地鐵信號系統(tǒng)分段開通方案設(shè)計(jì)

童 偉

（北京通號國鐵城市軌道技術(shù)有限公司，北京 100070）

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地鐵信號系統(tǒng)分段開通方案設(shè)計(jì)

童 偉

（北京通號國鐵城市軌道技術(shù)有限公司，北京 100070）

對目前地鐵信號系統(tǒng)中分段開通運(yùn)營的方式，主要對聯(lián)鎖、ATP、ATS、網(wǎng)絡(luò)接口等各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究。方案設(shè)計(jì)基本原則秉承對原有設(shè)計(jì)進(jìn)行最小化修改及對第二階段線路開通時調(diào)試工作可行性進(jìn)行的原則。

信號；聯(lián)鎖；ATS；DCS；TGMT；WCU_ATP；DTI

1　概述

地鐵是一個龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，建設(shè)過程中各系統(tǒng)建設(shè)并行進(jìn)行。在建設(shè)過程中由于某一環(huán)節(jié)遇到問題則會導(dǎo)致后續(xù)的工作受阻。通常為了解決城市交通問題，地鐵公司會采取地鐵線路分段開通，將部分線路投入載客運(yùn)營，解決城市交通壓力。

地鐵信號系統(tǒng)作為地鐵控制的神經(jīng)中樞，控制著全線運(yùn)營列車的安全、組織。分段開通對信號系統(tǒng)的影響巨大，必須對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)更新，保證分段商業(yè)載客運(yùn)營線路所應(yīng)用信號系統(tǒng)的安全、可用。

本文對青島市地鐵3號線一期工程各個信號子系統(tǒng)分段開通設(shè)計(jì)研究，保證信號系統(tǒng)分段安全、可行。

2　線路概況

青島市地鐵3號線一期工程線路全長約24.779 km。本線在北端火車北站附近設(shè)安順車輛段和綜合基地一座，設(shè)控制中心一座。在車輛段設(shè)試車線（試車線長度約1 360 m）、綜合維修中心及培訓(xùn)中心。

北段從清江路（12站）至青島火車北站（22站），包括位于北段范圍內(nèi)的11個車站、軌旁、控制中心、車輛段、試車線、維修中心等所有設(shè)備。南段包括從青島站（1站）至清江路（12站）區(qū)域。

3　總體方案設(shè)計(jì)

3.1分段開通運(yùn)營線路設(shè)計(jì)

正常運(yùn)營線路設(shè)計(jì)中，通常首站及末站會設(shè)置為折返車站。折返車站將帶有折返線路及軌道。青島3號線線路中，在青島站（1號站）設(shè)置站前交叉渡線折返方式，在青島北站設(shè)置站前單渡線及站后交叉渡線折返方式，其中青島北站站后折返可實(shí)現(xiàn)無人駕駛自動折返方式。

分段開通方案中，信號系統(tǒng)首先應(yīng)該根據(jù)業(yè)主提供可用線路進(jìn)行調(diào)查，結(jié)合乘客上下車的方式，選擇兩端具備折返線路的車站作為分段開通運(yùn)營終端站。另外，先期開通線路應(yīng)具備與車輛段或者停車場接口，此兩項(xiàng)為分段開通線路必要條件。

其次，根據(jù)開通范圍應(yīng)確定控制中心（OCC）是否能夠包含在北段開通運(yùn)營范圍之內(nèi)。如果OCC不在先段開通運(yùn)營范圍之內(nèi)，則應(yīng)考慮設(shè)置臨時控制中心或者應(yīng)急控制中心。

再次，應(yīng)考慮先期開通的范圍是否包括試車線。如果不包含試車線，則應(yīng)該考慮正線試車，選定相應(yīng)的正線試車線路。

最后，需要根據(jù)業(yè)主實(shí)際需求設(shè)計(jì)具體的開通范圍及功能，如開通的車站范圍、線路里程、信號系統(tǒng)控制等級、列車的駕駛模式及分段開通的列車數(shù)量等。

此外，先期開通線路應(yīng)考慮運(yùn)營時在線路兩端具備存儲故障列車能力。對于系統(tǒng)運(yùn)營間隔，由于折返線路為非常規(guī)折返，系統(tǒng)運(yùn)營間隔可不在先期開通線路中考察，但是信號系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)確定線路進(jìn)行牽引計(jì)算，對先期開通線路運(yùn)營時刻表的編制給出建議。

如圖1所示，青島3號線確定北段開通線路中，青島北站為原有折返車站，具備站前及站后折返能力，并且具備與青島3號線車輛段的接口。線路另外一端清江路站，由于無站前及站后折返線路，并不能作為載客運(yùn)營的折返車站。而清江路站與雙山站由于線路規(guī)劃上有停車線，分段開通時可用于運(yùn)營列車的折返。

青島3號線分段開通各階段開通功能如表1所示。

3.2分段開通系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

表1　青島3號線的分段開通各階段開通功能

分段開通中，聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先應(yīng)該根據(jù)確定開通范圍考慮對聯(lián)鎖硬件設(shè)備的影響。如果聯(lián)鎖設(shè)備集中站在先期開通范圍之內(nèi)，可不做改變。如果聯(lián)鎖設(shè)備集中站不在先期開通范圍之內(nèi)，則需要將既有聯(lián)鎖集中站設(shè)備調(diào)整至其他車站設(shè)備房中，前提條件是設(shè)備房有足夠面積容納設(shè)備，并及時調(diào)整設(shè)備系統(tǒng)更換位置后用電需求。軟件需對邊界區(qū)域聯(lián)鎖邏輯進(jìn)行修改，取消或調(diào)整由先期開通至后期開通范圍雙向進(jìn)路聯(lián)鎖表配置，并為折返線路聯(lián)鎖配置追蹤功能。

青島3號線根據(jù)原有的信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，北段運(yùn)營包括兩個聯(lián)鎖區(qū)，分別為青島北聯(lián)鎖區(qū)和雙山聯(lián)鎖區(qū)。兩個聯(lián)鎖區(qū)各有一個OC控區(qū)，分別為李村OC區(qū)域和敦化路OC區(qū)域。區(qū)域劃分如圖2所示。

根據(jù)以上情況，聯(lián)鎖系統(tǒng)北段開通將按以下方案設(shè)計(jì)。

3.2.1.1進(jìn)路

雙山站和清江路區(qū)間設(shè)備布置如圖3所示。

1） 在雙山站和清江路的上下行區(qū)間臨時車擋處增加北段端虛擬信號機(jī)V1、V2，增加進(jìn)路X1303至V1， X1311至V1， X1304至V2；

2） 為進(jìn)路X1304_X1311增加ARC功能；

3） 為進(jìn)路S1313_S1309增加折返A(chǔ)RC功能；

4） 刪除原設(shè)計(jì)中進(jìn)路X1304_X1202，X1311_X1003_1/2，X1303_X1003_1/2。

3.2.1.2計(jì)軸區(qū)段

由于計(jì)軸磁頭CH1102/CH1202、CH1201/ CH1301無法安裝，為了實(shí)現(xiàn)G1202及G1301區(qū)段的占用/出清，需修改計(jì)軸配置，增加虛擬計(jì)軸點(diǎn)，并修改計(jì)軸配置軟件，實(shí)現(xiàn)從計(jì)軸點(diǎn)CH1202/ CH1302及CH1301/CH1303單邊占用/出清。

在上行虛擬信號機(jī)后，由于沒有計(jì)軸磁頭，因此存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。即在南段調(diào)試期間，工程車從南段開入到北段，越過此虛擬信號機(jī)，而系統(tǒng)無法檢測此風(fēng)險(xiǎn)存在。需由業(yè)主安裝車擋來防止此風(fēng)險(xiǎn)（上行車擋的位置為YDK12+558.499，下行車擋位置為ZDK12+548.499， 車擋均為雙向車擋）。

3.2.1.3網(wǎng)絡(luò)

1）聯(lián)鎖跨區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)

原設(shè)計(jì)中聯(lián)鎖系統(tǒng)間通過聯(lián)鎖專用以太網(wǎng)完成站間信息通信，將延安三路聯(lián)鎖區(qū)、雙山聯(lián)鎖區(qū)、青島北站聯(lián)鎖區(qū)相連，具體連接如圖4所示。北段開通時，信號系統(tǒng)將修改網(wǎng)絡(luò)配置，北段范圍不包括延安三路聯(lián)鎖區(qū)。

2）OC通信網(wǎng)絡(luò)

北段開通運(yùn)營時，雙山聯(lián)鎖區(qū)中雙山聯(lián)鎖站不與敦化路OC區(qū)域相連，如圖5所示。

3.2.2ATS

青島地鐵3號線北段開通運(yùn)營時，ATS將完成北段所有車站、控制中心設(shè)備及DTI安裝。北段開通時，ATS將實(shí)現(xiàn)全功能開通。

3.2.2.1進(jìn)路及人機(jī)界面

由于聯(lián)鎖增加虛擬信號機(jī)V1、V2，ATS將修改系統(tǒng)軟件配置與之相匹配。

北段開通時，人機(jī)界面將顯示北段開通范圍設(shè)備正確狀態(tài)。對南段未接入設(shè)備，人機(jī)界面將藍(lán)顯。3.2.2.2 網(wǎng)絡(luò)

ATS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由兩個采用RRPP協(xié)議互相獨(dú)立但互為冗余的以太網(wǎng)構(gòu)成，分為A、B網(wǎng)。為避免單點(diǎn)故障影響系統(tǒng)的功能，每個環(huán)網(wǎng)又被分為兩個相切環(huán)，以提高網(wǎng)絡(luò)的可用性。

在北段運(yùn)營時，為了保證北段運(yùn)營的穩(wěn)定性。ATS網(wǎng)絡(luò)將繼續(xù)采用A、B環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但是需要修改網(wǎng)絡(luò)配置，在清江路站將A、B網(wǎng)成環(huán)。

如圖6所示，DTI網(wǎng)絡(luò)將從清江路站斷開寧夏路、敦化路、錯埠嶺站的網(wǎng)絡(luò)。

3.2.3TGMT

3.2.3.1進(jìn)路

TGMT將根據(jù)北段開通范圍的終點(diǎn)修改TGMT及OBCU數(shù)據(jù)配置。同時為了保證安全將區(qū)段G1202、G1301設(shè)置為零速區(qū)段，保證ATP列車不能駛?cè)脒@兩個區(qū)段。

改變VB1311、VB1303的配置，將其目的地信號機(jī)改為V1。

改變VB1304的配置，將其目的地信號機(jī)改為V2。

3.2.3.2網(wǎng)絡(luò)

北段開通時，信號系統(tǒng)將修改網(wǎng)絡(luò)配置，北段范圍不包括延安三路聯(lián)鎖區(qū)，具體連接如圖7所示。

3.2.4DCS

為了保證北段開通運(yùn)營，DCS系統(tǒng)需要在清江路站增加一套WCC及網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜，一方面可以用于清江路到雙山站的區(qū)間AP網(wǎng)絡(luò)連接成環(huán)，形成通信網(wǎng)路，將北段投入正式運(yùn)營；另一方面在南段未接入全線時，將南段DCS網(wǎng)絡(luò)在清江路站成環(huán)，并利用增加設(shè)備先行進(jìn)行南段AP調(diào)試。增加的設(shè)備保證了在南北段銜接時，無需進(jìn)行多次光纖熔接，只需在交換機(jī)處進(jìn)行光纖插拔作業(yè)。DCS南、北段網(wǎng)絡(luò)示意如圖8所示。

3.2.5安裝調(diào)試

根據(jù)以上不同子系統(tǒng)為北段開通方案設(shè)計(jì)，子系統(tǒng)組網(wǎng)方式改變將導(dǎo)致清江路站軌旁骨干網(wǎng)光纖連接方式的改變。

北段開通時，將按照表2對清江路站光纖進(jìn)行修改。

表2　清江路站熔纖修改表

3.2.6安全保證

為了保證安全，信號系統(tǒng)采取技術(shù)及管理等多方式手段，給予系統(tǒng)多方面的保證。

3.2.6.1防止運(yùn)營列車駛?cè)敕沁\(yùn)營軌道區(qū)段

1） 增加V1、V2虛擬終端信號機(jī)，為列車進(jìn)入軌道G1202、G1301提供聯(lián)鎖進(jìn)路；

2） 修改TGMT、OBCU軟件，分別將區(qū)段G1202、G1301設(shè)置為零速區(qū)，防止運(yùn)營CTC及ITC級列車闖入；

3） 根據(jù)V1，V2虛擬信號機(jī)的里程，由運(yùn)營在其位置增加常亮紅燈信號，作為終端阻擋信號。

3.2.6.2防止非運(yùn)營列車駛?cè)脒\(yùn)營軌道區(qū)段

1） 建議在雙山站與清江路站之間增加雙方向的臨時車擋。

3.2.7北段運(yùn)行間隔

依據(jù)業(yè)主輸入信息，北段開通時采用非常規(guī)運(yùn)營小交路，且在第13站雙山車站只能采用單庫站后折返。

如圖9、10所示，依據(jù)牽引計(jì)算初步模擬結(jié)果，在CTC模式下（13站）雙山站最小折返間隔為132 s左右。因此在北段進(jìn)行運(yùn)營時，運(yùn)營組織行車以及編制時刻表，應(yīng)充分考慮該限制條件。

4　南段調(diào)試與接入方案

4.1ATS

由于南段安裝、調(diào)試期與北段運(yùn)營期重合，ATS系統(tǒng)調(diào)試時需要使用中心的應(yīng)用服務(wù)器，頻繁更換數(shù)據(jù)可能對北段運(yùn)營帶來風(fēng)險(xiǎn)。為了降低南段調(diào)試對北段既有運(yùn)營的影響，需增加1套應(yīng)用服務(wù)器及1套數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于南段調(diào)試，確保北段的正常運(yùn)營。

4.2DCS

由于全線WCC設(shè)置在雙山，在進(jìn)行南段TGMT調(diào)試時，需要將延安三路的TGMT與清江路站新增的WCC相連，保證延安三路聯(lián)鎖區(qū)測試。

5　結(jié)語

分段開通是在既有設(shè)計(jì)方案上進(jìn)行修改，保證對原有設(shè)計(jì)進(jìn)行最小化的修改，還要能夠完成分段開通時的運(yùn)營目標(biāo)，同時還要顧及在第二階段線路開通時調(diào)試工作安全、可行性。對于信號系統(tǒng)來說，主要考慮分段開通邊界區(qū)域各子系統(tǒng)修改設(shè)計(jì)。

青島3號線信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成，得到業(yè)主確認(rèn)，采用分段開通方式后編寫。方案對信號系統(tǒng)各子系統(tǒng)如聯(lián)鎖，ATP，ATS，DCS以及安全保證措施等方面進(jìn)行了安全層面以及運(yùn)營層面設(shè)計(jì)。目前青島3號線北段已正式開通，驗(yàn)證了分段開通方案的可行性。

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The paper studies the design scheme of subsystems such as interlocking， ATP， ATS and network interfaces in two-phase operation mode of metro signaling system. The scheme is designed based on the principles of minimizing the amendment of the original design and practicability of commissioning in the next phase.

signaling； interlocking； ATS； DCS； TGMT； WCU_ATP； DTI

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.02.021

2015-06-24）