基于互聯(lián)互通的軌道交通研究與探索

傅錦 任延會(huì)

21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市軌道交通正式步入了快速發(fā)展的階段，軌道交通線網(wǎng)不斷拓展與延伸，網(wǎng)絡(luò)的通達(dá)性增強(qiáng)，且城市軌道交通具有安全、準(zhǔn)點(diǎn)、快捷等優(yōu)點(diǎn)，城市軌道交通成為一線城市公共交通的最主要出行方式之一［1-2］。但是，在軌道交通成網(wǎng)的情況下，國(guó)內(nèi)大部分城市地鐵線路仍是單線運(yùn)營(yíng)模式，乘客的出行需求沒(méi)有得到很好的滿足，一般乘客需要換乘不同線路才能抵達(dá)目的地，乘客的體驗(yàn)感稍差［3］。此外，各線路獨(dú)立建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，資源共享不足。

因此，基于互聯(lián)互通思維的軌道交通的研究應(yīng)運(yùn)而生，并且成為研究的熱點(diǎn)和方向［4-5］，也是解決城市交通擁堵、提高軌道交通運(yùn)營(yíng)效率的有效途徑之一。景國(guó)勝等［6］針對(duì)粵港澳大灣區(qū)在軌道交通方面存在的問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建多層次、一體化、互聯(lián)互通的軌道交通體系，共同支撐粵港澳大灣區(qū)融合發(fā)展；孟臻［7］利用互聯(lián)互通技術(shù)，結(jié)合青島軌道交通，分析了信號(hào)系統(tǒng)互聯(lián)互通存在的問(wèn)題、實(shí)施方案及關(guān)鍵技術(shù)；仲建華等［8］利用國(guó)外軌道交通的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，提出軌道交通基本線網(wǎng)形成時(shí)，應(yīng)著手構(gòu)建互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行；賀鵬［9］針對(duì)北京中心城外線路如何與中心城內(nèi)線網(wǎng)銜接的問(wèn)題，借鑒東京的經(jīng)驗(yàn)，提出了相關(guān)的互聯(lián)互通改造方案。

那么，如何利用新技術(shù)手段提升乘客在線網(wǎng)內(nèi)的體驗(yàn)感受，減少換乘和擁堵［10］，有必要對(duì)城市軌道交通成網(wǎng)后的運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行探索，研究不同線路之間的互聯(lián)互通可行性。本文以福州市既有線路作為研究對(duì)象，分析城市軌道交通既有線網(wǎng)間改造實(shí)施互聯(lián)互通的可行性，并針對(duì)互聯(lián)互通中的夜間調(diào)車作業(yè)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，提出相應(yīng)的實(shí)施方案。

1 福州軌道交通現(xiàn)狀與分析

目前，福州地鐵1號(hào)線、2號(hào)線已分別于2016年和2019年建成投入運(yùn)營(yíng)，4號(hào)線、5號(hào)線、6號(hào)線及機(jī)場(chǎng)快線正在建設(shè)中。由于地鐵4號(hào)線采用全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，機(jī)場(chǎng)快線采用市域快線標(biāo)準(zhǔn)，其線路的車輛、信號(hào)、通信、供電等系統(tǒng)與常規(guī)線路差異較大，因此本文暫不對(duì)這2條線進(jìn)行研究，主要分析和研究1號(hào)線、2號(hào)線、5號(hào)線和6號(hào)線的互聯(lián)互通。根據(jù)福州地鐵線路現(xiàn)狀及運(yùn)營(yíng)情況，結(jié)合服務(wù)水平，互聯(lián)互通可分為調(diào)車作業(yè)和共線運(yùn)營(yíng)2種［11］。

1.1 機(jī)電系統(tǒng)現(xiàn)狀

通過(guò)調(diào)研得出，福州1號(hào)線、2號(hào)線、5號(hào)線和6號(hào)線的機(jī)電系統(tǒng)現(xiàn)狀條件如表1所示，從車輛、供電、限界、通信和信號(hào)5個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，可以得出以下結(jié)論。

1）1號(hào)線和2號(hào)線車輛及限界、通信、信號(hào)及供電等制式方案一致。

2）5號(hào)線和6號(hào)線車輛及限界、通信、信號(hào)及供電等制式方案一致，但5、6號(hào)線的通信、信號(hào)系統(tǒng)方案與1、2號(hào)線存在差異。

3）6號(hào)線車輛初期采用4節(jié)編組，與其余線路編組不同。

1.2 聯(lián)絡(luò)線及配線情況

福州地鐵既有線聯(lián)絡(luò)線接口示意圖見(jiàn)圖1。1號(hào)線與2號(hào)線在南門兜站交匯并有聯(lián)絡(luò)線接口，1號(hào)線與6號(hào)線在下洋站交匯并有聯(lián)絡(luò)線接口，5號(hào)線與6號(hào)線通過(guò)樟嵐車輛段內(nèi)單渡線實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)。但上述聯(lián)絡(luò)線并非按正式載客運(yùn)行設(shè)計(jì)，其主要任務(wù)是承擔(dān)車輛的臨時(shí)調(diào)度，運(yùn)送廠、架修車輛等，不滿足互聯(lián)互通運(yùn)營(yíng)行車需求。

2 互聯(lián)互通方案研究

2.1 調(diào)車方案

結(jié)合聯(lián)絡(luò)線方案，通過(guò)對(duì)既有線及在建線路的機(jī)電系統(tǒng)現(xiàn)狀條件分析，認(rèn)為雖然既有線及在建線路配線方案不具備互聯(lián)互通共線運(yùn)營(yíng)的條件，但可通過(guò)線路聯(lián)絡(luò)線實(shí)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)。調(diào)車方案為：①1號(hào)線和2號(hào)線之間調(diào)車；②6號(hào)線車輛借調(diào)到5號(hào)線。

根據(jù)實(shí)際客流需求，靈活性的將低運(yùn)量線路車輛借調(diào)到高運(yùn)量線路使用，建議在夜間通過(guò)聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行調(diào)車作業(yè)。

表1 福州地鐵各線路機(jī)電系統(tǒng)現(xiàn)狀條件

圖1 福州地鐵既有線聯(lián)絡(luò)線接口示意圖

2.2 信號(hào)方案

目前福州地鐵1、2、5、6號(hào)線均采用西門子提供的ATP/ATO設(shè)備，雖然具備良好的相互借車基礎(chǔ)，但要實(shí)現(xiàn)1號(hào)線和2號(hào)線之間的借車，以及6號(hào)線車輛借調(diào)到5號(hào)線，信號(hào)系統(tǒng)還需做如下改造。

1）統(tǒng)一電子地圖，1、2號(hào)線車輛互相加載對(duì)方線路的線路數(shù)據(jù)，6號(hào)線車輛加載5號(hào)線線路數(shù)據(jù)。

2）統(tǒng)一車地?zé)o線通信技術(shù)。1、2號(hào)線都是采用2.4GHz WLAN技術(shù)，但因?yàn)榫€路ID配置不同，不能實(shí)現(xiàn)互通。為了實(shí)現(xiàn)1、2號(hào)線的互聯(lián)互通，需要更改其中一條線路的無(wú)線服務(wù)器配置，主要包括服務(wù)器軟件、列車車載無(wú)線軟件等，使其與另外一條線配置原則一致。

5、6號(hào)線都是采用LTE-M技術(shù)，雖然為不同供應(yīng)商的產(chǎn)品，但是均遵循中交協(xié)LTE-M系列規(guī)范，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通比較容易，可通過(guò)對(duì)5、6號(hào)線核心網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)之間的通信，以達(dá)到互聯(lián)互通的目的。

3）不同編組混跑。6號(hào)線為4節(jié)編組列車，若借調(diào)到5號(hào)線使用，存在不同編組混合運(yùn)行的情況。由于列車編組、長(zhǎng)度、加/減速度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是ATP/ATO子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)和基礎(chǔ)，所以列車編組的改變對(duì)ATP/ATO子系統(tǒng)的影響很大，需要對(duì)5號(hào)線的ATP/ATO系統(tǒng)進(jìn)行軟件升級(jí)，滿足識(shí)別4、6節(jié)編組列車的要求，并在識(shí)別4、6節(jié)編組列車后，向站臺(tái)門發(fā)送相應(yīng)的信息。分別針對(duì)4/6節(jié)不同編組，對(duì)5號(hào)線站臺(tái)、折返軌等有運(yùn)營(yíng)停車點(diǎn)作業(yè)的地方進(jìn)行地面應(yīng)答器的布置，滿足4/6節(jié)不同編組列車精確停車的需求。

2.3 通信方案

1、2、5 、6號(hào)線無(wú)線通信系統(tǒng)均采用800 MHz Tetra制式，1、2號(hào)線OCC位于道達(dá)區(qū)域控制中心，5、6號(hào)線OCC位于橫港區(qū)域控制中心。如需實(shí)現(xiàn)1、2號(hào)線之間相互借車以及5、6號(hào)線之間相互借車，需滿足以下條件。

1）根據(jù)表1，福州地鐵1、2號(hào)線技術(shù)方案一致，具有良好的互相借車的技術(shù)基礎(chǔ)，只要將其中一條線的無(wú)線服務(wù)器、車載軟件等設(shè)備重新規(guī)劃部署，使其與另一條線路的無(wú)線配置一致，即可實(shí)現(xiàn)1、2號(hào)線地面調(diào)度與列車司機(jī)間的無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)互相兼容。

2）1、2 號(hào)線與5、6號(hào)線之間相互借車。1、2號(hào)線采用的1.8GHz DVB-T與5、6號(hào)線采用的5.8GHz WLAN 802.11ac系統(tǒng)制式和無(wú)線頻段均不相同，無(wú)法直接互聯(lián)互通。如要實(shí)現(xiàn)1、2與5、6號(hào)線之間相互借車，則需要在1、2、5、6號(hào)線區(qū)間隧道或車輛內(nèi)，同時(shí)安裝1.8GHz DVB-T和5.8GHz WLAN 802.11ac 2種無(wú)線通信設(shè)備。而目前1、2號(hào)線均已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，如要對(duì)1、2號(hào)線進(jìn)行大規(guī)模改造，只能在停輪之后進(jìn)行，施工難度大，周期長(zhǎng)，且區(qū)間或車輛內(nèi)的設(shè)備安裝空間均十分緊張，需現(xiàn)場(chǎng)具體核實(shí)設(shè)備安裝空間及電源容量等條件，是否滿足新增無(wú)線通信設(shè)備的安裝要求，同時(shí)新增設(shè)備也增加了運(yùn)營(yíng)部門后期的維護(hù)工作量及運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

2.4 車輛、限界方案

福州地鐵1、2號(hào)線采用B2型車，其車輛類型、所支持的速度目標(biāo)、車輛限界、車輛受電方式、性能參數(shù)等均一致，且2條線路的土建限界方案一致，具備互相借車的條件。

而5、6號(hào)線除基本滿足上述條件外，只是列車編組不同。6號(hào)線初期采用4節(jié)編組，且站臺(tái)門初期按4節(jié)編組設(shè)計(jì)，因此，5號(hào)線6輛編組列車不能調(diào)度到6號(hào)線使用，但是6號(hào)線列車可借調(diào)到5號(hào)線使用。

要實(shí)現(xiàn)它們之間的相互借車，還需要修改車輛LCD動(dòng)態(tài)地圖，調(diào)整PIS、廣播等系統(tǒng)的接口軟件。

2.5 供電方案

1、2、5 、6號(hào)線的牽引供電方式、供電電壓、受電方式均一致，采用的是1500 V直流架空接觸網(wǎng)饋電形式，為不同線路互相借車提供條件。

2.6 站臺(tái)門方案

1、2號(hào)線站臺(tái)門的縱向組合總長(zhǎng)度、滑動(dòng)門數(shù)量、凈開(kāi)度等參數(shù)均一致，可滿足互相借車的需求。5、6號(hào)線站臺(tái)門的縱向組合總長(zhǎng)度不一致，但滑動(dòng)門凈開(kāi)度一致，若6號(hào)線車輛借調(diào)到5號(hào)線使用，需調(diào)整信號(hào)系統(tǒng)對(duì)站臺(tái)門的控制軟件，以實(shí)現(xiàn)5號(hào)線只對(duì)4節(jié)編組車長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門進(jìn)行控制。

3 結(jié)論

本文基于既有線網(wǎng)及既有線路建設(shè)時(shí)序等提出互聯(lián)互通概念，并給出相關(guān)的實(shí)施方案，一定程度上能夠提高車輛利用率，解決因線路車輛配置不均衡而引起不滿足客流需求的問(wèn)題。考慮聯(lián)絡(luò)線一般為單線設(shè)置，且部分聯(lián)絡(luò)線作業(yè)需要換端、折返等，耗時(shí)較長(zhǎng)，因此不推薦在正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下進(jìn)行列車轉(zhuǎn)線作業(yè)，建議根據(jù)線路需求或客流量編制調(diào)車作業(yè)計(jì)劃，提前一天在結(jié)束運(yùn)營(yíng)后，將列車轉(zhuǎn)至擬運(yùn)行線路上。