重慶主城區(qū)內(nèi)既有鐵路開行公交化列車信號系統(tǒng)方案研究

周志輝

（中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 400023）

1 概述

隨著國家經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，國內(nèi)鐵路運(yùn)營里程已經(jīng)突破14 萬km，早期建設(shè)的既有普速鐵路的運(yùn)能逐漸釋放分流，其主要的客運(yùn)由高速鐵路、城際鐵路等客運(yùn)專線承擔(dān)。隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及市區(qū)內(nèi)鐵路貨運(yùn)需求的減少，這些城區(qū)內(nèi)的普速鐵路釋放出來的運(yùn)能沒有得到充分、有效的應(yīng)用，開始面臨一種線位通道優(yōu)良和運(yùn)輸業(yè)務(wù)衰減的矛盾局面。為此，近年來各地方政府都在積極與國鐵集團(tuán)共同研究，利用該類既有鐵路的通道資源，針對各線及相關(guān)城市的特點(diǎn)，通過適當(dāng)?shù)母脑焯嵘?，開行公交化列車，來滿足當(dāng)?shù)厝罕姷娜粘３鲂行枨?，充分發(fā)掘運(yùn)輸潛能，提升城市發(fā)展?jié)摿?，例如上海金山支線、蕭甬鐵路寧波至余姚段等項(xiàng)目就是這樣類似的情況。

既有鐵路如何滿足公交化運(yùn)行，信號系統(tǒng)的配置是關(guān)鍵，以下就既有鐵路成渝線重慶至江津段實(shí)現(xiàn)公交化運(yùn)行，信號系統(tǒng)方案的選擇進(jìn)行研究。

2 運(yùn)營需求分析

根據(jù)《中國鐵路總公司、重慶市政府關(guān)于重慶市利用既有成渝鐵路開行公交化列車實(shí)施方案的批復(fù)》的要求，對鐵路線路進(jìn)行適度改造，開行公交化列車，為沿線行政區(qū)提供交通出行新通道。

既有鐵路成渝線重慶至江津段全長61 km，自市中心重慶站引出，沿江至江津站，既有線路為單線半自動閉塞制式，平均站間距7.3 km。通過增建二線、增設(shè)車站等方案，運(yùn)行公交化動車組列車，兼顧少量普速客車和貨車，改造后擬設(shè)車站16 座，平均站間距4.3 km，采用重慶市公交卡結(jié)算。

本段既有國鐵線路開行公交化列車主要有如下需求，對信號列車控制系統(tǒng)的選型有重要作用。

1）開行方式及行車密度

線路采用公交化運(yùn)營方式，站站停車配合中間站折返交路，行車間隔最小5 min。

2）最高旅客列車速度及運(yùn)行時(shí)分

最大限度利用沿江線位通道進(jìn)行改造，速度目標(biāo)值維持既有標(biāo)準(zhǔn)，改造后線路允許的最高旅客列車速度為80 km/h，從起點(diǎn)到終點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間為100 min 左右。

3）采用旅客站臺候車方式，設(shè)置站臺門

為滿足公交化運(yùn)營需求，旅客安檢后通過閘機(jī)檢票進(jìn)站，在站臺等候列車，為了確保旅客在站臺的安全，車站需設(shè)置站臺門，列車在規(guī)定位置停車后，信號系統(tǒng)應(yīng)滿足列車車門與站臺門聯(lián)動控制功能。

3 信號系統(tǒng)方案選擇與分析

運(yùn)營需求主要與信號系統(tǒng)中的行車調(diào)度指揮系統(tǒng)和列車運(yùn)行控制系統(tǒng)相關(guān)。這兩部分系統(tǒng)的不同方案組合，適應(yīng)不同的線路特點(diǎn)和運(yùn)營需求，既要滿足功能需求，也要充分考慮工程可行性和適用性。

3.1 行車調(diào)度

本線路歸中國鐵路成都局集團(tuán)有限公司管轄，因此，行車調(diào)度指揮系統(tǒng)原則上應(yīng)采用國鐵制式，目前，國鐵制式下的行車調(diào)度主要有列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS）和調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）兩種，可根據(jù)線路的需要選擇。

方案一：列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS）

既有成渝線采用TDCS，該系統(tǒng)應(yīng)用廣泛、成熟，從工程經(jīng)濟(jì)的角度，沿用既有的TDCS，信號工程造價(jià)較低。但考慮本線主要需求為開行公交化列車，行車密度高、站間距離短，當(dāng)采用TDCS時(shí)，需要車站值班員不斷辦理列車進(jìn)路，會大大增加值班人員數(shù)量及值班人員的勞動強(qiáng)度，對行車效率有一定影響，同時(shí)與減員增效理念不符。

方案二：調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）

CTC 具備集中管理、分散自律的特點(diǎn)，能按照列車運(yùn)行圖自動生成列車進(jìn)路，不需要車站值班員辦理列車進(jìn)路，較TDCS 更加適合公交化列車的高密度開行需求，且有利于維護(hù)管理，但工程造價(jià)相對較高，投資也相對較高，CTC 車站設(shè)備較TDCS增加約50 萬元/站。尤其CTC 具備中心站集中控制功能，通過選擇中心站配置服務(wù)器和集控臺設(shè)備，較常規(guī)模式可進(jìn)一步減員增效。此外，若計(jì)劃配備ATO 子系統(tǒng)，可在現(xiàn)有CTC 架構(gòu)的基礎(chǔ)上，升級改造為智能CTC，更好地實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行計(jì)劃的智能調(diào)整，為調(diào)度和運(yùn)營人員提供更加高效的技術(shù)手段。

綜上所述，從運(yùn)營效率、效益以及遠(yuǎn)期擴(kuò)展性方面考慮，結(jié)合“智能鐵路”的發(fā)展需求，本線行車調(diào)度推薦采用方案二，即CTC 方案。

3.2 列車運(yùn)行控制

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是信號系統(tǒng)重要的組成部分，該系統(tǒng)方案的選擇是決定信號系統(tǒng)制式的關(guān)鍵，根據(jù)本線的實(shí)際需求，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)對3 個(gè)方案進(jìn)行研究比選。

方案一：基于無線通信的移動閉塞系統(tǒng)（CBTC）

從功能需求上看，鐵路公交化運(yùn)輸更接近于城市軌道交通，需要更高的行車密度和更小的追蹤時(shí)間。而城市軌道交通目前主流的列控系統(tǒng)制式為基于無線通信的移動閉塞系統(tǒng)（CBTC），該系統(tǒng)能夠達(dá)到90 s 的追蹤時(shí)間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于固定閉塞的國鐵系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)公交化運(yùn)行比較理想的信號控制系統(tǒng)。成渝鐵路改造后最大追蹤時(shí)間的需求約為5 min，如果采用CBTC，追蹤時(shí)間會富裕很多，而且CBTC 系統(tǒng)造價(jià)較國鐵信號系統(tǒng)高許多，每公里投資約1 200 萬，本線如果采用國鐵信號系統(tǒng)的CTCS-2+ATO 的投資約為300 萬/公里。另外，CBTC 系統(tǒng)目前尚不能與國鐵信號系統(tǒng)兼容，難于實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

方案二：CTCS-0+ATO

當(dāng)前，對于設(shè)計(jì)速度160 km/h 及以下的普速鐵路，國鐵一般都采用CTCS-0 級列控系統(tǒng)，即主體化機(jī)車信號+列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置（LKJ）。當(dāng)僅運(yùn)行動車組時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)速度、行車追蹤間隔、站間距、停車精度等要求，也可采用CTCS-2 級。

CTCS-0 級列控系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，具有工程應(yīng)用案例豐富、方案成熟、工程造價(jià)低（LKJ 設(shè)備價(jià)格不超過50 萬）等優(yōu)點(diǎn)。CTCS-0 級列控系統(tǒng)可最大限度地兼容本線動車組列車、普速客車、貨車混跑的運(yùn)輸需求，根據(jù)行車檢算，本線采用CTCS-0 能夠滿足。缺點(diǎn)是，線路數(shù)據(jù)采用車上存儲方式，在交路改變時(shí)需要更換車載線路數(shù)據(jù)，對于國鐵系統(tǒng)的大交路運(yùn)行方式有一定的不足，同時(shí)，目前還沒有與ATO 子系統(tǒng)相結(jié)合的先例，如要只滿足列車車門和站臺門聯(lián)動，可以將目前已經(jīng)成熟應(yīng)用的C2+ATO 系統(tǒng)的列車門與站臺聯(lián)動的技術(shù)直接移植，只需要進(jìn)行部分開發(fā)研究及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，可以大大縮短應(yīng)用時(shí)間。

另外，由于CTCS-0 級列控系統(tǒng)沒有后備模式，一旦LKJ 發(fā)生故障，列車將全面退出設(shè)備系統(tǒng)的安全保障，只能靠人工駕駛保證列車安全。當(dāng)然，目前國鐵CTCS-0 通過多年的應(yīng)用實(shí)踐，已經(jīng)積累了完善的應(yīng)急管理措施，完全能夠滿足現(xiàn)場緊急狀態(tài)的處理。因此，當(dāng)ATO 不需要完成自動運(yùn)行、列車精準(zhǔn)停車等其他功能的情況下，僅僅完成列車門和站臺門的聯(lián)動功能，采用CTCS-0+ATO 也是一個(gè)不錯(cuò)的選項(xiàng)。

方案三：CTCS-2+ATO

按照國鐵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，城際鐵路及速度250 km/h以上的線路采用CTCS-2 級列控系統(tǒng)，該系統(tǒng)成熟可靠，應(yīng)用廣泛，是目前我國鐵路的主流列控系統(tǒng)。CTCS-2 可實(shí)現(xiàn)一次制動模式的超速防護(hù)功能，大大提升了運(yùn)輸品質(zhì)，此外CTCS-2 級列控系統(tǒng)可適配ATO 子系統(tǒng)，滿足運(yùn)營上對ATO 功能的需求。CTCS-2+ATO 列控系統(tǒng)可有效提高列車運(yùn)行效率、降低牽引能耗、減輕司機(jī)勞動強(qiáng)度、改善旅客乘車體驗(yàn)，提高列車運(yùn)行的智能化水平。該系統(tǒng)的最小列車追蹤時(shí)間可以達(dá)到3 min，完全能夠滿足本線需求。

目前，國鐵ATO 有城際鐵路（CTCS-2+ATO）和高速鐵路(CTCS-3+ATO)兩種系統(tǒng)方案，均在CTCS-2 級列控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增設(shè)車載ATO 設(shè)備實(shí)現(xiàn)列車自動駕駛，地面設(shè)置專用的精確定位應(yīng)答器（JD）實(shí)現(xiàn)列車精準(zhǔn)定位停車。

城際鐵路CTCS-2+ATO 列控系統(tǒng)增設(shè)通信控制服務(wù)器（CCS）實(shí)現(xiàn)車地通信，由聯(lián)鎖設(shè)備采集站臺門鎖閉條件，在未滿足條件時(shí)關(guān)閉信號來保證站臺門的安全防護(hù)；高速鐵路ATO 系統(tǒng)（CTCS-3+ATO）通過自有的無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)車地通信，由列控中心（TCC）采集站臺門鎖閉條件，通過軌道電路發(fā)送停車碼實(shí)現(xiàn)對站臺門的安全防護(hù)。城際鐵路CTCS-2+ATO 方案已在珠三角城際鐵路中有應(yīng)用，高速鐵路ATO 系統(tǒng)（CTCS-3+ATO）已在京張高鐵中應(yīng)用。由于既有成渝鐵路的改造工程是基于普速鐵路基礎(chǔ)上，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為速度160 km/h 以下的客貨共線鐵路，沒有高速鐵路相應(yīng)的無線通信系統(tǒng)，因此，為降低造價(jià)，建議本線ATO 配置應(yīng)該參照城際鐵路標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，即CTCS-2+ATO。

需要提出的，城際鐵路ATO 和高速鐵路ATO系統(tǒng)技術(shù)方案的適用范圍均為客運(yùn)專線或高速鐵路，如果在本線改造工程中應(yīng)用，還需要解決與普速鐵路相關(guān)的部分建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)不一致的問題。CTCS-2+ATO 系統(tǒng)總體工程造價(jià)較CTCS-0+ATO高，經(jīng)初步測算，成渝線改造工程增加約130 萬/公里。

4 研究結(jié)論

經(jīng)過研究，采用國鐵制式CTCS 系列均能滿足成渝線開行公交化列車的需求，CTCS-0+ATO 列控方案更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用，性價(jià)比較高，CTCS-2+ATO 列控方案更為智能高效，可用性更好。無論采用國鐵系統(tǒng)哪種方案，與相同線位條件下的城市軌道交通相比較，改造既有鐵路的工程造價(jià)和運(yùn)營維護(hù)成本均有較大優(yōu)勢，同時(shí)能與國鐵路網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

綜上所述，結(jié)合既有成渝線的實(shí)際情況，推薦本線信號系統(tǒng)采用智能列車調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）和CTCS-2+ATO 列控系統(tǒng)相結(jié)合方案，能很好地滿足開行公交化列車的各項(xiàng)技術(shù)要求。如果為了減少建設(shè)投資，降低維護(hù)成本，也可以采用CTCS-0+ATO 與CTC 結(jié)合的方案，該方案在不降低目前既有成渝鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，滿足公交化運(yùn)營站臺候車的需求，實(shí)現(xiàn)車門和站臺門的聯(lián)動。