城市軌道交通CBTC線路和市域鐵路CTCS線路的接軌站設(shè)計(jì)方案研究*

齊亞娜

(中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司， 300308， 天津∥正高級(jí)工程師)

隨著城際鐵路、市域(郊)鐵路引入城市中心，鐵路線與城市軌道交通線同站臺(tái)換乘或共用車站配線的設(shè)計(jì)方案越來越多，采用不同制式信號(hào)系統(tǒng)的兩條軌道交通線在接軌站實(shí)現(xiàn)過軌運(yùn)營(yíng)的需求逐年增加。本文以目前城市軌道交通線路大多采用的CBTC(基于通信的列車控制)系統(tǒng)與國(guó)家鐵路采用的CTCS(中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng))在接軌站實(shí)現(xiàn)過軌運(yùn)營(yíng)為研究對(duì)象，分析此類接軌站的信號(hào)系統(tǒng)與車站平面布置在設(shè)計(jì)過程中需要考慮的問題及其解決方案，并對(duì)設(shè)計(jì)方案提出優(yōu)化建議。

1 研究背景

假定兩條軌道交通線路(A線、B線)均采用交流25 kV供電、左側(cè)行車，兩線在接軌站(P站)有過軌運(yùn)營(yíng)需求，即P站是A線、B線的接軌站。其中：A線為城市軌道交通線路，采用CBTC信號(hào)系統(tǒng)，設(shè)有ZC(區(qū)域控制器)、CBI(計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖)、 ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控)分機(jī)、MSS(維護(hù)支持子系統(tǒng))等設(shè)備，采用計(jì)軸器、VOBC(車載控制器)等設(shè)備檢查軌道的占用狀態(tài)；B線為城際鐵路，采用CTCS-2(中國(guó)列車控制系統(tǒng)2級(jí))+ATO(列車自動(dòng)運(yùn)行)信號(hào)系統(tǒng)，設(shè)有車站TCC(列車控制中心)、CTC(調(diào)度集中)分機(jī)、CBI、CSM(信號(hào)集中監(jiān)測(cè))分機(jī)等，采用ZPW-2000軌道電路設(shè)備檢查軌道的占用狀態(tài)。

基于上述設(shè)備設(shè)置情況，為對(duì)接軌站的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究，本文設(shè)定了以下條件：①A線、B線同屬一個(gè)行車調(diào)度臺(tái)，均納入A線運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心統(tǒng)一的行車指揮，并共用A線車輛段；②A線、B線均采用CRH6動(dòng)車組，列車最高運(yùn)行速度為160 km/h，車輛長(zhǎng)度為201.4 m；③車站道岔均采用12號(hào)道岔；④故障列車停車線(以下簡(jiǎn)稱“停車線”)上列車運(yùn)行的設(shè)計(jì)速度為45 km/h；⑤參照相關(guān)規(guī)定對(duì)CTCS和CBTC兩種信號(hào)制式下列車控制系統(tǒng)的安全防護(hù)距離進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置，車站內(nèi)線路上取60 m[1]，貫通式停車線上也取60 m[2]。

2 接軌站平面設(shè)計(jì)方案

2.1 接軌站配線型式

如圖1所示，P站是A線、B線的接軌站，車輛段只與A線銜接(相隔2座車站)，B線需經(jīng)P站轉(zhuǎn)至A線后再進(jìn)入車輛段。B線在運(yùn)營(yíng)開通初期需利用A線的車輛段進(jìn)行存車及日常檢修，且與A線間過軌運(yùn)營(yíng)，需要在接軌站設(shè)置停車線，以滿足故障列車臨時(shí)存放需求。按先進(jìn)站再過軌的原則，在列車運(yùn)行方向出站端設(shè)置交叉渡線，以滿足兩線列車在P站按1∶1的比例開行。

圖1 兩種不同信號(hào)制式軌道交通線路接軌站的配線示意圖

接軌站的配線設(shè)計(jì)需兼顧信號(hào)系統(tǒng)對(duì)列車控制(以下簡(jiǎn)稱“列控”)的安全防護(hù)要求。若線路運(yùn)輸能力和列車折返效率要求不高，B線僅在非運(yùn)營(yíng)時(shí)段使用A線車輛段且兩線不需過軌運(yùn)營(yíng)，則可不考慮ATP(列車自動(dòng)防護(hù))對(duì)列控的需求。這種情況下，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)土地征地或拆遷的難易程度對(duì)圖1的配線設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，將交叉渡線改為單渡線。在因外部環(huán)境所限不能滿足列控所需的土建工程條件時(shí)，可研究將渡線道岔均設(shè)于場(chǎng)段方向同一側(cè)咽喉區(qū)，或?qū)蓚?cè)站臺(tái)不對(duì)稱布置，這樣可節(jié)約接軌站的土建規(guī)模和工程造價(jià)，但列車運(yùn)行效率會(huì)受到較大影響、乘客服務(wù)水平也會(huì)有所下降。

2.2 接軌站停車線長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

圖2為接軌站的信號(hào)平面布置圖，圖中的ⅢG、ⅣG、5G為B線的出入場(chǎng)線，ⅠG、ⅡG為A線的停車股道。ⅢG、ⅣG、5G的停車長(zhǎng)度應(yīng)滿足交路上不同類型列車的安全控車需求，并應(yīng)遵循CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)對(duì)安全防護(hù)距離、軌道電路響應(yīng)時(shí)間、車載ATP響應(yīng)時(shí)間、列車長(zhǎng)度、警沖標(biāo)至信號(hào)機(jī)距離等參數(shù)的要求?？紤]到城市軌道交通線路和市域鐵路的接軌站大多為地下站，為節(jié)約車站的建筑面積、降低工程造價(jià)，合理優(yōu)化停車線長(zhǎng)度很有必要。

圖2 接軌站信號(hào)系統(tǒng)平面布置示意圖

由圖2可看出，影響車站建筑面積的因素主要為5G及ⅢG的長(zhǎng)度。5G作為故障列車停車線，其運(yùn)營(yíng)需求對(duì)接軌站長(zhǎng)度的影響很大。若5G在運(yùn)營(yíng)初期兼作存車線，為滿足該股道列車能夠正常接車并按完全監(jiān)控模式發(fā)車，則5G及ⅢG應(yīng)按規(guī)定的到發(fā)線長(zhǎng)度(400 m)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種情況本文不予以討論，僅探討通過制定管理辦法縮短5G長(zhǎng)度的優(yōu)化方案。

考慮到可能存在列車以ATP模式運(yùn)行至5G后停車的情況，為避免列控監(jiān)控曲線接近零速時(shí)對(duì)司機(jī)駕駛產(chǎn)生影響，列車的停車位置在ATP安全防護(hù)距離(60 m)的基礎(chǔ)上預(yù)留了5 m余量(即司機(jī)的駕駛余量)。由于5G不設(shè)站臺(tái)，列車停車時(shí)可充分利用與運(yùn)行方向反向的站內(nèi)安全防護(hù)距離，但仍需考慮在反方向上列車以完全監(jiān)控模式發(fā)車所需的應(yīng)答器組安裝距離(25 m)。為此，5G的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度(出站信號(hào)機(jī)S5、X5間的距離)L停車線為：

L停車線≥L列車+60 m+5 m+25 m

(1)

式中：

L列車——運(yùn)營(yíng)遠(yuǎn)期列車最大編組下的列車長(zhǎng)度,m。

若不需考慮5G接發(fā)列車的效率及列車發(fā)車時(shí)的完全監(jiān)控模式，則此時(shí)5G的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度有L停車線,1為：

L停車線,1≥L列車+60 m+5 m

(2)

式(2)情況下，在故障列車的ATP完好時(shí)，可用ATP模式控制列車運(yùn)行至5G并停車，此時(shí)只能以部分監(jiān)控模式或隔離模式發(fā)車。

5G的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度除了需要考慮安全防護(hù)距離外，為防止列車冒進(jìn)信號(hào)，避免與相鄰線路間的干擾，還要考慮該股道防護(hù)區(qū)段的設(shè)計(jì)要求[3]。防護(hù)區(qū)段的長(zhǎng)度不能低于站內(nèi)軌道電路的設(shè)計(jì)極限長(zhǎng)度。因圖2中各正線區(qū)段在正常情況下無(wú)折返作業(yè)，鄰線干擾的概率較低，為此，5G可參照城際鐵路的設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)正線股道進(jìn)行設(shè)計(jì)，不設(shè)置防護(hù)區(qū)段、按分割1處設(shè)計(jì)，通過設(shè)置有源應(yīng)答器組即可實(shí)現(xiàn)列車冒進(jìn)信號(hào)防護(hù)功能。

3 不同列控系統(tǒng)間制式轉(zhuǎn)換及軌旁設(shè)備配置

3.1 不同列控系統(tǒng)間制式轉(zhuǎn)換

如圖2所示，以B線列車由B線上行運(yùn)行至A線上行(至車輛段)方向的運(yùn)行路徑為例，該路徑需經(jīng)過1#、3#道岔反位，B線列車由S信號(hào)機(jī)上行以CTCS-2+ATO運(yùn)行至ⅣG停車，可在SⅣ的有源應(yīng)答器組處發(fā)送有條件轉(zhuǎn)為CBTC的預(yù)告信息，以激活CBTC車載ATP設(shè)備。B線列車在ⅣG發(fā)車并駛過SⅣ的有源應(yīng)答器組，經(jīng)道岔側(cè)向運(yùn)行至發(fā)車口(即A線上行線反向進(jìn)站信號(hào)機(jī)XAF)后，地面應(yīng)答器組向列車發(fā)送轉(zhuǎn)為CBTC車載控制列車時(shí)需執(zhí)行的報(bào)文，B線列車收到此報(bào)文后轉(zhuǎn)換為以CBTC車載ATP設(shè)備主用模式運(yùn)行，CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)車載ATP設(shè)備轉(zhuǎn)為備用。此時(shí)也可采用在股道停車后由司機(jī)通過手動(dòng)按鈕將列控車載設(shè)備轉(zhuǎn)為CBTC控車的方式。針對(duì)這兩種轉(zhuǎn)換方式配置地面設(shè)備時(shí)，均需考慮列控等級(jí)轉(zhuǎn)換不成功的情況，即按照原列控車載ATP控制列車在最大常用制動(dòng)停車情況配置所需的地面設(shè)備，同時(shí)相應(yīng)配置列控?cái)?shù)據(jù)覆蓋、無(wú)線通信場(chǎng)強(qiáng)覆蓋等所需地面設(shè)備。如圖2的B線上行方向折至A線上行的虛線區(qū)域(1-7DG)需設(shè)置軌道電路、地面應(yīng)答器等設(shè)備，且車站TCC需具備對(duì)該范圍軌道電路的發(fā)碼及方向控制,以及臨時(shí)限速的相關(guān)信號(hào)降級(jí)處理等功能。

與A線上行方向類似，A線下行方向接車至ⅠG停車，經(jīng)道岔側(cè)向發(fā)車至B線時(shí)，需對(duì)ⅠG以及由IG向B線發(fā)車進(jìn)路按線路最高設(shè)計(jì)速度最大常用制動(dòng)到0的范圍(圖中下行線虛線示意范圍)內(nèi)進(jìn)行CBTC系統(tǒng)的無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋等相關(guān)配套設(shè)備配置。

3.2 列車臨時(shí)限速的處理

CTCS采用專設(shè)的TSRS(臨時(shí)限速服務(wù)器)對(duì)列車臨時(shí)限速實(shí)行集中統(tǒng)一管理，一般所屬的調(diào)度臺(tái)對(duì)應(yīng)配置TSRS。CBTC系統(tǒng)中，各廠家臨時(shí)限速的處理標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)部接口并不統(tǒng)一，一般會(huì)設(shè)置專門的處理單元來處理列車的臨時(shí)限速，但也有部分廠家將該處理單元合并到ATS總機(jī)的系統(tǒng)功能中?？紤]到A線、B線在P站均隸屬于同一個(gè)調(diào)度臺(tái)，可按CTCS系列標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置1套TSRS，TSRS分別與A站的CTC及ATS分機(jī)接口。為了維持A線、B線在主運(yùn)營(yíng)方向上對(duì)列車臨時(shí)限速的處理模式不變，TSRS需修改軟件，增加與ATS系統(tǒng)的接口內(nèi)容、通信協(xié)議等，以實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)調(diào)度臺(tái)管轄范圍內(nèi)對(duì)列車臨時(shí)限速的集中統(tǒng)一管理。

3.3 CBI設(shè)備配置要求

在列控等級(jí)不同的兩條線路接軌站的CBI配置上，國(guó)家鐵路有全站設(shè)置1套CBI和按線別分場(chǎng)各設(shè)CBI兩種情況，選用配置方式時(shí)主要考慮設(shè)備接口情況、設(shè)備的維護(hù)管理要求、調(diào)度管轄范圍等因素。一般來說，分線設(shè)置CBI主要是為了使設(shè)備維護(hù)界面及調(diào)度管理界面更為清晰，但此方式需要獲知鄰場(chǎng)的照查條件、道岔位置及進(jìn)路信息及信號(hào)機(jī)開放信息等，在CTC區(qū)段若有需要鄰場(chǎng)人工同意動(dòng)岔的設(shè)置條件時(shí)，CTC分機(jī)目前還不能通過自動(dòng)觸發(fā)實(shí)現(xiàn)該同意動(dòng)岔的進(jìn)路自動(dòng)辦理功能。全站采用1套CBI可以避免辦理進(jìn)路時(shí)兩場(chǎng)間的相互制約，減少車務(wù)人員間的工作接口，對(duì)道岔的控制也由1套聯(lián)鎖設(shè)備完成，這既減少了檢查兩個(gè)車場(chǎng)間的照查條件，又可實(shí)現(xiàn)進(jìn)路的自動(dòng)觸發(fā)。下文以CBTC系統(tǒng)中CBI設(shè)備與相關(guān)子系統(tǒng)/設(shè)備的接口情況為例，說明CBI接口的復(fù)雜性。

3.3.1 CBTC線路CBI的主要接口

3.3.1.1 CBI與ZC、VOBC的接口

以某設(shè)備商的CBTC產(chǎn)品為例，其CBI與ZC間采用安全以太網(wǎng)接口，采用RSSP-I安全通信協(xié)議；CBI與VOBC間采用無(wú)線安全數(shù)據(jù)網(wǎng)接口，也采用RSSP-I安全通信協(xié)議。CBI與ZC、VOBC的接口信息主要包括：①CBI向ZC發(fā)送進(jìn)路相關(guān)信息，包括計(jì)軸區(qū)段狀態(tài)、信號(hào)機(jī)狀態(tài)顯示、邏輯區(qū)段狀態(tài)、道岔位置及狀態(tài)、站臺(tái)門狀態(tài)、緊急關(guān)閉按鈕狀態(tài)、自動(dòng)折返按鈕信息等；②CBI接收Z(yǔ)C發(fā)送的信息，主要包括列車接近信息、跨壓信息、列車停車穩(wěn)信息；③CBI向VOBC提供站臺(tái)門狀態(tài)及信號(hào)機(jī)狀態(tài)等信息，接收VOBC通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的保護(hù)區(qū)段允許解鎖信息及開/關(guān)門指令等。

3.3.1.2 CBI與ATS的接口

CBI與ATS間采用以太網(wǎng)接口，采用專用協(xié)議進(jìn)行通信。CBI向ATS發(fā)送站場(chǎng)設(shè)備表示信息(信號(hào)機(jī)狀態(tài)、道岔位置、區(qū)段占用/空閑信息、站臺(tái)門狀態(tài)等)，以及進(jìn)路信息及報(bào)警信息(緊急關(guān)閉狀態(tài)、停穩(wěn)信息、人員防護(hù)開關(guān)等)；ATS向CBI下發(fā)各種操作指令(進(jìn)路控制、道岔操作、信號(hào)機(jī)操作、扣車、折返、計(jì)軸復(fù)位、臨時(shí)限速、區(qū)段操作等)。

3.3.1.3 CBI與其他設(shè)備的接口

CBI還與IBP(綜合后備盤)、維護(hù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、站臺(tái)自動(dòng)折返按鈕、站臺(tái)門開門/關(guān)門/發(fā)車按鈕、人員防護(hù)開關(guān)、計(jì)軸、LEU(軌旁電子單元)等設(shè)備接口，并與相鄰站的CBI接口。

3.3.2 CTCS線路CBI的主要接口

CTCS線路中：CTC向CBI發(fā)送時(shí)間同步信息及控制指令；CBI向CTC發(fā)送信號(hào)設(shè)備狀態(tài)及設(shè)備報(bào)警等信息，CBI向TCC發(fā)送車站進(jìn)路、信號(hào)機(jī)狀態(tài)及改變接發(fā)車方向的請(qǐng)求等信息，TCC向CBI發(fā)送區(qū)間方向、允許發(fā)車命令、區(qū)間軌道區(qū)段狀態(tài)、區(qū)間通過信號(hào)機(jī)紅燈燈絲斷絲狀態(tài)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)信息接口狀態(tài)等信息。

3.4 ATS分機(jī)、CTC分機(jī)的設(shè)置要求

CTCS線路中，CTC與CBI、TCC、TSRS均存在接口。CBTC線路的車站ATS分機(jī)與ZC、VOBC及聯(lián)鎖系統(tǒng)接口。若CTC與ATS合設(shè)，考慮到鐵路CTC系統(tǒng)有統(tǒng)一的設(shè)備技術(shù)條件及接口標(biāo)準(zhǔn)，可在CTC分機(jī)的基礎(chǔ)上增加CBTC線路特有的功能(如扣車/取消扣車、折返、緊急關(guān)閉等)，并增加CTC分機(jī)與CBTC各子系統(tǒng)的接口。

4 結(jié)語(yǔ)

采用CTCS-2+ATO的市域線路與采用CBTC系統(tǒng)的城市軌道交通線路間若要實(shí)現(xiàn)過軌運(yùn)營(yíng)，其接軌站的設(shè)計(jì)方案很復(fù)雜。兩種信號(hào)系統(tǒng)在列控?cái)?shù)據(jù)、線路數(shù)據(jù)獲取方式等方面存在較大差異，各信號(hào)子系統(tǒng)間接口復(fù)雜，部分CBTC子系統(tǒng)設(shè)備與外部設(shè)備的接口協(xié)議尚未開放。因此，在對(duì)接軌站進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，每個(gè)信號(hào)子系統(tǒng)均需從系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)軟硬件、與其他子系統(tǒng)/外部設(shè)備間的接口協(xié)議內(nèi)容、檢查條件、接口界面等方面進(jìn)行深入、細(xì)致的研究。本文僅就接軌站的停車線長(zhǎng)度、CBI設(shè)備配置、CTC/ATS分機(jī)設(shè)備、列控制式轉(zhuǎn)換時(shí)地面設(shè)備配置及部分子系統(tǒng)間的接口等內(nèi)容進(jìn)行了初步探討，還有許多應(yīng)納入接軌站設(shè)計(jì)范疇的細(xì)節(jié)尚未涉及，如車站地面信號(hào)機(jī)機(jī)構(gòu)類型及顯示、地面定位應(yīng)答器的設(shè)置、相關(guān)行車管理辦法的制定、設(shè)備維護(hù)管理界面的劃分、相鄰調(diào)度臺(tái)的信息共享及與相關(guān)專業(yè)的資源共享等。