城市軌道交通信號專家_牛英明

完善行車限速標準提升線路通過能力

城市軌道交通信號專家_牛英明

隨著我國城市化建設(shè)進程，城市軌道交通取得了突飛猛進的發(fā)展,同時也帶動了信號技術(shù)進步。城市軌道交通所采用的先進的列車自動控制技術(shù),為保障城市軌道交通運營安全、高效運營發(fā)揮了重要作用。以安全、正點、快速、便捷、舒適為特點的軌道交通運輸越來越成為乘客出行首選的交通工具，吸引越來越大的客流。與此同時，城市軌道交通系統(tǒng)也承擔(dān)了越來越大的壓力，不斷迎接越來越大的挑戰(zhàn)。如何在保障乘客行車安全的基礎(chǔ)上，進一步提高運營效率、提升客運服務(wù)水平、降低運營成本，是城市軌道交通面臨的重要而緊迫的課題。

信號系統(tǒng)是城市軌道交通列車運行的神經(jīng)中樞，實時自動指揮并控制著列車安全、高效運行，而列車運行速度控制是列車自動控制的核心技術(shù)，不但可保障行車安全，而且可在運行安全的前提下最大程度地提高列車運行效率。列車運行效率不但取決于與信號系統(tǒng)功能和性能及控制方式，而且與軌道、車輛、結(jié)構(gòu)、限界、運營管理模式等因素密切相關(guān)。

列車運行最高允許速度和列車運行最高限制速度是信號專業(yè)設(shè)計的重要依據(jù)，對于軌道交通的旅行速度、通過能力、折返能力等綜合指標具有重大作用。如何確定線路的最高運行速度、協(xié)調(diào)各相關(guān)專業(yè)的列車運行允許速度及限制速度指標，是地鐵設(shè)計中的重要內(nèi)容。軌道限速標準應(yīng)綜合相關(guān)專業(yè)要求、統(tǒng)一設(shè)計標準，避免因?qū)I(yè)之間理解偏差導(dǎo)致降低旅行速度,增加配車數(shù)量。

近些年，越來越多的城市關(guān)注運營效率問題，紛紛出臺了適用本城市的技術(shù)規(guī)定并且采取了一些應(yīng)對措施。但由于各城市研究存在一定的局限性，缺乏通用性，很難形成行業(yè)技術(shù)規(guī)范。城市軌道交通列車通信與運行控制國家工程實驗室成立以來，根據(jù)信號工程存在的軌道與列車運行限速問題組織了一系列的專題研究，過程中走訪了近10個城市，分析了標準存在的問題、提出了補充修改意見。大家一致認為：城市軌道交通限速標準的缺陷是影響列車運行效率的關(guān)鍵問題之一，亟待研究解決。

城市軌道交通列車運行限速標準應(yīng)用概況

列車運行速度標準與應(yīng)用

為規(guī)范城市軌道交通建設(shè)，中華人民共和國建設(shè)部、中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會和中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，分別于2008年發(fā)布了《城市軌道交通工程項目建設(shè)標準（建標104-2008）》（以下簡稱建標），2013年發(fā)布了《地鐵設(shè)計規(guī)范（GB50157-2013）》（以下簡稱地鐵設(shè)計規(guī)范）。建標和地鐵設(shè)計規(guī)范分別就列車運行速度進行了相關(guān)規(guī)定，特別是建標的第五章 運營組織與管理的第四十三條 提出“列車在正線上最高運行速度應(yīng)與車輛設(shè)計最高速度相符合，并允許瞬間超速5km/h。”此條規(guī)定引出了列車允許運行速度和列車最高限制速度概念，緩解了因標準缺陷吃掉的部分運輸效率。

存在的問題

針對軌道限速與列車運行限制速度標準的專題研究，通過走訪北京、上海、廣州、深圳、成都、南京等多個城市和所提供的信息，不難看出存在著速度控制標準不統(tǒng)一、專業(yè)之間不協(xié)調(diào)、定義不夠規(guī)范、概念模糊，突出表現(xiàn)在以下幾個方面。

最高運行速度規(guī)定不統(tǒng)一

地鐵設(shè)計規(guī)范（GB50157-2013）（以下簡稱地鐵設(shè)計規(guī)范）有關(guān)最高運行速度條文解釋中第3.2.5條說明： “設(shè)計最高運行速度80km/h的含義，是指在正常運行狀態(tài)下，車輛技術(shù)條件可以滿足列車在區(qū)間連續(xù)使用80km/h的速度運行，并在實際運行過程中使用80km/h作為正常運行速度的系統(tǒng)?！?而在城市軌道交通工程項目建設(shè)標準（建標104-2008）（以下簡稱建標）的第五章 運營組織與管理的第四十三條 提出“列車在正線上最高運行速度應(yīng)與車輛設(shè)計最高速度相符合，并允許瞬間超速5km/h?！?/p>

列車運行限速規(guī)定不夠系統(tǒng)

關(guān)于道岔限速

《建標》的第五章 運營組織與管理的第四十三條提出“列車通過曲線線路和道岔區(qū)宜按規(guī)定的限速運行”；在《地鐵設(shè)計規(guī)范》的第六章6.2.4規(guī)定60kg/m-1/9道岔的側(cè)向限速為35km/h；同樣是在地鐵設(shè)計規(guī)范中的7.3.4 要求“正線道岔直向允許通過速度不應(yīng)小于區(qū)間設(shè)計速度，側(cè)向允許通過速度不宜小于30km/h?！?/p>

兩個標準均未明確提出道岔側(cè)向的最高運行速度，也未提供最高限制速度指標，而且指標不一致。

關(guān)于曲線限速

《建標》的第五章 運營組織與管理的第四十三條提出“列車通過曲線線路和道岔區(qū)宜按規(guī)定的限速運行”；在《地鐵設(shè)計規(guī)范》的第六章（線路）中的第6.2.1的第二條規(guī)定“最高速度限制應(yīng)按式6.2.2.1-1計算，且不應(yīng)大于列車最高運行速度”。

兩個標準均未明確提出小曲線半徑線路的最高運行速度，而且混淆了最高速度限制和列車最高運行速度標準。

站臺最高限制速度

《建標》的第五章 運營組織與管理的第四十三條 提出“三、列車進入站臺端的運行速度不宜大于55km/h 。”；在《地鐵設(shè)計規(guī)范》的第三章（運營模式）中的第3.3.7的第二條規(guī)定“進站列車進入有效站臺端部時的運行速度不宜大于60km/h”。

兩個標準不一致，用詞均采用“不宜”而不是“不應(yīng)”，不能作為標準采用。

段內(nèi)運行最高限制速度

《建標》的第五章要求“列車進入車輛段站場線路的運行速度不宜大于25km/h ?！比鄙倭熊囘\行最高限制速度。

速度控制的邊界條件不清晰

a. 關(guān)于瞬間定義未明確：超出5km/h是指當超過80km/h則須采取緊急制動且在實施制動過程中的速度不可達到85公里/小時，還是允許超出80km/h運行但不允許達到85km/h;

b. 未說明允許瞬間超速的適用范圍，如：只限80km/h速度等級線路還是也適用100km/h速度等級及以上速度等級線路。

c. 缺少專業(yè)間限速關(guān)聯(lián)關(guān)系，造成設(shè)計不匹配，如：線路結(jié)構(gòu)限速、車輛構(gòu)造速度、車輛防護速度與列車最高限制速度、列車最高運行速度、列車運行最高巡航速度等之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系不清晰，造成專業(yè)間重復(fù)預(yù)留安全防護余量，吃掉了運輸能力。

列車運行效率與速度控制標準研究

研究目的

為明確、統(tǒng)一城市軌道交通的線路、車輛、限界、信號等專業(yè)關(guān)于列車限制速度的概念和定義，建立正線、曲線、道岔、站臺等區(qū)域的列車最大限制速度設(shè)置的標準，釋放線路、車輛能力，避免因標準缺陷影響列車運行效率，城市軌道交通列車通信與運行控制國家工程實驗室于2016年邀請行業(yè)專家就城市軌道交通行車速度標準進行了研究，并編制了《城市軌道交通列車運行速度控制導(dǎo)則》。

研究原則

依據(jù)現(xiàn)行的國家標準《建標》、《地鐵設(shè)計規(guī)范》關(guān)于行車速度的相關(guān)規(guī)定和相關(guān)專業(yè)技術(shù)標準，補充、完善與列車運行速度控制條款，形成城市軌道交通列車運行速度控制導(dǎo)則。

1. 列車運行速度控制應(yīng)滿足線路、車輛限速要求；

2. 根據(jù)研究基礎(chǔ)條件成熟程度，確定《導(dǎo)則》的適用范圍，根據(jù)研究進程不斷發(fā)展，如：120km/h以上時速的市域快軌暫不納入此次研究范圍。

3. 按照標準編寫的規(guī)范編制《導(dǎo)則》，以便與行業(yè)標準對接。

4. 盡量全面覆蓋列車運行速度等級；

5. 有關(guān)列車運行速度控制所涉及的各專業(yè)間定義和描述，應(yīng)力爭全面、一致、明確，避免誤解；

6. 圖文并茂，有利于理解和實際應(yīng)用。

研究成果

統(tǒng)一專業(yè)間速度關(guān)聯(lián)關(guān)系

限界、軌道、橋梁等基礎(chǔ)工程的構(gòu)造速度與車輛的構(gòu)造速度一致；線路最高限制速度應(yīng)低于車輛的構(gòu)造速度；列車最高限制速度應(yīng)不超過線路最高限制速度；若車輛自身具備超速保護功能，應(yīng)不影響列車自動防護系統(tǒng)控制列車運行。

明確了最高運行速度定義

車輛的最高運行速度與線路速度等級相匹配，作為運營組織的列車最高運行速度，其含義為車輛設(shè)計在額定超員載客時，在正常運營狀態(tài)下，可達到并保證連續(xù)持久運行的最高速度。列車自動控制系統(tǒng)應(yīng)控制列車在規(guī)定的最高運行速度的調(diào)整范圍內(nèi)巡航運行。

列車限制速度與列車最高運行速度

列車在正線上最高運行速度應(yīng)與車輛設(shè)計最高速度相符合，并允許瞬間超速5km/h，即對于80 km/h速度等級的線路，列車運行最高限制速度為85 km/h；對于100 km/h速度等級的線路，列車運行最高限制速度為105 km/h。

車輛限制速度的要求

1. 列車運行最高限制速度應(yīng)低于車輛構(gòu)造速度；

2. 車輛最高運行速度應(yīng)與線路速度等級規(guī)定的速度相一致；

3. 車輛最高運行速度可作為列車最高運行速度，信號系統(tǒng)可以此速度控制列車巡航運行；

4. 當列車運行速度上升至車輛最高運行速度后不應(yīng)施加牽引，但允許列車惰行加速。

線路限制速度的要求

1. 線路基礎(chǔ)設(shè)計速度、車輛構(gòu)造速度值應(yīng)一致；

2. 線路允許最高運行速度可作為列車最高運行速度，信號系統(tǒng)可以此速度控制列車巡航運行；

表3-1 曲線線路限速表

3. 區(qū)間曲線線路限速應(yīng)根據(jù)曲線半徑和超高，選用未被平衡橫向加速度（α）進行控制計算。在正常運行模式下，計算線路允許最高運行速度時，按α=0.4m/s2取值；計算線路最高限制速度時，按α=0.6m/s2取值。當曲線超高按最大值為120mm設(shè)置時，曲線線路限制速度按表3-1的規(guī)定確定；

4. 車站曲線線路限速應(yīng)根據(jù)曲線半徑、超高、未被平衡橫向加速度（α）進行控制計算。在正常運行模式下，計算線路允許最高運行速度時，按α=0.3m/s2取值；計算線路最高限制速度時，按α=0.4m/s2取值。車站曲線的限制速度按表3-1的規(guī)定確定；

5. 車站區(qū)域未設(shè)站臺時的限速按照車站曲線限速確定，車站區(qū)域設(shè)站臺時的限速按照設(shè)置站臺門和不設(shè)置站臺門分別規(guī)定限速值；

6. 道岔側(cè)向限速應(yīng)根據(jù)導(dǎo)曲線半徑、未被平衡橫向加速度（α）進行控制計算。在正常運行模式下，計算線路允許最高運行速度時，按α=0.5m/s2取值；計算線路最高限制速度時，按α=0.65m/s2取值，或按線路允許最高運行速度+5km/h計算。道岔的限制速度按表3-2的規(guī)定確定。

表3-2 道岔限制速度

列車運行控制速度

列車運行控制速度匯總表（見右表）。

列車運行控制速度匯總表

城市軌道交通列車運行速度控制導(dǎo)則推廣應(yīng)用建議

為更好驗證《城市軌道交通列車運行速度控制導(dǎo)則》的成熟性、時效性，可選擇一條因速度標準不清晰造成運輸能力達不到設(shè)計標準的線路,進行實際測試。通過實測和評審，驗證標準推廣應(yīng)用的實際效果。

實際測試可分以下幾個步驟進行∶

第一步按照《導(dǎo)則》規(guī)定，修改地面和車載列車控制程序，配置設(shè)計數(shù)據(jù)；

第二步進行室內(nèi)測試和模擬仿真測試；

第三步安全評估；

第四步單車在線動車調(diào)試，檢驗安全制動距離、停車精度、列車運行的平穩(wěn)性、運行作業(yè)時間。同時進行現(xiàn)場安全見證；

第五步組織6列車2分鐘間隔追蹤運行測試，檢驗列車運行最小間隔和列車旅行速度。