陳恒宇,杜 萌
根據(jù)《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》,粵港澳大灣區(qū)將實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展,構(gòu)建“一張網(wǎng),一張票,一串城”的網(wǎng)絡(luò)化城際鐵路運(yùn)營格局,打造“軌道上的大灣區(qū)”[1]。根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會(huì)批復(fù)的《關(guān)于粵港澳大灣區(qū)城際鐵路建設(shè)規(guī)劃的批復(fù)》(發(fā)改基礎(chǔ)〔2020〕1238 號(hào))[2],深圳都市圈城際鐵路共涉及11 條城際鐵路,線路總長度約1 071 km[3]。
目前深圳都市圈內(nèi)已經(jīng)開工建設(shè)穗莞深城際(新塘南—深圳機(jī)場)深圳機(jī)場至皇崗口岸段、深大城際(深圳機(jī)場—大亞灣)深圳機(jī)場至坪山段、深惠城際(前海保稅區(qū)—惠東北)前海保稅區(qū)至惠城南段、深惠城際大鵬支線(龍城—新大)等4 條城際線路。其中,穗莞深城際、深惠城際經(jīng)批復(fù),列車運(yùn)行控制方式為CTCS2+ATO[4];深大城際[5]、大鵬支線[6]列車運(yùn)行控制方式為基于通信的列車控制(CBTC)。不同的信號(hào)制式對實(shí)現(xiàn)各種類型軌道交通線路間的“互聯(lián)互通”和“公交化”運(yùn)營目標(biāo)提出了挑戰(zhàn)[7]。
都市圈內(nèi)不同城市的功能定位、人口分布、出行要求、軌道交通線路規(guī)模等存在差異。為了使多線換乘銜接合理、便捷,減少乘客的跨站臺(tái)換乘次數(shù)和等待時(shí)間,充分利用同一經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)線路養(yǎng)護(hù)維修資源,需要從客流需求、維護(hù)需求、運(yùn)輸組織模式等多方面綜合考慮成網(wǎng)條件下整個(gè)經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)軌道交通的運(yùn)營需求[8]。
在都市圈內(nèi)開行跨線直達(dá)列車,可以減少乘客換乘的時(shí)間,避免大客流沖擊下導(dǎo)致站臺(tái)擁堵,實(shí)行有規(guī)律的客運(yùn)組織。
初期建設(shè)的4 條城際鐵路中,具備過軌條件的車站示意圖如圖1 所示:深大城際線與深惠城際線(五和站),深大城際線與大鵬支線(坪山站),以及深惠城際線與既有珠三角城際莞惠城際線(瀝林北站)。
圖1 具備過軌條件的車站示意圖Fig.1 Stations with track crossing conditions
根據(jù)調(diào)研的客流預(yù)測相關(guān)結(jié)果,過軌換乘站和直通客流情況如表1 所示,通過對比分析發(fā)現(xiàn)跨線需求占比為33.9%~64.8%,有較大的過軌客流,具有開行直通跨線列車的需求。
表1 過軌換乘站和直通客流情況Tab.1 Cross-track transfer station and through passenger flow
按照深圳都市圈城際鐵路生產(chǎn)力布局規(guī)劃的三級(jí)修布局方案,以及初期4 條城際鐵路線路開通前應(yīng)建成的動(dòng)車存、檢、修設(shè)施配套規(guī)劃,深圳都市圈城際鐵路生產(chǎn)力布局規(guī)劃如圖2 所示,具體如下。
圖2 深圳都市圈城際鐵路生產(chǎn)力布局規(guī)劃Fig.2 Productivity layout planning of intercity railways in Shenzhen Metropolitan Area
(1)九圍動(dòng)車段。設(shè)2線三級(jí)檢修靜調(diào)庫1座,2 線靜調(diào)庫線,4 線檢修庫,14 條存車線(28 列位,含日常存車24 列位,高級(jí)修緩存4 列位),負(fù)責(zé)深大、深惠城際鐵路列車的存車、一、二級(jí)修及深大、深惠、大鵬支線的三級(jí)修任務(wù)。
(2)新大動(dòng)車所。設(shè)10條存車線(10列位),3條維修工區(qū)線,負(fù)責(zé)大鵬支線列車的存車和一、二級(jí)修任務(wù)。
(3)新圩存車場。設(shè)14條存車線(14列位),負(fù)責(zé)深惠城際鐵路列車的存車任務(wù)。
(4)中心公園存車場。設(shè)12 條存車線(12 列位),負(fù)責(zé)穗莞深城際鐵路列車的存車任務(wù)。
根據(jù)生產(chǎn)力和三級(jí)修布局情況,深惠城際和大鵬支線列車均需過軌運(yùn)行至九圍動(dòng)車段按規(guī)程進(jìn)行維修,實(shí)現(xiàn)動(dòng)車維修設(shè)施資源共享。
基于客流需求和運(yùn)維需求,在條件允許情況下,采用“直通+中轉(zhuǎn)”相結(jié)合的線網(wǎng)化運(yùn)輸組織模式,能充分利用深圳都市圈城際鐵路的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),更好地滿足動(dòng)車存車、檢修設(shè)施資源和旅客運(yùn)輸?shù)男枨骩9]。
穗莞深城際南延、深惠城際計(jì)劃采用CTCS2+ATO 列控制式,屬于中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(CTCS)范疇。目前主要應(yīng)用于城際鐵路的CTCS2+ATO 列控系統(tǒng),是在原有CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了列車自動(dòng)駕駛、車門與站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制、精確定位停車的功能,在確保穩(wěn)定安全運(yùn)營的基礎(chǔ)上,可大大減輕值乘司機(jī)、站臺(tái)客運(yùn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度[10]。
深大城際、大鵬支線采用CBTC列控系統(tǒng)。目前CBTC較多應(yīng)用在城市軌道交通列控系統(tǒng)中。城軌CBTC列控系統(tǒng)采用無線通信傳輸,實(shí)現(xiàn)列車與地面間的雙向數(shù)據(jù)通信,不依賴于軌道電路設(shè)備識(shí)別列車占用出清和信息的傳送,列車按地面設(shè)備實(shí)時(shí)向車載設(shè)備提供的前方限速信息運(yùn)行,提高了列車運(yùn)行的安全性。城軌CBTC具備移動(dòng)閉塞功能,列車可以根據(jù)前方列車提供的數(shù)據(jù),計(jì)算最佳制動(dòng)曲線,減少頻繁的制動(dòng)或減速,提高了區(qū)間運(yùn)行能力[11]。
CTCS2+ATO 列控系統(tǒng)目前采用的是中國國家鐵路集團(tuán)有限公司(以下簡稱“國鐵集團(tuán)”)印發(fā)的《城際鐵路CTCS2+ATO 列控系統(tǒng)暫行總體技術(shù)方案》(鐵總科技〔2013〕79 號(hào))標(biāo)準(zhǔn),對具體的設(shè)備類型、參數(shù)、接口等都作出了詳細(xì)的規(guī)定,更偏向?yàn)橐环N產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),可調(diào)整空間有限,但是由于其標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,具備互聯(lián)互通的特點(diǎn)。而城軌CBTC列控系統(tǒng)一般采用中國城市軌道交通協(xié)會(huì)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[12],開放程度較高,能較靈活地根據(jù)用戶需求作出調(diào)整,屬于定制型系統(tǒng),與城際鐵路或不同軌道交通線路間的互聯(lián)互通適應(yīng)性不強(qiáng)。列控系統(tǒng)運(yùn)營特點(diǎn)和典型應(yīng)用情況如表2所示。
表2 列控系統(tǒng)運(yùn)營特點(diǎn)和典型應(yīng)用情況Tab.2 Operation characteristics and typical application of train control system
深惠城際與莞惠城際鐵路皆采用CTCS2+ATO列控系統(tǒng),在互聯(lián)互通方面不存在技術(shù)問題。深惠城際鐵路計(jì)劃在現(xiàn)有CTCS2+ATO基礎(chǔ)上,增加自動(dòng)折返功能設(shè)計(jì),需對車載設(shè)備、動(dòng)車進(jìn)行相關(guān)改造。此時(shí)若既有莞惠城際的列車進(jìn)入深惠城際線運(yùn)行則無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)折返,會(huì)對運(yùn)營效率產(chǎn)生一定影響。
深大城際與深惠城際大鵬支線列控系統(tǒng)按工程可行性研究政府批復(fù)為采用CBTC 功能的列控系統(tǒng)。深大城際與大鵬支線跨線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以參考借鑒重慶地鐵互聯(lián)互通CBTC標(biāo)準(zhǔn)或者北京地鐵FAO(Fully Automatic Operation)互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn),或結(jié)合城際鐵路運(yùn)營需求,重新建立標(biāo)準(zhǔn)以實(shí)現(xiàn)城際鐵路CBTC列控功能。
深大城際和深惠城際鐵路分別采用了CBTC和CTCS2+ATO 這2 種不同制式的列控系統(tǒng),無法直接互聯(lián)互通。為實(shí)現(xiàn)不同制式系統(tǒng)間的跨線運(yùn)行,存在2 種解決思路:一是同時(shí)設(shè)置2 種地面設(shè)備以適配不同類型的車載設(shè)備;二是車載設(shè)備同時(shí)適配不同類型的地面設(shè)備[14]。
(1)同時(shí)設(shè)置2 種地面設(shè)備以適配不同類型的車載設(shè)備。在各線軌旁同時(shí)配置CTCS2+ATO 和城軌CBTC 地面設(shè)備,同時(shí)滿足裝備CTCS2+ATO 車載設(shè)備或城軌CBTC車載設(shè)備的運(yùn)行需求。在地面信號(hào)設(shè)備構(gòu)成方面,CTCS2+ATO主要包含了調(diào)度集中(CTC)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖(CI)、列控中心(TCC)、臨時(shí)限速服務(wù)器(TSRS)、通信控制服務(wù)器(CCS)、軌道電路、應(yīng)答器等;城軌CBTC則是由列車自動(dòng)監(jiān)督系統(tǒng)(ATS)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖(CI)、區(qū)域控制器(ZC)、應(yīng)答器等設(shè)備構(gòu)成。兩者在設(shè)備結(jié)構(gòu)方面存在較大差異,若采用此方案不僅在設(shè)備投入成本方面花費(fèi)巨大,而且需要充分考慮系統(tǒng)間安全控制邏輯的相互耦合風(fēng)險(xiǎn)、軌旁設(shè)備布置、控制權(quán)限等實(shí)際情況,以免產(chǎn)生一些無法預(yù)料的問題。若融合CTCS2+ATO和城軌CBTC的公共設(shè)備為一個(gè)新系統(tǒng),需要修改現(xiàn)行的地面系統(tǒng)規(guī)范體系,并且要對系統(tǒng)控制邏輯共同確認(rèn),技術(shù)難度較大。因此,該方案可行性較差。
(2)車載設(shè)備同時(shí)適配不同類型的地面設(shè)備。若要求車載設(shè)備可以同時(shí)適配CTCS2+ATO 線路和CBTC 線路的地面設(shè)備,車載設(shè)備可以為1 套兼容雙制式設(shè)備,或者是同時(shí)配置2 套不同制式的車載設(shè)備。前臺(tái)一直保持其中的一套車載設(shè)備處于主控工作狀態(tài),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛和超速防護(hù)的功能。另外一套處于備用工作狀態(tài),不參與實(shí)際列車運(yùn)行控制。2 種制式的車載列控系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上來看,都有主控單元、BTM(Balise Transmission Module)子系統(tǒng)、測速測距子系統(tǒng)、人機(jī)界面、列車接口單元、無線傳輸子系統(tǒng)、列車自動(dòng)駕駛子系統(tǒng)(ATO)、司法記錄單元。CTCS2+ATO 車載設(shè)備還配置有軌道電路讀取器(TCR)和CIR 通信子系統(tǒng)?;趦烧呦嗨贫容^高這一特點(diǎn),該方案更為可行。
若實(shí)現(xiàn)完全融合CTCS2+ATO 和城軌CBTC 車載系統(tǒng),需要充分考慮到規(guī)范制定、安全平臺(tái)、軟硬件研發(fā)、試驗(yàn)驗(yàn)證和安全認(rèn)證各個(gè)環(huán)節(jié),整個(gè)過程周期較長??梢苑譃? 個(gè)階段進(jìn)行:第一個(gè)階段為同時(shí)疊加配置2 套不同功能模式的車載設(shè)備;第二個(gè)階段進(jìn)一步做到單設(shè)備兼容雙制式,將兩者統(tǒng)一到同一臺(tái)硬件單元內(nèi)部,人機(jī)界面制定顯示規(guī)范,統(tǒng)一按鍵設(shè)計(jì)或采用抗干擾性能符合要求的觸摸屏;無線傳輸子系統(tǒng)現(xiàn)階段的安全傳輸協(xié)議和通信方式存在一定差異,相應(yīng)的融合方案需根據(jù)實(shí)際選擇的車地?zé)o線通信方式制定;有些子系統(tǒng)的主體功能基本相同,具備共用條件的有BTM 子系統(tǒng)、ATO子系統(tǒng)、列車接口單元、司法記錄單元等。
列車在深大城際和深惠城際跨線運(yùn)營時(shí),車載設(shè)備需要進(jìn)行列控制式的切換。從系統(tǒng)功能來講,城軌CBTC采用基于無線通信的列車定位和移動(dòng)授權(quán)控制,CBTC列控系統(tǒng)定位及移動(dòng)授權(quán)原理如圖3所示;CTCS 采用基于軌道電路的列車定位和移動(dòng)授權(quán)控制,CTCS 列控系統(tǒng)定位及移動(dòng)授權(quán)原理如圖4 所示[15]。2 種制式定位原理、移動(dòng)授權(quán)原理不同,如果在運(yùn)行過程中切換可能會(huì)出現(xiàn)隱患。故保險(xiǎn)起見,需要指定區(qū)域停車進(jìn)行列控制式切換,CBTC 與CTCS 制式轉(zhuǎn)換示意圖如圖5 所示。車載由CTCS2+ATO 制式轉(zhuǎn)換為城軌CBTC 制式后,需要一段人工保證安全駕駛列車運(yùn)行規(guī)定距離,以實(shí)現(xiàn)列車車載設(shè)備獲取定位位置信息,才能轉(zhuǎn)入設(shè)備自動(dòng)防護(hù)保證安全。
圖3 CBTC列控系統(tǒng)定位及移動(dòng)授權(quán)原理Fig.3 Positioning and mobile authorization principle of CBTC train control system
圖4 CTCS列控系統(tǒng)定位及移動(dòng)授權(quán)原理Fig.4 Positioning and mobile authorization principle of CTCS train control system
圖5 CBTC與CTCS制式轉(zhuǎn)換示意圖Fig.5 Conversion between CBTC and CTCS standards
對于深大城際和深惠城際接軌站——五和站,涉及到2 種制式列控系統(tǒng)的地面信號(hào)設(shè)備布置問題,五和站配線示意圖如圖6 所示。一是因?yàn)? 套計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖功能和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,兩場間的道岔控制、進(jìn)路排列、接口方式等亟待解決。二是2 種制式下的應(yīng)答器報(bào)文內(nèi)容不一致,由于站場規(guī)模固定,在同一區(qū)域內(nèi)布置2 種類型應(yīng)答器,不同制式應(yīng)答器之間可能會(huì)存在干擾,同時(shí)也可能存在誤讀應(yīng)答器的風(fēng)險(xiǎn),對2 種列控系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生較大的影響。
圖6 五和站配線示意圖Fig.6 Wuhe Station wiring
此外,國鐵集團(tuán)主要負(fù)責(zé)CTCS 制式列控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定和建設(shè)管理。深圳都市圈城際鐵路因地方需求,對CTCS2+ATO 列控系統(tǒng)進(jìn)行雙車載和自動(dòng)折返等適應(yīng)性改造,可能會(huì)面臨審批程序的不確定性。
深圳都市圈城際鐵路線網(wǎng)互聯(lián)互通運(yùn)營是為了能夠更好地滿足區(qū)域城際鐵路線網(wǎng)一體化客運(yùn)服務(wù)提質(zhì)增效的需求。如何在確保運(yùn)輸安全的前提下,以高速度、高效率、高密度運(yùn)營需求為出發(fā)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)不同制式線路系統(tǒng)設(shè)備之間數(shù)據(jù)信息互通傳輸、不停車列車跨線制式切換都是亟待深入研究的問題。對深圳都市圈內(nèi)初期建設(shè)的4 條典型城際鐵路線路間跨線運(yùn)營的列控系統(tǒng)進(jìn)行適配性分析,對城軌CBTC 和CTCS2+ATO 兩種列控系統(tǒng)的互聯(lián)及運(yùn)行互通提出一種可實(shí)現(xiàn)的方案,同時(shí),也提出接軌站在地面設(shè)備布設(shè)及工程實(shí)現(xiàn)階段審批準(zhǔn)入制度方面可能遇到的問題,對工程設(shè)計(jì)和建設(shè)實(shí)施具有啟發(fā)意義和實(shí)用價(jià)值。