莫輝強(qiáng)

摘要 信號(hào)系統(tǒng)的選型對(duì)線路的運(yùn)輸能力、管理效能、成本以及運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性產(chǎn)生影響。文章結(jié)合浙江都市圈發(fā)展、國家、行業(yè)政策要求、地鐵及鐵路信號(hào)系統(tǒng)制式的適用性、影響信號(hào)系統(tǒng)性能的外部因素以及浙江都市圈軌道交通特點(diǎn)等，對(duì)浙江都市圈市域（郊）信號(hào)系統(tǒng)的選型展開分析和建議，為后續(xù)項(xiàng)目建設(shè)信號(hào)系統(tǒng)選型提供參考。

關(guān)鍵詞 都市圈;市域（郊）;軌道交通;信號(hào)系統(tǒng)

中圖分類號(hào) U231.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）03-0081-04

0 引言

近期，都市圈區(qū)域軌道交通發(fā)展迅速，浙江省提出了圍繞杭州、寧波、溫臺(tái)以及浙中四大都市圈建設(shè)“軌道上的浙江”戰(zhàn)略目標(biāo)，并出臺(tái)了一系列行政性指導(dǎo)性文件。國家、行業(yè)以及地方對(duì)浙江都市圈市域（郊）軌道交通如何要求，市域（郊）軌道交通項(xiàng)目特點(diǎn)、不同信號(hào)制式的系統(tǒng)架構(gòu)、功能以及外部因素與信號(hào)系統(tǒng)的選型有什么關(guān)系？信號(hào)系統(tǒng)如何選型才能發(fā)揮出都市圈市域（郊）軌道交通線路作用？這些一直困擾著有關(guān)的管理者。該文針對(duì)疑問，開展浙江都市圈市域（郊）信號(hào)系統(tǒng)的選型分析，為后續(xù)項(xiàng)目開展提供借鑒。

1 背景概況

為推進(jìn)建設(shè)“軌道上的浙江”規(guī)劃目標(biāo)，杭州、寧波、溫臺(tái)、浙中四大都市圈線網(wǎng)規(guī)劃包括鐵路、城際、市域軌道交通等23條線路、總里程1 189 km。截至2021年基于《浙江省都市圈城際鐵路建設(shè)規(guī)劃（2014—2020年）國家發(fā)改委〔2014〕2865號(hào)》一期規(guī)劃已啟動(dòng)實(shí)施11個(gè)項(xiàng)目，總里程452.4 km，總投資約1 305億元[1]。二期規(guī)劃按照《浙江省都市圈城際鐵路二期建設(shè)規(guī)劃（2017—2022年）環(huán)境影響評(píng)價(jià)公示》，浙江四大都市圈將再建12條城際鐵路，線路總長564.2 km。根據(jù)浙江省“十四五”發(fā)展規(guī)劃，浙江都市圈將作為區(qū)域城際旅客運(yùn)輸骨干，城際鐵路網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)70%以上20萬人口以上城鎮(zhèn)，構(gòu)建區(qū)域中心城市與重要城鎮(zhèn)、組團(tuán)之間的省域、市域、城區(qū)3個(gè)“1小時(shí)交通圈”。信號(hào)系統(tǒng)作為市域（郊）軌道交通關(guān)鍵系統(tǒng)之一，開展選型分析非常必要。

2 市域（郊）軌道交通特征及需求

2.1 市域（郊）軌道交通特征

市域（郊）鐵路的定義，在國家發(fā)改委《關(guān)于促進(jìn)市域（郊）鐵路發(fā)展的指導(dǎo)意見》（發(fā)改基礎(chǔ)〔2017〕1173號(hào)）中明確：市域（郊）鐵路是城市中心城區(qū)聯(lián)接周邊城鎮(zhèn)組團(tuán)及城鎮(zhèn)組團(tuán)之間的通勤化、快速度、大運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)，提供城市公共交通服務(wù)，是城市綜合交通體系的重要組成部分[2]。市域（郊）鐵路介于鐵路、城市軌道交通之間，是銜接城市內(nèi)部與城市外部的關(guān)鍵性公共交通系統(tǒng)[2]。對(duì)比鐵路、市域（郊）線以及城市軌道交通（地鐵）的典型特征如表1。

2.2 政策要求及需求分析

根據(jù)國務(wù)院《交通強(qiáng)國發(fā)展綱要》明確要建設(shè)城市群一體化交通網(wǎng)，推進(jìn)干線鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路、城市軌道交通融合發(fā)展[3]。《關(guān)于進(jìn)一步做好鐵路規(guī)劃建設(shè)工作意見的通知》（國辦函〔2021〕27號(hào)）提出要加強(qiáng)與國家鐵路企業(yè)的溝通協(xié)調(diào)，統(tǒng)籌推進(jìn)干線鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路和城市軌道交通多網(wǎng)融合、資源共享、支付兼容，具備條件的線路盡快實(shí)現(xiàn)安檢互信、票制互通。嚴(yán)禁以新建城際鐵路、市域（郊）鐵路名義違規(guī)變相建設(shè)地鐵、輕軌[4]。

另外《關(guān)于推動(dòng)都市圈市域（郊）鐵路加快發(fā)展意見的通知》（國辦函〔2020〕116號(hào)）以及浙江省發(fā)改委《關(guān)于推動(dòng)軌道交通健康可持續(xù)發(fā)展的意見》（浙政辦發(fā)〔2021〕52號(hào)）等文件對(duì)市域（郊）鐵路建設(shè)提出了具體要求：

連接都市圈中心城市城區(qū)和周邊城鎮(zhèn)組團(tuán)，主要為通勤客流提供快速度、大運(yùn)量、公交化運(yùn)輸服務(wù)[4];要建設(shè)城市群一體化交通網(wǎng)，推進(jìn)干線鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路、城市軌道交通“四網(wǎng)融合”高效銜接，實(shí)現(xiàn)方便快捷換乘[4];市域快軌、市域快線、市域鐵路等，符合市域（郊）鐵路功能定位和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，統(tǒng)籌納入市域（郊）鐵路管理[5];主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：新建線路單程通行時(shí)間宜不超過1 h，設(shè)計(jì)速度宜為100～

160 kph，平均站間距原則上不小于3 km，中心城區(qū)的平均站間距不宜小于2 km，其他路段平均站間距不宜小于4 km，早晚高峰發(fā)車間隔不超過10 min[5]。從嚴(yán)控制工程造價(jià)，原則上新建市域（郊）鐵路直接工程費(fèi)用不高于輕軌的75%[5]。

綜上，市域（郊）軌道交通信號(hào)系統(tǒng)在功能和性能應(yīng)對(duì)應(yīng)匹配：具備快線、跨站、貫通或不貫通運(yùn)營，線路規(guī)模35～100 km;具備大運(yùn)量、公交化能力，適當(dāng)?shù)募訙p速、追蹤能力和折返效率高，能同臺(tái)或同站換乘，3～5 min折返能力;較高的速度以縮短運(yùn)營時(shí)間，時(shí)速100～160 km/h;可實(shí)現(xiàn)四網(wǎng)融合，車載和軌旁適應(yīng)交流供電或直流供電;符合鐵路或地鐵車型的適用性、穩(wěn)定性和抗干擾性。

3 信號(hào)系統(tǒng)制式及主要特征

3.1 信號(hào)系統(tǒng)制式

按閉塞方式、信息傳輸、子系統(tǒng)分布等不同制式劃分，信號(hào)制式主要包括：

（1）單線單獨(dú)運(yùn)營的軌道交通信號(hào)制式，簡稱地鐵信號(hào)制式。

（2）鐵路互聯(lián)貫通的信號(hào)制式，簡稱鐵路信號(hào)制式。

（3）介于兩種之間的混合信號(hào)制式（如點(diǎn)式ATP系統(tǒng)）。

混合制式不唯一性，只分析前兩種制式。

3.2 地鐵信號(hào)系統(tǒng)及主要特征

目前地鐵信號(hào)系統(tǒng)主要采用列車自動(dòng)控制（ATC）系統(tǒng)，由列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)、列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等子系統(tǒng)構(gòu)成，通過車載、軌旁、車站和控制中心子系統(tǒng)完成對(duì)列車運(yùn)行的控制;通過ATS調(diào)節(jié)列車運(yùn)行間隔和運(yùn)行時(shí)分，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行的安全、高效和指揮管理有序。地鐵作為城市大運(yùn)量客運(yùn)系統(tǒng)的定性以及技術(shù)發(fā)展與迭代，固定閉塞制式已不能滿足需要，基本上采用移動(dòng)閉塞或準(zhǔn)移動(dòng)閉塞架構(gòu)（如圖1所示）。

移動(dòng)閉塞系統(tǒng)是基于無線通信技術(shù)的列車控制系統(tǒng)（CBTC），主要利用無線電通信技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以及高精度的列車定位技術(shù)，通過軌間電纜、漏泄電纜（或AP）、定位系統(tǒng)（信標(biāo)或計(jì)軸或交叉環(huán)線）和有線骨干網(wǎng)的組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的自動(dòng)列車控制[6]。國內(nèi)CBTC系統(tǒng)主要采用點(diǎn)連式，即連續(xù)式車地通信和點(diǎn)式信標(biāo)或計(jì)軸相結(jié)合，如圖2所示。

相比傳統(tǒng)的信號(hào)系統(tǒng)，CBTC系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)明顯。優(yōu)點(diǎn)包括：技術(shù)先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)自動(dòng)閉塞定位，具有信息量大、效率高、速度快優(yōu)點(diǎn);技術(shù)安全性，采用ATP、ATB等主動(dòng)安全防護(hù)措施，安全冗余度高;高運(yùn)輸能力，追蹤密度高、ATB、車速（80～120 kph）等高運(yùn)能特點(diǎn);自動(dòng)化度高，信息全面、操作便利、信息處理，調(diào)度效率高;性價(jià)比高，減少電纜量、軌旁設(shè)備數(shù)，降低維護(hù)成本，造價(jià)約800～1 000萬元/km。缺點(diǎn)：無線傳輸抗干擾性弱，WLAN或無線頻段信道抗電磁干擾性弱，對(duì)無線場強(qiáng)監(jiān)管要求較高。速度限制，速度高于120 kph時(shí)，采用AP等傳輸方式AP信息丟包率過大。中心服務(wù)器能力受限，規(guī)模大、線路較長（或復(fù)雜時(shí)中心處理能力、穩(wěn)定性受限明顯。

采用CBTC系統(tǒng)時(shí)，要從電磁干擾、無線場強(qiáng)監(jiān)管、線路（或網(wǎng)）規(guī)模評(píng)估。設(shè)計(jì)速度在120 kph以上的，要特別注意車輛電磁環(huán)境、供電制式或軌道回流干擾等影響，明確無線傳輸方式。

3.3 鐵路信號(hào)系統(tǒng)及主要特征

鐵路信號(hào)系統(tǒng)，包括普速鐵路信號(hào)系統(tǒng)和高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)兩種制式[7]。當(dāng)前高鐵信號(hào)的子系統(tǒng)已在新建或改造升級(jí)的普速鐵路逐步應(yīng)用。而從都市圈軌道交通建設(shè)和運(yùn)營需求看，傳統(tǒng)的信號(hào)系統(tǒng)是不能滿足的。高鐵信號(hào)系統(tǒng)主要以中國列車控制系統(tǒng)（Chinese Train Control System，CTCS）為核心，調(diào)度集中（CTC）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)（CBI）以及相關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)組成[8]。其中CTC、CBI及相關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)與普速鐵路一致，現(xiàn)只對(duì)CTCS的特征進(jìn)行分析。

CTCS系統(tǒng)包括地面設(shè)備、車載設(shè)備兩部分，根據(jù)不同制式，CTCS-0～4系列列車控制系統(tǒng)的技術(shù)等級(jí)、適應(yīng)性劃分如表2。

不同等級(jí)CTCS系統(tǒng)適應(yīng)性不同，CTCS-0～1具備信號(hào)、聯(lián)鎖和區(qū)間閉塞檢查和功能，不具備自動(dòng)駕駛、自動(dòng)折返功能，最高速度160 kph，追蹤能力一般;CTCS-2～3與CTCS-0～1功能類似，最高速度提升200～350 kph。因此，CTCS-0～1系統(tǒng)相對(duì)于CTCS-2～3系統(tǒng)更符合都市圈市域（郊）軌道交通需求。

3.4 影響信號(hào)性能的主要外部因素分析

地鐵信號(hào)系統(tǒng)、鐵路信號(hào)系統(tǒng)均不直接應(yīng)用到市域（郊）軌道交通上，從浙江城市群發(fā)展及城鄉(xiāng)人口情況看，四大都市圈經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)，人口流動(dòng)需求較大，主城與副城之間通勤、通學(xué)和通商的流量較高。除信號(hào)系統(tǒng)自身需求外，更應(yīng)在配線能力、牽引供電制式以及車輛配置等方面統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。

3.4.1 配線能力

作為主、副城之間的骨干運(yùn)輸線路，線路的配置對(duì)系統(tǒng)運(yùn)輸能力有決定性作用，應(yīng)具備較大發(fā)車密度、適中的折返效率以及大站快車模式。出于造價(jià)因素，項(xiàng)目建設(shè)普遍存在規(guī)劃設(shè)計(jì)的線路配置與實(shí)際運(yùn)輸能力、運(yùn)營需求偏離，出現(xiàn)折返線、存車線以及站臺(tái)數(shù)量等設(shè)計(jì)不合理問題。

主要配置有：

（1）場段配置，要從早晚發(fā)車、運(yùn)營維護(hù)、應(yīng)急操作等充分考慮，設(shè)置在線路中間，具備正線雙向接發(fā)車能力。結(jié)合線路長度，設(shè)置1段1場或1段，有利于降低早晚收發(fā)車時(shí)間，保障夜間施工。

（2）越行站設(shè)置，當(dāng)線路30 km及以下不設(shè)越行站;線路30 km以上，按兩端對(duì)稱模式設(shè)置越行站，兩端車站或中間站越行，符合快速出行需求。

（3）存車線設(shè)置，在折返站、區(qū)間較長的中間站，按雙向接發(fā)車設(shè)置存車線保障應(yīng)急處置能力。

（4）折返站設(shè)置，提升站臺(tái)利用率，提高應(yīng)急處置效率。一般具備站前和站后折返能力，離大客流站2～3站適當(dāng)設(shè)置站前“交叉度線”。

3.4.2 牽引供電

牽引供電制式有交流制式和直流制式，從信號(hào)系統(tǒng)的電磁兼容性、抗干擾性來看，技術(shù)設(shè)計(jì)上是滿足的，但實(shí)際應(yīng)用中，交流轉(zhuǎn)換或供電回流等導(dǎo)致干擾較大程度影響定位系統(tǒng)、無線通道、車載系統(tǒng)等的穩(wěn)定性。同時(shí)，電磁干擾整治困難，在項(xiàng)目擬定供電制式前，要進(jìn)行型式測試和抗干擾測試，確保數(shù)據(jù)誤碼率、丟包率符合要求，如定位系統(tǒng)（計(jì)軸、信標(biāo)）抗擾能力。比如溫州S1線信號(hào)系統(tǒng)，因供電制式導(dǎo)致定位失效、丟標(biāo)和干擾問題較為突出，運(yùn)營指標(biāo)的兌現(xiàn)，值得深思。

3.4.3 車輛配置

車輛配置對(duì)信號(hào)能力一致，應(yīng)與速度設(shè)計(jì)、加減速、信息識(shí)別度、低速牽引調(diào)節(jié)以及車體數(shù)量等需求相匹配，車輛配置數(shù)量較大程度影響信號(hào)系統(tǒng)能力兌現(xiàn)。車輛結(jié)構(gòu)速度、線路設(shè)計(jì)速度與信號(hào)設(shè)計(jì)速度應(yīng)完全匹配。車輛加減速能力、靜態(tài)牽引和應(yīng)急牽引能力，應(yīng)能夠覆蓋信號(hào)功能需求工況，同時(shí)，車輛牽引制動(dòng)性能，對(duì)ATO、ATP、ATB以及牽引惰行等能否實(shí)現(xiàn)影響較大。其中ATO、ATB功能對(duì)車輛TIMS信號(hào)識(shí)別度、低速牽引輸出調(diào)節(jié)、牽引制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)要求苛刻。車輛數(shù)量按運(yùn)用、維修管理需要，一般按照上線列車數(shù)量的120%配置，線路較長、場段距離較遠(yuǎn)，適當(dāng)增加配置，提升應(yīng)急處置能力。

4 浙江都市圈市域（郊）信號(hào)系統(tǒng)選型分析

從線路自身、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)以及信號(hào)系統(tǒng)需求出發(fā)，并有所側(cè)重進(jìn)行選型，從強(qiáng)化區(qū)域互通時(shí)效性考慮，設(shè)計(jì)速度在100～160 kph，旅行速度在60～90 kph更適宜。鑒于杭州與寧波都市圈以及溫臺(tái)與浙中都市圈的軌道交通建設(shè)和運(yùn)營需求相似。

4.1 杭州、寧波都市圈

杭州都市圈市域（郊）軌道交通，主要以融杭接滬為目標(biāo)。海寧、紹興、德清、臨安、富陽等區(qū)域，接入杭州地鐵網(wǎng)以站臺(tái)換乘為主，可單獨(dú)營運(yùn)線選型，結(jié)合站間距、設(shè)計(jì)速度、運(yùn)輸能力以及客流組織，有貫通運(yùn)營規(guī)劃或條件的可采用地鐵制式;不具備的，根據(jù)線路建設(shè)實(shí)際，可選擇適當(dāng)制式信號(hào)系統(tǒng)。嘉興、平湖主要接入上海，具備與鐵路貫通條件的，宜采用鐵路CTCS-0～2信號(hào)系統(tǒng)。寧波都市圈與杭州的類似，主要以接入寧波地鐵網(wǎng)為主。根據(jù)相關(guān)地鐵線換乘需求適當(dāng)選擇信號(hào)系統(tǒng)制式。

4.2 溫臺(tái)、浙中都市圈

溫臺(tái)、浙中都市圈市域處在新建軌道交通線網(wǎng)初期，市域（郊）線路、地鐵線網(wǎng)，要按照貫通運(yùn)營、換乘來統(tǒng)籌規(guī)劃。軌道交通骨干網(wǎng)絡(luò)作為先行建設(shè)和運(yùn)營線路，客流引導(dǎo)作用明顯，有客流提升大、行車密度高、旅行速度大、承擔(dān)骨干線路作用等特點(diǎn)。結(jié)合四網(wǎng)融合、建設(shè)運(yùn)營需要，可采用地鐵制式或鐵路CTCS-0～2制式，采用準(zhǔn)移動(dòng)閉塞或移動(dòng)閉塞制式，具備ATP、ATO等功能。

5 結(jié)束語

浙江都市圈市域（郊）不同的軌道交通項(xiàng)目對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的功能和定位有差異，從項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營管理角度，建議信號(hào)系統(tǒng)選型主要因素如下：

（1）都市圈區(qū)域軌道交通發(fā)展差異，杭州、寧波要線網(wǎng)匹配性考慮選型;溫州、臺(tái)州、金華等為新建設(shè)軌道交通，要統(tǒng)籌線網(wǎng)規(guī)劃，明確換乘、互聯(lián)、互通需求，作為信號(hào)系統(tǒng)選型前置要素。

（2）地鐵制式與鐵路制式各有優(yōu)勢，整體照搬鐵路或地鐵制式信號(hào)系統(tǒng)，不能滿足市域（郊）軌道交通項(xiàng)目需求，需深化線路運(yùn)營需求與信號(hào)系統(tǒng)需求，保障選型的可行性和有效性。

（3）項(xiàng)目整體、供電、車輛、線路配線等條件對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的功能、穩(wěn)定性、可靠性影響較大，應(yīng)作為信號(hào)制式選定的關(guān)鍵，開展深入調(diào)研和充分論證。

（4）結(jié)合相關(guān)外部條件（車輛配置、牽引供電、線路配線等），進(jìn)一步確定具體信號(hào)子系統(tǒng)功能需求，明確子系統(tǒng)構(gòu)建方式，進(jìn)一步論證信號(hào)系統(tǒng)的電磁抗干擾能力滿足可靠性、穩(wěn)定性要求，來決定信號(hào)系統(tǒng)選型的合理性。

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