王喜軍
(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,300251,天津∥高級(jí)工程師)
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地鐵信號(hào)系統(tǒng)車(chē)場(chǎng)與正線運(yùn)行控制模式一體化研究
王喜軍
(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,300251,天津∥高級(jí)工程師)
城市軌道交通地鐵信號(hào)系統(tǒng)的車(chē)場(chǎng)與正線運(yùn)行模式一體化是提高車(chē)輛出入場(chǎng)段效率的重要技術(shù)手段。從工程設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用的角度,結(jié)合規(guī)劃與設(shè)計(jì)過(guò)程,給出了地鐵信號(hào)系統(tǒng)的車(chē)場(chǎng)與正線運(yùn)行控制模式一體化運(yùn)行要考慮的相關(guān)要素、主要設(shè)計(jì)思路和解決方案,提出了配套優(yōu)化措施。
地鐵; 信號(hào)系統(tǒng); 車(chē)場(chǎng); 正線; 一體化
Author′s address The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation,300251,Tianjin,China
在城市軌道交通系統(tǒng)中,一般車(chē)場(chǎng)和正線有明顯的分界,車(chē)場(chǎng)采用獨(dú)立的聯(lián)鎖系統(tǒng)。在車(chē)場(chǎng)和正線的銜接地帶,通常情況下都設(shè)置轉(zhuǎn)換軌,列車(chē)經(jīng)由轉(zhuǎn)換軌時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)駕駛模式的轉(zhuǎn)換,登記進(jìn)入ATC(列車(chē)自動(dòng)控制)系統(tǒng)??刂浦行淖R(shí)別列車(chē)后,組織列車(chē)在正線運(yùn)行。
與傳統(tǒng)數(shù)字軌道電路不同的是,正線采用CBTC(基于通信的列車(chē)控制)系統(tǒng)后,不設(shè)置軌道電路,采用計(jì)軸系統(tǒng)作為一種輔助的列車(chē)檢測(cè)手段。因此,在轉(zhuǎn)換軌區(qū)域,有CBTC系統(tǒng),也有計(jì)軸系統(tǒng);而在車(chē)場(chǎng),則采用50 Hz單軌條軌道電路(個(gè)別城市的車(chē)場(chǎng)也有采用計(jì)軸設(shè)備作為列車(chē)檢測(cè)手段)。
列車(chē)在車(chē)場(chǎng)采用人工駕駛,而正線一般采用自動(dòng)駕駛。列車(chē)由車(chē)場(chǎng)進(jìn)入正線或者由正線進(jìn)入車(chē)場(chǎng),均需完成信號(hào)系統(tǒng)駕駛模式的轉(zhuǎn)換,這對(duì)運(yùn)營(yíng)效率、管理水平、作業(yè)強(qiáng)度等都提出了較高的需求,故研究車(chē)場(chǎng)與正線運(yùn)行控制(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“運(yùn)控”)模式的一體化及其加快實(shí)施,是個(gè)較為迫切的課題。
一般情況下,車(chē)場(chǎng)都在地面,有的是地面線和車(chē)場(chǎng)銜接,有的是地下線或高架線和車(chē)場(chǎng)銜接,所以,在轉(zhuǎn)換區(qū)都不同程度地存在一定的坡度。通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)各城市軌道交通車(chē)場(chǎng)和正線的出入線情況來(lái)看,在滿足行車(chē)安全和制動(dòng)距離的情況下,出入線不短于2個(gè)車(chē)長(zhǎng)且坡度不大于35‰的情況下,加上30~50 m的緩坡,是能夠滿足信號(hào)系統(tǒng)的控制要求。
從信號(hào)系統(tǒng)的角度看,出入線轉(zhuǎn)換軌是設(shè)計(jì)的一個(gè)瓶頸地帶,嚴(yán)重制約著車(chē)場(chǎng)與正線效率的匹配。整個(gè)轉(zhuǎn)換軌的設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)管理模式,關(guān)系到車(chē)輛出入段場(chǎng)的能力,車(chē)輛出入段場(chǎng)能力必須和正線的行車(chē)能力相匹配。只有車(chē)場(chǎng)與正線的運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)一體化,才能切實(shí)減少模式轉(zhuǎn)換對(duì)運(yùn)營(yíng)效率的制約,否則,在列車(chē)早晚出入段場(chǎng)時(shí)受到一定程度的限制,會(huì)影響行車(chē)效率、降低服務(wù)水準(zhǔn)、加大運(yùn)營(yíng)人員的工作強(qiáng)度。
車(chē)場(chǎng)與正線一體化運(yùn)營(yíng),就是在車(chē)場(chǎng)范圍內(nèi)也按照ATC的控制模式來(lái)實(shí)現(xiàn)列車(chē)的相關(guān)控制。車(chē)場(chǎng)ATC系統(tǒng)控制模式應(yīng)包括控制中心自動(dòng)控制、控制中心自動(dòng)控制時(shí)的人工介入控制、車(chē)站自動(dòng)控制及車(chē)站人工控制。其控制等級(jí)應(yīng)遵循車(chē)站人工控制優(yōu)先于控制中心人工控制,控制中心人工控制優(yōu)先于控制中心的自動(dòng)控制或車(chē)站控制。對(duì)車(chē)場(chǎng)來(lái)說(shuō),在控制點(diǎn)的模型上,可以假設(shè)為一個(gè)多停車(chē)線的車(chē)站。
在列車(chē)駕駛模式方面,駕駛模式可包括列車(chē)自動(dòng)駕駛、列車(chē)自動(dòng)防護(hù)、限制人工、非限制人工及無(wú)人駕駛等5種模式。就車(chē)場(chǎng)而言,其布局緊湊、咽喉區(qū)道岔密集、道岔型號(hào)較小,列車(chē)限速一般按照庫(kù)外25 km/h、庫(kù)內(nèi)5 km/h來(lái)限制。但無(wú)論列車(chē)速度高低,車(chē)場(chǎng)的駕駛模式均可歸納到正線的駕駛模式下。
3.1 設(shè)計(jì)思路
進(jìn)一步集約化管理的思路:集約化管理是現(xiàn)代企業(yè)集團(tuán)提高效率與效益的基本取向。集約化的“集”就是指集中,集合人力、物力、財(cái)力、管理等生產(chǎn)要素,進(jìn)行統(tǒng)一配置,集約化的“約”是指在集中、統(tǒng)一配置生產(chǎn)要素的過(guò)程中,以節(jié)儉、約束、高效為價(jià)值取向,從而達(dá)到降低成本、高效管理,進(jìn)而使企業(yè)集中核心力量,獲得可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。自動(dòng)化車(chē)場(chǎng),就是車(chē)場(chǎng)和正線一體化,車(chē)輛在車(chē)場(chǎng)內(nèi)也采用ATC,車(chē)輛從出庫(kù)即載入時(shí)刻表,實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行,減輕司機(jī)駕駛的壓力。采取自動(dòng)化車(chē)場(chǎng),主要是節(jié)約了車(chē)場(chǎng)與正線之間轉(zhuǎn)換駕駛模式的時(shí)間。同時(shí),采用自動(dòng)化后,實(shí)施車(chē)次號(hào)跟蹤,控制中心管理方便。自動(dòng)化車(chē)場(chǎng)的主要設(shè)計(jì)思想是將正線和場(chǎng)段一體化,集中控制,但工程造價(jià)較高。
3.2 車(chē)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備配置
傳統(tǒng)的場(chǎng)段內(nèi)信號(hào)系統(tǒng)配置如下:聯(lián)鎖裝置、信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī),區(qū)段檢查采用計(jì)軸設(shè)備或軌道電路,車(chē)地通信采用無(wú)線方式(見(jiàn)圖1)。
圖1 車(chē)場(chǎng)(車(chē)輛段)信號(hào)系統(tǒng)典型構(gòu)成圖
若要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化車(chē)場(chǎng)則需要從信號(hào)系統(tǒng)行車(chē)指揮的角度來(lái)更新設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)思維,需要完成如下兩方面的運(yùn)營(yíng)儲(chǔ)備:
(1) 車(chē)輛進(jìn)出場(chǎng)段實(shí)行不停車(chē)轉(zhuǎn)換模式,按照ATC模式直接由正線到達(dá)車(chē)場(chǎng)大庫(kù)。信號(hào)系統(tǒng)直接參與行車(chē)組織的相關(guān)庫(kù)線,納入控制中心集中管理,系統(tǒng)配置按照正線的標(biāo)準(zhǔn)配置,其他庫(kù)線納入車(chē)場(chǎng)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)值班室管理。
(2) 車(chē)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)后,需要完善相關(guān)的運(yùn)營(yíng)管理措施及行車(chē)規(guī)則。通過(guò)采用自動(dòng)化車(chē)場(chǎng)段實(shí)現(xiàn)場(chǎng)段與正線設(shè)備一體化運(yùn)行,場(chǎng)段將能最大限度地滿足運(yùn)營(yíng)效率要求,實(shí)現(xiàn)效率匹配。
自動(dòng)化車(chē)輛段及停車(chē)場(chǎng)信號(hào)系統(tǒng)由聯(lián)鎖設(shè)備、ATS(列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控)設(shè)備、ATP(列車(chē)自動(dòng)防護(hù))設(shè)備、ATO(列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行)設(shè)備、集中監(jiān)測(cè)設(shè)備等組成,同時(shí)配置車(chē)地通信設(shè)備,保證車(chē)地通信的可靠,配置必要的列車(chē)停車(chē)對(duì)位設(shè)備,保證列車(chē)在停車(chē)線準(zhǔn)確停位(見(jiàn)圖2)。
圖2 無(wú)人駕駛自動(dòng)化車(chē)輛段整體布局示意圖
聯(lián)鎖設(shè)備:目前可供選擇的聯(lián)鎖設(shè)備有國(guó)內(nèi)供貨和國(guó)外供貨兩類(lèi)。由于車(chē)場(chǎng)內(nèi)的作業(yè)方式主要是列車(chē)的進(jìn)、出段(場(chǎng))和段(場(chǎng))內(nèi)的調(diào)車(chē)作業(yè),采用國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備完全能滿足列車(chē)運(yùn)行和各種接口要求。聯(lián)鎖控制采用微機(jī)聯(lián)鎖控制臺(tái)與彩色顯示器、鍵盤(pán)及鼠標(biāo)器相結(jié)合方式,設(shè)于車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)行車(chē)控制室內(nèi)。彩色顯示器可顯示聯(lián)鎖范圍內(nèi)的全部站型。聯(lián)鎖設(shè)備及維修終端設(shè)置在信號(hào)設(shè)備室內(nèi)。出、入聯(lián)絡(luò)線均納入正線控制范圍,并按雙向運(yùn)行設(shè)計(jì)。
ATS設(shè)備:車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)行車(chē)控制室設(shè)ATS分機(jī),用于采集車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)路、道岔軌道電路、信號(hào)機(jī)的狀態(tài)信息等,實(shí)現(xiàn)車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)內(nèi)列車(chē)車(chē)體號(hào)的跟蹤,通過(guò)ATS分機(jī)與車(chē)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)接口,將車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)納入ATS監(jiān)視范圍,同時(shí)也作為車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)ATS工作站與正線ATS設(shè)備之間的信息傳輸設(shè)備。
在實(shí)際的項(xiàng)目中,配置車(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng)的線路則在車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)的派班室各設(shè)一臺(tái)ATS工作站,與車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)分機(jī)相連,用于車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)派班室值班員組織調(diào)度列車(chē)出入段場(chǎng)。
微機(jī)監(jiān)測(cè)設(shè)備:車(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng)的站場(chǎng)面積較大,養(yǎng)護(hù)維修工作量較多,為實(shí)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備的“狀態(tài)修”,需設(shè)置計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。主要監(jiān)測(cè)對(duì)象有軌道電路接收端電壓、電纜絕緣性能、電源狀況、轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀況與電流特性等,可通過(guò)車(chē)場(chǎng)ATS分機(jī)與維修中心信號(hào)維護(hù)工作站聯(lián)網(wǎng)。
車(chē)地通信設(shè)備:自動(dòng)化車(chē)場(chǎng)或車(chē)輛段,車(chē)地通信設(shè)備按照正線的標(biāo)準(zhǔn)配置。通信方式和傳輸媒介應(yīng)該和正線同等配置,但應(yīng)充分考慮工程實(shí)施便捷性、工程造價(jià)合理性等相關(guān)因素。一般來(lái)講,車(chē)地通信媒介不外乎是無(wú)線電臺(tái)、漏泄波導(dǎo)管、漏纜、環(huán)線等。在自動(dòng)化車(chē)輛段內(nèi),車(chē)地通信的效果通過(guò)北京、上海的實(shí)施來(lái)看,已技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定,為無(wú)人駕駛控制技術(shù)的全面推廣提供了重要的基礎(chǔ)技術(shù)支撐。
停車(chē)對(duì)位設(shè)備:停車(chē)對(duì)位功能的實(shí)現(xiàn)分兩部分,一部分是初始停車(chē)功能的實(shí)現(xiàn),一部分是停車(chē)精準(zhǔn)對(duì)位。初始停車(chē)可以依靠軌旁車(chē)地通信為平臺(tái),按照ATC運(yùn)行曲線實(shí)現(xiàn)一次停車(chē),但停車(chē)的精準(zhǔn)度還需要一定的調(diào)整。精準(zhǔn)位置的調(diào)整可以通過(guò)應(yīng)答器組、感應(yīng)環(huán)線、接觸感應(yīng)器等實(shí)現(xiàn)。
3.3 工程造價(jià)分析
采用車(chē)場(chǎng)與正線一體化的設(shè)計(jì)方案后,在既有車(chē)場(chǎng)采用聯(lián)鎖設(shè)備的基礎(chǔ)上,以CBTC系統(tǒng)為例,需要在車(chē)場(chǎng)增加無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)備,以保證可靠的車(chē)地通信。在硬件上需要增加無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,軟件上需要將車(chē)場(chǎng)的控制元素納入正線控制的范疇,建立車(chē)場(chǎng)控制的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù),同時(shí)車(chē)場(chǎng)按照移動(dòng)閉塞的要求設(shè)計(jì),提高車(chē)場(chǎng)與正線的銜接能力。
與傳統(tǒng)的車(chē)場(chǎng)、正線控制模式相比較,車(chē)場(chǎng)與正線一體化控制后,增加的主要是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、車(chē)場(chǎng)控制ATP/ATO相關(guān)設(shè)備。從工程統(tǒng)籌實(shí)施的角度來(lái)看,增加的ATP/ATO相關(guān)設(shè)備及車(chē)地通信設(shè)備費(fèi)用大約在350~450萬(wàn)元人民幣。當(dāng)前設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程加快,在市場(chǎng)預(yù)期良好的情況下,或許工程造價(jià)更低。
3.4 方案可實(shí)施性分析
無(wú)人駕駛的自動(dòng)化車(chē)輛段,如北京地鐵機(jī)場(chǎng)線和上海軌道交通10號(hào)線,車(chē)場(chǎng)與正線基本上都實(shí)現(xiàn)了一體化運(yùn)行模式。不同之處在于自動(dòng)化車(chē)場(chǎng)是無(wú)人駕駛技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基本條件,但自動(dòng)駕駛的項(xiàng)目,基本上都是采用車(chē)輛段單獨(dú)聯(lián)鎖控制。當(dāng)前車(chē)場(chǎng)與車(chē)輛段的建設(shè),從運(yùn)營(yíng)的角度要求在停車(chē)列檢庫(kù)內(nèi)實(shí)現(xiàn)車(chē)地通信的無(wú)線覆蓋,以期測(cè)試車(chē)地通信的完好性。
天津地鐵2號(hào)線李明莊車(chē)輛段信號(hào)系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛段大庫(kù)全面信號(hào)覆蓋,實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備與信號(hào)系統(tǒng)的全面無(wú)線銜接,為天津市軌道交通實(shí)現(xiàn)正線與車(chē)場(chǎng)一體化運(yùn)營(yíng)打下了基礎(chǔ),同時(shí)對(duì)大庫(kù)內(nèi)車(chē)輛的管理,車(chē)載設(shè)備維修、測(cè)試、軟件更新等工序進(jìn)行了嘗試。
自動(dòng)化車(chē)場(chǎng)與常規(guī)獨(dú)立聯(lián)鎖控制的車(chē)場(chǎng)相比,增加的信號(hào)設(shè)備主要有ATP/ATO相關(guān)設(shè)備、車(chē)地通信設(shè)備、相關(guān)視頻設(shè)備。從工程實(shí)施、技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看,自動(dòng)化車(chē)場(chǎng)的方案是可行的,必將在城市軌道交通建設(shè)、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中成為一種重要的發(fā)展趨勢(shì)。
4.1 調(diào)整道岔配置,改善限速條件
咽喉區(qū)道岔配置是影響出入場(chǎng)段的重要因素。以往設(shè)計(jì)時(shí)主要是考慮土地利用狀況、車(chē)輛段工藝需求、功能用房配置等因素,關(guān)于車(chē)輛出入場(chǎng)段的效率只是簡(jiǎn)單估算,建設(shè)后直接交付運(yùn)營(yíng)。但目前來(lái)看,調(diào)整道岔配置能夠有效提高車(chē)輛在咽喉區(qū)走行的速度,進(jìn)而提高車(chē)輛出入場(chǎng)段的效率。
車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)站場(chǎng)設(shè)計(jì)完畢后,由行車(chē)專(zhuān)業(yè)反算,必要的情況下進(jìn)行仿真模擬并計(jì)算車(chē)輛段的接發(fā)車(chē)能力是否與正線相匹配,是否能夠滿足設(shè)計(jì)周期內(nèi)的車(chē)輛出入場(chǎng)段能力。建議在車(chē)輛段適當(dāng)位置可以選取大號(hào)碼道岔,通過(guò)合理交叉配置,以提高車(chē)輛出入場(chǎng)段的效率。地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)間一般是5:00—23:00,采用較大號(hào)碼道岔可以為效率的提升提供有利條件。從表1可比較出常用道岔的速度差異,若從全天效率累積的角度來(lái)看,調(diào)整道岔配置能提高車(chē)輛出入場(chǎng)段的效率。
表1 道岔的限速
4.2 設(shè)計(jì)階段的運(yùn)控一體化方案仿真
城市軌道交通規(guī)劃與城市的整體規(guī)劃緊密相關(guān),其中車(chē)場(chǎng)或車(chē)輛段占用土地的規(guī)模較大,與城市的整體發(fā)展布局關(guān)系密切,是城市整體布局的重要組成部分。城市軌道交通線路的規(guī)劃、車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)的規(guī)劃、資源共享的架構(gòu),要充分考慮運(yùn)營(yíng)的效率問(wèn)題。車(chē)場(chǎng)或車(chē)輛段作為資源共享的重要內(nèi)容,建設(shè)過(guò)程中既要照顧到軌道交通,又要和城市整體發(fā)展及布局相協(xié)調(diào)。因此,在初期規(guī)劃車(chē)輛基地的時(shí)候,對(duì)正線與車(chē)場(chǎng)的距離、正線線路的配置方式、場(chǎng)段的站場(chǎng)布局等方面,應(yīng)該由行車(chē)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行檢算,按照一定的設(shè)計(jì)深度實(shí)施系統(tǒng)仿真,詳實(shí)把握車(chē)輛出入場(chǎng)段的能力與正線要求能力的匹配性,優(yōu)化車(chē)場(chǎng)布局。
根據(jù)以上對(duì)信號(hào)系統(tǒng)車(chē)場(chǎng)與正線運(yùn)行模式一體化的相關(guān)探討,從信號(hào)系統(tǒng)的角度規(guī)劃場(chǎng)段的工藝布局,提升車(chē)輛出入場(chǎng)段的效率,優(yōu)化軌道交通線網(wǎng)布置與城市規(guī)劃的布局。希望在后續(xù)建設(shè)項(xiàng)目中能夠引起規(guī)劃設(shè)計(jì)部門(mén)的重視,場(chǎng)段布局不僅要資源共享,更要注重運(yùn)營(yíng)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)