軌道交通信號(hào)系統(tǒng)拆分及全自動(dòng)預(yù)留設(shè)計(jì)探討

彭顯辰

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043）

近年來(lái)，全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)在國(guó)內(nèi)軌道交通領(lǐng)域日漸升溫，隨著北京燕房線的開(kāi)通，越來(lái)越多的城市開(kāi)始推動(dòng)全自動(dòng)運(yùn)行項(xiàng)目的落地。國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室及北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合發(fā)布了白皮書(shū)，中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)也相繼出臺(tái)。列車(chē)的駕駛模式也逐步由人工駕駛、半自動(dòng)駕駛，進(jìn)步到有人值守的全自動(dòng)運(yùn)行，并最終向無(wú)人值守的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)發(fā)展?；诩夹g(shù)水平的發(fā)展和日趨成熟的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在新建項(xiàng)目實(shí)施全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單。但是，很多城市不可避免地存在線路拆分和既有線改造工程。此類(lèi)復(fù)雜工程中全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施方案，亟需進(jìn)一步的探討。

而作為全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的核心技術(shù)，信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣關(guān)系到行車(chē)安全和行車(chē)效率，影響地鐵運(yùn)營(yíng)的質(zhì)量。信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案直接關(guān)系到此類(lèi)復(fù)雜工程能否能夠順利實(shí)施。本文結(jié)合合肥軌道交通4 號(hào)線目前的實(shí)施情況，以充分利用既有設(shè)備設(shè)施、減小廢棄、盡量不影響4 號(hào)線正常運(yùn)營(yíng)為原則，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的拆分及全自動(dòng)運(yùn)行預(yù)留設(shè)計(jì)方案進(jìn)行介紹，旨在為類(lèi)似工程提供參考和借鑒。

1 概述

1.1 工程背景

合肥4 號(hào)線全長(zhǎng)41.37km，設(shè)31 座地下車(chē)站，一場(chǎng)一段，設(shè)計(jì)最高行車(chē)速度為80km/h。根據(jù)建設(shè)規(guī)劃，為滿足沿線差異化出行需求，4 號(hào)線近期在豐樂(lè)河路站進(jìn)行拆分。自豐樂(lè)河路站引出4 號(hào)線南延線，與4 號(hào)線豐樂(lè)河路站以東部分貫通運(yùn)營(yíng)組成新的4 號(hào)線。原4 號(hào)線豐樂(lè)河路站以西部分拆分至6 號(hào)線一期工程貫通運(yùn)營(yíng)，設(shè)計(jì)最高行車(chē)速度為100km/h。其中，6 號(hào)線一期工程采用全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)。

4 號(hào)線工程已于2017 年全線開(kāi)工建設(shè)，計(jì)劃2021 年建成。豐樂(lè)河路站車(chē)站主體已基本完成，預(yù)留了土建拆分條件。

1.2 系統(tǒng)方案概述

4 號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)采用上海電氣泰雷茲交通自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司提供的基于通信的列車(chē)控制（CBTC）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞功能，行車(chē)間隔按90s 設(shè)計(jì)。設(shè)置地面信號(hào)機(jī)，輔助以計(jì)軸作為列車(chē)位置檢測(cè)設(shè)備，與聯(lián)鎖級(jí)、點(diǎn)式降級(jí)等設(shè)備共同構(gòu)成完整的點(diǎn)式和聯(lián)鎖兩級(jí)降級(jí)系統(tǒng)。車(chē)-地?zé)o線通信采用TD-LTE 技術(shù)，信號(hào)系統(tǒng)單獨(dú)組網(wǎng)，采用A、B 網(wǎng)雙網(wǎng)冗余方案。

2 拆分預(yù)留條件設(shè)計(jì)

4 號(hào)線按照傳統(tǒng)的有人駕駛線路進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)GoA2 等級(jí)下的列車(chē)自動(dòng)控制功能。拆分工程的關(guān)鍵點(diǎn)為兩線速度目標(biāo)值的差異問(wèn)題、信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的兼容性問(wèn)題、列車(chē)自動(dòng)化等級(jí)的差異問(wèn)題。針對(duì)以上關(guān)鍵點(diǎn)，在4 號(hào)線拆分段設(shè)計(jì)時(shí)，為線路拆分和全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的平滑升級(jí)預(yù)留如下條件：

（1）對(duì)拆分段軌旁設(shè)備（應(yīng)答器、計(jì)軸、信號(hào)機(jī)等）的布點(diǎn)按照適應(yīng)100km/h 的速度目標(biāo)值進(jìn)行設(shè)置，并滿足互聯(lián)互通的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

（2）在拆分段充分考慮6 號(hào)線全自動(dòng)運(yùn)行的功能需求，布置列車(chē)精確定位應(yīng)答器、人員防護(hù)開(kāi)關(guān)（SPKS）、關(guān)門(mén)按鈕、清客按鈕等硬件設(shè)備。避免線路拆分時(shí)硬件設(shè)備配置調(diào)整對(duì)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)影響，只需升級(jí)系統(tǒng)軟件即可實(shí)現(xiàn)拆分段納入6 號(hào)線貫通運(yùn)營(yíng)的需求。

（3）根據(jù)線路拆分邊界，將拆分段正線設(shè)置為獨(dú)立的聯(lián)鎖控區(qū)，并在拆分節(jié)點(diǎn)車(chē)站（豐樂(lè)河路站）設(shè)置兩套聯(lián)鎖集中站信號(hào)設(shè)備，一套屬于拆分后4 號(hào)線，一套屬于拆分后6 號(hào)線。

（4）拆分段信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)按6 號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)置IP 地址。DCS 子系統(tǒng)在拆分段設(shè)置為獨(dú)立的環(huán)網(wǎng)，使用三層交換機(jī)以及A/B Switch 將其與4 號(hào)線骨干網(wǎng)進(jìn)行連接。軌旁漏纜安裝布置時(shí)，在線路拆分點(diǎn)安裝預(yù)留電橋，用來(lái)對(duì)接6 號(hào)線延伸線漏纜。

（5）在拆分的車(chē)輛段設(shè)置APT/ATO 設(shè)備，提供自動(dòng)化場(chǎng)段功能，設(shè)備配置與正線集中站配置基本相同。充分考慮車(chē)輛段自動(dòng)化區(qū)域無(wú)線覆蓋范圍的要求，同時(shí)，預(yù)留與全自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的接口。

3 拆分方案

3.1 正線室外設(shè)備拆分方案

基于信號(hào)集成商的產(chǎn)品特點(diǎn)，拆分工程涉及3 個(gè)控區(qū)。拆分前，雞鳴山站控區(qū)（ZC1）的控制范圍為雞鳴山路站、方興大道站和長(zhǎng)寧大道站；豐樂(lè)河路站控區(qū)（ZC2）的控制范圍為創(chuàng)新大道站；豐樂(lè)河路站4 號(hào)線控區(qū)（ZC3）的控制范圍為豐樂(lè)河路站和玉蘭大道站。拆分段信號(hào)系統(tǒng)控區(qū)劃分如圖1 所示。

由于4、6 號(hào)線拆分界面位于兩線聯(lián)絡(luò)線中點(diǎn)，因此，拆分后ZC2 與ZC3 的控制邊界將由原來(lái)的位置變?yōu)閮删€聯(lián)絡(luò)線中點(diǎn)位置。原ZC2 與ZC3 控制邊界至拆分聯(lián)絡(luò)線中點(diǎn)之間的軌旁設(shè)備（包括2 組道岔，7 套計(jì)軸，2 組站臺(tái)門(mén)，4 組ESB，5 架信號(hào)機(jī)，4 組有源應(yīng)答器）將從ZC3 分離，納入ZC2 控制。

為了減小拆分工程對(duì)既有4 號(hào)線運(yùn)營(yíng)的影響，我們?cè)谪S樂(lè)河路站6 號(hào)線信號(hào)設(shè)備室內(nèi)設(shè)計(jì)了室外設(shè)備線纜倒接柜，用以實(shí)現(xiàn)拆分時(shí)由于邊界變化引起的軌旁設(shè)備倒接。該倒接柜一端接入4 號(hào)線豐樂(lè)河路站信號(hào)系統(tǒng)，另一端接入6 號(hào)線豐樂(lè)河路站信號(hào)系統(tǒng)。將豐樂(lè)河路站室外信號(hào)設(shè)備線纜接入分成兩部分：

水產(chǎn)科技系建立并利用微信、微博、QQ、pu平臺(tái)，設(shè)立“水產(chǎn)青年”公眾號(hào)、“水產(chǎn)黨員教師”微信群等，及時(shí)向師生推送黨章、黨史、國(guó)家大政方針、習(xí)總書(shū)記系列講話、先進(jìn)事跡和行業(yè)產(chǎn)業(yè)的各類(lèi)咨詢(xún)等。傳播正能量，其中水產(chǎn)青年公眾號(hào)推送700篇，累計(jì)訪問(wèn)閱讀量近10萬(wàn)次。

（1）拆分后，豐樂(lè)河路站屬于4 號(hào)線控制的所有信號(hào)室外設(shè)備（信號(hào)機(jī)、道岔、ESB、PSD、DTI、RRU）以及IBP 盤(pán)通過(guò)室外電纜連接至4 號(hào)線信號(hào)設(shè)備室的分線柜A 上，然后，接入4 號(hào)線豐樂(lè)河路站信號(hào)系統(tǒng)。

（2）拆分后，豐樂(lè)河路站屬于6 號(hào)線控制的所有信號(hào)室外設(shè)備（信號(hào)機(jī)、道岔、ESB、PSD、DTI、RRU）以及IBP 盤(pán)通過(guò)室外電纜連接至6 號(hào)線信號(hào)設(shè)備室的分線柜B 上，并通過(guò)倒接柜接入4 號(hào)線豐樂(lè)河路信號(hào)系統(tǒng)。計(jì)軸設(shè)備按共享計(jì)軸點(diǎn)的方式分別接入4 號(hào)線和6 號(hào)線設(shè)備室的分線柜，磁頭均由6 號(hào)線設(shè)備室ACE 機(jī)柜供電。有源應(yīng)答器室外僅放置一根電纜，先接入6 號(hào)線設(shè)備室的分線柜，然后，從6 號(hào)線的分線柜外側(cè)跳接到4 號(hào)線設(shè)備室的分線柜，6 號(hào)線室內(nèi)預(yù)留分線柜到LEU 機(jī)柜的電纜。

經(jīng)過(guò)上述分析，倒接柜分為上、下兩個(gè)部分，上部分為倒切作業(yè)層，設(shè)置16 個(gè)倒切開(kāi)關(guān)，下部分為配線層，配線端子選用可斷式WAGO 接線端子。拆分工程實(shí)施期間，白天4 號(hào)線正常運(yùn)營(yíng)，將倒切開(kāi)關(guān)切換至運(yùn)營(yíng)檔位，“運(yùn)營(yíng)”指示燈顯示綠色；夜間6 號(hào)線調(diào)試，將倒切開(kāi)關(guān)切換至調(diào)試檔位，“調(diào)試”指示燈顯示黃色。待6 號(hào)線貫通調(diào)試完成，通過(guò)倒接柜切換即可將室外設(shè)備一次性倒接，完成4、6 號(hào)線的拆分，實(shí)現(xiàn)4、6 號(hào)線各自獨(dú)立運(yùn)營(yíng)，并將倒接柜拆除。

圖1 拆分段信號(hào)系統(tǒng)控區(qū)劃分示意圖

3.2 科學(xué)城車(chē)輛段拆分方案

車(chē)輛段信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備配置與正線集中站配置基本相同，設(shè)置了ATP/ATO 設(shè)備，提供自動(dòng)化車(chē)輛段功能。4 號(hào)線先期實(shí)施時(shí)將該車(chē)輛段進(jìn)行了有人區(qū)與無(wú)人區(qū)的劃分，在有人區(qū)與無(wú)人區(qū)出入口處采取了防護(hù)措施。運(yùn)用庫(kù)長(zhǎng)度按照全自動(dòng)運(yùn)行的需求進(jìn)行加長(zhǎng)，并將庫(kù)內(nèi)無(wú)人區(qū)分隔成若干個(gè)檢修小分區(qū)。拆分時(shí)，僅需在停車(chē)列檢庫(kù)相應(yīng)位置增設(shè)休眠/喚醒應(yīng)答器，并通過(guò)將軟件升級(jí)至6 號(hào)線版本即可實(shí)現(xiàn)，室內(nèi)信號(hào)設(shè)備無(wú)須做任何改變。

3.3 ATC 子系統(tǒng)拆分方案

（1）在車(chē)輛段、正線控區(qū)ZC1、ZC2 和ZC3 各設(shè)置一套本地ATS 設(shè)備。拆分時(shí)，ZC2 的本地ATS 控制范圍通過(guò)升級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)增加豐樂(lè)河路站6 號(hào)線部分，然后，割接入6 號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)；ZC3 的本地ATS 控制范圍調(diào)整為控制4 號(hào)線線路豐樂(lè)河路站4 號(hào)線部分。拆分段本地ATS 設(shè)備進(jìn)行軟件及數(shù)據(jù)升級(jí)改造后，納入6 號(hào)線ATS 子系統(tǒng)。4 號(hào)線中央ATS 僅需通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)升級(jí)即可實(shí)現(xiàn)ATS 系統(tǒng)拆分，控制既有4 號(hào)線其余控區(qū)及4 號(hào)線南延線。

3.4 聯(lián)鎖子系統(tǒng)拆分方案

考慮到線路拆分和6 號(hào)線全自動(dòng)運(yùn)行的功能需求，在拆分段信號(hào)設(shè)備室內(nèi)提前預(yù)留一臺(tái)新聯(lián)鎖機(jī)柜的設(shè)備安裝位置、用電、接地和接口。拆分時(shí)，僅有豐樂(lè)河路控區(qū)（ZC3）聯(lián)鎖設(shè)備需要通過(guò)倒接柜完成室外設(shè)備線纜倒接及聯(lián)鎖表升級(jí)，其他的拆分控區(qū)所有室外設(shè)備的線纜均不須改造。室內(nèi)增加一臺(tái)新聯(lián)鎖機(jī)柜，同時(shí)，升級(jí)相應(yīng)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)拆分。新聯(lián)鎖設(shè)備通過(guò)以太網(wǎng)與既有設(shè)備接口，待6 號(hào)線具備條件后，僅需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入，即可實(shí)現(xiàn)新聯(lián)鎖設(shè)備的集成。

3.5 DCS 子系統(tǒng)拆分方案

4 號(hào)線實(shí)施時(shí)在豐樂(lè)河路站設(shè)置三層交換機(jī)，用于連通拆分段與4 號(hào)線其余部分的骨干網(wǎng)。使用三層交換機(jī)對(duì)接6號(hào)線新建段DCS 網(wǎng)絡(luò)，可適應(yīng)6 號(hào)線新建段各種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，避免純二層環(huán)網(wǎng)各家交換機(jī)廠商的私有環(huán)保護(hù)協(xié)議不兼容造成的接入技術(shù)障礙。同時(shí)，使用A/B Switch 對(duì)接4 號(hào)線和6號(hào)線網(wǎng)絡(luò)，增加割接的便利性。

在需要做4、6 號(hào)線的網(wǎng)絡(luò)割接測(cè)試及正式割接時(shí)，只需要轉(zhuǎn)動(dòng)A/B Switch 的使能鑰匙，將檔位在4 號(hào)線側(cè)和6 號(hào)線側(cè)轉(zhuǎn)換即可。該方案比變動(dòng)骨干網(wǎng)光纖簡(jiǎn)單很多，避免了光纖及光模塊的損壞，且不容易發(fā)生人為錯(cuò)誤。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于確保行車(chē)安全、滿足客流需求和盡量減少對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)影響的原則。信號(hào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)將后續(xù)工程實(shí)施難度大的硬件設(shè)備設(shè)施、管線預(yù)埋等工程納入了4 號(hào)線工程先期實(shí)施，通過(guò)倒切的方式拆解至6 號(hào)線工程。同時(shí)，由于信號(hào)系統(tǒng)按線路管控，需要作為一個(gè)整體考慮，對(duì)于系統(tǒng)的軟件功能、系統(tǒng)接口等做了相應(yīng)預(yù)留，在拆分時(shí)，由6號(hào)線完成升級(jí)和調(diào)試。此設(shè)計(jì)方案預(yù)留條件充分，經(jīng)濟(jì)可行。希望能為國(guó)內(nèi)其他既有線升級(jí)改造工程和線路拆分工程提供一定的參考和借鑒，更好地推動(dòng)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的實(shí)施。