地鐵各專業對信號系統最高速度的影響

杜時勇 周林明

(中鐵二院工程集團有限責任公司 成都 610031)

在地鐵系統設計的技術標準中，列車運行最高速度是地鐵系統中各專業開展設計工作的重要依據。列車運行最高速度將對地鐵運營指標(如旅行速度、通過能力、折返能力等)產生重大影響。因此，在各條線的設計標準中確定列車運行最高速度時，如何確定各專業的列車運行速度，如何協調各專業的各種列車運行速度，是地鐵設計中需要探討的重要內容。特別是對于運營相關指標最終實現者的信號專業，如何與各相關專業協調各種列車運行速度，避免出現非期望的壓低列車運行速度的情況，實現列車安全、高效、舒適運行，是其設計配合的重要內容。

1 各專業列車運行速度定義

1)技術標準。列車運行最高速度，是指列車正常運行時的最高速度。

2)行車專業。列車運行最高計算速度，是用于計算通過能力及旅行速度的列車運行速度。

3)土建專業(包含線路、軌道及限界專業)。線路最高運行速度(門限速度)，是指列車運行絕對不可超越的限制速度。

4)車輛專業。列車運行最高速度，是指列車正常運行時的最高速度;結構速度，是指車輛結構決定的列車運行絕對不可超越的限制速度。

5)信號專業。緊急制動觸發速度，是指在列車自動防護系統(ATP)防護下，信號系統為確保列車的運行安全自動給出緊急制動指令時的速度。最高列車自動運行(ATO)推薦速度，是指列車在ATO模式下運行時的最高速度，一般在緊急制動觸發速度以下約為5 km/h;有些信號設備供應商在最高ATO速度與緊急制動觸發速度之間，設計了全常用制動觸發速度(FSB)，最高ATO推薦速度在緊急制動觸發速度以下為6～7 km/h。列車可能達到的最高速度，是指在考慮了信號專業假設的所有不利因素后，列車觸發了緊急制動觸發曲線后可能達到的最高速度，一般在緊急制動觸發速度上增加約5 km/h。

6)站臺及站臺屏蔽門專業。站臺最高限制速度，是指列車運行通過站臺絕對不可超越的限制速度。

2 信號專業列車運行速度分析

目前，國內地鐵普遍采用ATC(列車自動控制)信號系統，具有ATP/ATO功能，列車以ATO駕駛模式作為常用駕駛模式，因此信號系統需綜合考慮各種列車運行速度，使ATP/ATO速度滿足相關速度要求。一旦設計完成，地鐵系統的列車將以信號專業規定的列車運行模式運行，這將最終決定地鐵系統的運營指標，因此有必要對信號專業確定的各種速度值及與各相關專業定義的列車運行速度進行相互協調和深入探討，以取得最佳的運營效果。

列車以ATO駕駛模式運行時，ATP/ATO系統連續不斷地檢測列車的實際運行速度，并與系統設計確定的最高ATO推薦速度比較;根據比較結果，采用加速、制動、惰行的方式，使列車的實際運行速度達到系統設計確定的最高ATO推薦速度。因而，列車的實際運行速度會在最高ATO推薦速度的上下進行波動，其波動范圍由系統的控制精度決定，并要盡量減少列車運行狀態的變化，以滿足乘客舒適度的要求并減少車輛的磨耗。根據以往的設計經驗，列車在ATO駕駛模式運行時，列車的實際運行速度可控制在最高ATO推薦速度上下約5 km/h的范圍內波動。

當列車在運行過程中觸發了緊急制度觸發曲線時，列車將緊急制動，其制動過程如下:在信號系統給出緊急制動指令后，列車運行狀態將經歷切斷牽引動力、發動緊急制動、緊急制動生效的過程，時間在2～3 s。考慮各種最不利情況(如最大測速誤差、列車處于下坡區段等)，列車可能達到的最高速度一般在緊急制動觸發速度上增加3～6 km/h。列車運行及制動過程如圖1所示，列車制動過程主要分為3個階段。

圖1 列車運行及安全制動模型

第一階段，發現超速并切斷牽引的過程。列車以最大ATO推薦速度行駛，信號車載設備對列車速度和位置進行測量，并每隔一定時間將測量速度與測量點的ATP曲線速度進行比較。當測量速度達到或高于ATP緊急制動觸發速度時，信號系統會采取緊急制動，列車將被切斷牽引。在切斷牽引電流的過程中，列車還會繼續加速，走行一定的距離。

第二階段，切斷牽引到緊急制動生效的過程。列車牽引系統從激活緊急制動到制動生效，需要一定的延遲時間(2～3 s)，在此過程中，列車將惰行一定距離。

第三階段，緊急制動生效到停車的過程。在此階段，緊急制動生效，列車一次制動到停車。

根據以上分析，列車以ATO駕駛模式正常運行時，可達到的最高速度為ATO最高推薦速度的上限，即接近但未觸發緊急制動時的速度。因此，在一條地鐵線路的設計技術標準中，可將列車運行最高速度確定為信號系統的緊急制動觸發速度，而觸發緊急制動后列車可能達到的最高速度作為各專業確定的限制速度(即絕對不可超越的速度)。上面談到的“列車運行最高速度-列車正常運行時的最高速度”，是指信號系統自動采取緊急制動的觸發速度。表1是廣州地鐵3號線的各種速度，可看出相互間的差值。

表1 廣州地鐵3號線的各種速度 km/h

3 列車運行速度與相關專業的配合

3.1 土建專業(包含線路、軌道專業)

線路平直地段的最高限制速度應大于或等于列車可能達到的最高速度，即觸發緊急制動后列車可能達到的最高速度。曲線地段最高限制速度應大于或等于列車可能達到的最高速度，即觸發緊急制動后列車可能達到的最高速度。道岔直向通過速度應大于或等于列車可能達到的最高速度，即觸發緊急制動后列車可能達到的最高速度。道岔側向通過速度應大于或等于列車可能達到的最高速度，即觸發緊急制動后列車可能達到的最高速度。

在地鐵工程設計中，折返能力是通過能力的瓶頸，而道岔側向通過速度對折返能力影響很大。為滿足通過能力的要求，在站前、站后折返時，土建專業選擇道岔應適當提高其側向通過速度。

3.2 限界專業

最高限制速度應大于或等于列車可能達到的最高速度，即觸發緊急制動后列車可能達到的最高速度。

3.3 車輛專業

列車運行最高速度是列車正常運行時的最高速度，即緊急制動觸發速度。結構速度是車輛結構決定的列車運行絕對不可超越的限制速度，要大于信號系統可能達到的最高速度。

有些人對設計規范中車輛運行最高速度(或稱為車輛設計最高速度)的理解有些偏差，認為它就是各專業絕對不可超過的最高速度，這導致列車運行最高速度被壓低約5 km/h，嚴重影響到列車的旅行速度。筆者將列車運行最高速度定義為列車正常運行時的最高速度(即緊急制動觸發速度)，與建標104—2008《城市軌道交通工程項目建設標準》的定義相吻合。

3.4 站臺相關專業(屏蔽門專業、限界專業)

《城市軌道交通工程項目建設標準》規定，站臺限速為55 km/h。在線路平直地段最高限制速度為85km/h的情況下，站臺限速后若列車還按直線段速度運行，則進入站臺時其緊急制動速度就會超過站臺限速，列車必須在接近或進入站臺過程中降速(見圖2)，從而產生速度臺階。

圖2 列車進入站臺限速

以杭州地鐵1號線為例，線路平直地段最高限制速度為85 km/h，站臺最高限制速度為65 km/h，列車以0.8 m/s2的減速率進站。由于站臺限速，進站列車的速度距離曲線出現臺階，如圖3所示。

圖3 站臺限速為65 km/h的牽引制動曲線

根據杭州地鐵1號線信號系統供應商的牽引計算，得出如表2所示的速度臺階。

為了提高通過能力和旅行速度，滿足乘客舒適度的要求，避免由于站臺相關專業的限速要求導致列車進站停車過程中出現速度臺階，在屏蔽門專業、限界等相關專業允許的前提下，建議列車通過車站的速度適當提高或不受限制。

表2 列車進站產生速度臺階

3.5 行車專業

一條地鐵線路在設計初期，就應根據線路特點和定位確定列車運行最高速度，在此基礎上確定土建的線路平直地段最高限制速度、曲線地段最高限制等。根據以上分析，行車專業在做牽引計算和列車運行性能指標分析時，列車運行最高計算速度應定義為最高ATO推薦速度，不能使用節能曲線速度或低等級的ATO速度。

4 結語

信號系統作為與地鐵運營密切相關的重要系統，其主要功能是實現列車運行的安全、高效、舒適，并滿足列車旅行速度、追蹤間隔、折返間隔等重要運營指標的要求。從以上分析可以看出，在地鐵工程設計過程中，相關專業非期望的速度限制將直接影響信號系統運營指標(如列車旅行速度、折返間隔等)的實現。因此，在工程設計過程中，信號專業應與相關專業密切配合，相關專業也需理解信號專業的速度概念，避免出現非期望的壓低列車運行速度的情況，以便于列車實現安全、高效、舒適的運行。

［1］GB 50157—2003地鐵設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［2］建標104—2008城市軌道交通工程項目建設標準［S］.北京:人民交通出版社，2008.

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