陳 光

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢//助理工程師)

在城市軌道交通建設(shè)過程中，分段開通的線路在最終實(shí)現(xiàn)貫通運(yùn)營時(shí)，常受到信號系統(tǒng)設(shè)備制式不統(tǒng)一的約束[1]。因此，延伸段信號系統(tǒng)與既有段信號系統(tǒng)的銜接是線路貫通運(yùn)營需解決的難題。本文主要探討一種適用于多數(shù)地鐵延伸段的信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1 延伸段信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

在延伸段信號系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)階段，要先明確既有線設(shè)備配置情況，再據(jù)此確定貫通運(yùn)營時(shí)的既有設(shè)備、改造設(shè)備和新增設(shè)備。一般線路的信號系統(tǒng)設(shè)備配置情況如圖1所示。

圖1 一般線路貫通運(yùn)營時(shí)的信號系統(tǒng)設(shè)備配置情況

1.1 正線及軌旁設(shè)備配置

CBTC(基于通信的列車控制)系統(tǒng)的國際及國內(nèi)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)相對較少，各主要供應(yīng)商對CBTC系統(tǒng)的研制和改進(jìn)往往各自為營[2]，不同廠商的CBTC系統(tǒng)硬件和軟件均無法通用。因此，建議延伸段的廠商及信號系統(tǒng)配置應(yīng)與既有段保持一致，以便于貫通運(yùn)營并節(jié)約成本。

(1) 集中站劃分。影響聯(lián)鎖區(qū)的劃分和設(shè)備集中站的設(shè)置主要因素是聯(lián)鎖設(shè)備對道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)、計(jì)軸設(shè)備和信號機(jī)的控制距離。既有段聯(lián)鎖區(qū)劃分已經(jīng)定型，且已投入運(yùn)營。從設(shè)計(jì)角度和運(yùn)營角度考慮，延伸段作為獨(dú)立工程，需盡量減少與既有段的聯(lián)鎖接口。

(2) 區(qū)域控制器(ZC)配置。軌旁的ZC可接收其控制范圍內(nèi)列車發(fā)出的所有位置信息，并分配行車許可給其控制列車。ZC的配置需根據(jù)廠家設(shè)備性能來確定。例如，泰雷茲的ZC設(shè)備是在每1個(gè)集中站配置1套(包含MAU(移動授權(quán)單元)和PMI(微機(jī)聯(lián)鎖))；而卡斯柯的ZC設(shè)備則在1條線路上選擇幾個(gè)集中站設(shè)置，且配置位置主要根據(jù)線路長度及其管理的列車數(shù)量來確定。

(3) ATS(列車自動監(jiān)控)工作站配置。ATS工作站與DCS(數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng))冗余連接，在ATS系統(tǒng)正常工作時(shí)，工作站顯示線路全貌。在得到授權(quán)的情況下，集中站ATS工作站可控制所在區(qū)域的列車運(yùn)營及進(jìn)路排列等，并與中央ATS系統(tǒng)有相同的功能。在中央ATS系統(tǒng)故障時(shí)，集中站ATS工作站可用作本地控制，直接控制對應(yīng)區(qū)域的列車運(yùn)營及進(jìn)路排列等。

1.2 后備信號系統(tǒng)

CBTC系統(tǒng)的降級及后備系統(tǒng)一般可采用聯(lián)鎖級后備系統(tǒng)或點(diǎn)式ATP(列車自動保護(hù))級后備系統(tǒng)兩種方式。

聯(lián)鎖級降級信號系統(tǒng)是以聯(lián)鎖功能為基礎(chǔ)。當(dāng)車載設(shè)備故障或未裝備車載設(shè)備的工程車在線運(yùn)行時(shí)，聯(lián)鎖設(shè)備以站間閉塞方式控制車站的出發(fā)信號機(jī)。司機(jī)依據(jù)信號顯示以限制人工駕駛模式或非限制人工駕駛模式駕駛列車自該站運(yùn)行至下一站。

點(diǎn)式ATP級降級及后備信號系統(tǒng)是在聯(lián)鎖級的基礎(chǔ)上增加點(diǎn)式地面ATP設(shè)備和車載ATP設(shè)備?？蓪?shí)現(xiàn)列車超速防護(hù)、闖紅燈防護(hù)及精確停車等。部分品牌的產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)ATO(列車自動駕駛)。

建議延伸段的后備信號系統(tǒng)方案與既有段保持一致，并應(yīng)滿足當(dāng)?shù)剡\(yùn)營需求及降級運(yùn)營條件。在后備模式下，可適當(dāng)引入新技術(shù),并確保這不影響既有線正常運(yùn)行。例如，泰雷茲的后備PSD(站臺屏蔽門)無線控制子系統(tǒng)就是如此。

1.3 場段信號設(shè)備配置

(1) 獨(dú)立計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制方案。停車場或車輛段簡稱“場段”，其配置的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)與正線信號系統(tǒng)相對獨(dú)立，能單獨(dú)控制場段內(nèi)的列車作業(yè)和調(diào)車作業(yè)，在與正線相銜接部分采用安全繼電接口設(shè)計(jì)，可完成列車的進(jìn)出場控制。該方案在場段內(nèi)設(shè)置ATS工作站，并將場段納入正線ATS監(jiān)督。

(2) 正線ATC(列車自動控制)一體化方案。將場段納入ATC監(jiān)控，并將場段的列車作業(yè)監(jiān)控與正線ATS一體化設(shè)計(jì)。場段除設(shè)置聯(lián)鎖設(shè)備外，還設(shè)置一定的ATP設(shè)備。場段列調(diào)車作業(yè)具備ATP功能。

方案的選擇需根據(jù)既有段建設(shè)情況及城市地鐵建設(shè)需求進(jìn)行綜合考慮。如線路為FAO(全自動無人駕駛)線路，則場段建設(shè)需采取ATC一體化設(shè)計(jì)方案，滿足全線全自動駕駛功能，如既有段已建立1座車輛段，則延伸段停車場建設(shè)需與該車輛段保持一致。延伸段列車空閑檢測設(shè)備選擇計(jì)軸設(shè)備還是軌道電路，需與既有段保持一致，便于維護(hù)和資源共享。

1.4 綜合維護(hù)及培訓(xùn)系統(tǒng)

1條線路在先期的建設(shè)過程中，通常會建設(shè)維護(hù)系統(tǒng)及培訓(xùn)系統(tǒng)。

在其延伸段的建設(shè)過程中，應(yīng)盡量利用既有設(shè)備來實(shí)現(xiàn)延伸段功能，從而減少投資、節(jié)省資源。延伸段可利用既有段的試車線來完成試車任務(wù)；可對培訓(xùn)系統(tǒng)和維護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容改造，以滿足全線的培訓(xùn)和維護(hù)任務(wù)需求。全線貫通運(yùn)營時(shí)，控制中心的行車調(diào)度終端需根據(jù)全線里程數(shù)及與行車專業(yè)進(jìn)行溝通，從而確定是否新增行車調(diào)度終端，還需對全線顯示界面重新劃分和更新。

1.5 基礎(chǔ)信號設(shè)備配置

基礎(chǔ)信號設(shè)備配置主要包括信號機(jī)燈光顯示、信號機(jī)光源、電源系統(tǒng)及轉(zhuǎn)轍機(jī)的配置。延伸段的信號機(jī)燈光顯示需與既有段保持一致，符合現(xiàn)場運(yùn)營人員的工作習(xí)慣；信號機(jī)光源可在滿足系統(tǒng)兼容性的前提下，采用較先進(jìn)的信號機(jī)光源；延伸段電源系統(tǒng)配置可與既有段不一致，并根據(jù)用電需求和可靠性需求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，可采用當(dāng)前先進(jìn)的可靠技術(shù)；延伸段場段以及正線的轉(zhuǎn)轍機(jī)配置需同既有段保持一致，便于維護(hù)資源共享。

2 延伸段信號系統(tǒng)的改造與實(shí)施

2.1 中央ATS設(shè)備改造方案

控制中心設(shè)置了ATS子系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要包括：ATS服務(wù)器(主/熱備配置)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(主/熱備配置)、數(shù)據(jù)備份服務(wù)器、數(shù)據(jù)記錄儀、調(diào)度工作站、中央聯(lián)鎖工作站、ATS維護(hù)工作站、時(shí)刻表編輯工作站、記錄與回放工作站、彩色激光打印機(jī)，以及與網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘、無線通信系統(tǒng)、PAS(有線廣播系統(tǒng))、PIS(乘客信息系統(tǒng))、ISCS(綜合監(jiān)控系統(tǒng))、通信傳輸系統(tǒng)、SCADA(監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)、大屏等系統(tǒng)的接口服務(wù)器。

ATS子系統(tǒng)系統(tǒng)具備管理長線路和多車的能力，并可支持線路的延伸。在延伸段建設(shè)過程中，首先，要明確既有段ATS系統(tǒng)是否預(yù)留了延伸段的擴(kuò)展容量。如已預(yù)留了容量，則延伸段無需單獨(dú)配置ATS核心設(shè)備，僅需對既有段ATS核心設(shè)備進(jìn)行軟件擴(kuò)容改造，即可實(shí)現(xiàn)延伸段的ATS中心功能。擴(kuò)容改造可采用在夜間非運(yùn)營時(shí)間實(shí)施并調(diào)試的方案。

2.2 聯(lián)鎖接口改造方案

聯(lián)鎖接口改造主要在既有段與延伸段的既有交界車站處。在改造方案中需要注意以下幾點(diǎn)：

(1) 正線及配線信號機(jī)應(yīng)根據(jù)運(yùn)營條件取消封燈。

(2) 增加改造信號機(jī)的驅(qū)動采集板卡、繼電電路、室外控制線纜、發(fā)光盤及燈絲報(bào)警采集器。

(3) 增加相應(yīng)的計(jì)軸設(shè)備。

(4) 對集中站聯(lián)鎖主機(jī)進(jìn)行擴(kuò)容，增加相應(yīng)的進(jìn)路控制，并對顯示界面進(jìn)行更新。

(5) 對相鄰ZC控制器進(jìn)行軟件升級改造。

2.3 DCS傳輸方案

DCS包括有線傳輸裝置、無線傳輸裝置及網(wǎng)絡(luò)管理裝置

(1) 有線傳輸裝置。有線傳輸裝置確保軌旁設(shè)備之間的通信，其網(wǎng)絡(luò)分為ATP/ATO骨干網(wǎng)和ATS骨干網(wǎng)。在延伸段的建設(shè)過程中，需拆開既有段的盡頭節(jié)點(diǎn)，加入延伸段網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)劃分要與既有段保持一致。

(2) DCS無線傳輸裝置。無線傳輸裝置確保車-地之間的通信。延伸段無線傳輸裝置的配置方式應(yīng)與既有段保持一致，可根據(jù)既有段運(yùn)行情況，調(diào)整AP(無線接入點(diǎn))布置方案，以進(jìn)一步優(yōu)化場強(qiáng)覆蓋，減少既有段無線傳輸?shù)倪z留問題。

(3) 網(wǎng)絡(luò)管理裝置。網(wǎng)絡(luò)管理裝置負(fù)責(zé)對DCS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理和維護(hù)。在延伸段的建設(shè)過程中，需確認(rèn)既有段網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是否預(yù)留了延伸段使用余量。如有預(yù)留，則僅需對網(wǎng)絡(luò)管理裝置進(jìn)行擴(kuò)容升級，即可滿足延伸段的使用需求。

2.4 車載設(shè)備配置及改造方案

延伸段與既有段貫通運(yùn)營后，延伸段的列車將進(jìn)入既有段運(yùn)行，既有段列車也將進(jìn)入延伸段運(yùn)行。因此，除新配屬列車需配置完整的車載信號設(shè)備外，還需對既有段配屬列車的車載控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)容改造及車地聯(lián)調(diào)，使其能在延伸段正常運(yùn)營。此外，延伸段配屬列車還需在夜間非運(yùn)營時(shí)段在既有段進(jìn)行車地聯(lián)調(diào)，使其能在既有段正常運(yùn)營。

3 延伸段信號系統(tǒng)國產(chǎn)化

城市軌道交通的信號系統(tǒng)集行車指揮控制和列車運(yùn)行控制于一體，是一體化的列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)具有高安全性和高可靠性，專業(yè)性強(qiáng)[4]。

目前，延伸段一般不含車輛段，新配屬運(yùn)用車輛及改造車輛較多，線路長度短，其信號系統(tǒng)國產(chǎn)化率略低。參照目前行業(yè)情況和系統(tǒng)配置，延伸段信號系統(tǒng)國產(chǎn)化率一般為60%～65%。

4 結(jié)語

針對延伸段的信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，著重討論了正線設(shè)備配置、場段信號設(shè)備配置、信號基礎(chǔ)設(shè)備配置及既有設(shè)備利用升級改造等。文中所述的延伸段信號系統(tǒng)配置方案已在武漢、南京和無錫地鐵項(xiàng)目中應(yīng)用并實(shí)施。實(shí)踐證明，該方案適用性廣，經(jīng)濟(jì)有效。