提升長(zhǎng)沙地鐵2號(hào)線出入段能力研究

雷黎明，朱亨國(guó)，任 穎，楊曉榮

（湖南中車時(shí)代通信信號(hào)有限公司，長(zhǎng)沙 410005）

長(zhǎng)沙地鐵2號(hào)線一期工程信號(hào)系統(tǒng)采用基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CBTC）方案，該系統(tǒng)主要由列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）、列車自動(dòng)防護(hù)（ATP）、列車自動(dòng)運(yùn)行 (ATO)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CI）以及數(shù)據(jù)通信 (DCS)等子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)均采用模塊化設(shè)計(jì)，車-地采用2.4 GHz頻段無(wú)線通信，軌旁設(shè)置固定應(yīng)答器+點(diǎn)式環(huán)線，可以提供包括連續(xù)式通信（CTC）控制級(jí)下的ATO/ATP（AM/CM）、點(diǎn)式（ITC）通信控制級(jí)下ATP（IATP）、ATP限速人工駕駛（RM）以及聯(lián)鎖控制級(jí)（ILC）下的人工駕駛（EUM）等常用列車駕駛模式。正線采用計(jì)軸設(shè)備用來(lái)輔助列車位置檢測(cè)，車輛段采用軌道電路及國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備，由于正線與車輛段的列車運(yùn)行方式不同，列車在進(jìn)出車輛段時(shí)需進(jìn)行駕駛模式轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)在靠近車輛段出入段線上設(shè)置轉(zhuǎn)換軌，以實(shí)現(xiàn)列車出入段時(shí)駕駛模式的轉(zhuǎn)換和相關(guān)功能。

本文在描述當(dāng)前2號(hào)線出入段系統(tǒng)接口的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，詳細(xì)分析列車出入段用時(shí)較長(zhǎng)的原因，并以此提出一種改進(jìn)所有模式列車出入段效率的方案。

1 接口概述

長(zhǎng)沙地鐵2號(hào)線一期工程信號(hào)系統(tǒng)在光達(dá)站與黃興車輛段出入段線軌旁區(qū)域布置的設(shè)備如圖1所示。

圖1 光達(dá)站與黃興車輛段出入段線信號(hào)系統(tǒng)軌旁設(shè)備布置Fig.1 Signaling system trackside element layout of Guangda station and entering or exiting depot line of Huangxing depot

其中，聯(lián)鎖邊界處的信號(hào)機(jī)X3357/X3358由正線聯(lián)鎖控制，Sc/Sr由車輛段聯(lián)鎖控制。

列車入段時(shí)需要正線聯(lián)鎖開(kāi)放S3353/S3354信號(hào)機(jī)，允許列車進(jìn)入S3353/S3354至Sc/Sr的進(jìn)路。

辦理從光達(dá)站到車輛段的進(jìn)路（S3353-Sc/S3354-Sr）要求如下：光達(dá)聯(lián)鎖必須檢查車輛段是否未辦理以X3357/X3358為終端的進(jìn)路；光達(dá)聯(lián)鎖必須檢查車輛段是否已辦理以Sc/Sr為始端的進(jìn)路，該要求可以防止敵對(duì)進(jìn)路的建立。

開(kāi)放光達(dá)信號(hào)機(jī)（S3353/S3354）的要求如下：車輛段已設(shè)置從Sc/Sr進(jìn)入車輛段的進(jìn)路（進(jìn)路距離必須長(zhǎng)于150 m），該進(jìn)路可以作為正線進(jìn)入車輛段進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段，非CBTC裝備列車必須在保護(hù)區(qū)段建立的情況下才能進(jìn)入進(jìn)路；正線進(jìn)入車輛段的進(jìn)路信號(hào)開(kāi)放條件為Sc/Sr開(kāi)放。

該信號(hào)開(kāi)放針對(duì)所有運(yùn)行模式列車，如果任一條件不滿足，任何運(yùn)行模式的列車都不允許進(jìn)入進(jìn)路。

列車出段時(shí)需要車輛段開(kāi)放出庫(kù)信號(hào)機(jī)，列車以RM模式進(jìn)入正線。

車輛段出庫(kù)信號(hào)燈開(kāi)放要求：正線已經(jīng)辦理了以X3357/X3358為始端的進(jìn)路；X3357/X3358信號(hào)開(kāi)放。

辦理從車輛段到光達(dá)的進(jìn)路（以X3357/X3358為終端的列車進(jìn)路）要求：車輛段聯(lián)鎖須檢查正線是否未辦理以Sc/Sr為終端的進(jìn)路；車輛段聯(lián)鎖須檢查正線是否已辦理以X3357/X3358為始端的進(jìn)路。

2 現(xiàn)行方案

一期工程正線與車輛段出入段線區(qū)域的軌旁設(shè)備布置如圖2所示。

圖2 光達(dá)轉(zhuǎn)換軌區(qū)段軌旁設(shè)備布置Fig.2 Trackside element layout of transfer track section of Guangda station

由于系統(tǒng)安全設(shè)置限制，使得列車當(dāng)前在出入段時(shí)用時(shí)較長(zhǎng)，隨著行車密度的增加，列車進(jìn)出車輛段的運(yùn)行效率必將受到一定影響。

2.1 列車入段

安全需求強(qiáng)制光達(dá)站和車輛段聯(lián)鎖邊界處必須存在兩條進(jìn)路（一條在光達(dá)，另一條在車輛段），列車才能進(jìn)入車輛段。車輛段的進(jìn)路被認(rèn)為是光達(dá)進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段（至少約150 m）。而當(dāng)前設(shè)置的這兩條進(jìn)路的距離太長(zhǎng)（光達(dá)大約500 m，車輛段大約700 m），且受線路限速要求，列車只能以最高35 km/h的速度行駛，因此花費(fèi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

列車要進(jìn)入車輛段時(shí)，需要在T3353/T3354區(qū)段等待上述兩條進(jìn)路的辦理。這會(huì)影響到光達(dá)正線站后折返操作。

如果CBTC列車要跟隨前一列CBTC列車進(jìn)入車輛段，必須等待S3353/S3354信號(hào)開(kāi)放，而這兩架信號(hào)機(jī)的開(kāi)放又依賴于Sc/Sr的開(kāi)放。這意味著只有前一列車解鎖車輛段進(jìn)路后，才能為后續(xù)列車進(jìn)入車輛段提供條件。而這會(huì)導(dǎo)致前后兩列列車進(jìn)入車輛段時(shí)間間隔偏高。

此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)還要求列車停在轉(zhuǎn)換區(qū)域T3357/T3358切換為RM模式后才能繼續(xù)向車輛段運(yùn)行。

2.2 列車出段

安全需求強(qiáng)制必須存在兩條進(jìn)路（一條在車輛段，另一條在光達(dá)），列車才能進(jìn)入正線。光達(dá)進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段（進(jìn)路X3357/X3358至X3355/X3356的保護(hù)區(qū)段為T3355/T3356）會(huì)影響到正線正常站后折返操作，即光達(dá)從上行站臺(tái)折返到下行站臺(tái)的站后折返進(jìn)路與出段進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段（T3355/T3356）沖突。

3 改進(jìn)方案

在滿足上述所有系統(tǒng)要求的安全需求前提下，以下提出的方案是基于添加或更改一些軌旁設(shè)備，以及修改聯(lián)鎖功能，分別縮短正線和車輛段內(nèi)不同運(yùn)行模式列車的運(yùn)行間隔以達(dá)到提升出入段能力的目的。

3.1 變更

正線改進(jìn)列車入段能力變更項(xiàng)如表1所示。

表1 正線改進(jìn)列車入段能力變更項(xiàng)Tab.1 Change items of main line for improving capacity of train entering or exiting the depot

變更后光達(dá)站后出入段線軌旁設(shè)備布置如圖3所示。

圖3 變更后光達(dá)站后出入段線軌旁設(shè)備布置示意Fig.3 Trackside element layout of entering or exiting depot line of Guangda station after change

其中，“X”和“Y”可通過(guò)公式（1）計(jì)算制動(dòng)距離S：

最終X取值139 m，Y取值200 m。

車輛段改進(jìn)列車入段能力變更項(xiàng)如表2所示。

表2 車輛段改進(jìn)列車入段能力變更項(xiàng)Tab.2 Change items of depot for improving capacity of train entering and exiting the depot

變更前車輛段室外軌旁設(shè)備布置如圖4所示。

圖4 變更前車輛段室外軌旁設(shè)備布置示意Fig.4 Trackside equipment layout of depot before change

變更后車輛段室外軌旁設(shè)備布置如圖5所示。

圖5 變更后車輛段室外軌旁設(shè)備布置示意Fig.5 Trackside equipment layout of depot after change

3.2 改善

進(jìn)路距離減小至300 m左右（光達(dá)的150 m加上車輛段的大約150 m），這將提高列車在轉(zhuǎn)換區(qū)域的入段效率。

新的轉(zhuǎn)換區(qū)域在T3353/T3354或T3355B/T3356B或T3357/T3358。列車可以任意區(qū)段轉(zhuǎn)換到RM模式進(jìn)入車輛段。

另外需要添加新的功能允許CBTC列車進(jìn)入S3355/S3356而無(wú)需Sc/Sr信號(hào)機(jī)開(kāi)放通過(guò)信號(hào)（但仍然需要辦理以Sr/Sc為終端的進(jìn)路）。這樣當(dāng)一輛列車越過(guò)SrWG區(qū)段后，后一輛CBTC列車即可進(jìn)入S3355/S3356。

列車可以停在T3355B/T3356B等待車輛段進(jìn)路辦理，而不影響光達(dá)站后折返進(jìn)路的辦理。

出車輛段時(shí)，由于T3355/T3356區(qū)段劃分為兩個(gè)小區(qū)段，這樣出段進(jìn)路和站后折返進(jìn)路互不影響。

在不考慮加速度和制動(dòng)曲線的情況下，也不考慮車載轉(zhuǎn)換模式的時(shí)間，該值用“t”表示。假設(shè)光達(dá)區(qū)域內(nèi)速度為35 km/h（信號(hào)機(jī)Sc/Sr前），車輛段區(qū)域內(nèi)速度假設(shè)25 km/h（從Sc/Sr開(kāi)始）。計(jì)算列車進(jìn)入車輛段的大概間隔時(shí)間如表3所示。

表3 兩種方案列車進(jìn)入車輛段的間隔時(shí)間對(duì)比Tab.3 Comparison of time interval of trains entering the depot in two schemes

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況驗(yàn)證，本文描述的改進(jìn)方案對(duì)所有模式列車的入段能力都有較大提升，運(yùn)行時(shí)間理論上可縮短約2 min。列車出車輛段的間隔時(shí)間和目前大體一樣，改進(jìn)方案的主要優(yōu)勢(shì)在于使得出段進(jìn)路和光達(dá)站后折返進(jìn)路隔離開(kāi)，互不影響，從而保障列車出段效率。

因而該種優(yōu)化方案可在類似工程項(xiàng)目初期需求設(shè)計(jì)階段參考應(yīng)用，以減少后期改造帶來(lái)不必要的實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)成本。