郝瑞庭
中鐵通信信號(hào)勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 北京 100036
隨著我國城市化進(jìn)程不斷加快,城市軌道交通逐漸向多元化發(fā)展,形成了以地鐵為主、多種軌道交通制式共同發(fā)展的新格局。懸掛式單軌交通作為我國新興的軌道交通制式,已在試驗(yàn)線開展研究測(cè)試,部分商業(yè)線已開工建設(shè),應(yīng)用前景十分廣闊。
依據(jù)《城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ/T 114-2007),懸掛式單軌交通屬于城市軌道交通中的中運(yùn)量單軌交通類型。主要特點(diǎn)如下:
(1)從投資建設(shè)角度:懸掛式單軌工程造價(jià)遠(yuǎn)低于地鐵、輕軌交通制式,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)約為1.8億/公里,有效減輕軌道交通建設(shè)的財(cái)政壓力;因大量采用預(yù)制鋼結(jié)構(gòu),其建設(shè)周期較地鐵大幅縮短,可控制在2年以內(nèi)。
(2)從節(jié)能環(huán)保角度:懸掛式單軌采用膠輪,并運(yùn)行于軌道梁內(nèi),車輛懸掛于軌道梁下方行駛(圖1),噪聲值遠(yuǎn)低于地鐵等其他軌道交通制式。列車以外部電源或鋰電池能量包為動(dòng)力,清潔環(huán)保。此外,其建造使用的鋼結(jié)構(gòu)可回收并重復(fù)利用。
(3)從技術(shù)特性角度:懸掛式單軌采用高架敷設(shè),占地面積小,充分利用現(xiàn)有城市道路資源進(jìn)行建設(shè),無需大面積征地拆遷。列車具有優(yōu)越的轉(zhuǎn)向和爬坡能力,列車運(yùn)行無脫軌風(fēng)險(xiǎn),安全性高。
(4)從城市景觀角度:懸掛式單軌列車遮擋少、視野開闊,可實(shí)現(xiàn)全方位觀景效果。能夠更好地融入當(dāng)?shù)爻鞘形幕?,與城市景觀相協(xié)調(diào),成為一處城市新景觀。
圖1 懸掛式單軌交通實(shí)例(中唐試驗(yàn)線)
懸掛式單軌交通在我國尚處于發(fā)展初期,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范尚不完善。為規(guī)范懸掛式單軌建設(shè),部分地方政府已出臺(tái)或正在編制相應(yīng)的地方建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),如:四川省以中唐空鐵試驗(yàn)線為依托,于2018年8月發(fā)布了《懸掛式單軌交通設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(DBJ51/T099-2018);河南省以開封試驗(yàn)線為依托,于2019年4月發(fā)布了《懸掛式單軌交通技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(DBJ41/T217-2019);湖北省懸掛式單軌交通的地方標(biāo)準(zhǔn)也正在編制中。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2020年4月發(fā)布了《懸掛式單軌交通技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》,公開向社會(huì)征求意見,該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將成為我國第一個(gè)懸掛式單軌交通國家級(jí)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
信號(hào)系統(tǒng)是保證列車運(yùn)行安全、提升運(yùn)行效率和自動(dòng)化水平的重要系統(tǒng)。懸掛式單軌信號(hào)系統(tǒng)不能完全照搬既有成熟應(yīng)用的地鐵信號(hào)方案,其方案設(shè)計(jì)應(yīng)針對(duì)自身制式特點(diǎn),進(jìn)行合理優(yōu)化配置,確保其安全性、適用性及經(jīng)濟(jì)性。信號(hào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)除應(yīng)遵守通用設(shè)計(jì)原則外,還應(yīng)重點(diǎn)考慮以下設(shè)計(jì)原則:
(1)信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)在傳統(tǒng)CBTC方案基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)簡化,在確保安全前提下,系統(tǒng)配置應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化整合,以達(dá)到降低造價(jià)的目的,形成適合懸掛式單軌交通的新型信號(hào)系統(tǒng)方案。
(2)軌旁信號(hào)設(shè)備布置類型和數(shù)量應(yīng)予減少,且應(yīng)盡量小型化和輕型化,便于安裝和維護(hù),以適應(yīng)懸掛式單軌軌道梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn);車載信號(hào)設(shè)備應(yīng)采用模塊化分布式安裝方案,合理利用車輛內(nèi)裝空間,簡化接口電路設(shè)計(jì),減少控制電纜和繼電器消耗,以適應(yīng)懸掛式單軌車輛結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
(3)信號(hào)系統(tǒng)與車輛機(jī)械接口、電氣接口和網(wǎng)絡(luò)接口宜進(jìn)行深度融合,通過網(wǎng)絡(luò)整合實(shí)現(xiàn)車輛各子系統(tǒng)的控制與管理;信號(hào)與車輛可共用司機(jī)顯示屏,進(jìn)行一體化融合設(shè)計(jì)。
(4)在公共視野安裝的信號(hào)設(shè)備應(yīng)與周邊景觀相協(xié)調(diào),在車體內(nèi)安裝的車載設(shè)備應(yīng)與車輛內(nèi)裝設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)。
(5)信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)化等級(jí)選擇應(yīng)綜合考慮懸掛式單軌線路的客流強(qiáng)度、運(yùn)營規(guī)模以及人力資源配置等特點(diǎn),宜選用全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng),提高系統(tǒng)安全性及自動(dòng)化水平。
(6)信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)能與懸掛式單軌交通特有設(shè)置的風(fēng)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接口,對(duì)風(fēng)速等級(jí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并應(yīng)采取告警、限制列車運(yùn)行速度或緊急制動(dòng)停車等安全防護(hù)措施。
信號(hào)系統(tǒng)推薦采用移動(dòng)閉塞制式,選用具有成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(CBTC)。針對(duì)懸掛式單軌采用膠輪走行、車體懸掛擺動(dòng)、車站簡潔占地小等特點(diǎn),依據(jù)信號(hào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)原則,在確保行車安全的前提下,需對(duì)應(yīng)用于傳統(tǒng)軌道交通系統(tǒng)的CBTC信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行方案優(yōu)化整合,調(diào)整子系統(tǒng)配置,設(shè)計(jì)形成適合懸掛式單軌系統(tǒng)的全冗余新型CBTC系統(tǒng)。圖2為一種推薦的典型信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,其中車地?zé)o線通信采用綜合承載,由其他專業(yè)搭建。
圖2 懸掛式單軌交通典型信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
(1)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)營控制方式
傳統(tǒng)地鐵CBTC系統(tǒng)通常為三級(jí)運(yùn)營控制方式,即:基于連續(xù)式通信的CBTC控制方式、基于點(diǎn)式ATP/ATO的控制方式和聯(lián)鎖級(jí)控制方式。這種三級(jí)控制方式的設(shè)計(jì)方案有效提高了系統(tǒng)整體可用性,但也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度以及信號(hào)系統(tǒng)整體投資。對(duì)于懸掛式單軌,其不屬于城市干線,對(duì)信號(hào)系統(tǒng)可用性要求低于地鐵;同時(shí),CBTC系統(tǒng)技術(shù)已完全成熟,系統(tǒng)冗余度及可靠性得到了有效保障,故障率進(jìn)一步降低。因此,懸掛式單軌信號(hào)系統(tǒng)可完全摒棄基于點(diǎn)式ATP/ATO和聯(lián)鎖級(jí)降級(jí)運(yùn)營控制方式,僅保留連續(xù)式通信的CBTC正常運(yùn)營控制方式,使得系統(tǒng)復(fù)雜度和投資進(jìn)一步降低,運(yùn)營使用及維護(hù)更加便利。
(2)簡化室內(nèi)及軌旁設(shè)備配置
為節(jié)省設(shè)備安裝空間,提高系統(tǒng)集成化程度,室內(nèi)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖(CI)與區(qū)域控制器(ZC)設(shè)備合并設(shè)置,將聯(lián)鎖系統(tǒng)中的邏輯運(yùn)算功能移植至ZC中實(shí)現(xiàn),僅設(shè)置目標(biāo)控制器(OC)完成室外設(shè)備的控制及狀態(tài)采集功能。因懸掛式單軌箱梁內(nèi)部空間十分有限,無計(jì)軸設(shè)備安裝空間,同時(shí),在取消點(diǎn)式及聯(lián)鎖級(jí)系統(tǒng)降級(jí)控制方式后,用于列車次級(jí)占用檢測(cè)的計(jì)軸設(shè)備已無設(shè)置必要性,可同時(shí)取消。取消用于點(diǎn)式模式下的軌旁有源應(yīng)答器,簡化軌旁信號(hào)機(jī)布置,僅在道岔區(qū)域布置信號(hào)機(jī),用于指示道岔開向。列車在CBTC模式下的定位功能由“固定應(yīng)答器+速度傳感器”方式實(shí)現(xiàn)。
(3)車載網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計(jì)
車載網(wǎng)絡(luò)一體化即將傳統(tǒng)的車載信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與車輛列車控制與管理網(wǎng)絡(luò)、牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、門控系統(tǒng)、旅客信息系統(tǒng)等進(jìn)行融合,全車采用一套骨干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的控制與管理。同時(shí),信號(hào)與車輛人機(jī)界面進(jìn)行深度融合,向用戶提供簡單、易操作的人機(jī)交互界面。一體化設(shè)計(jì)優(yōu)化了車載網(wǎng)絡(luò)布局及各子系統(tǒng)間接口,降低了系統(tǒng)復(fù)雜度、提高了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性及可靠性。車載設(shè)備安裝空間進(jìn)一步壓縮,節(jié)約了投資,更適用于懸掛式單軌交通制式。
(4)信號(hào)系統(tǒng)駕駛模式配置
全自動(dòng)運(yùn)行信號(hào)系統(tǒng)駕駛模式有:全自動(dòng)運(yùn)行模式(FAM)、蠕動(dòng)模式(CAM)、列車自動(dòng)駕駛模式(ATO)、列車自動(dòng)防護(hù)模式(CM)、限制人工駕駛模式(RM)、非限制人工駕駛模式(EUM)。懸掛式單軌交通運(yùn)營應(yīng)減少人力資源配置,提高系統(tǒng)RAMS水平,使其具有更低的運(yùn)維成本。因此,宜選用自動(dòng)化等級(jí)較高的全自動(dòng)運(yùn)行信號(hào)系統(tǒng)??紤]懸掛式單軌應(yīng)急疏散救援方面的處理難度,推薦選用有人值守的全自動(dòng)運(yùn)行,即DTO模式,由值守人員介入故障和應(yīng)急情況下的列車運(yùn)行。
懸掛式單軌交通作為我國近年來新興的軌道交通制式,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范尚不完善,在進(jìn)行信號(hào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)能充分把握該制式的技術(shù)特點(diǎn)。在實(shí)際工程中,信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)以安全、可靠為前提,提升系統(tǒng)自動(dòng)化水平、降低系統(tǒng)復(fù)雜度及投資,形成符合工程需要的列車運(yùn)行控制系統(tǒng),助力懸掛式單軌交通在我國獲得更為廣闊的應(yīng)用前景。