地鐵各專業(yè)對(duì)信號(hào)系統(tǒng)最高速度的影響

杜時(shí)勇 周林明

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 成都 610031)

在地鐵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，列車(chē)運(yùn)行最高速度是地鐵系統(tǒng)中各專業(yè)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作的重要依據(jù)。列車(chē)運(yùn)行最高速度將對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)指標(biāo)(如旅行速度、通過(guò)能力、折返能力等)產(chǎn)生重大影響。因此，在各條線的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中確定列車(chē)運(yùn)行最高速度時(shí)，如何確定各專業(yè)的列車(chē)運(yùn)行速度，如何協(xié)調(diào)各專業(yè)的各種列車(chē)運(yùn)行速度，是地鐵設(shè)計(jì)中需要探討的重要內(nèi)容。特別是對(duì)于運(yùn)營(yíng)相關(guān)指標(biāo)最終實(shí)現(xiàn)者的信號(hào)專業(yè)，如何與各相關(guān)專業(yè)協(xié)調(diào)各種列車(chē)運(yùn)行速度，避免出現(xiàn)非期望的壓低列車(chē)運(yùn)行速度的情況，實(shí)現(xiàn)列車(chē)安全、高效、舒適運(yùn)行，是其設(shè)計(jì)配合的重要內(nèi)容。

1 各專業(yè)列車(chē)運(yùn)行速度定義

1)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。列車(chē)運(yùn)行最高速度，是指列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)的最高速度。

2)行車(chē)專業(yè)。列車(chē)運(yùn)行最高計(jì)算速度，是用于計(jì)算通過(guò)能力及旅行速度的列車(chē)運(yùn)行速度。

3)土建專業(yè)(包含線路、軌道及限界專業(yè))。線路最高運(yùn)行速度(門(mén)限速度)，是指列車(chē)運(yùn)行絕對(duì)不可超越的限制速度。

4)車(chē)輛專業(yè)。列車(chē)運(yùn)行最高速度，是指列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)的最高速度;結(jié)構(gòu)速度，是指車(chē)輛結(jié)構(gòu)決定的列車(chē)運(yùn)行絕對(duì)不可超越的限制速度。

5)信號(hào)專業(yè)。緊急制動(dòng)觸發(fā)速度，是指在列車(chē)自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)(ATP)防護(hù)下，信號(hào)系統(tǒng)為確保列車(chē)的運(yùn)行安全自動(dòng)給出緊急制動(dòng)指令時(shí)的速度。最高列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行(ATO)推薦速度，是指列車(chē)在ATO模式下運(yùn)行時(shí)的最高速度，一般在緊急制動(dòng)觸發(fā)速度以下約為5 km/h;有些信號(hào)設(shè)備供應(yīng)商在最高ATO速度與緊急制動(dòng)觸發(fā)速度之間，設(shè)計(jì)了全常用制動(dòng)觸發(fā)速度(FSB)，最高ATO推薦速度在緊急制動(dòng)觸發(fā)速度以下為6～7 km/h。列車(chē)可能達(dá)到的最高速度，是指在考慮了信號(hào)專業(yè)假設(shè)的所有不利因素后，列車(chē)觸發(fā)了緊急制動(dòng)觸發(fā)曲線后可能達(dá)到的最高速度，一般在緊急制動(dòng)觸發(fā)速度上增加約5 km/h。

6)站臺(tái)及站臺(tái)屏蔽門(mén)專業(yè)。站臺(tái)最高限制速度，是指列車(chē)運(yùn)行通過(guò)站臺(tái)絕對(duì)不可超越的限制速度。

2 信號(hào)專業(yè)列車(chē)運(yùn)行速度分析

目前，國(guó)內(nèi)地鐵普遍采用ATC(列車(chē)自動(dòng)控制)信號(hào)系統(tǒng)，具有ATP/ATO功能，列車(chē)以ATO駕駛模式作為常用駕駛模式，因此信號(hào)系統(tǒng)需綜合考慮各種列車(chē)運(yùn)行速度，使ATP/ATO速度滿足相關(guān)速度要求。一旦設(shè)計(jì)完成，地鐵系統(tǒng)的列車(chē)將以信號(hào)專業(yè)規(guī)定的列車(chē)運(yùn)行模式運(yùn)行，這將最終決定地鐵系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)，因此有必要對(duì)信號(hào)專業(yè)確定的各種速度值及與各相關(guān)專業(yè)定義的列車(chē)運(yùn)行速度進(jìn)行相互協(xié)調(diào)和深入探討，以取得最佳的運(yùn)營(yíng)效果。

列車(chē)以ATO駕駛模式運(yùn)行時(shí)，ATP/ATO系統(tǒng)連續(xù)不斷地檢測(cè)列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行速度，并與系統(tǒng)設(shè)計(jì)確定的最高ATO推薦速度比較;根據(jù)比較結(jié)果，采用加速、制動(dòng)、惰行的方式，使列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行速度達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)確定的最高ATO推薦速度。因而，列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行速度會(huì)在最高ATO推薦速度的上下進(jìn)行波動(dòng)，其波動(dòng)范圍由系統(tǒng)的控制精度決定，并要盡量減少列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的變化，以滿足乘客舒適度的要求并減少車(chē)輛的磨耗。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，列車(chē)在ATO駕駛模式運(yùn)行時(shí)，列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行速度可控制在最高ATO推薦速度上下約5 km/h的范圍內(nèi)波動(dòng)。

當(dāng)列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中觸發(fā)了緊急制度觸發(fā)曲線時(shí)，列車(chē)將緊急制動(dòng)，其制動(dòng)過(guò)程如下:在信號(hào)系統(tǒng)給出緊急制動(dòng)指令后，列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)將經(jīng)歷切斷牽引動(dòng)力、發(fā)動(dòng)緊急制動(dòng)、緊急制動(dòng)生效的過(guò)程，時(shí)間在2～3 s。考慮各種最不利情況(如最大測(cè)速誤差、列車(chē)處于下坡區(qū)段等)，列車(chē)可能達(dá)到的最高速度一般在緊急制動(dòng)觸發(fā)速度上增加3～6 km/h。列車(chē)運(yùn)行及制動(dòng)過(guò)程如圖1所示，列車(chē)制動(dòng)過(guò)程主要分為3個(gè)階段。

圖1 列車(chē)運(yùn)行及安全制動(dòng)模型

第一階段，發(fā)現(xiàn)超速并切斷牽引的過(guò)程。列車(chē)以最大ATO推薦速度行駛，信號(hào)車(chē)載設(shè)備對(duì)列車(chē)速度和位置進(jìn)行測(cè)量，并每隔一定時(shí)間將測(cè)量速度與測(cè)量點(diǎn)的ATP曲線速度進(jìn)行比較。當(dāng)測(cè)量速度達(dá)到或高于ATP緊急制動(dòng)觸發(fā)速度時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)會(huì)采取緊急制動(dòng)，列車(chē)將被切斷牽引。在切斷牽引電流的過(guò)程中，列車(chē)還會(huì)繼續(xù)加速，走行一定的距離。

第二階段，切斷牽引到緊急制動(dòng)生效的過(guò)程。列車(chē)牽引系統(tǒng)從激活緊急制動(dòng)到制動(dòng)生效，需要一定的延遲時(shí)間(2～3 s)，在此過(guò)程中，列車(chē)將惰行一定距離。

第三階段，緊急制動(dòng)生效到停車(chē)的過(guò)程。在此階段，緊急制動(dòng)生效，列車(chē)一次制動(dòng)到停車(chē)。

根據(jù)以上分析，列車(chē)以ATO駕駛模式正常運(yùn)行時(shí)，可達(dá)到的最高速度為ATO最高推薦速度的上限，即接近但未觸發(fā)緊急制動(dòng)時(shí)的速度。因此，在一條地鐵線路的設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，可將列車(chē)運(yùn)行最高速度確定為信號(hào)系統(tǒng)的緊急制動(dòng)觸發(fā)速度，而觸發(fā)緊急制動(dòng)后列車(chē)可能達(dá)到的最高速度作為各專業(yè)確定的限制速度(即絕對(duì)不可超越的速度)。上面談到的“列車(chē)運(yùn)行最高速度-列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)的最高速度”，是指信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)采取緊急制動(dòng)的觸發(fā)速度。表1是廣州地鐵3號(hào)線的各種速度，可看出相互間的差值。

表1 廣州地鐵3號(hào)線的各種速度 km/h

3 列車(chē)運(yùn)行速度與相關(guān)專業(yè)的配合

3.1 土建專業(yè)(包含線路、軌道專業(yè))

線路平直地段的最高限制速度應(yīng)大于或等于列車(chē)可能達(dá)到的最高速度，即觸發(fā)緊急制動(dòng)后列車(chē)可能達(dá)到的最高速度。曲線地段最高限制速度應(yīng)大于或等于列車(chē)可能達(dá)到的最高速度，即觸發(fā)緊急制動(dòng)后列車(chē)可能達(dá)到的最高速度。道岔直向通過(guò)速度應(yīng)大于或等于列車(chē)可能達(dá)到的最高速度，即觸發(fā)緊急制動(dòng)后列車(chē)可能達(dá)到的最高速度。道岔側(cè)向通過(guò)速度應(yīng)大于或等于列車(chē)可能達(dá)到的最高速度，即觸發(fā)緊急制動(dòng)后列車(chē)可能達(dá)到的最高速度。

在地鐵工程設(shè)計(jì)中，折返能力是通過(guò)能力的瓶頸，而道岔側(cè)向通過(guò)速度對(duì)折返能力影響很大。為滿足通過(guò)能力的要求，在站前、站后折返時(shí)，土建專業(yè)選擇道岔應(yīng)適當(dāng)提高其側(cè)向通過(guò)速度。

3.2 限界專業(yè)

最高限制速度應(yīng)大于或等于列車(chē)可能達(dá)到的最高速度，即觸發(fā)緊急制動(dòng)后列車(chē)可能達(dá)到的最高速度。

3.3 車(chē)輛專業(yè)

列車(chē)運(yùn)行最高速度是列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)的最高速度，即緊急制動(dòng)觸發(fā)速度。結(jié)構(gòu)速度是車(chē)輛結(jié)構(gòu)決定的列車(chē)運(yùn)行絕對(duì)不可超越的限制速度，要大于信號(hào)系統(tǒng)可能達(dá)到的最高速度。

有些人對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范中車(chē)輛運(yùn)行最高速度(或稱為車(chē)輛設(shè)計(jì)最高速度)的理解有些偏差，認(rèn)為它就是各專業(yè)絕對(duì)不可超過(guò)的最高速度，這導(dǎo)致列車(chē)運(yùn)行最高速度被壓低約5 km/h，嚴(yán)重影響到列車(chē)的旅行速度。筆者將列車(chē)運(yùn)行最高速度定義為列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)的最高速度(即緊急制動(dòng)觸發(fā)速度)，與建標(biāo)104—2008《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》的定義相吻合。

3.4 站臺(tái)相關(guān)專業(yè)(屏蔽門(mén)專業(yè)、限界專業(yè))

《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，站臺(tái)限速為55 km/h。在線路平直地段最高限制速度為85km/h的情況下，站臺(tái)限速后若列車(chē)還按直線段速度運(yùn)行，則進(jìn)入站臺(tái)時(shí)其緊急制動(dòng)速度就會(huì)超過(guò)站臺(tái)限速，列車(chē)必須在接近或進(jìn)入站臺(tái)過(guò)程中降速(見(jiàn)圖2)，從而產(chǎn)生速度臺(tái)階。

圖2 列車(chē)進(jìn)入站臺(tái)限速

以杭州地鐵1號(hào)線為例，線路平直地段最高限制速度為85 km/h，站臺(tái)最高限制速度為65 km/h，列車(chē)以0.8 m/s2的減速率進(jìn)站。由于站臺(tái)限速，進(jìn)站列車(chē)的速度距離曲線出現(xiàn)臺(tái)階，如圖3所示。

圖3 站臺(tái)限速為65 km/h的牽引制動(dòng)曲線

根據(jù)杭州地鐵1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)供應(yīng)商的牽引計(jì)算，得出如表2所示的速度臺(tái)階。

為了提高通過(guò)能力和旅行速度，滿足乘客舒適度的要求，避免由于站臺(tái)相關(guān)專業(yè)的限速要求導(dǎo)致列車(chē)進(jìn)站停車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)速度臺(tái)階，在屏蔽門(mén)專業(yè)、限界等相關(guān)專業(yè)允許的前提下，建議列車(chē)通過(guò)車(chē)站的速度適當(dāng)提高或不受限制。

表2 列車(chē)進(jìn)站產(chǎn)生速度臺(tái)階

3.5 行車(chē)專業(yè)

一條地鐵線路在設(shè)計(jì)初期，就應(yīng)根據(jù)線路特點(diǎn)和定位確定列車(chē)運(yùn)行最高速度，在此基礎(chǔ)上確定土建的線路平直地段最高限制速度、曲線地段最高限制等。根據(jù)以上分析，行車(chē)專業(yè)在做牽引計(jì)算和列車(chē)運(yùn)行性能指標(biāo)分析時(shí)，列車(chē)運(yùn)行最高計(jì)算速度應(yīng)定義為最高ATO推薦速度，不能使用節(jié)能曲線速度或低等級(jí)的ATO速度。

4 結(jié)語(yǔ)

信號(hào)系統(tǒng)作為與地鐵運(yùn)營(yíng)密切相關(guān)的重要系統(tǒng)，其主要功能是實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行的安全、高效、舒適，并滿足列車(chē)旅行速度、追蹤間隔、折返間隔等重要運(yùn)營(yíng)指標(biāo)的要求。從以上分析可以看出，在地鐵工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)專業(yè)非期望的速度限制將直接影響信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)指標(biāo)(如列車(chē)旅行速度、折返間隔等)的實(shí)現(xiàn)。因此，在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，信號(hào)專業(yè)應(yīng)與相關(guān)專業(yè)密切配合，相關(guān)專業(yè)也需理解信號(hào)專業(yè)的速度概念，避免出現(xiàn)非期望的壓低列車(chē)運(yùn)行速度的情況，以便于列車(chē)實(shí)現(xiàn)安全、高效、舒適的運(yùn)行。

［1］GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

［2］建標(biāo)104—2008城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:人民交通出版社，2008.

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