樞紐地區(qū)RBC設置方案探討

楊 韜

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

楊韜，男，碩士,畢業(yè)于北京交通大學，工程師。主要研究方向:無線閉塞中心技術研究，曾參與“無線閉塞中心(RBC)的關鍵技術及裝備”、“RBC系統(tǒng)國產(chǎn)化深化研究”和“列控系統(tǒng)優(yōu)化技術研究”等科研項目。

隨著中國高鐵事業(yè)的發(fā)展，CTCS-3級列控系統(tǒng)（以下簡稱C3系統(tǒng)）的實際應用日益增加，武廣、滬寧、滬杭、京滬、京廣等設計運營時速在300km/h以上的線路均采用了C3系統(tǒng)，以保障高速列車安全正點的運行。

C3系統(tǒng)通過地面的RBC（Radio Block Center，無線閉塞中心）經(jīng)GSM-R無線網(wǎng)絡與列車上的車載ATP（Automatic Train Protection，列車超速防護）進行雙向信息交互，實現(xiàn)對列車運行的實時安全控制。

高鐵線路通?？梢院唵蔚恼J為由區(qū)間和車站組成，與區(qū)間相比，車站構(gòu)造更加復雜，尤其是樞紐站場，通常都有復雜的站場結(jié)構(gòu)、較多的股道，而且常同時停靠較多的列車，對RBC的管理能力提出了一定的挑戰(zhàn)。在既有的線路中，對于結(jié)構(gòu)簡單的車站，采用一套RBC管理多個車站的設置方式，當樞紐站場較復雜時，通常采用一套RBC管理一個單獨的車站的設置方式。

下面根據(jù)已開通樞紐車站的關鍵特征，對站場進行分類。

1 站場分類

按站型結(jié)構(gòu)可分成以下4類：

1）多站場樞紐

此類樞紐通常由多個站場組成，各站場之間由場連進路連接，例如，上海虹橋樞紐由高速場和綜合場組成；南京南樞紐由高速場、寧杭場、寧安場組成，如圖1所示。

2）多條正線貫通的樞紐。

此類樞紐與多站場類型不同，僅有一個站場，但來自不同線路的列車均進入同一個站場，而且是正線直接貫通，不是通過聯(lián)絡線或場聯(lián)進路進入，不存在場連的問題。例如，上海西樞紐是滬寧客專和京滬即有線貫通的車站；橫店東是京石武客專和合武線貫通的車站，如圖2所示。

3）多條C3線路交匯樞紐

此類樞紐是多條C3線路交匯的節(jié)點，通常也屬于第一種多站場類型。例如杭州樞紐包括杭州東站和杭州南站，是滬昆客專與寧杭、杭甬、滬杭的交匯樞紐；鄭州樞紐是京石武客專和鄭西客專、鄭徐客專交匯樞紐；長沙樞紐是武廣客專、滬昆客專交匯樞紐，如圖3所示。

4）C3與其他類型線路交匯樞紐

此類樞紐通常是C3線路與C2線路等其他等級線路的交匯處，需要考慮與其他等級協(xié)調(diào)運行的可能性。例如，鄭州樞紐與鄭州動車走行線、西北聯(lián)絡線、西南聯(lián)絡線、北上聯(lián)絡線、北下聯(lián)絡線、鄭西貫通線交匯，如圖4所示。

以上4類樞紐只是按照某個樞紐的最主要特征來劃分的，實際上，一個樞紐往往屬于其中的多種類型組合。根據(jù)以上各樞紐的特點和實際工程經(jīng)驗，總結(jié)出在RBC樞紐設置方案中需要重點考慮以下難點：

* 站場規(guī)模過大導致超出單個RBC的控制能力。例如，第2類樞紐中，多條正線貫通于同一個站場的情況，在考慮RBC設置方案時，除了以一個獨立的RBC對整個樞紐站進行管理以外，很難有別的方案，因此應考慮對站前設計中站場的規(guī)模進行限制，避免超出單個RBC的管理能力。第3類樞紐設置最為困難，由于該樞紐為多條C3線路交匯，各條線路上運行的列車均需由RBC控制，不同于C3線路與C2、既有線交匯的車站，后者只需控制在C3線路上運行的列車，因此受控列車數(shù)量較大，可能超出單套RBC的控制能力，但是如果采用多套RBC管控一個樞紐，可能涉及場連進路過短而導致無法移交。

* RBC控制范圍與其他系統(tǒng)的協(xié)調(diào)匹配。第四類樞紐中，不僅需要滿足本線列車按照C3模式行車，聯(lián)絡線、動車走行線按照C2模式行車，還要實現(xiàn)列車經(jīng)線路所和動車所之前，均進行C3/C2等級轉(zhuǎn)換，所有等級轉(zhuǎn)換確保列車不停車通過。這就需要分別明確C2和C3列控系統(tǒng)控制區(qū)域，等級轉(zhuǎn)換點以及列車進出站、進出段模式，地面設備布置方案，列控數(shù)據(jù)，臨時限速處理等內(nèi)容。在工程設計時，需要綜合考慮以上因素，以保證C3系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性。

* 分期開通導致運行RBC修改。一般而言，多條C3線路是分期開通的，為了兩條線路的交匯，往往需要對車站的某些股道進行施工改造。此時若仍采用單套RBC控制整個樞紐站場，當新線路開通時，必須修改正在運營線路的RBC數(shù)據(jù)，而且聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中每次數(shù)據(jù)的修改，都會導致對運營中RBC的修改，即降低了安全性，又增加了數(shù)據(jù)設置人員的工作量。因此對于該類型的樞紐站場，宜盡量考慮以多個RBC分別控制不同的C3線路，多場之間的場聯(lián)進路不宜太短，以符合RBC移交的要求。

2 RBC設置方案指導原則

通過對以上站場樞紐特點的分析，RBC設置方案需要綜合考慮控制能力、接口能力、經(jīng)濟技術比較和維護適應性，在符合RBC系統(tǒng)需求的前提下按照一定原則進行設置。一個完整的RBC設置方案包含RBC控制能力、RBC移交、等級轉(zhuǎn)換、應答器布置、臨時限速設置和系統(tǒng)間接口等內(nèi)容，本文僅對影響樞紐地區(qū)的幾個關鍵因素進行分析。

2.1 RBC控制能力

1）RBC技術指標

RBC有各種技術指標，這些技術指標都有容量限制。而且不同廠家的RBC，技術指標也會有所不同，主要包括以下幾個方面：

* 單個RBC應能同時管理60列已注冊列車。

* 單個RBC應能同時管理480條設置的進路。

* 單個RBC應能同時管理250個已激活的臨時限速。

* 單個RBC應能同時管理100個已激活的緊急區(qū)域。

2）RBC布置原則

* RBC控制范圍的邊界應設置在區(qū)間閉塞分區(qū)分界點處，并與維護邊界統(tǒng)籌考慮。

* RBC設備的控車數(shù)量是計算RBC數(shù)量的主要限制因素。

* 計算RBC控車數(shù)量時，應考慮車站股道、正線及相銜接線路等需要與RBC鏈接的列車數(shù)量。

* 同一車站設置多個車場，且各車場均采用C3等級列控系統(tǒng)時，如有轉(zhuǎn)場列車作業(yè)，在滿足控車數(shù)量的前提下，車站各場宜共用一套RBC。

* 樞紐、大站等特殊區(qū)段應考慮線路改造和分步建設的因素。對于客運專線樞紐和復雜的大型接軌站等特殊地點，建議單獨配置RBC，這樣在改造時，影響范圍主要集中在一臺RBC上，對整個系統(tǒng)的影響盡可能控制到最小限度。

* 全線布置RBC時不宜從端頭站開始分配，應從樞紐大站開始往兩側(cè)分配。

3）RBC數(shù)量計算方法

RBC數(shù)量的計算需要按照一定流程，以RBC控制能力為基礎，具體流程為：

* 擬定一個RBC的控制區(qū)域，一般選定線路的某一端、某一樞紐站外作為起始點。

* 根據(jù)擬定的RBC區(qū)域，確定C3等級控車范圍。

* 計算C3等級控車范圍正常運營情況下的最大列車數(shù)量值。

* 當最大列車數(shù)量小于并接近RBC的正常控車容量時，說明擬定的控制區(qū)域合理。當最大列車數(shù)量大于或遠小于RBC的控車容量時，需要縮小或增大RBC的控制區(qū)域，按照上述方法重新計算，直到小于并接近RBC的控制容量為止。

* 其他參數(shù)值也應符合相關限制。

其中，單個RBC控車數(shù)量應考慮車站股道、正線、銜接線路等需要和RBC鏈接的列車數(shù)量。

列車數(shù)量的計算可以參照如下公式：

式中T總——單個RBC控制范圍內(nèi)同時與其鏈接的列車總數(shù)；

T股——單個RBC控制范圍內(nèi)各車站側(cè)線股道存放的同時與RBC鏈接的列車數(shù)；

T支——單個RBC控制范圍內(nèi)支線出入口處同時與RBC鏈接的列車數(shù)；

T其他——單個RBC控制范圍內(nèi)特殊區(qū)段內(nèi)(如動車段內(nèi)C3等級試車線)同時與RBC鏈接的列車數(shù)；

T系統(tǒng)——單個RBC系統(tǒng)設計允許的同時鏈接的列車數(shù)；

T余——單個RBC控制范圍內(nèi)預留的可同時與RBC鏈接的列車數(shù)，取值范圍為T系統(tǒng)的10%～20%；

L——單個RBC控制范圍內(nèi)單條正線的長度；

L1——RBC切換預告點與切換執(zhí)行點之間的長度；

I ——列車運行間隔；

n——單個RBC控制范圍內(nèi)鐵路正線數(shù)量；

η ——單個RBC控制范圍內(nèi)各車站側(cè)線股道存放的同時使用系數(shù)，目前暫無規(guī)定，暫時根據(jù)每股道1列， 1半股道考慮重聯(lián)摘解取值為1.5；

2.2 RBC移交

1）RBC移交邊界應設置在無道岔的區(qū)間線路。

2）RBC移交邊界應設置在區(qū)間軌道電路的集中區(qū)分界點處。

3）RBC移交邊界宜與聯(lián)鎖的控制范圍分界點保持一致。

4）RBC移交邊界宜避開GSM-R網(wǎng)絡的MSC/BSC切換區(qū)。

5）RBC移交邊界禁止設置在調(diào)車區(qū)。

6）采用通信方式移交時，正、反向移交點處須設置在同一點。

7）采用通信方式移交時，移交點外方的兩組應答器范圍內(nèi)不允許有道岔，分相區(qū)和災害區(qū)。

8）采用通信方式移交時，移交點必須設置在信號點處，且該處必須設置執(zhí)行應答器。

9）采用通信方式移交時，RBC移交點不能設在車站的進站口或出站口，原因如下：RBC移交點必須布置為正反向信號機與進站或出站信號機單向防護原則相違背；RBC移交點6 m處需布置執(zhí)行應答器，而進站口前方40 m需布置進站應答器，因此這兩組應答器的組間距為34 m，違背了應答器組間距必須大于100 m的布置原則。

10）MA最大長度為可配置項，MA最大長度的設置必須與RBC的管轄范圍及列車允許最高速度相適應，即MA最大長度不應覆蓋兩個移交點。

11）采用通信方式移交時，接收RBC的車地通信區(qū)域須提前延伸到移交RBC控制區(qū)域內(nèi)方列車運行40 s的區(qū)段。

2.3 等級轉(zhuǎn)換

1）等級轉(zhuǎn)換區(qū)域禁止設置在調(diào)車區(qū)。

2）C2→C3等級轉(zhuǎn)換區(qū)域應設置呼叫應答器、預告應答器、執(zhí)行應答器，且呼叫應答器組至執(zhí)行應答器組的距離應大于列車按該區(qū)段線路允許速度運行40 s的距離，預告應答器組至執(zhí)行應答器組的距離應大于列車按該區(qū)段線路允許速度運行20 s的距離，預告應答器與執(zhí)行應答器不能設置在同一個閉塞分區(qū)，預告應答器與執(zhí)行應答器之間不能存在道岔。

3）C2→C3等級轉(zhuǎn)換點距離RBC切換邊界之間應滿足最高碼序降至HU的距離，當不滿足上述條件時，取消該站的等級轉(zhuǎn)換點。

4）C3區(qū)域內(nèi)車站接近及離去區(qū)段設置C2→ C3等級轉(zhuǎn)換點，即設置在出站口和反向出站口。用于降級后按C2等級運行的列車重新恢復C3等級運行。

5）C2→C3等級轉(zhuǎn)換不宜設置在列車制動區(qū)（降速區(qū)）的軌道區(qū)段。

6）C3→C2等級轉(zhuǎn)換區(qū)域應設置預告應答器和執(zhí)行應答器。

3 工程實例

根據(jù)以上設置指導原則，以杭州樞紐方案為例進行研究。杭州樞紐主要包括杭州東站（普速場、滬杭長場、寧杭甬場）、杭州南站（普速場、杭甬場、杭長場）、杭甬線路所、杭長線路所、杭州動車所、筧橋線路所、筧橋站、K181線路所、艮山門到發(fā)場和既有杭州站。

杭州樞紐設置3套RBC，即杭州東RBC、杭甬RBC1、杭甬RBC2,RBC管轄范圍及RBC切換設置如圖5所示。

3.1 RBC布置方案

杭州東站RBC管轄杭州東站滬杭長場、杭州東站寧杭甬場、寧杭線杭州東線路所，含29股道，1處等級轉(zhuǎn)換點，約33 km的區(qū)間，與3個RBC移交，根據(jù)列車數(shù)量計算公式：

列車數(shù)量=29×1.5+1+33/12+4×2=56列；

杭甬RBC1管轄杭州南站杭長場、杭州南站杭甬場、杭甬杭州南線路所、杭長線路所，含12股道，0處等級轉(zhuǎn)換點，約60 km的區(qū)間，與3個RBC移交，根據(jù)列車數(shù)量計算公式：

列車數(shù)量=12×1.5+0+60/12+4×2=31列；

杭甬RBC2管轄紹興柯橋、上虞北、余慈三站，含16股道，0處等級轉(zhuǎn)換點，約140 km的區(qū)間，與1個RBC移交，根據(jù)列車數(shù)量計算公式：

列車數(shù)量=16×1.5+0+140/12+1×2=38列；

管轄范圍內(nèi)的列車數(shù)均滿足 “單個RBC應能同時管理60列已注冊列車”的技術指標。

3.2 RBC移交方案

如圖5所示，杭州東RBC分別與滬杭RBC2、寧杭RBC2、杭甬RBC1等3個RBC移交，杭甬RBC1分別與杭甬RBC2、杭長RBC1及杭州東RBC等3個RBC移交，RBC之間均采用直接通信方式移交。

1）杭州東RBC移交點設置

* 杭州東RBC與滬杭RBC2移交點設置在筧橋線路所與杭州東站集中區(qū)分界處；其中滬杭RBC2→杭州東RBC→杭甬RBC1的MA最大長度將近11 km；

* 杭州東RBC與寧杭RBC2的移交點設置在K247線路所與中繼站11集中區(qū)分界處，其中寧杭RBC2→杭州東RBC→杭甬RBC1的MA最大長度將近18 km；

* 杭州東RBC與杭甬RBC1的移交點設置在杭州東站與杭州南站集中區(qū)分界處，其中寧杭RBC2→杭州東RBC→杭甬RBC1的MA最大長度將近18 km；

綜上，杭州東RBC的MA最大長度取最小值11 km，而杭州東RBC的最大允許速度為160 km/h，MA最大長度滿足運行需求，因此杭州東RBC移交方案可行。

2）杭甬RBC1移交點設置

* 杭甬RBC1與杭甬RBC2的移交點設置在杭甬中繼站1與紹興柯橋站間集中區(qū)分界處，其中杭州東RBC→杭甬RBC1→杭甬RBC2的MA最大長度將近28 km；

* 杭甬RBC1與杭長RBC1的移交點設置在杭長線杭長線路所與杭長中繼站1間集中區(qū)分界處，其中杭州東RBC→杭甬RBC1→杭長RBC1的MA最大長度將近22 km；

綜上，因MA最大長度最大值為20 km，杭甬RBC1的最大MA長度可取值20 km，滿足最大允許速度為350 km/h，MA最大長度滿足運行需求，因此杭甬RBC1移交方案可行。

3.3 等級轉(zhuǎn)換方案

滬杭客專、寧杭客專、杭州東站（滬杭長場、寧杭甬場）、杭州南站（杭甬場、杭長場）、杭長客專和杭甬客專均采用C3系統(tǒng)，C2作為后備列控系統(tǒng)。杭州東線路所、K181線路所、筧橋線路所、杭州動車所及動車走行線采用C2系統(tǒng)。

1）杭州動車走行線

動車走行線不設置C2/C3等級轉(zhuǎn)換點，因杭州東站至杭州動車所之間的聯(lián)絡線只有2個軌道區(qū)段共1 449 m，無法滿足C2→C3等級轉(zhuǎn)換點設置的條件，杭州東站（滬杭長場、寧杭甬場）進出杭州動車所均采用C2系統(tǒng)控車。

2）杭州東線路所至K181線路所之間杭州聯(lián)絡線

杭州東線路所聯(lián)絡線不具備設置C2→C3等級轉(zhuǎn)換點的條件，因C2→C3等級轉(zhuǎn)換預告應答器組和執(zhí)行應答器組不能設置于同一閉塞分區(qū)內(nèi)，而聯(lián)絡線只有一個閉塞分區(qū)，不滿足C2→C3等級轉(zhuǎn)換點的設置條件。

杭州東線路所聯(lián)絡線不具備設置C3→C2等級轉(zhuǎn)換點的條件，因杭州東線路所下行聯(lián)絡線正向按照設計線路速度，并考慮C3→C2預告應答器組距出站口的距離大于一個車尾保持的長度的要求，布置完C3→C2執(zhí)行應答器組后，執(zhí)行應答器組至K181線路所的進站信號機XK的距離無法滿足速度100 km/h、-15‰坡度的制動距離要求。

上行聯(lián)絡線反向同樣不具備布置C3→C2等級轉(zhuǎn)換點的條件，如圖6所示。

3）筧橋線路所至筧橋站聯(lián)絡線

滬杭客專列車由筧橋線路所，經(jīng)過筧橋站、181線路所和艮山門站接入杭州站。列車從筧橋線路所聯(lián)絡線至既有杭州站采用C2等級列控系統(tǒng)控車，聯(lián)絡線需設置C3→C2的等級轉(zhuǎn)換點。滬杭RBC2和杭州東RBC的控制范圍需要延長到聯(lián)絡線上，同時應保證GSM-R無線覆蓋整個聯(lián)絡線，如圖7所示。

下行正向，列車由滬杭客專下行正向至筧橋站方向運行時，筧橋線路所SHF信號機外方設置C3→C2執(zhí)行應答器組，當列車經(jīng)過信號機SHF處應答器組時，轉(zhuǎn)換至C2模式運行。

下行反向，列車由筧橋站至滬杭客專下行反向方向運行時，筧橋站XK信號機外方應答器組設置RBC連接應答器組，呼叫滬杭RBC2，在信號機1871外方的區(qū)間應答器組定義為反向C2→C3預告應答器組；筧橋線路所X信號機外方應答器組定義為反向C2→C3執(zhí)行應答器組。

上行正向，列車由筧橋站至滬杭客專上行正向方向運行時，筧橋站XKF外方設置RBC連接應答器組，呼叫滬杭RBC2，筧橋線路所SH和XF線路之間設置C2→C3預告應答器組；筧橋線路所區(qū)間信號機1474信號點外方設置C2→C3等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行應答器組。

上行反向，列車由滬杭客專至筧橋站上行反向運行時，筧橋線路所XF信號機防護的道岔后方（出岔后側(cè)線）設置反向C3→C2執(zhí)行應答器組，當列車越過該應答器組后轉(zhuǎn)換至C2模式運行。

4 結(jié)論

本文在總結(jié)已開通各類樞紐車站關鍵特征的基礎上，結(jié)合實際工程經(jīng)驗，通過分析各類樞紐車站RBC設置的特點和難點，考慮目前RBC系統(tǒng)需求限制因素，提出了RBC設置方案的一般指導原則。最后按照指導原則，對杭州樞紐進行了設置，形成了可行性方案。該設置方案的提出，可以為以后的工程實施提供一定的借鑒和指導。

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