懸掛式單軌交通信號系統(tǒng)方案設計

郝瑞庭

中鐵通信信號勘測設計院有限公司 北京 100036

隨著我國城市化進程不斷加快，城市軌道交通逐漸向多元化發(fā)展,形成了以地鐵為主、多種軌道交通制式共同發(fā)展的新格局。懸掛式單軌交通作為我國新興的軌道交通制式，已在試驗線開展研究測試，部分商業(yè)線已開工建設，應用前景十分廣闊。

1 .懸掛式單軌交通的主要特點

依據《城市公共交通分類標準》（CJJ/T 114-2007），懸掛式單軌交通屬于城市軌道交通中的中運量單軌交通類型。主要特點如下：

（1）從投資建設角度：懸掛式單軌工程造價遠低于地鐵、輕軌交通制式，技術經濟指標約為1.8億/公里，有效減輕軌道交通建設的財政壓力；因大量采用預制鋼結構，其建設周期較地鐵大幅縮短，可控制在2年以內。

（2）從節(jié)能環(huán)保角度：懸掛式單軌采用膠輪，并運行于軌道梁內，車輛懸掛于軌道梁下方行駛（圖1），噪聲值遠低于地鐵等其他軌道交通制式。列車以外部電源或鋰電池能量包為動力，清潔環(huán)保。此外，其建造使用的鋼結構可回收并重復利用。

（3）從技術特性角度：懸掛式單軌采用高架敷設，占地面積小，充分利用現有城市道路資源進行建設，無需大面積征地拆遷。列車具有優(yōu)越的轉向和爬坡能力，列車運行無脫軌風險，安全性高。

（4）從城市景觀角度：懸掛式單軌列車遮擋少、視野開闊，可實現全方位觀景效果。能夠更好地融入當地城市文化，與城市景觀相協(xié)調，成為一處城市新景觀。

圖1 懸掛式單軌交通實例（中唐試驗線）

2 .國內標準及規(guī)范情況

懸掛式單軌交通在我國尚處于發(fā)展初期，相關標準及規(guī)范尚不完善。為規(guī)范懸掛式單軌建設，部分地方政府已出臺或正在編制相應的地方建設標準，如：四川省以中唐空鐵試驗線為依托，于2018年8月發(fā)布了《懸掛式單軌交通設計標準》（DBJ51/T099-2018）；河南省以開封試驗線為依托，于2019年4月發(fā)布了《懸掛式單軌交通技術標準》（DBJ41/T217-2019）；湖北省懸掛式單軌交通的地方標準也正在編制中。住房和城鄉(xiāng)建設部于2020年4月發(fā)布了《懸掛式單軌交通技術標準（征求意見稿）》，公開向社會征求意見，該技術標準將成為我國第一個懸掛式單軌交通國家級行業(yè)標準。

3 .信號系統(tǒng)方案設計原則

信號系統(tǒng)是保證列車運行安全、提升運行效率和自動化水平的重要系統(tǒng)。懸掛式單軌信號系統(tǒng)不能完全照搬既有成熟應用的地鐵信號方案，其方案設計應針對自身制式特點，進行合理優(yōu)化配置，確保其安全性、適用性及經濟性。信號系統(tǒng)方案設計除應遵守通用設計原則外，還應重點考慮以下設計原則：

（1）信號系統(tǒng)應在傳統(tǒng)CBTC方案基礎上進行適當簡化，在確保安全前提下，系統(tǒng)配置應進一步優(yōu)化整合，以達到降低造價的目的，形成適合懸掛式單軌交通的新型信號系統(tǒng)方案。

（2）軌旁信號設備布置類型和數量應予減少，且應盡量小型化和輕型化，便于安裝和維護，以適應懸掛式單軌軌道梁的結構特點；車載信號設備應采用模塊化分布式安裝方案，合理利用車輛內裝空間，簡化接口電路設計，減少控制電纜和繼電器消耗，以適應懸掛式單軌車輛結構特點。

（3）信號系統(tǒng)與車輛機械接口、電氣接口和網絡接口宜進行深度融合，通過網絡整合實現車輛各子系統(tǒng)的控制與管理；信號與車輛可共用司機顯示屏，進行一體化融合設計。

（4）在公共視野安裝的信號設備應與周邊景觀相協(xié)調，在車體內安裝的車載設備應與車輛內裝設計相協(xié)調。

（5）信號系統(tǒng)自動化等級選擇應綜合考慮懸掛式單軌線路的客流強度、運營規(guī)模以及人力資源配置等特點，宜選用全自動運行系統(tǒng)，提高系統(tǒng)安全性及自動化水平。

（6）信號系統(tǒng)應能與懸掛式單軌交通特有設置的風速監(jiān)測系統(tǒng)接口，對風速等級進行實時監(jiān)測，并應采取告警、限制列車運行速度或緊急制動停車等安全防護措施。

4 .信號系統(tǒng)方案及設計要點

4.1 信號系統(tǒng)推薦方案

信號系統(tǒng)推薦采用移動閉塞制式，選用具有成熟應用經驗的基于通信的列車運行控制系統(tǒng)（CBTC）。針對懸掛式單軌采用膠輪走行、車體懸掛擺動、車站簡潔占地小等特點，依據信號系統(tǒng)方案設計原則，在確保行車安全的前提下，需對應用于傳統(tǒng)軌道交通系統(tǒng)的CBTC信號系統(tǒng)進行方案優(yōu)化整合，調整子系統(tǒng)配置，設計形成適合懸掛式單軌系統(tǒng)的全冗余新型CBTC系統(tǒng)。圖2為一種推薦的典型信號系統(tǒng)結構示意圖，其中車地無線通信采用綜合承載，由其他專業(yè)搭建。

圖2 懸掛式單軌交通典型信號系統(tǒng)結構示意圖

4.2 系統(tǒng)設計要點

（1）優(yōu)化系統(tǒng)運營控制方式

傳統(tǒng)地鐵CBTC系統(tǒng)通常為三級運營控制方式，即：基于連續(xù)式通信的CBTC控制方式、基于點式ATP/ATO的控制方式和聯(lián)鎖級控制方式。這種三級控制方式的設計方案有效提高了系統(tǒng)整體可用性，但也增加了系統(tǒng)的復雜度以及信號系統(tǒng)整體投資。對于懸掛式單軌，其不屬于城市干線，對信號系統(tǒng)可用性要求低于地鐵；同時，CBTC系統(tǒng)技術已完全成熟，系統(tǒng)冗余度及可靠性得到了有效保障，故障率進一步降低。因此，懸掛式單軌信號系統(tǒng)可完全摒棄基于點式ATP/ATO和聯(lián)鎖級降級運營控制方式，僅保留連續(xù)式通信的CBTC正常運營控制方式，使得系統(tǒng)復雜度和投資進一步降低，運營使用及維護更加便利。

（2）簡化室內及軌旁設備配置

為節(jié)省設備安裝空間，提高系統(tǒng)集成化程度，室內計算機聯(lián)鎖（CI）與區(qū)域控制器（ZC）設備合并設置，將聯(lián)鎖系統(tǒng)中的邏輯運算功能移植至ZC中實現，僅設置目標控制器（OC）完成室外設備的控制及狀態(tài)采集功能。因懸掛式單軌箱梁內部空間十分有限，無計軸設備安裝空間，同時，在取消點式及聯(lián)鎖級系統(tǒng)降級控制方式后，用于列車次級占用檢測的計軸設備已無設置必要性，可同時取消。取消用于點式模式下的軌旁有源應答器，簡化軌旁信號機布置，僅在道岔區(qū)域布置信號機，用于指示道岔開向。列車在CBTC模式下的定位功能由“固定應答器+速度傳感器”方式實現。

（3）車載網絡一體化設計

車載網絡一體化即將傳統(tǒng)的車載信號系統(tǒng)網絡與車輛列車控制與管理網絡、牽引系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、門控系統(tǒng)、旅客信息系統(tǒng)等進行融合，全車采用一套骨干網實現各子系統(tǒng)的控制與管理。同時，信號與車輛人機界面進行深度融合，向用戶提供簡單、易操作的人機交互界面。一體化設計優(yōu)化了車載網絡布局及各子系統(tǒng)間接口，降低了系統(tǒng)復雜度、提高了系統(tǒng)實時性及可靠性。車載設備安裝空間進一步壓縮，節(jié)約了投資，更適用于懸掛式單軌交通制式。

（4）信號系統(tǒng)駕駛模式配置

全自動運行信號系統(tǒng)駕駛模式有：全自動運行模式（FAM）、蠕動模式（CAM）、列車自動駕駛模式（ATO）、列車自動防護模式（CM）、限制人工駕駛模式（RM）、非限制人工駕駛模式（EUM）。懸掛式單軌交通運營應減少人力資源配置，提高系統(tǒng)RAMS水平，使其具有更低的運維成本。因此，宜選用自動化等級較高的全自動運行信號系統(tǒng)?？紤]懸掛式單軌應急疏散救援方面的處理難度，推薦選用有人值守的全自動運行，即DTO模式，由值守人員介入故障和應急情況下的列車運行。

5 .結束語

懸掛式單軌交通作為我國近年來新興的軌道交通制式，設計標準及規(guī)范尚不完善，在進行信號系統(tǒng)方案設計時應能充分把握該制式的技術特點。在實際工程中，信號系統(tǒng)設計應以安全、可靠為前提，提升系統(tǒng)自動化水平、降低系統(tǒng)復雜度及投資，形成符合工程需要的列車運行控制系統(tǒng)，助力懸掛式單軌交通在我國獲得更為廣闊的應用前景。