深圳都市圈城際鐵路列控系統(tǒng)建設(shè)方案研究

孟寒松

（深圳鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司設(shè)備中心，廣東深圳 518035）

近幾年，隨著我國(guó)各種軌道交通的不斷發(fā)展及城市化的不斷推進(jìn)，逐漸形成了若干個(gè)大城市集聚的城市群。目前，我國(guó)城市群包括京津冀城市群、長(zhǎng)三角城市群、粵港澳大灣區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“大灣區(qū)”）、成渝城市群、長(zhǎng)江中游城市群、中原城市群、關(guān)中平原城市群等。2020年，中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布了《關(guān)于粵港澳大灣區(qū)城際鐵路建設(shè)規(guī)劃的批復(fù)》（發(fā)改基礎(chǔ)[2020] 1238號(hào)），其規(guī)劃目標(biāo)是：構(gòu)建大灣區(qū)主要城市間1 h通達(dá)、主要城市至廣東省內(nèi)地級(jí)城市2 h通達(dá)、主要城市至相鄰省會(huì)城市3 h通達(dá)的交通圈，打造“軌道上的大灣區(qū)”，完善現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系。因此需要研究一種能夠滿足區(qū)域網(wǎng)絡(luò)交通一體化運(yùn)營(yíng)需求的新型列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“列控系統(tǒng)”），本文以大灣區(qū)區(qū)域交通一體化為發(fā)展理念，對(duì)深圳都市圈城際鐵路列控系統(tǒng)的建設(shè)方案進(jìn)行探討研究。

1 城際鐵路網(wǎng)規(guī)劃情況

在《關(guān)于粵港澳大灣區(qū)城際鐵路建設(shè)規(guī)劃的批復(fù)》中明確指出近期到2025年，大灣區(qū)鐵路網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)及在建里程達(dá)到4 700 km，全面覆蓋大灣區(qū)中心城市、交通樞紐和廣州、深圳等重點(diǎn)都市圈；遠(yuǎn)期到2035年，大灣區(qū)鐵路網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)及在建里程達(dá)到5 700 km，覆蓋100%縣級(jí)以上城市，屆時(shí)將建成如圖1所示的大灣區(qū)城際鐵路網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)互聯(lián)互通。

2 公交化運(yùn)營(yíng)需求

2.1 客流分析

占大灣區(qū)城際鐵路三分之一運(yùn)營(yíng)規(guī)模的深圳都市圈城際鐵路遠(yuǎn)期客流分析結(jié)果說(shuō)明，其客運(yùn)量遠(yuǎn)高于一般國(guó)鐵城際線路。深圳都市圈城際鐵路客流類型包括市域內(nèi)客流和城際間客流，2種客流分別占63.5%和31.5%左右；同時(shí)線網(wǎng)市域內(nèi)的客流具有明顯的城市軌道交通高峰特征。典型線路運(yùn)營(yíng)初期高峰小時(shí)各站間的客流斷面如圖2所示。

2.2 客流及運(yùn)營(yíng)組織需求

鑒于深圳都市圈城際鐵路客流具有較強(qiáng)的城市軌道交通特征，其高峰期列車的開行需求對(duì)數(shù)遠(yuǎn)高于既有珠三角城際鐵路。其中典型線路深大城際鐵路預(yù)測(cè)初、近期列車開行10對(duì)/h、12對(duì)/h，遠(yuǎn)期高峰開行16對(duì)/h。

依據(jù)大灣區(qū)交通一體化建設(shè)規(guī)劃的要求，深圳都市圈城際鐵路需按照與大灣區(qū)城際鐵路互聯(lián)互通條件建設(shè)，運(yùn)營(yíng)組織需同步考慮大灣區(qū)所含既有珠三角城際鐵路及未來(lái)新建城際鐵路的運(yùn)營(yíng)互聯(lián)互通條件，且應(yīng)兼顧城際鐵路網(wǎng)絡(luò)不同區(qū)段的客流分布情況，滿足客運(yùn)需求，留足開行列車的運(yùn)營(yíng)組織能力，如圖3所示。

圖1 粵港澳大灣區(qū)城際鐵路規(guī)劃圖

圖2 典型線路運(yùn)營(yíng)初期高峰小時(shí)各站間的客流斷面

2.3 最小行車間隔需求

從客流、行車組織來(lái)看，深圳都市圈城際鐵路各條線均需滿足高峰期列車最小行車間隔要求，同時(shí)應(yīng)預(yù)留行車能力以滿足遠(yuǎn)期深圳都市圈城際鐵路納入大灣區(qū)城際網(wǎng)絡(luò)后行車間隔3 min的運(yùn)營(yíng)需求。

對(duì)比其他城際鐵路的運(yùn)營(yíng)服務(wù)，深圳都市圈城際鐵路全部為地下站，公交化運(yùn)營(yíng)服務(wù)，車站配線需滿足地下車站較少股道配設(shè)要求，運(yùn)營(yíng)需按照列車停站進(jìn)入固定的車站股道以及較短站停時(shí)間（30～60 s）的條件考慮。

3 列控系統(tǒng)受工程建設(shè)的影響因素

圖3 深圳都市圈城際鐵路運(yùn)行交路規(guī)劃

中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布的《關(guān)于粵港澳大灣區(qū)城際鐵路建設(shè)規(guī)劃的批復(fù)》要求從嚴(yán)控制工程造價(jià)，統(tǒng)籌考慮工程建設(shè)需要，優(yōu)化線路敷設(shè)方式，切實(shí)提高項(xiàng)目投資效益。本文從土建車站建設(shè)規(guī)模要求、互聯(lián)互通實(shí)際需求、運(yùn)營(yíng)管理制度要求等方面進(jìn)行分析，提出適合深圳都市圈城際鐵路列控系統(tǒng)建設(shè)的思路。

3.1 土建車站建設(shè)規(guī)模要求

深圳都市圈城際鐵路在深圳市域內(nèi)全部為地下段，若仍采用既有珠三角城際鐵路的站型布置，設(shè)置多股道站臺(tái)將會(huì)大幅度提高工程造價(jià)。因此需要研究能夠適應(yīng)較短的到發(fā)線有效長(zhǎng)度和提高股道列車占用周轉(zhuǎn)率的列控系統(tǒng)，并且能夠適應(yīng)如圖4和圖5所示的典型車站線路布置方式，以縮減土建規(guī)模。

3.2 互聯(lián)互通實(shí)際需求

深圳都市圈城際鐵路是大灣區(qū)城際鐵路網(wǎng)中的重要組成部分，其列控系統(tǒng)在滿足城際鐵路公交化運(yùn)營(yíng)控制能力的基礎(chǔ)上，還應(yīng)具備在接軌期跨線進(jìn)入既有珠三角城際鐵路線網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行運(yùn)行控制的能力，即需兼容珠三角城際鐵路的列控功能。

3.3 運(yùn)營(yíng)管理制度要求

目前既有珠三角城際線路的運(yùn)營(yíng)管理執(zhí)行的是珠三角城際網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如（鐵總科技[2013] 79號(hào)）《城際鐵路CTCS 2 + ATO列控系統(tǒng)暫行總體技術(shù)方案》（標(biāo)準(zhǔn)性技術(shù)文件編號(hào)：TJ/DW149-2013）?？紤]到大灣區(qū)城際鐵路的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)，深圳都市圈城際鐵路在運(yùn)營(yíng)管理制度上需要考慮與既有珠三角城際鐵路的接軌因素：若實(shí)際接軌期在珠三角城際鐵路系統(tǒng)設(shè)備的大修改造期限內(nèi)，則其運(yùn)營(yíng)管理制度應(yīng)適應(yīng)大灣區(qū)城際線網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)要求，且應(yīng)包含珠三角城際鐵路運(yùn)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；若實(shí)際接軌期超出了珠三角城際鐵路系統(tǒng)設(shè)備的大修改造期限，則應(yīng)統(tǒng)一制定新的運(yùn)營(yíng)管理規(guī)范，即其需同時(shí)滿足深圳都市圈城際鐵路和大灣區(qū)城際線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理的要求。

4 現(xiàn)有列控系統(tǒng)主要特征

目前用于軌道交通的列控系統(tǒng)主要有2個(gè)：①應(yīng)用于我國(guó)國(guó)家鐵路的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“CTCS列控系統(tǒng)”）；②應(yīng)用于城市軌道交通的基于通信的列車自動(dòng)控制（CBTC）系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“城軌CBTC列控系統(tǒng)”）。其中CTCS列控系統(tǒng)主要應(yīng)用于鐵路干線、高速鐵路、部分城際鐵路和市（郊）域鐵路，應(yīng)用于城際鐵路的列控系統(tǒng)主要采用CTCS 2 + ATO（列車自動(dòng)運(yùn)行）制式；城軌CBTC列控系統(tǒng)主要應(yīng)用于城市軌道交通、部分市域鐵路和城際鐵路。

4.1 對(duì)土建規(guī)模和運(yùn)營(yíng)效率的影響

如圖6所示，城軌CBTC列控系統(tǒng)功能中，采用列車停穩(wěn)信息即時(shí)發(fā)送至聯(lián)鎖的原理，在實(shí)現(xiàn)列車進(jìn)站股道停車進(jìn)路具備過(guò)走防護(hù)功能的同時(shí)，有效縮短了包含延續(xù)進(jìn)路全部股道接車進(jìn)路的解鎖時(shí)間。

如圖7所示，在珠三角城際鐵路中采用的CTCS 2 +ATO列控系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)列車在進(jìn)站接車進(jìn)路的過(guò)走防護(hù)功能，將相應(yīng)所需的安全防護(hù)距離設(shè)置于接車進(jìn)路股道的末端上。這雖然保證了接車運(yùn)行效率，但較城軌CBTC列控系統(tǒng)增加了股道長(zhǎng)度。

圖4 深圳城際深惠線前保站站前折返車站股道配線示意

圖5 深圳城際深大線T4樞紐站站后折返車站股道配線示意

圖6 城軌CBTC列控系統(tǒng)接車股道安全防護(hù)距離示意

圖7 珠三角城際鐵路CTCS 2+ATO安全防護(hù)距離示意

綜上分析，城軌CBTC列控系統(tǒng)較CTCS 2 + ATO列控系統(tǒng)將連接到發(fā)線的道岔區(qū)段長(zhǎng)度合并為接車進(jìn)路中的安全防護(hù)距離，在確保運(yùn)行安全的功能基礎(chǔ)上，有效縮短了車站到發(fā)線的長(zhǎng)度；同時(shí)車地?zé)o線通信列控系統(tǒng)的連續(xù)通信功能使列車停穩(wěn)解鎖前方用于過(guò)走保護(hù)的道岔區(qū)段，保證了高密度行車間隔的接發(fā)車運(yùn)行效率。

4.2 功能差異及適應(yīng)性分析

4.2.1 城軌 CBTC 列控系統(tǒng)

該列控系統(tǒng)行車密度高、自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)2 min運(yùn)營(yíng)間隔，滿足GoA4全自動(dòng)運(yùn)行等級(jí)要求，應(yīng)用于最高列車運(yùn)行速度為160 km/h以下的線路；其基于車地?zé)o線通信的列控系統(tǒng)制式，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞（列車移動(dòng)授權(quán)由地面列控設(shè)備經(jīng)無(wú)線通信傳輸至車載設(shè)備）下的列車運(yùn)行安全控制。但當(dāng)前在城市軌道交通應(yīng)用的、采用城軌互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)的CBTC列控系統(tǒng)，存在系統(tǒng)設(shè)備接口、電子地圖（線路數(shù)據(jù)）車載存儲(chǔ)方式及描述格式等缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，要適應(yīng)深圳都市圈新建城際鐵路建設(shè)的互聯(lián)互通和互通互換需求尚有問(wèn)題。

4.2.2 CTCS 2 + ATO 列控系統(tǒng)

該列控系統(tǒng)行車控制一般適應(yīng)3 min以上運(yùn)營(yíng)間隔，實(shí)際應(yīng)用中滿足GoA2等級(jí)要求；其基于軌道電路的列控系統(tǒng)制式，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)移動(dòng)閉塞下的列車運(yùn)行安全控制，滿足網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)互通、系統(tǒng)設(shè)備互通互換的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)及建設(shè)要求。但是針對(duì)深圳都市圈城際鐵路乃至大灣區(qū)城際線網(wǎng)新建線路而言，工程直接采用CTCS 2 + ATO系統(tǒng)，雖與既有珠三角城際鐵路列控系統(tǒng)為同制式系統(tǒng)，便于跨線運(yùn)行，線路數(shù)據(jù)管理方便，適應(yīng)大規(guī)模線網(wǎng)級(jí)互聯(lián)互通運(yùn)營(yíng)和分期分段開通建設(shè)要求，但無(wú)法兼顧深圳都市圈城際鐵路的公交化高密度運(yùn)營(yíng)、較小車站站場(chǎng)配線規(guī)模的要求。同時(shí)在CTCS標(biāo)準(zhǔn)體系運(yùn)營(yíng)規(guī)范中，運(yùn)營(yíng)規(guī)則修改管理的程序難度大、影響范圍廣，無(wú)法滿足深圳都市圈新建線路的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)實(shí)際要求。

5 解決方案

通過(guò)上述分析得出，深圳都市圈城際鐵路列控系統(tǒng)的主要功能需求為：

（1）基于無(wú)線通信的列車運(yùn)行控制功能；

（2）滿足3 min最小行車間隔的列車安全運(yùn)行控制；

（3）實(shí)現(xiàn)大灣區(qū)城際鐵路列車在線網(wǎng)內(nèi)互聯(lián)互通安全運(yùn)行控制的線路數(shù)據(jù)逐段自地上車功能；

（4）實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)規(guī)模臨時(shí)限速的安全管理功能；

（5）具備列車自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)折返作業(yè)控制功能。

綜合考慮大灣區(qū)城際線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)建設(shè)的要求，深圳都市圈城際鐵路列控系統(tǒng)還應(yīng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能分配和接口標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，便于不同設(shè)備廠商的同類型設(shè)備在工程上互通互換，以利于不斷發(fā)展的大灣區(qū)城際鐵路網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)。

針對(duì)以上要求，借鑒中國(guó)國(guó)家鐵路CTCS列控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，兼顧深圳都市圈城際鐵路市域范圍客流特征要求的公交化高密度行車間隔需求，并結(jié)合城軌CBTC列控系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞下的列控功能，本文提出一種基于無(wú)線通信的、兼容既有珠三角城際鐵路的列控系統(tǒng)功能解決方案，以實(shí)現(xiàn)深圳都市圈城際鐵路新型列控系統(tǒng)的功能。

此列控系統(tǒng)技術(shù)方案中，車載列控系統(tǒng)同時(shí)具備固定閉塞（列車移動(dòng)授權(quán)為軌道電路信息或有源應(yīng)答器信息）與移動(dòng)閉塞2種制式功能：在深圳都市圈城際鐵路新建線路采用移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)主用功能模式，具備固定閉塞備用功能模式；在新建線路列車進(jìn)入既有珠三角城際鐵路運(yùn)行時(shí)，采用固定閉塞功能，以滿足未來(lái)大灣區(qū)城際鐵路的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通運(yùn)行和折返能力要求。

新型車載列控系統(tǒng)為具備適應(yīng)進(jìn)入既有珠三角城際鐵路列控系統(tǒng)功能，采用滿足原珠三角城際鐵路列控系統(tǒng)等級(jí)要求配置的軌道電路接收天線（TCR）及雙模（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)/城市軌道交通車地綜合通信系統(tǒng)）車載通信設(shè)備（GSM-R / LTE-M），如圖8所示。

2種制式共享人機(jī)界面（DMI）、應(yīng)答器傳輸模塊（BTM）、速度傳感器和車輛接口單元。

深圳都市圈城際鐵路列控系統(tǒng)地面設(shè)備包括應(yīng)答器、計(jì)軸設(shè)備、列控聯(lián)鎖一體化設(shè)備、無(wú)線閉塞中心（RBC）、臨時(shí)限速服務(wù)器（TSRS）、地面電子單元（LEU）、LTE-M地面無(wú)線通信系統(tǒng)的接口設(shè)備等，以實(shí)現(xiàn)列車按照基于無(wú)線通信列控系統(tǒng)的移動(dòng)閉塞主用功能和固定閉塞備用功能運(yùn)行，如圖 9所示。

6 結(jié)束語(yǔ)

圖9 基于無(wú)線通信的兼容既有珠三角城際鐵路的列控系統(tǒng)地面構(gòu)成

研究城際鐵路新型列控系統(tǒng)以滿足深圳都市圈城際鐵路網(wǎng)絡(luò)化、公交化運(yùn)營(yíng)的要求還有很多工作，建議本著在既有標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范）基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，考慮完善《城際鐵路CTCS 2 + ATO列控系統(tǒng)暫行總體技術(shù)方案》，構(gòu)建深圳城際軌道交通系統(tǒng)構(gòu)架，融合既有軌道交通信號(hào)制式技術(shù)，優(yōu)化配置方案，創(chuàng)建一套適合深圳都市圈城際鐵路的標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)交付方案及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，達(dá)到既滿足大灣區(qū)城際鐵路網(wǎng)絡(luò)一體化互聯(lián)互通要求，又滿足深圳都市圈城際鐵路高密度公交化運(yùn)行特色的城際鐵路功能要求。