石家莊市軌道交通3號(hào)線一期工程正線地下停車(chē)場(chǎng)ATS系統(tǒng)方案分析

王 鵬

(石家莊市軌道交通有限責(zé)任公司,050017，石家莊∥工程師)

石家莊市軌道交通3號(hào)線一期工程正線地下停車(chē)場(chǎng)ATS系統(tǒng)方案分析

王 鵬

(石家莊市軌道交通有限責(zé)任公司,050017，石家莊∥工程師)

介紹了石家莊市軌道交通3號(hào)線一期工程首開(kāi)段石家莊站正線地下停車(chē)場(chǎng)概況。針對(duì)正線停車(chē)場(chǎng)的特殊運(yùn)營(yíng)需求,提出了相應(yīng)的ATS(列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控)系統(tǒng)列車(chē)運(yùn)營(yíng)調(diào)度實(shí)施方案,以實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)化收發(fā)車(chē)及折返作業(yè)的功能。對(duì)實(shí)際運(yùn)營(yíng)中可能出現(xiàn)的故障情況提出應(yīng)對(duì)方案。經(jīng)對(duì)方案的分析比選，編輯列車(chē)運(yùn)行圖并在ATS系統(tǒng)中增加調(diào)度功能的方案運(yùn)營(yíng)效果更好。

城市軌道交通; 石家莊市; 地下停車(chē)場(chǎng); 運(yùn)營(yíng)方案

1 研究背景及工程概況

1.1 研究背景

由于城市軌道交通車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)每天要進(jìn)行大量的列車(chē)收發(fā)車(chē)作業(yè),因此,合理高效地組織列車(chē)在車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)是行車(chē)調(diào)度的一項(xiàng)重要工作。

在傳統(tǒng)的車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)內(nèi),列車(chē)運(yùn)行組織由車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)ATS(列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控)系統(tǒng)和聯(lián)鎖共同完成。調(diào)度人員通過(guò)在車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的工作站操作來(lái)確定列車(chē)先后出車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)的順序,并實(shí)現(xiàn)追蹤車(chē)組號(hào)。

北京地鐵7號(hào)線焦化廠車(chē)輛段采用自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)調(diào)度方案,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排列列檢庫(kù)內(nèi)的移庫(kù)列車(chē)進(jìn)路、停車(chē)列檢庫(kù)至轉(zhuǎn)換軌及轉(zhuǎn)換軌至停車(chē)列檢庫(kù)的列車(chē)進(jìn)路;可自動(dòng)完成并實(shí)現(xiàn)列車(chē)在正線和車(chē)輛段內(nèi)列車(chē)車(chē)組號(hào)的連續(xù)追蹤；能根據(jù)出入庫(kù)計(jì)劃自動(dòng)設(shè)置列車(chē)頭碼,并自動(dòng)觸發(fā)停車(chē)列檢庫(kù)至轉(zhuǎn)換軌之間的列車(chē)進(jìn)路和移庫(kù)列車(chē)進(jìn)路。不僅提高了車(chē)輛段出入庫(kù)運(yùn)行效率,而且減少了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。完全自主化的全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)也正在北京地鐵燕房線實(shí)施,其停車(chē)場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)喚醒及自動(dòng)休眠、自動(dòng)出入庫(kù)等功能,進(jìn)一步提升了自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)調(diào)度能力。

1.2 工程概況

石家莊市軌道交通3號(hào)線一期工程(以下簡(jiǎn)為“3號(hào)線”)計(jì)劃在2020年底全部開(kāi)通并投入試運(yùn)營(yíng)。其首開(kāi)段(小灰樓站—石家莊站)線路長(zhǎng)度為6.372 km,設(shè)車(chē)站6座，共配置8列列車(chē),計(jì)劃于2017年開(kāi)通試運(yùn)營(yíng)。目前，根據(jù)客流預(yù)測(cè)及3號(hào)線首開(kāi)段位置,需要位于3號(hào)線線路中間段的首開(kāi)段提前投入運(yùn)營(yíng)。然而，3號(hào)線車(chē)輛段位于線路的一端,因而3號(hào)線車(chē)輛段不能與首開(kāi)段同期開(kāi)通。經(jīng)過(guò)多方討論,為了滿足首開(kāi)段前期運(yùn)營(yíng)的需求,決定在首開(kāi)段端站(石家莊站)的站后區(qū)間設(shè)置地下停車(chē)線，用作簡(jiǎn)單的日常列車(chē)停放和檢修作業(yè)。對(duì)這種在正線區(qū)間設(shè)置的特殊形式停車(chē)場(chǎng),其設(shè)計(jì)合理的運(yùn)營(yíng)調(diào)度方案是當(dāng)前急需解決的重要問(wèn)題。

不同于獨(dú)立設(shè)置的車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng),石家莊站站后停車(chē)場(chǎng)設(shè)置在車(chē)站正線區(qū)間,與正線是密不可分的。因此,不能把地下停車(chē)場(chǎng)與正線獨(dú)立分開(kāi),用2套聯(lián)鎖分別進(jìn)行控制;而只能把地下停車(chē)場(chǎng)作為正線車(chē)站的一部分,納入正線的監(jiān)控調(diào)度范圍。此停車(chē)場(chǎng)不僅要完成基本的列車(chē)收發(fā)車(chē)作業(yè)，還要兼顧列車(chē)折返等相關(guān)正線運(yùn)營(yíng)作業(yè)。這對(duì)運(yùn)營(yíng)調(diào)度效率的要求更高。

3號(hào)線首開(kāi)段在小灰樓站后設(shè)置站后折返線路,在石家莊站站后區(qū)間設(shè)正線停車(chē)場(chǎng)。正線停車(chē)場(chǎng)有6股道(每股道1列位)地下停車(chē)線(見(jiàn)圖1)。其中，3G、4G股道兼作終端折返線,1G、2G、5G、6G股道設(shè)置有檢修坑和檢修設(shè)備;而且5G股道還設(shè)置了檢修平臺(tái),可進(jìn)行簡(jiǎn)單日常檢修作業(yè)。試驗(yàn)段全日行車(chē)110對(duì)列車(chē)。其中，一般時(shí)段開(kāi)行6對(duì)/h,行車(chē)間隔為10 min;臨近起始和結(jié)束運(yùn)營(yíng)時(shí)段開(kāi)行5對(duì)列車(chē)/h,行車(chē)間隔為12 min。

圖1 石家莊站平面示意圖

2 ATS自動(dòng)運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 方案一

根據(jù)正線停車(chē)場(chǎng)的出車(chē)位置和庫(kù)線情況編輯列車(chē)運(yùn)行圖,并增加ATS系統(tǒng)調(diào)度功能。

2.1.1 編輯運(yùn)行圖

一般運(yùn)行圖編輯時(shí),正線連接至停車(chē)場(chǎng)轉(zhuǎn)換軌,出車(chē)位置僅對(duì)應(yīng)3條庫(kù)線，且在轉(zhuǎn)換軌處上傳車(chē)次號(hào)至車(chē)輛。而3號(hào)線正線停車(chē)場(chǎng)的出車(chē)位置對(duì)應(yīng)6條庫(kù)線,且在停車(chē)庫(kù)內(nèi)上傳車(chē)次號(hào)給車(chē)輛。因此運(yùn)行圖的編輯及調(diào)試有一定難度。

運(yùn)行圖編輯員在編輯基本運(yùn)行圖時(shí),可將正線停車(chē)場(chǎng)的停車(chē)股道作為鋪畫(huà)運(yùn)行圖的起/止點(diǎn)。每一條計(jì)劃線的起點(diǎn)和終點(diǎn)都可以連接到不同的存車(chē)股道,并作為列車(chē)出/入庫(kù)的依據(jù)(需運(yùn)營(yíng)考慮默認(rèn)的出入庫(kù)規(guī)律來(lái)創(chuàng)建基本圖)。這樣,每條存車(chē)線上列車(chē)的上線車(chē)次、上線時(shí)間、下線車(chē)次、下線時(shí)間都能從當(dāng)日計(jì)劃中獲取。于是ATS系統(tǒng)可直接根據(jù)修改后的運(yùn)行圖為每列列車(chē)分配車(chē)次、排列進(jìn)路、接車(chē)入庫(kù)。

2.1.2 自動(dòng)匹配車(chē)次

當(dāng)日的計(jì)劃運(yùn)行圖成功生成后，運(yùn)行圖即配置好每條存車(chē)線的列車(chē)上線車(chē)次及上線時(shí)間。ATS系統(tǒng)就可根據(jù)當(dāng)日計(jì)劃運(yùn)行圖為停車(chē)股道上的列車(chē)自動(dòng)匹配車(chē)次號(hào)。為自動(dòng)列車(chē)匹配車(chē)次號(hào)的時(shí)間可根據(jù)運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況進(jìn)行配置(例如首班車(chē)發(fā)車(chē)前15 min)。

當(dāng)列車(chē)成功自動(dòng)匹配車(chē)次號(hào)后,ATS系統(tǒng)會(huì)給車(chē)載設(shè)備發(fā)送計(jì)劃信息。列車(chē)升級(jí)到CBTC(基于通信的列車(chē)自動(dòng)控制)系統(tǒng)控制級(jí)別后會(huì)顯示該信息。

如果ATS自動(dòng)匹配車(chē)次時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的股道上沒(méi)有列車(chē)，或者由于其他未知原因造成ATS自動(dòng)匹配車(chē)次號(hào)失敗,則ATS系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警提示,需要人工確認(rèn)或進(jìn)行干預(yù)。本著人工設(shè)置優(yōu)于自動(dòng)設(shè)置的原則,如果ATS系統(tǒng)自動(dòng)匹配車(chē)次號(hào)之前,某列列車(chē)已經(jīng)被人工設(shè)置過(guò)車(chē)次號(hào),則系統(tǒng)不會(huì)再為該列列車(chē)自動(dòng)匹配車(chē)次號(hào)。

2.1.3 自動(dòng)觸發(fā)出場(chǎng)進(jìn)路

ATS系統(tǒng)為列車(chē)自動(dòng)匹配車(chē)次號(hào)之后,會(huì)根據(jù)計(jì)劃運(yùn)行圖,分別自動(dòng)觸發(fā)每列列車(chē)的出場(chǎng)進(jìn)路,使列車(chē)出庫(kù)上線運(yùn)行。

自動(dòng)觸發(fā)列車(chē)出場(chǎng)進(jìn)路的時(shí)間點(diǎn)可以根據(jù)運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況進(jìn)行配置。

如果由于故障或其他未知原因,ATS系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)列車(chē)列車(chē)出場(chǎng)進(jìn)路失敗,則系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警提示,要求由人工確認(rèn)或進(jìn)行干預(yù)。

2.1.4 自動(dòng)觸發(fā)回場(chǎng)進(jìn)路

ATS系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)日計(jì)劃運(yùn)行圖自動(dòng)觸發(fā)未回庫(kù)列車(chē)的回庫(kù)進(jìn)路。當(dāng)列車(chē)入庫(kù)后,ATS系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)清除回庫(kù)列車(chē)的車(chē)次信息,完成運(yùn)營(yíng)。

如計(jì)劃回庫(kù)的股道已有車(chē)占用，或由于其他未知原因造成ATS系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)列車(chē)回場(chǎng)進(jìn)路失敗,則系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警提示,要求人工確認(rèn)或進(jìn)行干預(yù)。

本著人工設(shè)置優(yōu)于自動(dòng)設(shè)置的原則,如果在ATS系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)列車(chē)回場(chǎng)進(jìn)路之前,人工修改了該列列車(chē)回庫(kù)目的地,則ATS系統(tǒng)會(huì)按人工設(shè)置的目的地自動(dòng)觸發(fā)進(jìn)路。

2.2 方案二

2.2.1 在停車(chē)場(chǎng)增加調(diào)度工作站

在3號(hào)線石家莊站正線停車(chē)場(chǎng)增加1臺(tái)正線調(diào)度工作站,且直接與石家莊站的ATS系統(tǒng)車(chē)站設(shè)備通信,以實(shí)現(xiàn)對(duì)正線停車(chē)場(chǎng)列車(chē)的調(diào)度管理。方案二的調(diào)度工作站連接示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 方案二的調(diào)度工作站連接示意圖

此方案需在ATS系統(tǒng)中增設(shè)正線調(diào)度員角色。正線調(diào)度員的角色只能從正線調(diào)度工作站登錄,可以對(duì)正線停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的列車(chē)進(jìn)行出入庫(kù)管理及核對(duì)或修改車(chē)組號(hào)的操作。本方案中的正線調(diào)度工作站與傳統(tǒng)設(shè)置的ATS系統(tǒng)車(chē)輛段調(diào)度工作站功能類(lèi)似。

2.2.2 調(diào)度方案

每日運(yùn)營(yíng)開(kāi)始前,調(diào)度員應(yīng)核對(duì)股道上的列車(chē)車(chē)組號(hào)與列車(chē)的實(shí)際停放情況是否一致,并在列車(chē)出發(fā)前人工設(shè)置列車(chē)的目的地碼(每列列車(chē)每天設(shè)置一次)。隨后ATS系統(tǒng)會(huì)根據(jù)目的地碼自動(dòng)觸發(fā)停車(chē)股道至正線的進(jìn)路,當(dāng)列車(chē)運(yùn)行進(jìn)入轉(zhuǎn)換軌后自動(dòng)為列車(chē)匹配車(chē)次號(hào)。

每日運(yùn)營(yíng)結(jié)束后,每列列車(chē)并不是固定地停在對(duì)應(yīng)股道上,而是根據(jù)列車(chē)運(yùn)營(yíng)情況及需要進(jìn)行的日檢情況來(lái)調(diào)整列車(chē)的停車(chē)股道。為使ATS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排列進(jìn)路進(jìn)行接車(chē)作業(yè),方案二中，結(jié)束運(yùn)營(yíng)的列車(chē)到達(dá)后,正線調(diào)度員為列車(chē)設(shè)置目的地碼(即該列車(chē)將進(jìn)入的停車(chē)股道),將計(jì)劃車(chē)改為頭碼車(chē),之后ATS系統(tǒng)即可自動(dòng)觸發(fā)該列列車(chē)進(jìn)入該股道的進(jìn)路。

方案二將石家莊站3G及4G股道作為終端站的兩條折返軌,并默認(rèn)使用3G股道進(jìn)行折返。當(dāng)ATS系統(tǒng)處于控制中心自動(dòng)控制時(shí),ATS系統(tǒng)會(huì)根據(jù)運(yùn)行圖自動(dòng)觸發(fā)折入和折出進(jìn)路。控制中心自動(dòng)控制模式下的ATS系統(tǒng)具有3種折返模式:

(1) 折返模式一:只自動(dòng)觸發(fā)通往3G股道的進(jìn)路;

(2) 折返模式二:只自動(dòng)觸發(fā)通往4G股道的進(jìn)路;

(3) 折返模式三:通往3G股道或4G股道的進(jìn)路都可自動(dòng)辦理,ATS系統(tǒng)按當(dāng)時(shí)進(jìn)路辦理狀態(tài)自動(dòng)選擇1條股道觸發(fā)。

當(dāng)ATS系統(tǒng)采用車(chē)站控制模式時(shí),ATS系統(tǒng)會(huì)在現(xiàn)地控制工作站設(shè)置聯(lián)鎖級(jí)的自動(dòng)折返模式。自動(dòng)折返模式包括折返模式一(3G股道折返)、折返模式二(4G股道折返)、折返模式三(3G、4G股道交替折返)。

在運(yùn)營(yíng)中,由于3G、4G股道同時(shí)兼做折返軌和停車(chē)庫(kù)線,所以調(diào)度員為列車(chē)配置計(jì)劃時(shí)應(yīng)優(yōu)先安排這2個(gè)股道的列車(chē)上線運(yùn)營(yíng),運(yùn)營(yíng)結(jié)束時(shí)也應(yīng)最后入庫(kù)停車(chē)到這2個(gè)股道。可見(jiàn)，ATS系統(tǒng)的折返作業(yè)采用了傳統(tǒng)的處理方式。

2.3 方案比選

方案一與方案二對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 方案一與方案二對(duì)比

由表1可見(jiàn),方案一中ATS系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)正線停車(chē)場(chǎng)自動(dòng)接發(fā)車(chē)的控制。其自動(dòng)化程度較高,不需要每天為每列列車(chē)設(shè)置目的地碼；而且,正常情況下也不需要人工干預(yù)。因而,3號(hào)線石家莊站正線停車(chē)場(chǎng)的ATS系統(tǒng)采用了方案一。

為了正常的組織運(yùn)營(yíng),應(yīng)在每天開(kāi)始運(yùn)營(yíng)前核對(duì)存車(chē)線上實(shí)際停放的列車(chē)是否與ATS系統(tǒng)界面上顯示的一致；如不一致,則調(diào)度員可通過(guò)修改車(chē)組號(hào)使其一致。而且，每天開(kāi)始運(yùn)營(yíng)前,還應(yīng)結(jié)合當(dāng)日計(jì)劃查看有發(fā)車(chē)任務(wù)的股道上是否已有列車(chē)準(zhǔn)備運(yùn)營(yíng)。

最終，3號(hào)線采用基于CBTC的移動(dòng)閉塞制式ATS系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)。地下停車(chē)場(chǎng)不需再增加調(diào)度工作站,而完全由中心ATS系統(tǒng)來(lái)完成調(diào)度工作。

3 結(jié)語(yǔ)

3號(hào)線首開(kāi)段由于未單獨(dú)設(shè)置車(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng),故在石家莊站站后區(qū)間正線設(shè)置了地下停車(chē)線，用作日常列車(chē)停放和檢修作業(yè)。本文從工程實(shí)際出發(fā),不僅分析了ATS系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)化收發(fā)車(chē)和折返作業(yè),還針對(duì)特殊情況提出了應(yīng)對(duì)方案。通過(guò)對(duì)方案的比較分析，選擇了具有調(diào)度功能、自動(dòng)程度較高，且能較好地滿足運(yùn)營(yíng)需求的方案一作為實(shí)施方案。

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Analysis of the Operation Schemes on Mainline Underground Parking Area of Shijiazhuang Metro Line 3

WANG Peng

By introducing the mainline underground parking area of the first-open section of Shijiazhuang metro Line 3, an automatic train supervision (ATS) scheme is put forward according to the special demand of operation that sets up the parking area on the mainline,in order to realize automatic train collection, departure and return operation, effectively process failures in practical operation.Through anaysis, the edition of train diagram and adding scheduling functions to ATS system will achieve good operation effect.

urban rail tnansit; Shijiazhuang City; underground parking area; operation scheme

Shijiazhuang Metro Co.,Ltd.,050017,Shijiazhuang,China

U 279.1: U 231

10.16037/j.1007-869x.2017.03.012

2015-12-14)