劉 龍

(合肥市軌道交通集團(tuán)有限公司, 230001, 合肥∥高級工程師)

合肥軌道交通4號線西起青龍崗站,東至綜保區(qū)站,定位為市區(qū)骨干線;6號線西起青龍崗,東至賓樂北路站,定位為城區(qū)快線。青龍崗站至北雁湖站5個車站將與4號線同期建設(shè)并貫通運(yùn)營,當(dāng)4號線南延伸段和6號線一期建設(shè)時,將青龍崗站至北雁湖站的1號站臺和2號站臺(含科學(xué)城車輛段)拆分給6號線貫通運(yùn)營;4號線南延伸段和4號線北雁湖站以東部分貫通運(yùn)營組成新的4號線。本文主要研究4、6號線信號系統(tǒng)的拆分方案。

1 4、6號線信號系統(tǒng)拆分需求分析

合肥軌道交通4、6號線線路拆分示意圖如圖1所示。

圖1 合肥軌道交通4、6號線線路拆分示意圖

合肥軌道交通4、6號線拆分線路長度為7.7 km,包含5個車站、1個車輛段、1條試車線和1個維修中心。需要拆分的線路比較長,所涉及的設(shè)備比較多。為了保證未來進(jìn)行拆分時青龍崗站至北雁湖站及科學(xué)城車輛段不停運(yùn),4號線設(shè)計時必須預(yù)留充分的拆分條件(包括駁接的接口要求、倒切測試條件、線纜敷設(shè)預(yù)留、設(shè)備安裝空間及機(jī)柜擴(kuò)展空間等),也為未來拆分時6號線的系統(tǒng)升級改造、功能測試和拆分割接等不影響既有線運(yùn)營奠定基礎(chǔ)。

拆分段軌旁設(shè)備的布置需要同時兼容4號線列車80 km/h最高運(yùn)行速度和6號線列車100 km/h最高運(yùn)行速度的要求,信號系統(tǒng)性能滿足拆分前后的設(shè)計需求。拆分段信號系統(tǒng)需要按照互聯(lián)互通規(guī)范進(jìn)行設(shè)計,兼容未來6號線信號系統(tǒng)需求,包含且不限于軌旁設(shè)備布置、拆分分界點(diǎn)位置、控區(qū)配置、DCS(數(shù)據(jù)通信系統(tǒng))的配置、系統(tǒng)容量等內(nèi)容。

4號線信號系統(tǒng)為CBTC(基于通信的列車控制)系統(tǒng),6號線信號系統(tǒng)為全自動運(yùn)行信號系統(tǒng),青龍崗站至北雁湖站及科學(xué)城車輛段預(yù)留全自動運(yùn)行系統(tǒng)升級條件,在4、6號線拆分后,保證不停運(yùn)平滑地升級至全自動運(yùn)行系統(tǒng)。

北雁湖站為4、6號線拆分車站,拆分后4、6號線在北雁湖站同站臺換乘,因此需要解決北雁湖站LTE(長期演進(jìn))網(wǎng)絡(luò)干擾問題。

綜合上述分析可知,該工程的關(guān)鍵是,在進(jìn)行4號線設(shè)計時需提供完善的4、6號線拆分設(shè)計方案,以此保證拆分前4號線的工程實施和開通運(yùn)營,同時為未來6號線建設(shè)時進(jìn)行4、6號線拆分提供依據(jù),保證拆分及相關(guān)系統(tǒng)升級的順利完成。

2 4、6號線信號系統(tǒng)拆分方案

2.1 拆分段正線軌旁設(shè)計方案

4號線信號系統(tǒng)控制區(qū)域(以下簡稱“控區(qū)”)包括正線9個控區(qū)和科學(xué)城車輛段控區(qū),其中拆分段信號系統(tǒng)控區(qū)包括正線3個控區(qū)(ZC1、ZC2、ZC3)和科學(xué)城車輛段控區(qū)。拆分段車站編號為獨(dú)立編號,并預(yù)留未來拆分后兩端延伸線車站編號。按照線路規(guī)劃,青龍崗站編號為07,拆分后為6號線北雁湖站編號為11,4號線北雁湖站編號為21,相應(yīng)的軌旁設(shè)備名稱在4號線建設(shè)時即按照拆分后車站編號原則設(shè)計,保證拆分后不再修改設(shè)備名稱。

為了方便未來拆分,4號線設(shè)計時,將青龍崗站至北雁湖站分為2個控區(qū),控區(qū)1(ZC1)包括青龍崗站(集中站)、方興大道站(非集中站)和長寧大道站(非集中站),青龍崗站預(yù)留繼續(xù)向西延伸的線路條件?？貐^(qū)2(ZC2)和控區(qū)3(ZC3)為軌旁設(shè)備拆分區(qū)域。拆分前,控區(qū)2(ZC2)僅包括創(chuàng)新大道站;拆分后,控區(qū)2(ZC2)包括創(chuàng)新大道站和北雁湖站的1號站臺和2號站臺。控區(qū)3(ZC3)包括北雁湖站和玉蘭大道站。規(guī)劃時,北雁湖站已預(yù)留了4號線和6號線控區(qū)設(shè)備房,為了方便拆分,控區(qū)2(ZC2)和控區(qū)3(ZC3)室內(nèi)設(shè)備均安裝于北雁湖站,拆分后控區(qū)2(ZC2)成為6號線北雁湖站控區(qū),控區(qū)3(ZC3)成為4號線北雁湖站控區(qū)。

為了解決拆分前后最高列車運(yùn)行速度變化的問題,拆分段室外信號設(shè)備按照兼顧100 km/h和80 km/h兩種列車最高運(yùn)行速度設(shè)置,設(shè)備安裝位置、防護(hù)區(qū)段距離及行車間隔按照兩種列車最高運(yùn)行速度進(jìn)行計算,保證未來拆分時不再移動和增減室外設(shè)備。

在4號線建設(shè)時,拆分段需滿足拆分接入6號線的全自動運(yùn)行系統(tǒng)功能及互聯(lián)互通功能需求;拆分車站預(yù)留 SPKS(人員防護(hù)開關(guān))按鈕和站臺門隔離接口;終點(diǎn)站青龍崗站預(yù)留清客按鈕;完成預(yù)留硬件設(shè)備的安裝和電路連接,不開通相應(yīng)的軟件功能;軌旁設(shè)備布置、軟件設(shè)計、硬件設(shè)備及DCS網(wǎng)絡(luò)接口等均按照未來升級全自動運(yùn)行系統(tǒng)要求和互聯(lián)互通規(guī)范進(jìn)行設(shè)計。

2.2 北雁湖站拆分設(shè)計方案

北雁湖站為4、6號線的拆分車站,是拆分工程的關(guān)鍵。為了在拆分前對北雁湖站進(jìn)行統(tǒng)一控制,北雁湖站4個站臺全部由北雁湖站控區(qū)控制,控區(qū)邊界劃分點(diǎn)在北雁湖站至創(chuàng)新大道站區(qū)間。在拆分后,北雁湖站外側(cè)2個站臺及相應(yīng)軌旁設(shè)備劃歸6號線控制,4、6號線控區(qū)間通過聯(lián)絡(luò)線接口聯(lián)結(jié)。拆分前后北雁湖站控區(qū)劃分示意圖如圖2所示。

a) 拆分前

4號線建設(shè)時,北雁湖站控區(qū)和創(chuàng)新大道站控區(qū)范圍內(nèi)室內(nèi)信號設(shè)備(包括組合柜、計軸機(jī)柜和LEU(軌旁電子單元)機(jī)柜等)由4號線管轄,而6號線建設(shè)時需拆分給6號線的拆分設(shè)備,在2個控區(qū)信號設(shè)備室同時配置。將室外信號設(shè)備先連接到6號線北雁湖站信號設(shè)備室分線柜,再連接至4號線北雁湖站信號設(shè)備室分線柜,通過切換開關(guān)連接2個控區(qū)的室內(nèi)控制設(shè)備,方便將來拆分階段的切換測試和割接。

拆分完成后,4、6號線信號系統(tǒng)室外設(shè)備的分界點(diǎn)設(shè)在兩條單渡線的中點(diǎn),外側(cè)屬于6號線北雁湖站控區(qū)控制,內(nèi)側(cè)屬于4號線北雁湖站控區(qū)控制,拆分后這兩條單渡線為4、6號線轉(zhuǎn)線作業(yè)的聯(lián)絡(luò)線。在4號線建設(shè)時,預(yù)留所有聯(lián)絡(luò)線接口需要設(shè)備的硬件電路和聯(lián)鎖輸入輸出條件,拆分時不再增加額外接口設(shè)備。

北雁湖站4、6號線信號設(shè)備室配置和室外信號設(shè)備線纜接入分成以下兩部分:

1) 拆分后,北雁湖站屬于4號線控制的室外信號設(shè)備(信號機(jī)、道岔、ESB(緊急停車按鈕)、PSD(站臺門)、DTI(發(fā)車計時器)、RRU(射頻拉遠(yuǎn)單元))以及IBP(綜合后備盤),通過室外電纜連接至4號線信號設(shè)備室的分線柜A,然后接入4號線北雁湖站控區(qū)系統(tǒng)。

2) 拆分前,北雁湖站屬于4號線控制,拆分給6號線控制的室外信號設(shè)備(信號機(jī)、道岔、ESB、PSD)以及IBP盤,通過室外電纜連接至6號線信號設(shè)備室的分線柜B,并通過倒接箱接入4號線北雁湖站信號設(shè)備室的分線柜B,接入4號線控區(qū)系統(tǒng)。拆分給6號線的計軸磁頭,采用共享計軸磁頭的方式,從磁頭輸出的2路數(shù)據(jù)信號分別接入4、6號線信號設(shè)備室的分線柜B和計軸機(jī)柜。由于4號線開通時,只在4號線計軸機(jī)柜軟件中為這些磁頭進(jìn)行了輸入配置,因此從這些磁頭輸入的數(shù)據(jù)信號只對4號線可用,不影響6號線計軸功能。有源應(yīng)答器先接入6號線信號設(shè)備室的分線柜,并聯(lián)到4號線信號設(shè)備室的分線柜,然后再接入4號線LEU柜,預(yù)留有接入6號線LEU柜的連接條件,待調(diào)試時一次性接入6號線LEU柜。北雁湖站信號設(shè)備連接示意圖如圖3所示。

圖3 北雁湖站信號設(shè)備連接示意圖

6號線北雁湖站信號設(shè)備室安裝倒接箱,4號線開通時,倒接箱接通4號線北雁湖站控區(qū)的組合柜,實現(xiàn)4號線正常運(yùn)營的所有信號系統(tǒng)功能。

6號線調(diào)試時,4號線北雁湖站控區(qū)僅需要在運(yùn)營結(jié)束后,將倒接箱接通6號線北雁湖站控區(qū)的組合柜,實現(xiàn)6號線北雁湖站信號室外設(shè)備的倒接。調(diào)試結(jié)束后,將倒接箱切換至4號線的組合柜,將軟件退回原版本,回歸測試后即可投入運(yùn)營。拆分段為全自動運(yùn)行系統(tǒng)提供了預(yù)留,因此6號線進(jìn)行全自動運(yùn)行系統(tǒng)調(diào)試時,其他車站只需要進(jìn)行軟件升級,不需要增加硬件和進(jìn)行硬件倒切。

6號線開通割接時,與調(diào)試步驟一樣,拆分站通過倒接箱快速切換,可避免硬件錯誤連接的風(fēng)險。

2.3 科學(xué)城車輛段拆分設(shè)計方案

科學(xué)城車輛段與4號線正線青龍崗站接口,拆分前屬于4號線信號系統(tǒng)控制,拆分后由6號線信號系統(tǒng)控制。

科學(xué)城車輛段設(shè)置了冗余計算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備、ATP(列車自動保護(hù))/ATO(列車自動運(yùn)行)設(shè)備、ATS(列車自動監(jiān)控)設(shè)備、DCS設(shè)備、MDS(監(jiān)測診斷系統(tǒng))站機(jī)及終端、電源屏、UPS(不間斷電源)和電池等,設(shè)備配置與正線一致,因此拆分后升級到全自動運(yùn)行時不需要再進(jìn)行系統(tǒng)改造。

4號線建設(shè)時,科學(xué)城車輛段即具備自動化場段功能,預(yù)留了SPKS按鈕、自動洗車接口和喚醒信標(biāo)安裝位置。拆分時,通過安裝喚醒信標(biāo)、升級軟件即可實現(xiàn)全自動化車輛段功能。車輛段內(nèi)設(shè)置了一條試車線,在拆分調(diào)試時可以提前升級試車線系統(tǒng),使其具備全自動試車功能。

2.4 DCS子系統(tǒng)拆分設(shè)計方案

DCS子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計遵循易于拆分及倒回測試的原則,并盡可能減少對信號系統(tǒng)的影響。

在拆分之前,4號線和6號線采用各自獨(dú)立的骨干網(wǎng),包括2個ATP骨干網(wǎng)、2個ATS骨干網(wǎng)、2個LTE骨干網(wǎng)和1個MDS骨干網(wǎng)?？紤]到前期4號線和6號線的信號設(shè)備需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,因此DCS在北雁湖站信號設(shè)備室設(shè)置A/B網(wǎng)三層交換機(jī)用于連通兩條線的骨干網(wǎng)。其中三層交換機(jī)A負(fù)責(zé)連通骨干網(wǎng)A,三層交換機(jī)B負(fù)責(zé)連通骨干網(wǎng)B。北雁湖站骨干網(wǎng)設(shè)計示意圖如圖4所示。

圖4 北雁湖站骨干網(wǎng)設(shè)計示意圖

三層交換機(jī)連通兩條線的骨干網(wǎng),主要實現(xiàn)如下功能:

1) 割接的便利性:在需要做兩條線路的網(wǎng)絡(luò)割接測試及進(jìn)行正式割接時,只需要轉(zhuǎn)動網(wǎng)絡(luò)切換器從一側(cè)撥到另一側(cè)即可,相比使用光纖跳接要簡單很多,避免了光纖及光模塊的損壞,不容易發(fā)生人為操作錯誤。

2) 接入的便利性:使用三層交換機(jī)對接6號線延伸線網(wǎng)絡(luò),可適應(yīng)6號線延伸線的各種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架,能避免使用純二層環(huán)網(wǎng)時因各家交換機(jī)廠商的私有環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議不兼容而造成的接入技術(shù)障礙。

在對接點(diǎn)北雁湖站,調(diào)試過程中,撥動網(wǎng)絡(luò)切換器檔位至6號線延伸線側(cè),即可斷開三層交換機(jī)與4號線網(wǎng)絡(luò)連接,將4、6號線共線部分網(wǎng)絡(luò)與6號線延伸線聯(lián)通。

調(diào)試結(jié)束后,撥動網(wǎng)絡(luò)切換器檔位至4號線側(cè),即可斷開三層交換機(jī)與6號線延伸線網(wǎng)絡(luò)連接。北雁湖站調(diào)試過程中網(wǎng)絡(luò)切換示意圖如圖5所示。

a) A網(wǎng)切換至6號線測試

拆分割接之后,4號線和6號線采用物理隔離的骨干網(wǎng),并可在合適的時間將網(wǎng)絡(luò)切換器完全拆除,此后4號線網(wǎng)絡(luò)即與4、6號線共線部分完全斷開。新組建的6號線網(wǎng)絡(luò)與4號線網(wǎng)絡(luò)在骨干網(wǎng)層面徹底斷開,互不影響。

3 4、6號線LTE系統(tǒng)抗干擾方案

3.1 同站臺抗干擾方案

拆分后,4號線與6號線在北雁湖站同站臺換乘,因此需要考慮4號線與6號線的LTE系統(tǒng)之間可能存在的同頻干擾問題。針對此問題提出的無線抗干擾方案的核心思想是工程與系統(tǒng)相結(jié)合,主要使用空間隔離的方案實現(xiàn)抗干擾。

4號線與6號線同站臺換乘的站臺足夠?qū)?因此可采用空間隔離方案抗干擾。對4號線和6號線的LTE系統(tǒng)發(fā)射信號,采用等電平配置來解決干擾問題。此時空間隔離的干擾裕量為20 lg(D/d)(D和d分別為站臺兩側(cè)漏纜天線至車載接收天線的距離), 如果d=2 m、D=10 m,則20 lg(D/d)=14 dB。設(shè)計時,可以考慮將車載天線安裝位置降低到站臺下方,或安裝到車頂上方隧道頂部,有效利用站臺地面、天花板、站臺門、車體等障礙實現(xiàn)空間隔離,一般情況下隔離度可以達(dá)到10～15 dB,總體上的隔離度可以達(dá)到25 dB,滿足LTE系統(tǒng)對CINR(載波干擾噪聲比)裕量的要求。

3.2 拆分站臺LTE網(wǎng)絡(luò)布置方案

為了實現(xiàn)4號線和6號線拆分后LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立,在北雁湖站布署LTE系統(tǒng)基站時,兩線使用不同的基站設(shè)備(BBU(基帶處理單元)+RRU),兩線獨(dú)立敷設(shè)漏纜。BBU和RRU設(shè)置示意圖如圖6所示。

圖6 北雁湖站LTE系統(tǒng)基站BBU和RRU設(shè)置示意圖

初期兩條線貫通運(yùn)營的時候,6號線的LTE系統(tǒng)基站(BBU+RRU)接入4號線的核心網(wǎng);后期2條線路獨(dú)立運(yùn)營時,將6號線的LTE系統(tǒng)基站從4號線LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)斷開,轉(zhuǎn)接到6號線新建的LTE系統(tǒng)核心網(wǎng),不涉及室外設(shè)備改造。此時,由于4號線和6號線的LTE系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)分屬于不同的核心網(wǎng),需要考慮彼此之間的干擾問題。

4號線2股軌道位于兩個站臺之間,如果在軌道上方部署兩根漏纜,4號線與6號線的漏纜之間都相隔一個軌道和一個站臺(大于15 m),根據(jù)前文同站臺LTE系統(tǒng)干擾情況分析可知,相互間的干擾不影響車地通信,因此4號線和6號線的LTE系統(tǒng)可以使用相同頻率組網(wǎng)。

4 結(jié)語

合肥軌道交通4、6號線信號系統(tǒng)拆分工程的關(guān)鍵點(diǎn)在于前期的預(yù)留和拆分方案設(shè)計。在4號線設(shè)計和建設(shè)階段考慮得越全面,拆分時對既有線運(yùn)營的影響就越小。4號線于2021年12月26日全功能開通運(yùn)營,為拆分預(yù)留的設(shè)備均已完成安裝,軌旁和室內(nèi)設(shè)備兼容4號線和6號線信號系統(tǒng)。6號線建設(shè)時,拆分段信號設(shè)備可以完全利用,避免資源浪費(fèi)。拆分倒切設(shè)計方案,可減少拆分測試階段硬件變更錯誤造成運(yùn)營的風(fēng)險,能確保拆分方案的順利實施。4、6號線拆分方案經(jīng)過多輪的討論和驗證,并通過了行業(yè)專家的評審。合肥軌道交通4、6號線拆分方案對此類工程的實施有借鑒作用。