不同的控制策略。

安顺路道口设备设置示意如图1 所示。

图1 安顺路道口设备设置示意图

在接收到消防出警信息的情况下，情景分析及道口设备动作程序如下。

情景一：道口控制箱处理器接收到消防出警信息时，未接收到列车接近报警信息，道口控制箱控制铁路方向遮断信号机点红灯。道口值班员注意观察消防出警情况，待消防车通过道口后，若还未出现列车接近报警，则道口值班员按压复原按钮，道口设备恢复正常状态；若已收到列车接近报警，此时声光报警信号已响起，道口处车辆和行人正在快速通过。此场景下列车司机先看到遮断预告信号机点黄灯，知道前方道口有特殊情况，列车司机会采取常用制动措施使列车在遮断信号机前方停车，等待通行指令。道口值班人员确认道口内无行人车辆后，人工控制栏木落下，取消遮断信号机显示，恢复铁路列车通行。

情景二：道口控制箱处理器接收到消防出警信息时，已收到列车接近报警信息，但未收到列车到达紧急制动点的信息，道口控制箱控制铁路方向遮断信号机点红灯。道口值班员注意观察消防出警情况，此时声光报警信号已响起，道口处车辆和行人正在快速通过。此场景下列车司机未看到遮断预告信号机点黄灯，通过后看到遮断信号机点红灯，列车司机会采取紧急制动措施在遮断信号机前方停车等待。道口值班员在观察待消防车通过道口后，确认道口内无行人车辆，人工控制栏木落下，取消遮断信号机显示，恢复铁路列车通行。

情景三：道口控制箱处理器接收到消防出警信息时，已收到列车通过了紧急制动点，此时列车即将到达道口或正在通过道口，维持道口设备动作不变，按照预定的动作程序执行。

2.3 设备位置

按照铁路区间道口设备技术条件，自动栏木设置点为距最近钢轨3～5 m，本方案中栏木和道口信号机按距近侧钢轨5 m 设置，铁路运行方向上遮断信号机设置在距离道口边缘50 m 处。在接近区段起点设置遮断预告信号机和接近传感器1，在紧急制动区段起点设置制动传感器2，在道口边界外侧10 m 位置设置出清传感器3。

2.3.1 接近通知时间的确定

列车接近通知时间

式中：l1为公路方向两道口信号机之间距离，取值为10 m；l2为道路车辆确认信号显示的最小距离，取值为5 m；l3为道路车体长度，机动车取值为22 m，牛、马车取值为7 m；t1为道路车辆以规定最低速度通过道口（在列车接近通知开始，保证使已经闯入道口的车辆能完全出清道口）的时间，单位为s；t2为道口栏木关闭动作时间，取值为10 s；t3为司机采取紧急制动确认时间，取值为5 s；vd为车辆通过道口的规定最低速度，非机动车辆取5 km/h，机动车辆取10 km/h[1]。

计算可得

本方案中T 按大数取整为31 s。

2.3.2 列车紧急制动距离的确定

列车紧急制动距离按照适用于任何铁路货车和任何线路条件的原则，计算得出的各项数据为临界点的最大值，确保列车运行安全。

参照TG 01—2014《铁路技术管理规程》（普速铁路部分）[6]，速度120 km/h 及以下的列车制动距离不得超800 m，按照司机紧急确认时间为5 s，则该速度下列车实际操作制动距离为

根据

计算可得列车由120 km/h 的速度制动到0，制动加速度a=-0/88 m/s2；因此铁路货车制动加速度至少应满足a=-0/88 m/s2的条件。

在本工程中v0=40 km/h，计算可得列车紧急制动距离为S制动=70 m。

2.3.3 接近区段长度的确定

式中：vg为列车在接近区段内运行的最高速度，vg取值为40 km/h；L1为道口中心到遮断信号机的长度，L1取值为60 m；L2为列车紧急制动长度，L2取值为70 m。

计算可得

接近传感器1 设置在接近区段的起点，因此接近传感器1 设置在道口中心474 m 的位置。

2.3.4 紧急制动传感器2 位置的确定

紧急制动传感器2 设置需考虑列车司机收到制动命令后的反应时间，按司机接收到制动指令后反应时间为5 s 计算，列车采取紧急制动后应在铁路遮断信号机前停下。

因此紧急制动传感器2 设置在距离铁路遮断信号机126 m 的位置，则距道口中心距离为186 m。

2.4 控制逻辑设计

道口信号控制系统的设计定型产品从接近点式报警的DX3 型[7]慢慢过渡到模块化的道口信号设备，目前各道口控制处理器多采用模块化的电路板，具有列车接近、离去的实时检测，并预留信号DI 输入与DO输出控制接口[8]。道口主机内CPU 主板可接收各传感器板、DI 输入板的电信号并进行逻辑处理，将运算结果输出至室外控制单元。在道口控制设备安装时设置好控制系统程序，实现道口设备的自动控制。

常规的道口控制处理器通常以铁路路权优先来设置道口控制逻辑，不满足本工程中道口信号控制方案需实现公铁路权切换的特殊需求。根据前文情景分析，本次道口信号系统方案的特殊设计在于道口控制处理器的输入信息中增加列车经过紧急制动区段起点的信息和消防出警的信息。紧急制动区段起点传感器信息通过电缆将制动传感器2 与控制主机连接即可采集，列车经过时道口控制器接收到传感器2 发送的一个电信号。

消防出警信息的采集需进行特殊电路设计。本方案中在消防接警大厅靠墙位置设置一个出警通知箱盒，封装出警信息按钮（BJA）和出警继电器（BJJ）。道口值班房内设出警接收继电器（JBJJ），接警大厅和道口值班房之间通过1 根8 芯电缆传输信息。控制电路如图2 所示。

图2 消防报警控制电路图

当消防接警大厅接线员收到火灾信息并判断需要出警后，立刻按压出警信息按钮，出警继电器BJJ 励磁接通出警电路，道口房内的出警接收继电器JBJJ 随之励磁吸起，接通道口控制箱内的采集电路，道口控制器接收到出警电信号。

本文研究方案将采集到的这3 个信息作为道口系统输入的开关量，按照表1 的控制逻辑进行编程，输出对铁路遮断信号机控制命令。

表1 道口控制处理器编程逻辑

2.5 效果分析

按照情景一和情景二的道口信号控制系统的控制策略，当道口信号控制系统接收到消防出警信息时，铁路的遮断信号机立即点亮，取消铁路方向上的列车通行路权，待消防车通过后再恢复列车运行。这2 个情景的道口控制策略满足特殊条件下公路路权优先的需求。

在场景三的系统设计中，没有进行公路路权的绝对切换，但是实质对消防出警的影响不大。以道口控制箱接收到消防出警信息时列车车头刚好通过紧急制动传感器2，此时为影响消防出警时间的最大临界点。

按列车整编车长为800 m、列车运行速度40 km/h考虑，列车从车头通过紧急制动传感器2 至车尾出清传感器3 的运行距离约1 000 m，则列车正常运行时通过时间为90 s。栏木开放时间取10 s，因此接收出警信息至栏木开放公路方向通车的时间最多为100 s。根据《公安消防部队执勤战斗条令》规定“公安消防中队执勤人员听到出动信号后，首车驶离车库的时间一般不得超过一分钟”[8]。按照一般情况，消防支队收到出警指令至车出库门的时间定为60 s，库门行驶至道口处约为25 s。因此情景三中，影响消防车队出警的时间约为15 s，属于可接受范围内。

3 结束语

本文以新港专用线区间公铁平交道口作为研究对象，通过对实际工程的道口设计需求分析，提出了一种特殊场景下公路路权优先的道口设备设置方案和道口信号控制方案，并设计了不同情景下道口信号设备的控制逻辑和公铁路权切换的实现方式。道口方案的特殊化设计不仅是我国矿企、港区的铁路建设的需要，在我国与其他国家合建的铁路也有相关的方案设计[9-10]，希望本文能对国内外类似工程建设起到参考作用。