城市軌道交通信號系統的設計方案探討

摘要信號系統作為城市軌道交通工程中重要的組成部分，對行車(chē)的安全、正點(diǎn)、高效的運行起著(zhù)至關(guān)重要的作用，但由于其中的設計標準不全面，給系統設計方案造成了一定的隨意性。本文就其中的系統構成、設計行車(chē)間隔和ATP 信息傳輸方式等主要的設計方案進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞城市軌道交通，信號系統，設計方案

城市軌道交通的信號系統擔當著(zhù)控制和指揮列車(chē)運行的任務(wù)，是影響整個(gè)城軌交通系統運營(yíng)安全和效益的關(guān)鍵點(diǎn)。信號系統的水平也成為城市快速軌道交通現代化的重要標志。設計出一個(gè)優(yōu)秀的系統方案不僅有利于保證行車(chē)安全，提高運輸能力，實(shí)現迅速、及時(shí)、準確的行車(chē)調度指揮和運輸管理現代化，提高服務(wù)質(zhì)量，而且還有利于合理使用工程投資，降低工程造價(jià)。 1 系統構成方案 城市軌道交通是一個(gè)技術(shù)先進(jìn)，具備相當程度自動(dòng)化水平的運輸體系。其中信號控制系統的構成必須與整個(gè)交通運輸相適應。 在《城市快速軌道交通工程項目建設標準—試行本》中，把信號系統劃分了三個(gè)層次:第一層次設備在運量較小、行車(chē)密度較低的線(xiàn)路上，可配置聯(lián)鎖設備、自動(dòng)閉塞、機車(chē)信號和自動(dòng)停車(chē)系統;第二層次設備在運量較大、行車(chē)密度較高的線(xiàn)路上，可配置列車(chē)自動(dòng)監控(ATS) 系統和列車(chē)自動(dòng)防護(ATP) 系統; 第三層次設備在運量大、行車(chē)密度高的線(xiàn)路上，配置列車(chē)自動(dòng)監控系統、列車(chē)自動(dòng)防護系統和列車(chē)自動(dòng)運行(ATO) 系統。 上述第一層次系統配置屬最低水平等級，只適于行車(chē)間隔大于3 min 的線(xiàn)路運用。也就是說(shuō)，在行車(chē)密度較高時(shí)， 這種線(xiàn)路將面臨整個(gè)系統的改造，造成大量的廢棄工程;另一方面，由于機車(chē)信號和自動(dòng)停車(chē)裝置所能容納的信息量少，列車(chē)運行的安全性很大程度上只能依賴(lài)于司機的駕駛;然而其國產(chǎn)化率水平是最高的，工程造價(jià)是最低的。應該說(shuō)，該層次的設備適宜在近期運量小、行車(chē)密度低， 而且遠期運量無(wú)明顯變化的工程，如在中等城市或是郊區軌道交通系統中運用。 第二層次的信號系統配置，適于行車(chē)間隔在2 min 以上的線(xiàn)路運用，行車(chē)安全可以完全由列車(chē)自動(dòng)防護系統來(lái)保證。雖然其國產(chǎn)化率水平降低，工程造價(jià)增高，但是該層次設備技術(shù)先進(jìn)，便于向第三層次擴展，不存在明顯的廢棄工程，符合工程按近遠期分步實(shí)施、合理預留的原則，所以系統的綜合經(jīng)濟指標是合理的。這種系統能適應大多數城市軌道交通的運用需要，是大運量的城市輕軌交通的首選方案。 第三層次的系統配置具備很高的現代化技術(shù)水平，適于行車(chē)間隔小于2 min 的線(xiàn)路運用，不僅行車(chē)安全可以完全由列車(chē)自動(dòng)防護系統來(lái)保證，而且列車(chē)自動(dòng)運行系統還可以完成站間自動(dòng)運行、定位停車(chē)，接收控制中心運行指令，實(shí)現列車(chē)運行自動(dòng)調整，使整套信號系統能夠滿(mǎn)足列車(chē)高速、高密度運行的需要。這種系統的國產(chǎn)化率水平低，工程造價(jià)高，是其在工程運用中不利的一面，但系統高水平的自動(dòng)化程度無(wú)疑將給日后的運營(yíng)、管理帶來(lái)巨大的經(jīng)濟和社會(huì )效益;另外，由于安裝屏蔽門(mén)對列車(chē)精確定位停車(chē)功能和大運量對列車(chē)高折返能力等等方面的具體需求，這種線(xiàn)路的運行都要由列車(chē)自動(dòng)運行(ATO) 系統來(lái)保證。所以只要條件許可，在城市軌道交通中，特別是高運量的地鐵工程中，該系統方案非常值得推薦。 2 主要技術(shù)方案 2. 1 設計行車(chē)間隔 城市軌道交通工程為適應乘客運量大、行車(chē)密度高的特點(diǎn)，往往采取縮短行車(chē)間隔的辦法。這樣一方面有利于減少旅客候車(chē)時(shí)間以提高服務(wù)質(zhì)量; 另一方面可以減少列車(chē)編組輛數，節省工程投資。但是由于信號ATP 系統技術(shù)的限制，如軌道區段的長(cháng)度、“ 車(chē)-地”通信的有效速率、列車(chē)進(jìn)路的建立和恢復時(shí)間等等因素，正常的行車(chē)間隔不可能無(wú)限制縮短。換言之，最小行車(chē)間隔極大地影響著(zhù)信號的ATP 系統方案和工程造價(jià)。確定合理的行車(chē)間隔時(shí)分成為信號ATP 系統方案設計的控制參數。 根據一些發(fā)達國家城市軌道交通的運營(yíng)經(jīng)驗， 信號ATP 系統可按滿(mǎn)足高峰運營(yíng)流量130 % 的能力標準進(jìn)行設計。也就是說(shuō)，如果線(xiàn)路的客流量在某個(gè)特殊時(shí)段增加到預測高峰值的130 % 時(shí)，ATP 系統仍有能力滿(mǎn)足運營(yíng)采取的臨時(shí)措施，如臨時(shí)增加運營(yíng)列車(chē)等。表1 以某一條線(xiàn)路運營(yíng)方案為例予以說(shuō)明。 兩種方案均可滿(mǎn)足運量要求，但它們的運能余量，即單向運輸能力與高峰小時(shí)單向最大斷面客流量比是不同的。其中方案A 為1. 00 ， 方案B 為1. 08 。那么，如果按方案A 實(shí)施，在高峰時(shí)間內的線(xiàn)路運營(yíng)將處于全飽和狀態(tài)， 按上述標準設計相應的ATP 系統應采用184 s 的設計行車(chē)間隔;如果按方案B 實(shí)施，在高峰時(shí)間內的線(xiàn)路運營(yíng)尚有8 % 的調節余量，相應的ATP 系統只需采用245 s 的設計行車(chē)間隔。顯而易見(jiàn)，從信號系統的設計角度來(lái)看，方案B 優(yōu)于方案A 。 應該指出的是，ATS 系統所具備的行車(chē)間隔調控能力與上述的ATP 的設計行車(chē)間隔能力是有區別的。ATS 對列車(chē)運行的調控主要是當列車(chē)運行秩序有紊亂時(shí)，通過(guò)控制列車(chē)停站時(shí)分而使列車(chē)運行秩序盡快恢復的一種措施。當然，這種調控能力的實(shí)現也是要體現在A(yíng)TP 行車(chē)間隔能力上的。 在實(shí)際的工程運用中，應結合線(xiàn)路近、遠期運量，以及工程實(shí)施方案、ATS 調控能力等綜合因素， 確定一個(gè)合理的滿(mǎn)足運營(yíng)要求、節省工程投資的設計行車(chē)間隔。 2. 2 ATP 信息傳輸方式 ATP 系統是確保列車(chē)運行安全的關(guān)鍵設備，它由軌旁設備和車(chē)載設備組成， 列車(chē)通過(guò)地面ATP 設備接收運行信息，實(shí)現列車(chē)的間隔控制。ATP 設備主要有兩種劃分方式，一是按“車(chē)-地”ATP 信息傳輸方式分為連續式和點(diǎn)式發(fā)碼方式;另一種是按對列車(chē)控制方式分為模式曲線(xiàn)方式和階梯式控制方式。其中按前一種劃分的兩種ATP 設備工程造價(jià)差異大，是選擇ATP 系統方案的主要比較點(diǎn)。

對于點(diǎn)式系統控制實(shí)時(shí)較差、缺乏緊急停車(chē)功能等缺點(diǎn)，則可以通過(guò)接近連續式發(fā)碼方式進(jìn)行彌補。上海莘閔輕軌交通線(xiàn)作為我國第一條城市輕軌線(xiàn)路就已按點(diǎn)式ATP 系統進(jìn)行設計。另?yè)鏖T(mén)子公司介紹，目前該公司新研制的點(diǎn)式ATP 系統不僅打破了90 s 行車(chē)間隔的限制，也具備了自動(dòng)駕駛功能。 3 小結 在實(shí)際的工程運用中，結合工程具體情況就不難設計出優(yōu)秀的系統方案。例如:在天津市區至濱海新區輕軌工程招標中，我方依據輕軌客運量近、遠期分別為18. 4 萬(wàn)人次/ 日、28. 4 萬(wàn)人次/ 日，列車(chē)運行近、遠期3 min 的追蹤間隔，以及列車(chē)4 列、6 列的不同編組，首先確定的投標方案中設計行車(chē)間隔為135 s ， 采用點(diǎn)式ATP 和國產(chǎn)ATS ， 預留ATO 方案;而結合本線(xiàn)列車(chē)運行速度高達100 km/h ， 列車(chē)制動(dòng)距離長(cháng)的特點(diǎn)，從保證行車(chē)安全、節省工程造價(jià)的角度出發(fā)，我方又推薦了采用模擬無(wú)絕緣軌道電路加連續式環(huán)線(xiàn)的ATP 方案。兩種方案的技術(shù)論證受到了評判專(zhuān)家組的一致好評。 總之，在系統構成和主要的技術(shù)方案確定以后，信號系統雖已基本定型，但要真正全面地設計出一個(gè)良好的系統，還有許多細節需要考慮。例如:為發(fā)揮投資效益，根據城市軌道交通工程近、遠期不同的建設規模和標準，信號系統的配置應考慮按不同階段的運量要求分步實(shí)施、合理預留，并使之容易進(jìn)行技術(shù)改造和升級;信號系統設計方案中應充分考慮到國家對機電設備國產(chǎn)化率的要求，除某些必須引進(jìn)的設備外，盡量選用國產(chǎn)設備或與引進(jìn)國外技術(shù)國內組裝相結合的方式。 另外，城市軌道交通信號系統的特殊技術(shù)指標也是應在設計過(guò)程中重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。如在長(cháng)大坡道上設立的保護性延續進(jìn)路對列車(chē)運行追蹤時(shí)分的影響;為縮短折返進(jìn)路建立時(shí)間，如何處理折返進(jìn)路有關(guān)的渡線(xiàn)道岔等技術(shù)問(wèn)題。

參考文獻 1 吳汶麒主編. 城市軌道交通信號與通信系統. 北京:中國鐵道出版社，1998