石家莊市軌道交通3號線一期工程正線停車場信號系統(tǒng)配置方案

宋 丹　王國霖

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055）

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石家莊市軌道交通3號線一期工程正線停車場信號系統(tǒng)配置方案

宋 丹王國霖

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055）

當前軌道交通工程中的信號系統(tǒng)設計越來越多的應用基于通信的列車控制（CBTC）系統(tǒng)，而且多個工程也出現(xiàn)由于分期開通而使用正線臨時停車場的實際情況，這就使CBTC系統(tǒng)面臨著一個共同的問題，即如何將CBTC系統(tǒng)應用于停車場的站場條件，從而實現(xiàn)安全、高效、便捷的運營作業(yè)。

信號系統(tǒng)；基于通信的列車控制；停車場

1　概述

石家莊市城市軌道交通3號線一期工程分布在中心城區(qū)范圍，沿聯(lián)盟路、中華大街、石家莊站、塔北路敷設，其中途經的聯(lián)盟路—中華大街—塔北路是最重要的南北—東西向客運走廊。線路全長19.268 km，設站17座，均為地下站，其中有道岔車站8座、無道岔車站9座。平均站間距1.177 km。3號線分期開通。石家莊地鐵3號線一期工程首開段線路長度6.372 km，共配置8列車，設車站6座，均為地下站，分兩個聯(lián)鎖集中站控制。在石家莊站站后區(qū)間設6股道（每股道一列位）地下停車線，如圖1所示，其中兩股道兼作終端折返線，其他4股道設置有檢修坑和檢修設備、檢修平臺，可進行簡單的日常列車檢修作業(yè)。首開段不設置車輛段和停車場，為了滿足首開段提前開通的需求，在石家莊站站后區(qū)間設6股道（每股道一列位）地下停車線。由于傳統(tǒng)意義上的車輛段設置條件不滿足，所以在運營開通后很長一段時間內將使用正線停車場來滿足運營停車需求，信號系統(tǒng)需要從運營需求的各個角度配置信號系統(tǒng)，從而滿足運營需求。

本文主要對石家莊停車場相關的運營能力、列車運行管理、信號系統(tǒng)實施方案、其他特殊情況進行分析。

2　運行能力分析

單程運行距離6.1 km，全周轉時間24 min 14 s，小灰樓折返時間111.9 s，石家莊折返時間163.5 s，首開段計劃開行列數(shù)6對/h，按照全周轉時間如果上線3列車可達到9 min間隔，如果上線5列車可達到5 min間隔。

3　列車運行管理

3.1列車存放

本文按5 min間隔、上線5列車為例進行描述，如果少于5列車則相應減少正線列車存放數(shù)量。石家莊站共有6股道可以停放列車?？紤]實際運營需要，如果上線5列車載客運行，那么需要在正線準備6列車，其中1列備用。為方便晚間工程車施工折返需要，石家莊站的其中一條折返線不能存車，這樣晚間需要將其中的一列上線運營列車存放在小灰樓站，第二天運營也可以實現(xiàn)兩端同時發(fā)車。如果再增加上線列車，將占用折返線，影響晚間工程車上線施工作業(yè)。

3.2停車場內轉線作業(yè)

轉線作業(yè)由人工辦理，遙控下調度員辦理進路，站控下由車站值班員辦理進路。停車場為正線車站，不設置調車信號機，辦理轉線作業(yè)按照列車折返作業(yè)方式辦理，需要通過石家莊站上行或下行站臺進行轉線作業(yè)。

轉線作業(yè)期間與信號、工務、供電等專業(yè)的維修作業(yè)沖突，建議運營管理部門制定相關的管理規(guī)定，以調配相關專業(yè)的維護工作。

4　信號系統(tǒng)實施方案

4.1ATS方案

為了減少正線停車場調度員/車站值班員人工工作量，需要為正線小停車場配置ATS全部功能。

正線停車場并不作為獨立的停車場來處理，只是將可停車的股道作為一個普通正線車站的存車線來處理，作為ATS系統(tǒng)來說，正線的股道與設備在中心正常的時候是需要納入到中心來管理的，但是調度大廳距離正線停車場距離較遠，不方便實時了解存車線上的列車情況。所以為了實現(xiàn)在正常情況下不需要中心參與，直接由車站的相關人員進行派車出庫以及接車入庫的相關功能，需要在現(xiàn)有ATS軟件功能配置的基礎上增加以下功能。

4.1.1為正線存車線增加一臺正線派班工作站

該正線派班工作站放置于石家莊正線停車場，直接與石家莊站的ATS站機通信，實現(xiàn)對正線停車場列車的管理。當中心故障后，也不影響其工作。

4.1.2在系統(tǒng)中增加正線派班員的角色

正線派班員的角色只能從正線派班工作站登錄，可以對正線停車場內的列車進行出/入庫管理、核對/修改車組號的操作。

4.1.3開發(fā)一套針對正線停車場的派班軟件

軟件包括用戶登錄功能、顯示正線停車場的站場信息以及列車信息、查看當日計劃運營圖的功能、可以為正線停車場的列車進行編輯派班計劃和設目的地車的功能、核對車組號、增/刪車組號的功能、將派班結果以及操作命令發(fā)送給服務器實現(xiàn)自動排列進路接/發(fā)車的功能。

4.1.4對未來車輛段建成后的影響

正線停車場的派班工作站只是作為車輛段建成前的過渡產品，以后如果不需要通過正線停車場進行相應的接發(fā)車作業(yè)，正線派班工作站可以拆除，拆除后如果有臨時的接發(fā)車，可以由中心調度員通過手動排列進路、設置目的地車等方式進行控制。

4.2ATP方案

石家莊站站后地下庫內停車，為保證進庫效率和安全防護距離，庫線盡頭應距離列車停車點有一定的距離作為停車距離余量。在保證停車安全的基礎上，盡量提高進庫效率。

4.2.1設備布置

石家莊站設置6條停車線，線路限速為5 km/h。在3G和4G的出庫信號機前，分別布置一組可變應答器和環(huán)線應答器組成的有源應答器組。在1G、2G、5G、6G的出庫信號機前，分別布置一組可變應答器和固定應答器組成的有源應答器組。如圖2所示。

4.2.2列車出庫運行

在出庫信號機開放后，司機可以駕駛列車以RM模式向前運行。經過兩個連續(xù)的應答器組后獲得列車位置初始定位。列車在完成定位后，在接收到可用的移動授權后，可升級至相應的控制級別。

列車運行級別如圖3所示，由高到低分別為：

1）無線連續(xù)式通信控制下ATP/ATO的運行（簡稱CBTC級別）；

2）點式控制下ATP/ATO的運行（簡稱ITC級別）；

3）聯(lián)鎖級下的運行（簡稱IL級別）。

在出庫信號機開放后，列車可由信號機前的有源應答器或者應答器環(huán)線，獲得點式移動授權，升級到點式級別。

在出庫信號機開放后，在地面ATP設備工作正常且車地通信正常時，地面ATP為列車計算CBTC級別下的移動授權并發(fā)送到車載ATP系統(tǒng)，列車可升級至CBTC級別，投入正線運行。

列車升級到點式級別或者CBTC級別，在滿足一定條件后，可由人工駕駛模式轉換到自動駕駛模式。在相關條件得到滿足時，駕駛室兩個ATO啟動按鈕/指示燈處于閃爍狀態(tài)提示司機可以啟動自動駕駛功能。

4.2.3列車折返

在正線運營過程中，采用3G/4G兼用做站后折返線，在辦理到3G/4G的折返進路后，列車可以以點式或者CBTC級別，在CM或者AM駕駛模式下，運行至折返線停車，執(zhí)行折返作業(yè)。系統(tǒng)支持在3G/4G執(zhí)行的折返方式包含ATO有人/無人自動折返模式、ATP監(jiān)督下的人工折返模式、限制人工折返模式、非限制人工折返模式。為保證列車使用3G/4G完成站后折返時的安全運營，需要通過運營管理手段，保證列車運營過程出入庫過程中，庫門維持在打開狀態(tài)，同時庫內沒有人員走動，以免發(fā)生危險。

4.2.4列車回庫

列車結束運營，為保證進庫效率和安全防護距離，庫線盡頭應距離列車停車點有一定的距離作為停車距離余量。在保證停車安全的基礎上，盡量提高進庫效率。因未有石家莊3號線車輛的實際性能參數(shù)，故采用已有線路的車輛參數(shù)進行停車距離余量理論計算，如果車輛參數(shù)值發(fā)生變化，停車距離余量需要重新計算。庫內坡度取-0‰。為了保證列車進庫的效率和舒適度，一般采用一次性固定制動率的ATO制動曲線停車。采用固定制動率的ATO制動曲線如圖4所示。

ATO采用固定制動率為a，停車目標點距離PP點距離為ATO_OFF（Xoff）。Xoff應保證ATO制動曲線與EB觸發(fā)線無重合且有一定余量，Xoff代表了應該取得安全線長度。

則得到ATO制動曲線公式：L=v2/（2×a）+Xoff；

v即為ATO目標曲線上每一點的速度值。Xoff應保證ATO制動曲線與EB觸發(fā)線無重合且有一定余量，Xoff代表了應該取得安全線長度。

計算結果如下：

當進庫建筑限速速度為30 km/h，ATO速度約為20 km/h，具體計算得到Xoff值為27 m，考慮到停車誤差、列車性能離散型等因素，建議取5 m余量，至少停車距離余量長度應滿足32 m。

當進庫建筑限速速度為20 km/h，ATO速度約為15 km/h，具體計算得到Xoff值為24 m，考慮到停車誤差、列車性能離散型等因素，建議取5 m余量，至少停車距離余量長度應滿足29 m。

當進庫建筑限速速度為15 km/h，ATO速度約為10 km/h，具體計算得到Xoff值為20 m，考慮到停車誤差、列車性能離散型等因素，建議取5 m余量，至少停車距離余量長度應滿足25 m。

基于上述分析，列車回庫根據(jù)不同的輸入限制調價，可有以下3種處理方案：

如庫內建筑限速可滿足CBTC系統(tǒng)要求，且列車庫線停車位置到庫線區(qū)段終端距離滿足要求，列車可以為CBTC級別CM或AM模式駛入停車庫線，列車對位停車后，車載MMI將提示司機確認降級為RM模式，退出作業(yè)。

如庫內建筑限速可滿足CBTC系統(tǒng)要求，但庫內部分長度不滿足列車進庫對位停車的需求，列車以AM或CM模式完全駛入停車庫線后，MMI提示司機降級為RM運行，司機人工將運行模式轉為RM后，司機可駕駛列車以RM模式進入停車庫線對位停車。如司機不確認轉RM，列車不能以ATP模式進庫對位停車，將停在庫內中間位置。

如庫內建筑限速無法滿足CBTC系統(tǒng)要求，列車無法以ATP模式駛入停車庫線，列車進路可以直接辦理到停車庫線，進庫口位置不需要設置單獨的信號機。列車的移動授權終點將位于進庫前平交道口位置，MMI將提示司機降級為RM運行，司機人工將運行模式轉為RM后，司機可駕駛列車以RM模式駛入停車庫線對位停車。

4.3聯(lián)鎖方案

石家莊站聯(lián)鎖系統(tǒng)按正常的集中站處理，遙控模式下，根據(jù)ATS的命令辦理相應進路，在站控模式下，其中兩條折返線設置有自動折返一（利用3G折返）、自動折返二（利用4G折返）、全自動折返（利用3G、4G交替折返）3種折返模式，正線上的其他信號機可設置為自動屬性，進出其他停車線的進路由人工辦理。

5　其他說明

5.1增減列車

在運營期間，如果早高峰后需要減少列車，晚高峰需要增加列車，其辦理方式與早晚出車收車方式相同。早高峰結束后，如果需要減車，根據(jù)運行圖，列車到達石家莊站上行站臺后，ATS不再觸發(fā)進路，由調度員根據(jù)當日列車入庫停車計劃，人工輸入目的地號（停車股道的目的地編號），ATS自動觸發(fā)回庫進路，列車下線回庫。晚高峰需要增加列車時，根據(jù)運行圖，調度員依據(jù)當日出車計劃，人工設置需要出發(fā)列車的服務號（車次號），當?shù)竭_發(fā)車時間后，ATS自動觸發(fā)出庫進路，進入正線開始運行。

5.2工程車正線存放

根據(jù)運營維修需要可以將工程車存放于1號線車輛段，也可以存放在3號線正線。如果存放在1號線車輛段，則工程車上3號線作業(yè)時，需按規(guī)定辦理過軌轉線作業(yè)，由中山廣場聯(lián)絡線進出。如果存放在正線，則可以存放在小灰樓或石家莊站非運營的正線區(qū)段。

5.3故障應對

在運營中，若有車載信號發(fā)生故障需要下線時，由調度員變更車次號后設置目的地號，ATS自動觸發(fā)至庫線的進路，根據(jù)運營時機，調度員安排備用車

運行至石家莊站下行站臺后人工輸入需要替換的服務號，則可以恢復正常的運營。若發(fā)生車輛故障無法移動時，則根據(jù)運營管理規(guī)定進行救援處理，需要人工排列進路指揮行車。救援列車連掛完畢后，如果正向運行，調度員也可人工輸入目的地號，由ATS系統(tǒng)自動觸發(fā)進路。若中心ATS故障，系統(tǒng)自動啟動分散自律功能，由車站分機按照當日運行圖自動排列進路管理列車運行。當某一個站的ATS故障后，則本站ATS功能退出，需要轉站控，由車站操作員人工辦理進路（或設置自動進路），其它站的ATS功能不受影響。若某一站聯(lián)鎖系統(tǒng)故障，則這一站的信號系統(tǒng)將停用，列車失去ATP防護，地面設備也不能開放信號轉換道岔，均需人工組織行車。

At present， Communication Based Train Control （CBTC） system is more and more applied in metro signal system. In the condition of using temporary parking lots for putting the line into services in the prophase project， the CBTC system will face a common problem of how the CBTC is applicable for the yards of the parking lots， in order to achieve safe， effi cient and convenient operation.

signal system； CBTC system； parking lot

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.02.022

2015-12-21）