路 遠(yuǎn)

（北京城市快軌建設(shè)管理有限公司，北京 100071）

1 概述

北京市中低速磁浮交通示范線(xiàn)（北京S1 線(xiàn)）的線(xiàn)路全長(zhǎng)10.2 km，起點(diǎn)石廠站，終點(diǎn)蘋(píng)果園站，全線(xiàn)設(shè)8 座車(chē)站，采用中低速磁浮列車(chē)。2017 年12月30 日，石廠站至金安橋站7 站開(kāi)始載客試運(yùn)營(yíng)，2021 年12 月30 日，蘋(píng)果園站開(kāi)始載客試運(yùn)營(yíng)。

湖南鳳凰磁浮觀光快線(xiàn)全長(zhǎng)9.1 km，設(shè)車(chē)站4座，預(yù)留車(chē)站2 座，起點(diǎn)鳳凰古城站，終點(diǎn)鳳凰等待站，采用中低速磁浮列車(chē)，于2022 年5 月1 日開(kāi)始載客試運(yùn)營(yíng)。

北京S1 線(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)正線(xiàn)采用的感應(yīng)環(huán)線(xiàn)基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng)（CBTC），系統(tǒng)具備連續(xù)式控制級(jí)及聯(lián)鎖控制級(jí)。車(chē)輛段采用聯(lián)鎖級(jí)控制列車(chē)運(yùn)行，列車(chē)駕駛模式為限制人工駕駛模式（RM）或者非限制人工駕駛模式（EUM）。

鳳凰磁浮快線(xiàn)正線(xiàn)采用基于無(wú)線(xiàn)通信的CBTC系統(tǒng)，系統(tǒng)具備連續(xù)式控制級(jí)、點(diǎn)式控制級(jí)以及聯(lián)鎖控制級(jí)。車(chē)輛段采用聯(lián)鎖級(jí)控制列車(chē)運(yùn)行，列車(chē)駕駛模式為RM 模式或EUM 模式。

中低速磁浮道岔比較特殊，道岔活動(dòng)梁為整體轉(zhuǎn)動(dòng)，未導(dǎo)通的道岔開(kāi)向軌道是懸空的。當(dāng)列車(chē)運(yùn)行至未導(dǎo)通的道岔時(shí)，列車(chē)?yán)^續(xù)前行存在跳崖風(fēng)險(xiǎn)，需要考慮車(chē)輛段RM 模式下的闖紅燈防護(hù)方案。

2 車(chē)輛段闖紅燈防護(hù)需求分析

車(chē)輛段內(nèi)列車(chē)運(yùn)行在聯(lián)鎖控制級(jí)下， RM 模式為車(chē)輛段正常的列車(chē)駕駛模式。

車(chē)輛段闖紅燈防護(hù)的重點(diǎn)為防止列車(chē)“跳崖”。以車(chē)輛段三開(kāi)道岔為例，三開(kāi)道岔由道岔活動(dòng)梁和道岔剁梁構(gòu)成，其中道岔活動(dòng)梁是可以轉(zhuǎn)動(dòng)，道岔剁梁固定不動(dòng)，在正常線(xiàn)路和道岔活動(dòng)梁之間起連接作用，如圖1 所示。

圖1 三開(kāi)道岔平面示意Fig.1 Three-throw turnout diagram

在圖1 中，三開(kāi)道岔左側(cè)的道岔剁梁位置為岔頭，三開(kāi)道岔右側(cè)的道岔剁梁位置為岔尾。

當(dāng)列車(chē)1 從岔頭向岔尾方向運(yùn)行時(shí)，道岔活動(dòng)梁總是和正常線(xiàn)路1、2 或3 中的一條連接（此處不考慮道岔轉(zhuǎn)動(dòng)不到位或正在轉(zhuǎn)換過(guò)程中），列車(chē)1不會(huì)存在“跳崖”風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)列車(chē)2 從岔尾向岔頭方向運(yùn)行時(shí)，道岔活動(dòng)梁可能和正常線(xiàn)路1、2 中的一條連接而沒(méi)有和線(xiàn)路3 連接，列車(chē)2 向前運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)存在“跳崖”風(fēng)險(xiǎn)。

因此，車(chē)輛段闖紅燈防護(hù)的范圍主要為對(duì)出庫(kù)的信號(hào)機(jī)進(jìn)行防護(hù)，段內(nèi)其他區(qū)域內(nèi)不配置RM 模式下的闖紅燈防護(hù)功能。

3 中低速磁浮車(chē)輛段闖紅燈防護(hù)方案

下面主要介紹北京S1 線(xiàn)和鳳凰磁浮快線(xiàn)車(chē)輛段闖紅燈防護(hù)方案。

3.1 北京S1線(xiàn)車(chē)輛段闖紅燈防護(hù)方案

北京S1 線(xiàn)車(chē)輛段闖紅燈設(shè)備主要包括聯(lián)鎖、車(chē)地通信（TWC）環(huán)線(xiàn)設(shè)備和車(chē)載設(shè)備。

北京S1 線(xiàn)正線(xiàn)車(chē)地通信采用TWC 環(huán)線(xiàn)設(shè)備進(jìn)行車(chē)地雙向通信，利用環(huán)線(xiàn)邊界和環(huán)線(xiàn)交叉點(diǎn)進(jìn)行位置校正。車(chē)輛段TWC 設(shè)備僅進(jìn)行地到車(chē)單向通信，車(chē)載ATP 在車(chē)輛段內(nèi)沒(méi)有定位，不向地面發(fā)送列車(chē)位置報(bào)告。車(chē)輛段聯(lián)鎖向地面TWC 發(fā)送設(shè)備發(fā)送地面信號(hào)機(jī)狀態(tài)信息，地面TWC 發(fā)送設(shè)備將信息送到軌旁環(huán)線(xiàn)上，車(chē)載TWC 收到信息后送給車(chē)載列車(chē)自動(dòng)防護(hù)（ATP）進(jìn)行處理。

在出庫(kù)調(diào)車(chē)信號(hào)機(jī)前方鋪設(shè)TWC 環(huán)線(xiàn)設(shè)備，用于向列車(chē)發(fā)送地面信號(hào)機(jī)的顯示狀態(tài)。在日檢線(xiàn)、洗車(chē)線(xiàn)、吹掃線(xiàn)、周檢線(xiàn)、月檢線(xiàn)出庫(kù)信號(hào)機(jī)外方設(shè)置TWC 環(huán)線(xiàn)，環(huán)線(xiàn)布置如圖2 所示。環(huán)線(xiàn)設(shè)置不影響列車(chē)動(dòng)車(chē)試閘。

圖2 車(chē)輛段出庫(kù)環(huán)線(xiàn)布置示意Fig.2 Depot exit loop layout diagram

為使列車(chē)在出庫(kù)時(shí)有效接收地面環(huán)線(xiàn)信息，車(chē)輛段內(nèi)出庫(kù)信號(hào)機(jī)每段環(huán)線(xiàn)長(zhǎng)度10 m，庫(kù)內(nèi)信號(hào)機(jī)外方布置4 m，信號(hào)機(jī)內(nèi)方布置6 m，環(huán)線(xiàn)長(zhǎng)度設(shè)置10 m。為使平衡環(huán)線(xiàn)參數(shù)，不做位置校正，在環(huán)線(xiàn)中間5 m 處設(shè)置1 個(gè)交叉點(diǎn)。

聯(lián)鎖根據(jù)進(jìn)路狀態(tài)和信號(hào)機(jī)狀態(tài)向TWC 環(huán)線(xiàn)發(fā)送出庫(kù)信號(hào)機(jī)狀態(tài)信息，正常工作時(shí)，信號(hào)機(jī)狀態(tài)信息包括：紅燈信號(hào)、白燈信號(hào)、無(wú)效信號(hào)。當(dāng)出庫(kù)信號(hào)機(jī)紅燈時(shí)，發(fā)送紅燈信號(hào)；當(dāng)出庫(kù)信號(hào)機(jī)白燈時(shí)，發(fā)送白燈信號(hào)；當(dāng)反向入庫(kù)進(jìn)路鎖閉后，環(huán)線(xiàn)向車(chē)載設(shè)備發(fā)送無(wú)效信號(hào)。

在RM 模式下，車(chē)載設(shè)備通過(guò)地面TWC 環(huán)線(xiàn)設(shè)備接收到列車(chē)前方信號(hào)機(jī)的狀態(tài)。如果列車(chē)前方信號(hào)機(jī)為允許信號(hào)白燈，車(chē)載ATP 允許列車(chē)前行；如果前方信號(hào)機(jī)為禁止信號(hào)紅燈，車(chē)載ATP 將立即施加緊急制動(dòng)，并在車(chē)載人機(jī)界面上進(jìn)行相應(yīng)顯示，此時(shí)司機(jī)若要向前推進(jìn)列車(chē)，需要切除ATP；如果車(chē)載ATP 未收到信號(hào)或收到無(wú)效信號(hào)，均不做任何處理，仍按之前駕駛模式繼續(xù)運(yùn)行。

根據(jù)車(chē)載TWC 天線(xiàn)安裝位置、地面環(huán)線(xiàn)距危險(xiǎn)點(diǎn)的距離以及根據(jù)安全制動(dòng)模型計(jì)算的列車(chē)制動(dòng)距離，列車(chē)出庫(kù)運(yùn)行速度需≤8 km/h，滿(mǎn)足目前運(yùn)營(yíng)庫(kù)內(nèi)運(yùn)行速度≤5 km/h 的規(guī)定。

對(duì)于未裝載ATP 列車(chē)或者列車(chē)處于EUM 模式下，不具備闖紅燈防護(hù)功能，需人工保證安全，按照地面信號(hào)顯示行車(chē)。車(chē)輛段內(nèi)工程車(chē)線(xiàn)、定修線(xiàn)、臨修線(xiàn)和廠修線(xiàn)信號(hào)機(jī)前方未鋪設(shè)闖紅燈環(huán)線(xiàn)，不具備闖紅燈防護(hù)功能，需人工保證安全，按照地面信號(hào)顯示行車(chē)。

3.2 鳳凰磁浮車(chē)輛段闖紅燈防護(hù)方案

鳳凰磁浮快線(xiàn)車(chē)輛段闖紅燈防護(hù)設(shè)備主要包括聯(lián)鎖、地面電子單元（LEU）、應(yīng)答器和車(chē)載設(shè)備。

如圖3 所示，鳳凰磁浮快線(xiàn)正線(xiàn)采用無(wú)線(xiàn)進(jìn)行車(chē)地雙向通信，采用應(yīng)答器進(jìn)行位置校準(zhǔn)和地車(chē)信息傳遞。車(chē)輛段采用應(yīng)答器進(jìn)行位置校準(zhǔn)和地車(chē)信息傳遞，無(wú)源應(yīng)答器用于向車(chē)載傳輸固定信息，有源應(yīng)答器除向車(chē)載傳輸固定信息外，還可傳輸變化信息。車(chē)輛段聯(lián)鎖通過(guò)LEU 向軌旁主應(yīng)答器（有源應(yīng)答器）發(fā)送信號(hào)機(jī)狀態(tài)報(bào)文，車(chē)載應(yīng)答器傳輸模塊（BTM）收到信息后傳送給車(chē)載ATP，車(chē)載ATP 根據(jù)收到的信息進(jìn)行處理。

圖3 車(chē)輛段闖紅燈工作原理Fig.3 Depot running red light working principle

聯(lián)鎖通過(guò)LEU 向主應(yīng)答器發(fā)送信號(hào)機(jī)狀態(tài)報(bào)文。報(bào)文分為：紅燈報(bào)文（禁止信號(hào)）、黃燈報(bào)文（列車(chē)進(jìn)路允許信號(hào)）、白燈報(bào)文（調(diào)車(chē)進(jìn)路允許信號(hào)）、紅黃報(bào)文（引導(dǎo)信號(hào)）以及默認(rèn)報(bào)文。

闖紅燈防護(hù)原則如下。

車(chē)輛段內(nèi)闖紅燈防護(hù)應(yīng)答器成組設(shè)置。如圖4所示，B1 與VB，B2 與VB 各為一組闖紅燈防護(hù)應(yīng)答器。VB 為主應(yīng)答器，是有源應(yīng)答器，可以向列車(chē)傳輸信號(hào)機(jī)燈位信息。B1 為無(wú)源應(yīng)答器，用于列車(chē)正常方向運(yùn)行時(shí)，在通過(guò)VB 時(shí)建立定位。B2 為無(wú)源應(yīng)答器，為避免無(wú)定位的回庫(kù)列車(chē)通過(guò)主信號(hào)應(yīng)答器VB 讀到紅燈報(bào)文后導(dǎo)致非預(yù)期的緊急制動(dòng)，用于列車(chē)在反方向通過(guò)主應(yīng)答器VB 前建立列車(chē)定位。

圖4 車(chē)輛段出庫(kù)應(yīng)答器布置示意Fig.4 Balise layout diagram of depot exit line

當(dāng)列車(chē)有定位時(shí)，闖紅燈防護(hù)功能才具備方向性，當(dāng)闖紅燈防護(hù)報(bào)文與列車(chē)運(yùn)行方向一致時(shí)，才會(huì)觸發(fā)緊急制動(dòng)，該功能不會(huì)影響相反方向運(yùn)行的列車(chē)通過(guò)主信號(hào)應(yīng)答器。當(dāng)列車(chē)順序通過(guò)B1 與VB，讀到VB 中的紅燈報(bào)文時(shí)，執(zhí)行闖紅燈防護(hù)功能；當(dāng)列車(chē)順序通過(guò)B2 與VB 時(shí)，不執(zhí)行闖紅燈防護(hù)功能。

當(dāng)列車(chē)沒(méi)有定位時(shí)，闖紅燈功能無(wú)方向性，若未收到B1 或者B2 應(yīng)答器報(bào)文，列車(chē)無(wú)論從任何方向讀取到主信號(hào)應(yīng)答器VB 中的紅燈報(bào)文，均會(huì)觸發(fā)緊急制動(dòng)。

當(dāng)先收到應(yīng)答器B1 時(shí)，車(chē)載ATP 對(duì)闖紅燈防護(hù)應(yīng)答器組中有源應(yīng)答器丟失、默認(rèn)報(bào)文或報(bào)文無(wú)法解析時(shí)，按闖紅燈防護(hù)處理，觸發(fā)列車(chē)緊急制動(dòng)。當(dāng)先收到應(yīng)答器B2 時(shí)，車(chē)載ATP 對(duì)上述情況不按闖紅燈防護(hù)處理，不觸發(fā)列車(chē)緊急制動(dòng)。

根據(jù)主信號(hào)應(yīng)答器距前方危險(xiǎn)點(diǎn)的距離，以及安全制動(dòng)模型計(jì)算的列車(chē)制動(dòng)距離，列車(chē)在RM 模式出庫(kù)時(shí)，速度不應(yīng)大于15 km/h。

對(duì)于未裝載ATP 列車(chē)或者列車(chē)處于EUM 模式下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)闖紅燈防護(hù)功能，需要人工保證安全，按照地面信號(hào)顯示行車(chē)。

4 結(jié)語(yǔ)

中低速磁浮道岔比較特殊，車(chē)輛段采用RM 模式，通過(guò)車(chē)輛段RM 模式闖紅燈防護(hù)方案，可以有效對(duì)列車(chē)誤闖紅燈進(jìn)行防護(hù)。同時(shí)，對(duì)于未裝載車(chē)載ATP 的列車(chē)、列車(chē)處于EUM 模式下以及部分不設(shè)置闖紅燈防護(hù)的區(qū)域，不具備闖紅燈防護(hù)功能，需要采取管理措施，人工保證安全。技術(shù)措施和管理措施相結(jié)合才是構(gòu)成安全運(yùn)營(yíng)的整體控制方式。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，部分地鐵車(chē)輛段采用自動(dòng)化車(chē)輛段，可以對(duì)車(chē)輛段闖紅燈進(jìn)行更有效的防護(hù)。對(duì)于中低速磁浮交通來(lái)講，自動(dòng)化車(chē)輛段是未來(lái)的發(fā)展方向。