城市軌道交通非自動化車輛段改造方案

韓 潔

（北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100068）

城市軌道交通車輛段或停車場是用于存放地鐵運(yùn)營列車的主要場所。在運(yùn)營期間早、晚2 個高峰時段，短時間內(nèi)需要完成大量的列車出段、回段作業(yè)。當(dāng)車輛段為非自動化車輛段時，由人工駕駛列車在RM 模式下由列檢庫庫線運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌或由轉(zhuǎn)換軌運(yùn)行至列檢庫庫線完成出段或回段作業(yè)，在此期間，由人工來保證運(yùn)行過程中的安全。對于這種調(diào)度員、司機(jī)短時間內(nèi)高強(qiáng)度的工作，對人員素質(zhì)要求較高且易出現(xiàn)因人為失誤導(dǎo)致的誤闖信號機(jī)或列車超速行駛等問題，存在出現(xiàn)安全事故的風(fēng)險。自動化車輛段支持列車出庫升級為CBTC 運(yùn)行級別。自動化車輛段的自動化區(qū)域內(nèi)，列車實(shí)現(xiàn)在ATP/ATO 的防護(hù)及ATS 的實(shí)時監(jiān)控下以CBTC 級別運(yùn)行，整個出段、回段作業(yè)期間由信號系統(tǒng)防護(hù)列車運(yùn)行安全。車輛段作為地鐵停運(yùn)期間列車存放和列車檢修的主要場所，其自動化程度顯得越來越重要。本文針對國內(nèi)典型的非自動化車輛段提出一種系統(tǒng)的、經(jīng)濟(jì)的升級改造方案。

截至2022 年底，我國已有超過55 個城市擁有軌道交通，其運(yùn)營總里程達(dá)到約10000 km，宣告我國正式步入地鐵時代。其中，絕大多數(shù)地鐵線路的車輛段仍采用早期的聯(lián)鎖控制和人工調(diào)度的方式，此種模式下，在車輛段DCC 設(shè)置聯(lián)鎖監(jiān)控機(jī)用于監(jiān)視軌旁信號設(shè)備的狀態(tài)及在線列車的運(yùn)行狀態(tài)等，并通過值班員人工排列、取消進(jìn)路控制列車運(yùn)行。司機(jī)則是采用人工駕駛的模式以較低限速下駕駛列車完成運(yùn)營列車的出庫、入庫和洗車作業(yè)。常規(guī)車輛段的運(yùn)營模式整體效率較低、安全隱患較大。隨著軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，高效率、低成本、保安全的運(yùn)營理念進(jìn)一步加深，非自動化車輛段的升級改造也成為一種新趨勢。

1 非自動化車輛段信號系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1 所示，國內(nèi)典型的非自動化車輛段信號系統(tǒng)配置主要包括：ATS 設(shè)備、聯(lián)鎖設(shè)備、DCS 設(shè)備、軌道占用檢測設(shè)備、信號機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、維護(hù)設(shè)備和電源設(shè)備等。

圖1 非自動化車輛段信號系統(tǒng)配置圖Fig.1 Non-automatic depot signal system configuration diagram

軌旁信號設(shè)備：

（1）轉(zhuǎn)轍機(jī)：可靠地轉(zhuǎn)換道岔位置，改變道岔開通方向，鎖閉道岔尖軌。

（2）信號機(jī)：指示列車的運(yùn)行條件。

（3）軌道電路（車輛段的軌道檢測設(shè)備存在軌道電路和計軸2 種，原理一致）：用于列車位置的檢測。

室內(nèi)信號設(shè)備：

（1）聯(lián)鎖設(shè)備：

監(jiān)控工作站（其它項(xiàng)目也稱現(xiàn)地工作站）：實(shí)現(xiàn)對車輛段信號設(shè)備的操控。

聯(lián)鎖維護(hù)工作站：記錄聯(lián)鎖設(shè)備的狀態(tài)及報警信息。

聯(lián)鎖子系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能、硬件、軟件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)內(nèi)部接口及系統(tǒng)性能與正線聯(lián)鎖系統(tǒng)相同，驅(qū)動采集設(shè)備數(shù)量比正線多。

（2）ATS 設(shè)備；

ATS 監(jiān)視工作站：實(shí)現(xiàn)對車輛段的實(shí)時監(jiān)控。

ATS 派班工作站：實(shí)現(xiàn)對車輛計劃的派班。

ATS 維護(hù)工作站：記錄ATS 設(shè)備的狀態(tài)及報警信息，支持回放等。

（3）微機(jī)監(jiān)測設(shè)備：

實(shí)現(xiàn)對信號設(shè)備開關(guān)量及模擬量的監(jiān)測。

（4）維護(hù)設(shè)備：

維護(hù)工作站：實(shí)現(xiàn)對信號系統(tǒng)其他各子系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和維護(hù)管理。

（5）DCS 設(shè)備

交換機(jī)：實(shí)現(xiàn)各設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接。

APM：用于記錄車載VOBC 與地面信號設(shè)備的數(shù)據(jù)交互信息，該部分信息支持用于DCS 設(shè)備故障狀態(tài)的記錄和分析。

（6）電源設(shè)備

電源屏、穩(wěn)壓器、UPS：為信號設(shè)備提供不間斷電源。

2 自動化車輛段信號系統(tǒng)構(gòu)成

與常規(guī)的非自動化車輛段相比，增加的主要信號設(shè)備包括ZC 設(shè)備、應(yīng)答器設(shè)備和LTE 軌旁無線設(shè)備[1]。新增設(shè)備與既有設(shè)備結(jié)合實(shí)現(xiàn)了列車篩選功能，并且為列車計算安全位置，并發(fā)送移動授權(quán)。國內(nèi)典型自動化車輛段的配置如圖2 所示。

圖2 自動化車輛段信號系統(tǒng)配置圖Fig.2 Automatic depot signal system configuration diagram

3 改造方案概況

3.1 自動化區(qū)域劃分

自動化車輛段根據(jù)使用方的運(yùn)營需求，可以將段內(nèi)區(qū)域劃分為自動化區(qū)域和非自動化區(qū)域。通常將列檢庫區(qū)域、洗車庫區(qū)域、以及場內(nèi)的無人區(qū)劃分為自動化區(qū)域。車輛段內(nèi)的其它區(qū)域，例如檢修庫區(qū)域、工程車庫區(qū)域和物資庫區(qū)域等劃分為非自動化區(qū)域。如圖3 所示，虛線框范圍內(nèi)表示自動化區(qū)域，列車在該區(qū)域的作業(yè)可以CBTC 全自動運(yùn)行模式進(jìn)行。列車在非自動化區(qū)域的作業(yè)以限制人工駕駛模式進(jìn)行。

圖3 自動化車輛段站場示意圖Fig.3 Automatic depot diagram schematic diagram

3.2 設(shè)備改造內(nèi)容

非自動化車輛段改造成自動化車輛段涉及的主要設(shè)備變化：

（1）ZC 設(shè)備：在車輛段信號設(shè)備室內(nèi)增加1 套ZC 設(shè)備[2]，根據(jù)車載ATP 匯報的車輛位置信息并結(jié)合聯(lián)鎖設(shè)備匯報的進(jìn)路鎖閉和空閑信息，通過計算得出控區(qū)內(nèi)的CBTC 列車的移動授權(quán)，控制該CBTC 列車高效、安全地運(yùn)行。

（2）LTE 設(shè)備：在車輛段信號設(shè)備室內(nèi)增加LTE室內(nèi)設(shè)備，在車輛段軌旁增加LTE 室外AP 設(shè)備。增加上述設(shè)備用于實(shí)現(xiàn)車輛段自動化區(qū)域的無線覆蓋，確保CBTC 列車與地面ZC、ATS 保持車地?zé)o線通信，維持CBTC 運(yùn)營模式運(yùn)行。

（3）無源應(yīng)答器：在車輛段列檢庫的每個出庫信號機(jī)處設(shè)置2 個無源應(yīng)答器用于實(shí)現(xiàn)列車的出庫快速升級功能。在咽喉區(qū)設(shè)置無源應(yīng)答器，實(shí)現(xiàn)列車在場段內(nèi)CBTC 運(yùn)行的連續(xù)定位功能。

（4）信號機(jī)調(diào)整：升級所有出、入庫信號機(jī)為三顯示的列兼調(diào)信號機(jī)。采用矮型黃、白、紅三顯示信號機(jī)，紅燈為定位。

（5）其余設(shè)備與既有保持一致。

3.3 系統(tǒng)升級

3.3.1 ATS 子系統(tǒng)功能升級

區(qū)別于非自動化場段，自動化場段需ATS 子系統(tǒng)升級實(shí)現(xiàn)如下功能：

（1）為了提高出庫效率，ATS 子系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)當(dāng)日列車出、入庫計劃自動為計劃上線列車分配列車頭碼，該頭碼可自動觸發(fā)出列車當(dāng)前庫線到轉(zhuǎn)換軌處的列車進(jìn)路。

（2）為了方便調(diào)度員組織管理在線列車，ATS 子系統(tǒng)應(yīng)具備車輛段內(nèi)及正線范圍內(nèi)的列車車組號連續(xù)追蹤功能。

（3）ATS 子系統(tǒng)可根據(jù)當(dāng)日運(yùn)行圖計劃自動為運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌處的CBTC 列車分配上線車次。

（4）對于完成當(dāng)日運(yùn)營計劃運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌的回庫列車，ATS 子系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)該列車的回庫計劃自動為該列車設(shè)置計劃庫線對應(yīng)的列車頭碼，該頭碼可自動觸發(fā)出轉(zhuǎn)換軌到庫線的列車進(jìn)路，列車運(yùn)行至目的地后自動轉(zhuǎn)為人工車。

3.3.2 信號機(jī)機(jī)構(gòu)改造

自動化車輛段內(nèi)的信號機(jī)采用列車信號機(jī)和調(diào)車信號機(jī)分離的設(shè)置方案。同時設(shè)置列車進(jìn)路和調(diào)車進(jìn)路，運(yùn)行級別為CBTC 的列車采用列車進(jìn)路控制，運(yùn)行級別為非CBTC 的列車采用列車或調(diào)車方式。自動化車輛段內(nèi)信號機(jī)的顯示意義與常規(guī)項(xiàng)目一致。

車輛段內(nèi)信號機(jī)機(jī)構(gòu)改造內(nèi)容：

（1）將自動化車輛段內(nèi)自動化區(qū)域涉及的信號機(jī)，包括列檢庫兩列位分界處信號機(jī)、進(jìn)庫信號機(jī)和出庫信號機(jī)，設(shè)置為列車兼調(diào)車信號機(jī)。在原調(diào)車信號機(jī)二燈位的基礎(chǔ)上升級為三顯示機(jī)構(gòu)，采用黃、白、紅三燈位，紅燈設(shè)置為定位。

（2）自動化車輛段內(nèi)非自動化區(qū)域涉及的信號機(jī)仍設(shè)置為調(diào)車信號機(jī)不變，采用藍(lán)、白兩燈位信號機(jī)構(gòu)，藍(lán)燈設(shè)置為定位。

3.3.3 聯(lián)鎖功能升級

自動化車輛段的聯(lián)鎖子系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下功能：

（1）列車進(jìn)路鎖閉后，聯(lián)鎖子系統(tǒng)驅(qū)動進(jìn)路中的進(jìn)段信號機(jī)點(diǎn)亮綠燈，同時驅(qū)動進(jìn)庫信號機(jī)點(diǎn)亮黃燈。聯(lián)鎖子系統(tǒng)應(yīng)支持列車進(jìn)路隨著列車走行的正常解鎖。隨著列車運(yùn)行，列車進(jìn)路逐段解鎖。已解鎖部分如有調(diào)車信號機(jī)，解鎖后可辦理以此調(diào)車信號機(jī)為始端或終端的調(diào)車進(jìn)路。

（2）調(diào)車進(jìn)路鎖閉后，聯(lián)鎖子系統(tǒng)驅(qū)動進(jìn)路中的信號機(jī)點(diǎn)亮白燈。

（3）出入停車列檢庫線路及列檢庫內(nèi)移庫的進(jìn)路設(shè)置為列車進(jìn)路。

（4）段內(nèi)信號機(jī)正常情況下均不滅燈（試車線上信號試車用的信號機(jī)除外）。

（5）車輛段內(nèi)采用固定閉塞的運(yùn)行方式，列車進(jìn)路中只允許一列車運(yùn)行。

3.3.4 ATP/ATO 控制升級

車輛段信號系統(tǒng)新增了CBTC 級別的ATP/ATO功能，該功能與正線部分一致。運(yùn)營列車可在車輛段的自動化區(qū)域內(nèi)采用CBTC-AM 模式自動駕駛，司機(jī)無需操作即可實(shí)現(xiàn)列車從轉(zhuǎn)換軌自動運(yùn)行至列檢庫庫線停車位置或從列檢庫庫線自動運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌停車位置[3]。列車運(yùn)行過程中，信號系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測列車的運(yùn)行狀態(tài)及所在進(jìn)路中軌道占用情況、道岔狀態(tài)等信息，實(shí)時為運(yùn)行列車計算移動授權(quán)以確保列車安全、高效運(yùn)行。

3.4 其它說明

車輛段軌道電路不進(jìn)行ARB 判斷。對于采用軌道電路作為列車位置檢測的車輛段，ZC 無法識別分路不良導(dǎo)致的故障占用狀態(tài)，故對此狀態(tài)ZC 判斷為UT 占用。

由于車輛段的線路限速已為25 km/h，因此，車輛段不支持臨時限速功能。

車輛段內(nèi)取消列車進(jìn)路采用的延時參數(shù)與取消調(diào)車進(jìn)路采用的延時參數(shù)一致。

4 結(jié)語

本文對國內(nèi)典型的非自動化車輛段提出了升級改造方案，通過劃分自動化區(qū)域，增加ZC 設(shè)備、車地?zé)o線設(shè)備、應(yīng)答器設(shè)備并對既有信號系統(tǒng)進(jìn)行升級，系統(tǒng)地、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)了非自動化車輛段改造成自動化車輛段，大大提升了系統(tǒng)的運(yùn)營效率及安全性，其優(yōu)點(diǎn)在于投資較小、施工簡單和易于推廣。本文研究結(jié)論對CBTC 改建自動化車輛段具有一定的參考價值。