全宏宇
(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)
泰國三機(jī)場高鐵為泰國東部經(jīng)濟(jì)走廊(EEC)連接廊曼機(jī)場、素萬那普機(jī)場和烏塔堡機(jī)場3大國際機(jī)場的高鐵項(xiàng)目,實(shí)現(xiàn)三個(gè)國際機(jī)場的無縫銜接,從廊曼機(jī)場到烏塔堡機(jī)場僅需1 h。泰國三機(jī)場高鐵工程概況如圖1所示。
泰國三機(jī)場高鐵項(xiàng)目分為3個(gè)部分。
機(jī)場延伸線:從既有機(jī)場線延伸的新建線路,線路全長21.553 km,新設(shè)站2座。
既有機(jī)場線:既有線路,線路全長28.81 km。既有線設(shè)有車站8座,存車場1座。
高鐵線:與既有機(jī)場線接軌的新建線路,線路正線全長165.51 km,新設(shè)車站5座,存車場1座。
泰國三機(jī)場高鐵項(xiàng)目主要運(yùn)營需求如下。
1)既有機(jī)場線、機(jī)場延長線最高運(yùn)營速度為160 km/h;高鐵線最高運(yùn)營速度為250 km/h。
2)城市線車輛僅在既有機(jī)場線、機(jī)場延長線運(yùn)行,初期運(yùn)營追蹤間隔時(shí)間為13 min;高鐵線車輛在高鐵線、機(jī)場線運(yùn)行,初期運(yùn)營追蹤間隔時(shí)間為20 min。
為滿足高速鐵路車輛兼容城市軌道線路運(yùn)行,需要根據(jù)項(xiàng)目的要求提出合理可行的列控系統(tǒng)方案,以滿足項(xiàng)目運(yùn)營需求。首先通過分析泰國三機(jī)場高鐵項(xiàng)目的列控系統(tǒng)選擇要求,提出可行的列控系統(tǒng)方案,然后進(jìn)行方案比較提出建議方案。
泰國三機(jī)場高鐵項(xiàng)目對列控系統(tǒng)類型選擇要求如下。
1)既有機(jī)場線目前采用西門子LZB 700M列控系統(tǒng)。既有機(jī)場線、新建機(jī)場延長線可采用ETCS-1或ETCS-2級、CTCS-2或CTCS-3級、Digital ATC列控系統(tǒng),也可維持既有LZB系統(tǒng)。
2)新建高鐵線可采用CTCS-3級、ETCS-2級或Digital ATC列控系統(tǒng)。高鐵線列控系統(tǒng)需與既有機(jī)場線信號(hào)系統(tǒng)兼容運(yùn)行。
泰國三機(jī)場高鐵項(xiàng)目相關(guān)列控系統(tǒng)如表1所示。其中LZB 700M為城市軌道交通列控系統(tǒng),ETCS、CTCS、Digital ATC為3個(gè)主流的干線鐵路列控系統(tǒng); LZB 700M采用FTGS軌道電路傳輸行車許可,ETCS-1采用應(yīng)答器傳輸行車許可,CTCS-2采用軌道電路和應(yīng)答器傳輸行車許可,ETCS-2和CTCS-3采用無線傳輸行車許可。
表1 相關(guān)的列控系統(tǒng)Tab. 1 Relevant train control systems
根據(jù)項(xiàng)目對列控系統(tǒng)選擇的要求,由于Digital ATC為采用數(shù)字軌道電路傳輸行車許可的列控系統(tǒng),與基于無線傳輸行車許可的CTCS-3或ETCS-2列控系統(tǒng)相比,其軌旁設(shè)備較多,不便于施工和維護(hù),因此本次暫不考慮采用Digital ATC。
按照城市線(含既有機(jī)場線和機(jī)場延長線)車輛和高鐵線車輛的運(yùn)營場景,泰國三機(jī)場高鐵可選的列控系統(tǒng)方案如表2所示。
表2 泰國三機(jī)場高鐵可選的列控系統(tǒng)方案Tab.2 Optional train control system schemes of three airports high speed railway project in Thailand
下面對本文2.1中提出的4種方案的內(nèi)容分別做簡要說明。
1)方案1:城市線LZB+高鐵線CTCS-3或ETCS-2
方案1如圖2所示,主要內(nèi)容如下。
圖2 城市線LZB+高鐵線CTCS-3或ETCS-2Fig.2 City line LZB + high speed line CTCS-3 or ETCS-2
既有機(jī)場線LZB系統(tǒng)利舊改造;新建機(jī)場線延長線采用既有的LZB 700M列控系統(tǒng);新建高鐵線采用ETCS-2或CTCS-3列控系統(tǒng)。
城市線既有車輛車載設(shè)備利舊,城市線新增車輛裝備LZB車載。
高鐵線車輛同時(shí)裝備ETCS-2/CTCS-3車載和LZB車載,在高鐵線運(yùn)行時(shí)采用ETCS-2/CTCS-3車載,在城市線運(yùn)行時(shí)采用LZB車載。
既有機(jī)場線LZB地面設(shè)備利舊改造,機(jī)場延長線新建LZB地面設(shè)備,高鐵線新建ETCS-2/CTCS-3地面設(shè)備。
在既有機(jī)場線和新建高鐵線之間設(shè)置LZB列控系統(tǒng)與ETCS-2/CTCS-3列控系統(tǒng)的系統(tǒng)切換點(diǎn),實(shí)現(xiàn)高鐵線跨線運(yùn)行時(shí)LZB車載和ETCS-2/CTCS-3車載切換,同時(shí)LZB地面設(shè)備和ETCS-2/CTCS-3地面設(shè)備進(jìn)行分界處的信息交互。
2)方案2:全線統(tǒng)一的CTCS-3或ETCS-2
方案2如圖3所示,主要內(nèi)容如下。
圖3 全線統(tǒng)一的CTCS-3或ETCS-2Fig.3 Unified CTCS-3 or ETCS-2 on the whole line
既有機(jī)場線LZB系統(tǒng)拆除并更換為ETCS-2/ CTCS-3列控系統(tǒng);新建機(jī)場線延長線和新建高鐵線采用ETCS-2/ CTCS-3列控系統(tǒng)。
城市線既有車輛車載拆除并更換為ETCS-2/CTCS-3車載,城市線新增車輛裝備ETCS-2/CTCS-3車載。
高鐵線車輛裝備ETCS-2/CTCS-3車載,在高鐵線和城市線運(yùn)行時(shí)統(tǒng)一采用ETCS-2/CTCS-3車載,在高鐵線和城市線之間無需進(jìn)行列控系統(tǒng)等級切換。
3)方案3:城市線ETCS-1+高鐵線ETCS-2
方案3如圖4所示,主要內(nèi)容如下。
圖4 城市線ETCS-1+高鐵線ETCS-2Fig.4 City line ETCS-1 + high speed line ETCS-2
既有機(jī)場線LZB系統(tǒng)拆除并更換為ETCS-1列控系統(tǒng);新建機(jī)場線延長線采用ETCS-1列控系統(tǒng);新建高鐵線采用ETCS-2列控系統(tǒng)。
城市線既有車輛車載拆除更換為ETCS車載,城市線新增車輛裝備ETCS車載。
高鐵線車輛裝備ETCS車載,在高鐵線運(yùn)行時(shí)采用ETCS-2,在城市線運(yùn)行時(shí)采用ETCS-1。
在既有機(jī)場線和新建高鐵線之間設(shè)置ETCS-2與ETCS-1列控系統(tǒng)等級切換點(diǎn),實(shí)現(xiàn)高鐵線跨線運(yùn)行時(shí)ETCS-2與ETCS-1等級切換。
4)方案4:城市線CTCS-2+高鐵線CTCS-3
方案4如圖5所示,主要內(nèi)容如下。
圖5 城市線CTCS-2+高鐵線CTCS-3Fig.5 City line CTCS-2 + high speed line CTCS-3
既有機(jī)場線LZB系統(tǒng)拆除并更換為CTCS-2列控系統(tǒng);新建機(jī)場線延長線采用CTCS-2列控系統(tǒng);新建高鐵線采用CTCS-3列控系統(tǒng)。
城市線既有車輛車載拆除更換為CTCS-2車載,城市線新增車輛裝備CTCS-2車載。
高鐵線車輛裝備CTCS-3車載(含CTCS-2主控單元),在高鐵線正常運(yùn)行時(shí)采用CTCS-3主控單元,降級時(shí)采用CTCS-2主控單元,在城市線運(yùn)行時(shí)采用CTCS-2主控單元。
在既有機(jī)場線和新建高鐵線之間設(shè)置CTCS-3與CTCS-2列控系統(tǒng)等級切換點(diǎn),實(shí)現(xiàn)高鐵線跨線運(yùn)行時(shí)CTCS-3與CTCS-2等級切換。
本次列控系統(tǒng)方案的綜合比較,可以考慮以下因素進(jìn)行定性分析。
1)是否符合項(xiàng)目的要求:列控系統(tǒng)方案應(yīng)滿足項(xiàng)目的運(yùn)營要求和列控系統(tǒng)類型選擇的要求。
2)對既有城市線和新的列控車載設(shè)備和地面設(shè)備的影響:既有城市線列控系統(tǒng)設(shè)備是否拆除,新的列控系統(tǒng)設(shè)備是否需要進(jìn)行新的接口開發(fā)等。
3)對既有機(jī)場線的空間要求及干擾的影響,包含車載設(shè)備、軌旁設(shè)備以及室內(nèi)設(shè)備的安裝空間要求及設(shè)備之間的干擾。
4)改造期間對既有機(jī)場線運(yùn)營的影響以及改造完成后對全線運(yùn)營的影響。
5)維護(hù)影響:若列控系統(tǒng)減少軌旁等設(shè)備以及線纜的使用,有利于后期的維護(hù)。
6)與既有設(shè)備供應(yīng)商的關(guān)系:既有機(jī)場線采用西門子設(shè)備,如果需要既有機(jī)場線信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行修改,則需依賴于既有設(shè)備供應(yīng)商。
7)項(xiàng)目成本影響:項(xiàng)目的成本不僅考慮購置成本,更要考慮項(xiàng)目的設(shè)備購置、施工、運(yùn)營維護(hù)等生命周期成本,以及項(xiàng)目成本是否可控。由于缺乏具體數(shù)據(jù),僅進(jìn)行定性分析。
通過本文3.1中列出的比較因素對泰國三機(jī)場高鐵4種列控系統(tǒng)方案進(jìn)行比較,得到的比較結(jié)果如表3所示。
從表3的比較結(jié)果可以得出:
表3 4種列控系統(tǒng)方案比較結(jié)果Tab.3 Comparison results of 4 kinds of train control system scheme
1)方案1的投資隨著高鐵線的車輛數(shù)量增加而增加,需要對既有列控系統(tǒng)及新的列控系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā),依賴于既有設(shè)備供應(yīng)商,存在不可控的投資因素較大,且維持既有機(jī)場線的LZB對于后期的運(yùn)營、維護(hù)均存在不利的因素,同時(shí)要求高鐵線車輛提供2套車載設(shè)備安裝空間及配套;
2)方案2城市線新增設(shè)備的直接投資較多,但對既有設(shè)備供應(yīng)商依賴較小,統(tǒng)一的系統(tǒng)制式有利于后期的運(yùn)營。采用無線方式傳輸行車許可,軌旁設(shè)備少,有利于后期的維護(hù),對既有機(jī)場線的軌旁設(shè)備的安裝干擾較小,但是需對機(jī)場線進(jìn)行無線通信覆蓋;
3)方案3城市線新增設(shè)備的直接投資較多,但對既有設(shè)備供應(yīng)商依賴較小。與基于無線的列控系統(tǒng)相比,ETCS-1地面設(shè)備相對較多,維護(hù)工作量大,且新的列控系統(tǒng)地面設(shè)備安裝需要既有機(jī)場線提供較多的軌旁設(shè)備的安裝空間;
4)方案4與方案3相似,新的列控系統(tǒng)地面設(shè)備安裝需要既有機(jī)場線提供較多的軌旁設(shè)備的安裝空間,由于CTCS-2與既有機(jī)場線LZB同樣采用軌道電路設(shè)備,因此在既有系統(tǒng)替換為新系統(tǒng)的過程中對既有機(jī)場線軌旁設(shè)備干擾較大。
綜合比較,方案2和方案3在成本、運(yùn)營、維護(hù)以及對既有機(jī)場線軌旁設(shè)備安裝空間要求方面具有較好的優(yōu)勢。由于全線統(tǒng)一采用基于無線的ETCS-2或CTCS-3級列控系統(tǒng),軌旁設(shè)備更少,系統(tǒng)制式更加統(tǒng)一,且與應(yīng)答器傳輸相比,無線傳輸具備連續(xù)、雙向、大容量的優(yōu)勢。另外,基于無線的列控系統(tǒng)便于增加ATO功能,以提升自動(dòng)化程度和運(yùn)營服務(wù)水平。
因此,泰國三機(jī)場高鐵列控系統(tǒng)推薦采用方案2—全線統(tǒng)一采用基于無線的ETCS-2或CTCS-3級列控系統(tǒng)。如果采用CTCS-3級列控系統(tǒng),建議CTCS-3級列控系統(tǒng)不以CTCS-2級列控系統(tǒng)為后備,以降低投資成本。同時(shí),CTCS-3級列控系統(tǒng)一般采用軌道電路實(shí)現(xiàn)列車占用檢查,為了減少改造過程中對既有機(jī)場線的影響,建議采用計(jì)軸設(shè)備實(shí)現(xiàn)列車占用檢查。
泰國三機(jī)場高鐵項(xiàng)目是一個(gè)典型的海外高鐵項(xiàng)目,經(jīng)過對泰國三機(jī)場列控系統(tǒng)選擇要求分析以及列控系統(tǒng)方案比選,推薦泰國三機(jī)場高鐵采用全線統(tǒng)一的CTCS-3或ETCS-2列控系統(tǒng)方案,研究結(jié)論可為海外項(xiàng)目列控系統(tǒng)方案選擇提供一定參考。