周 毅

(上海鐵路局 工務(wù)處，上海 200071)

工務(wù)機械車高速運行安全控制技術(shù)

周 毅

(上海鐵路局 工務(wù)處，上海 200071)

軌道車運行控制設(shè)備(GYK)的推廣使用為工務(wù)機械車行車安全提供了保障。隨著我國高速鐵路運營里程的增加，高速鐵路裝備的工務(wù)機械車需求也不斷增長，文章對使用既有軌道車運行控制設(shè)備提高高速工務(wù)機械車車輛運行效率的情況進行了分析，提出了提高工務(wù)機械車運行效率的三種方案，優(yōu)化分析后，推薦GYK增加BTM設(shè)備的方案，并圍繞該方案進行了現(xiàn)場驗證，試驗結(jié)果表明，為GYK增加BTM設(shè)備，接收鐵路地面發(fā)碼數(shù)據(jù)并納入控車技術(shù)是解決工務(wù)機械車高速運行安全控制的理想方案之一。

工務(wù)機械車 軌道車運行控制設(shè)備 運行效率

1 工務(wù)機械車運行現(xiàn)狀

在2009年以前，軌道車運行監(jiān)控裝置沒有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，鐵道部綜合考慮了當時自輪運轉(zhuǎn)設(shè)備的安全管理、換裝能力和設(shè)備的技術(shù)可行性，制訂了《軌道車運行控制設(shè)備技術(shù)規(guī)范V1.0》(以下簡稱“技術(shù)規(guī)范”)，規(guī)范了自輪運轉(zhuǎn)設(shè)備的運用安全管理。受相關(guān)技術(shù)條件限制，GYK對軌道車的控制速度最高為80 km/h;自閉區(qū)段中＞700 m的閉塞區(qū)段按700 m控制。該規(guī)范的制訂提高了軌道車運行的安全性和管理的便捷性，但也限制了其運行效率，另外，由于GYK的運行位置完全依賴人工對標，犧牲了操作的便利性，給提高最高限制速度帶來難度。

2011年8月，國務(wù)院檢查組針對“7.23”事故調(diào)查時提到高速鐵路維護用的軌道車速度不高的問題，并列入整改項目。高速鐵路區(qū)間較長，軌道車數(shù)量少，從綜合工區(qū)到維修或搶修現(xiàn)場用時較長，為提高工作效率，充分利用封鎖天窗有效時間，需發(fā)揮重型軌道車運用效能。軌道車運行控制設(shè)備(GYK)應(yīng)滿足不同等級正常監(jiān)控模式速度限值，在保證安全的條件下充分發(fā)揮設(shè)備運輸效率。

1.1 車輛技術(shù)條件

《重型軌道車技術(shù)條件》(GB/T 10082—2010)中對軌道車速度等級劃分為 A(≥80 km/h)、B(≥100 km/h)、C(≥120 km/h)三個等級。目前工務(wù)所用的重型軌道車和大型養(yǎng)路機械自行允許運行速度都在80 km/h以上，高鐵軌道車最高允許值已達到 120 km/h。

2010年1月，鐵道部運輸局組織制訂了《工務(wù)重型軌道車技術(shù)規(guī)格書(范本)》，對新建200 km/h以上鐵路線路維修用軌道車技術(shù)條件作了規(guī)定;同年8年，鐵道部科技司對具備120 km/h運行條件的GCY-300Ⅱ型重型軌道車進行了樣車出廠審查;目前，滿足鐵道部高速鐵路重型軌道車技術(shù)條件的高鐵軌道車陸續(xù)投入使用，同時相關(guān)生產(chǎn)廠家已完成了160 km/h軌道車的技術(shù)方案審查與型式檢驗;為適應(yīng)高速鐵路大型養(yǎng)路機械技術(shù)需要，2012年鐵道部通過了大型養(yǎng)路機械制動距離調(diào)整及實施方案的技術(shù)審查。

1.2 管理條件

GYK投入運用2年來，軌道車在GYK運用管理上已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗，目前，已經(jīng)有很多使用單位在硬件配備、基本數(shù)據(jù)編制、日常運行數(shù)據(jù)管理方面具備了改進條件，部分鐵路局在GYK運用管理科技創(chuàng)新方面做了有益的探索，使得提高工務(wù)機械車運行效率的一些措施有了更多實施的可能。

1.3 綠黃燈以上部分燈型序列介紹

在綠黃燈(記作LU)以上的燈型序列依次是綠燈(記作 L)、綠2燈(記作 L2)、綠 3燈(記作 L3)、綠 4燈(記作L4)、綠5燈(記作L5)，分別表示距離綠黃燈尚有1～5個自閉區(qū)段。

2 提高工務(wù)機械車運行效率的思路

2.1 修訂GYK技術(shù)規(guī)范(方案一)

2.1.1 基本方案

目前，GYK按“速度分級控制”方式運行，雖然只定義到80 km/h限速等級，但是也只用到LU燈的燈型限速，這為L燈乃至L2～L5燈情況下提高運行速度提供了一些條件。如果繼續(xù)按照每個自閉分區(qū)應(yīng)該按700 m以上的路程來考慮，從LU以上可以繼續(xù)給出“速度分級控制”方式的燈型限速，從而提高車輛運行速度。在陡坡、長大下坡、區(qū)段限速或臨時限速等特殊區(qū)段當然需要少量數(shù)據(jù)支持，其他路段可以按缺省參數(shù)計算出可行的速度等級。

考慮在－8‰下坡情況下，按照軌道車運行控制設(shè)備技術(shù)規(guī)范附錄A.1的計算方法中的制動計算公式［2］，可以規(guī)定 L燈的開口限速為100 km/h，L2燈的開口限速為113 km/h，L3燈的開口限速為123 km/h，L4燈的開口限速為130 km/h，L5燈的開口限速為136 km/h。

2.1.2 本方案優(yōu)缺點

1)優(yōu)點。不必升級現(xiàn)有的GYK硬件設(shè)備;不必更改現(xiàn)有的 GYK基本數(shù)據(jù)格式，內(nèi)容上僅需增加80 km/h以上的區(qū)段限速和臨時限速數(shù)據(jù);最大程度地兼容現(xiàn)有的技術(shù)規(guī)范。

2)缺點。①目前GYK運行位置是依靠人工對標來定位的，由于運行速度提高，司機的視覺效果和對標操作的同步性要求難以滿足實際需要，容易造成額外的對標誤差。②大部分自閉分區(qū)的長度都遠大于700 m。按目前的方法，每個分區(qū)相當于有很長一段距離是按低一級燈型的限速來控制車輛運行，不能充分提高運行效率。③目前需要20 km/h限速運行的情況太多，距離較長，這是影響車輛運行效率的重要因素。本方案對這種現(xiàn)象毫無改善。④有些路段最高級別的燈型僅支持到L3，這樣最高速度也只能達到123 km/h，不能充分發(fā)揮更高速度級高速軌道車的性能。

2.2 在基本數(shù)據(jù)中增加信號機位置(方案二)

2.2.1 基本方案

GYK燈型限速目標點都是按照保守的700 m來計算的。在基本數(shù)據(jù)中增加信號機位置，首先帶來的好處是控制目標點直接到位。另外，對于L燈及L燈以上的信號，提供了“速度連續(xù)控制”的條件。通常情況下自閉區(qū)段的長度都遠大于700 m。如果按連續(xù)幾個自閉區(qū)段長度都是1 300 m的情況作為例子，考慮在－8‰下坡情況下，按照軌道車運行控制設(shè)備技術(shù)規(guī)范附錄A.1的計算方法，L燈的開口限速可以達到111 km/h，L2燈的開口限速可以達到128 km/h，L3燈的開口限速可以達到139 km/h，L4燈的開口限速可以達到146 km/h，L5燈的開口限速可以達到152 km/h。

2.2.2 本方案優(yōu)缺點

1)優(yōu)點。不必升級現(xiàn)有的GYK硬件設(shè)備;較少更改現(xiàn)有的GYK基本數(shù)據(jù)格式，內(nèi)容上僅需增加信號機位置信息以及80 km/h以上的區(qū)段限速和臨時限速數(shù)據(jù);多數(shù)情況下，區(qū)間的通過信號機可以幫助司機完成自動對標，減少安全隱患;車輛運行效率提高較多。

2)缺點。車載數(shù)據(jù)換裝次數(shù)大大增加，有些地方本身換裝困難，無法采用本方案;基本數(shù)據(jù)編制及維護工作量大大增加;數(shù)據(jù)換裝不到位容易產(chǎn)生安全隱患;坡度數(shù)據(jù)顯得更加重要。

2.3 為GYK增加BTM設(shè)備(方案三)

2.3.1 基本方案

地面點式應(yīng)答器的使用已經(jīng)在高速鐵路得到很大程度的推廣，尤其在高速軌道車運行路段。應(yīng)答器數(shù)據(jù)已經(jīng)包含線路限速、臨時限速、坡道等細節(jié)，即使沒有基本數(shù)據(jù)，也足以指導(dǎo)軌道車安全運行。有源應(yīng)答器和無源應(yīng)答器的數(shù)據(jù)組合，能夠指導(dǎo)軌道車完成區(qū)間通過運行，車站正線、側(cè)線停車或通過，區(qū)間作業(yè)等任務(wù)。GYK增設(shè)BTM設(shè)備以后，可以直接讀取應(yīng)答器信息。控車方案仍然可以考慮“速度分級控制”和“速度連續(xù)控制”相結(jié)合，80 km/h以下部分仍然按照技術(shù)規(guī)范的方法采用分級控制，80 km/h以上部分采用連續(xù)控制，這樣能夠在兼顧兼容性的同時最大程度提高軌道車運行效率。

2.3.2 本方案優(yōu)缺點

1)優(yōu)點。能降低管理成本，提高安全性，提高對標精度;支線轉(zhuǎn)移、交路轉(zhuǎn)移、尾部過岔、出站狀態(tài)切換等作業(yè)不需司機操作，避免對揭示數(shù)據(jù)的依賴，司機操作減少;正常監(jiān)控模式中減少“目視”狀態(tài)，減少“解鎖”操作;基本數(shù)據(jù)的換裝重要性下降，即使沒有及時換裝，僅影響部分顯示效果，不影響行車效率和安全。

2)缺點。設(shè)備成本增加較多;不適合那些沒有應(yīng)答器的路段。

2.4 方案比選

綜合以上三種方案特點，考慮技術(shù)、管理及發(fā)展因素，GYK增加BTM設(shè)備的方案(方案三)優(yōu)于其他方案，可作為提高工務(wù)機械車運行效率的推薦方案，圍繞該方案進行了現(xiàn)場試驗驗證。

3 為GYK增加BTM設(shè)備方案的現(xiàn)場試驗

3.1 現(xiàn)場行車基本數(shù)據(jù)

在完全監(jiān)控模式，GYK收到應(yīng)答器數(shù)據(jù)，并滿足提速條件，當機車信號為 L5，L4，L3，L2，L 燈時，以控車所需的基本參數(shù)(軌道電路信息、應(yīng)答器信息、軌道車參數(shù))為依據(jù)，以 LU燈的出口限速80 km/h為目標，生成目標距離控制曲線(圖示頂棚速度為160 km/h)，LU燈以下機車信號采用分級速度控制，以本分區(qū)信號機位置為目標，監(jiān)控軌道車運行(參見圖1)。

圖1 速度控制示意

當機車信號為 L5，L4，L3，L2，L，LU 時，GYK 根據(jù)應(yīng)答器信息和機車信號信息按照前方LU區(qū)段出口限速80 km/h進行連續(xù)曲線計算。當機車信號為U2S時，GYK保持限速80 km/h至當前閉塞分區(qū)出口。當機車信號為U或U2時，GYK根據(jù)應(yīng)答器信息按照當前閉塞分區(qū)出口限速60 km/h進行連續(xù)曲線計算。當機車信號為黃2閃(U2S)時，GYK保持限速80 km/h至當前閉塞分區(qū)出口。當機車信號為黃(U)或黃2(U2)時，GYK根據(jù)應(yīng)答器信息按照當前閉塞分區(qū)出口限速60 km/h進行連續(xù)曲線計算。當機車信號為雙黃(UU)、雙黃閃(UUS)時，GYK根據(jù)應(yīng)答器信息按照當前閉塞分區(qū)出口限速45 km/h進行連續(xù)曲線計算。當機車信號為紅黃(HU)燈時，GYK根據(jù)應(yīng)答器信息按照當前閉塞分區(qū)末端停車進行連續(xù)曲線計算。

3.2 試驗?zāi)康?/h3>

驗證GYK正常監(jiān)控模式運行，應(yīng)答器報文接收完整后可進入提速狀態(tài)，GYK運行控制曲線的正確性。驗證正常監(jiān)控模式人工臨時限速、報文線路限速和報文臨時限速能夠正確控制。驗證利用報文里程信息校正公里標的正確性。驗證正常監(jiān)控模式進入提速狀態(tài)時，L5等機車信號掉碼變?yōu)锽燈的控制功能。驗證正常監(jiān)控模式進入提速時，進站停車控制功能。驗證GYK區(qū)間作業(yè)進入模式運行，應(yīng)答器報文接收完整后可進入提速狀態(tài)，GYK運行控制曲線的正確性。驗證GYK區(qū)間作業(yè)返回模式運行，應(yīng)答器報文接收完整后可進入提速狀態(tài)，GYK運行控制曲線的正確性。

3.3 試驗設(shè)備及條件

試驗設(shè)備包括 GCY-300Ⅱ型重型軌道車1臺，GYK設(shè)備、BTM主機和BTM天線。

軟件采用BTM程序版本 V1.0.1 20120410、監(jiān)控記錄板程序版本 V1.1.0 20120312、監(jiān)控記錄單元程序版本 V1.1.0.20120312。

滬昆高鐵嘉興南到海寧西間UUS燈型限速為45 km/h，為了便于觀察試驗效果，設(shè)置編組限速 160 km/h，但是限制司機運行時不超過80 km/h。

3.4 試驗內(nèi)容

試驗內(nèi)容包括:①手動輸入用于試驗的“臨時限速”;②軌道車位置設(shè)定;③設(shè)置監(jiān)控狀態(tài)。

設(shè)置后界面顯示正常，司機正常發(fā)車后不久，應(yīng)答器數(shù)據(jù)接收完整，提示司機進入提速狀態(tài);正常監(jiān)控側(cè)線進站運行正常，應(yīng)答器數(shù)據(jù)接收正常，應(yīng)答器自動對標功能正常，應(yīng)答器數(shù)據(jù)中道岔限速(類型設(shè)置為“有計劃臨時限速”)讀取正常，機車信號及絕緣節(jié)接收正常。途中，人工臨時限速響應(yīng)正常。運行途中出現(xiàn)短暫的掉碼，限速曲線會在前方第二架信號機前閉口(如果降速曲線距離不足，會在留出司機人工反應(yīng)時間的前提下畫出降速曲線)，短暫的掉碼不會影響運行效率，掉碼顯示見圖2。嘉興南站的進站過程，體現(xiàn)了“速度連續(xù)控制”和“速度分級控制”的結(jié)合。從最后一個L5的公里標和距離，可以推算前方 LU燈的“速度連續(xù)控制”目標位置在86.270 km處，參見圖3。進入“速度分級控制”階段，由于有了信號機位置，目標限速可以在前方信號機附近到位，大大提高運行效率。U燈的DMI界面如圖4。進站信號機附近的應(yīng)答器數(shù)據(jù)幫助GYK自動對標，精確定位后可以將目標控制位置推進到前方信號機，大大提高咽喉區(qū)運行效率，避免了目視狀態(tài)的解鎖和多次警惕操作，減少司機出錯的可能性。越過進站信號機瞬間DMI界面如圖5。

圖2 掉碼顯示(單位:mm)

圖3 進站速度控制顯示

圖4 速度分級控制顯示

圖5 進站信號機顯示

3.5 試驗結(jié)論

1)GYK能夠及時判斷應(yīng)答器數(shù)據(jù)的完整性，提供提速條件指示，在司機確認后才進入提速狀態(tài);LU碼以上的信號適合連續(xù)控制方式應(yīng)用，LU碼以下的信號可以繼續(xù)使用分級控制方式，既改進了控車方式，又與正常監(jiān)控有很好的兼容性。

2)動車組使用的應(yīng)答器數(shù)據(jù)同樣適合GYK使用，當前的GYK+BTM方案控車更加到位，提高行車效率。

3)路邊的公里標本來就有誤差，高速運行的軌道車造成的視覺效果嚴重影響司機的人工對標操作，容易造成安全隱患。利用應(yīng)答器位置實現(xiàn)自動對標，可靠精準，既減少了司機的操作，又提高了安全性。

4)提高停車信號的執(zhí)行效率，限速曲線更加到位，減少了對“目視狀態(tài)”的依賴，減少了司機盲目“警惕”的安全隱患。

5)使用應(yīng)答器數(shù)據(jù)后，GYK定位更加準確，區(qū)間作業(yè)的效率和安全性有明顯提高。

6)掉碼后GYK會及時限制列車的運行，短暫的掉碼不影響運行效率。

7)人工揭示可以和應(yīng)答器數(shù)據(jù)組合使用，人工臨時限速可以正常響應(yīng)。

8)應(yīng)答器數(shù)據(jù)已經(jīng)提供了線路限速，包括道岔的限制速度，減少了司機提前解鎖的風險，這同樣有利于提高行車效率和安全性。

9)在信號開通的情況下，正向行駛和反向行駛的運行效果是一樣的。GYK可以不再依賴對基本數(shù)據(jù)的“反向”使用。

10)基本數(shù)據(jù)的換裝重要性下降，即使沒有及時換裝，僅影響部分顯示效果，不影響行車效率和安全。

4 結(jié)語

提高工務(wù)機械車運行速度，如采用既有GYK進行運行控制，會帶來公里標定位誤差增加、司機對標困難等問題，因此，為GYK增加BTM設(shè)備，接收鐵路地面發(fā)碼數(shù)據(jù)并納入控車技術(shù)是解決工務(wù)機械車高速運行安全控制的理想方案之一。當然，要納入技術(shù)推廣范圍，還需要進一步進行研究，完善控車方案，對技術(shù)規(guī)范作出合理的補充。另外，速度的提高，增加了制動距離，需對軌道車的制動距離的設(shè)定標準進行調(diào)整。

［1］中華人民共和國鐵道部．科技運［2010］136號 CTCS-2級列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則［S］．北京:中國鐵道出版社，2010．

［2］中華人民共和國鐵道部．運基信號［2010］635號 軌道車運行控制設(shè)備技術(shù)規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2009．

［3］中華人民共和國鐵道部．科技運［2010］138號 列控中心技術(shù)規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2010．

［4］中華人民共和國鐵道部．運基信號［2010］48號 軌道車運行控制設(shè)備(GYK)運用維護管理辦法［S］．北京:中國鐵道出版社，2010．

U279．2

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．04．41

1003-1995(2013)04-0134-04

2012-12-20;

2013-01-20

周毅(1969— )，男，安徽臨泉人，高級工程師。

(責任審編 王 紅)