現代有軌電車正線道岔控制方案的選擇

李 晶

自20世紀90年代后期，現代有軌電車在法國率先發展以來，截止2011年末，海外已有50多個國家的400多個城市運營現代有軌電車系統。近年來，國內也有大量的現代有軌電車項目開始啟動，根據《2013年現代有軌電車行業分析報告》顯示，全國現有20多個城市相繼開展現代有軌電車的線網規劃及設計工作，規劃線路已超過了50多條。

1 現代有軌電車特點

我國建設部《城市公共交通分類標準》(CJJ/T 114-2007)中明確將有軌電車與輕軌、地鐵一同劃分到城市軌道交通范疇，并將其定義為低運量的軌道交通系統。然而，現代有軌電車具有“城市軌道交通”和“城市道路公共交通”的雙重優勢。與傳統的地鐵、輕軌相比，其造價低，建設周期短;占地靈活，敷設簡單;車輛運營組織彈性大;服務便捷，設計新穎;與道路公交相比，其速度快、運能大、節能，污染小。現代有軌電車的特點主要體現在以下幾個方面:

1.線路一般以地面線為主，正線站間距較短。

2.車站結構簡單，規模小，對設備系統需求簡化。

3.路權形式可以分為完全獨立路權、半獨立路權、混行路權。運行線路或部分運行線路可能不是封閉環境，與其它地面交通形式存在混合運行情況，所以路權相對開放。

4.車輛質量較小、制動距離較短，可以具備靈活的運營組織方式，如2輛以上的車以很近的間距排列行駛。

5.列車在軌道上運行，運行中需經過道岔，轉線或折返作業時也需經過道岔，因此道岔需具備安全、靈活的操控功能。同時，列車經過彎道或者道岔側向時，需強制限制列車運行速度。

6.車輛編組靈活，可多列連掛編組。

除此之外，還應該注意，現代有軌電車雖然被劃分到軌道交通的范疇，但是其與地鐵、輕軌在駕駛模式上還是有很大不同的。有軌電車一般采用“人工駕駛、司機瞭望、保證安全”的駕駛方式。司機根據電車速度判斷并保持與前車的距離，并能將電車在人可反應和控制的時間內制動。這種駕駛模式是由其自身的系統特點決定的，也是保證有軌電車運營靈活性、提高運營效率的必然選擇。這種方式在國內外已經被普遍認可，也在許多規范標準中有明確的說明。

2 現代有軌電車正線運行需求分析

從技術上講，如果有軌電車采用全封閉專用車道 (在道路平交道口處，采用立體交叉方式通過)，配備完整的列車自動控制 (ATC)系統，行車間隔完全可與地鐵、輕軌相當。而從路權條件和運營組織上看，國內外的大部分有軌電車項目選用混合車道和半封閉車道的形式，路權相對開放，且通常采用人工駕駛模式。這些運行特點和運營組織方式，決定了有軌電車正線信號系統有著與傳統城市軌道交通不同的功能需求，具體表現在:

1.無安全間隔控制需求 (長大隧道路段除外)。在地鐵或輕軌中常用的正線信號系統通常具備ATP防護的列車控制功能，以保證高運量、封閉環境中追蹤列車運營安全。但是在有軌電車工程中，線路不完全封閉，存在與地面公共交通的平面交叉路口和相對開放的運營環境，它決定了傳統的ATP防護功能并不能防止電車和社會車輛、行人之間的沖突，達不到其控制目的。如采用ATP防護，在有軌電車復雜的路權環境中，將導致ATP的功能需求更高更復雜，不僅增加工程投資，而且會增加司機的依賴性、降低司機的警覺性，對與社會車輛和行人發生事故埋下一定的安全隱患。

2.無超速防護需求，但有一定的輔助駕駛告警需求。有軌電車允許其具備靈活的運營組織、2輛以上的車可以以很近的間距排列行駛或站內停靠。因此，系統無超速防護需求，只要求司機保證避免追尾和沖撞。在曲線限速段、轉彎處、路口、長大下坡等路段，可對司機進行語音提醒，但無控制功能。

3.無ATO自動駕駛和精確停車需求。由于有軌電車采用人工駕駛模式，所以無ATO自動駕駛需求。同時，在站臺的停車作業也是由司機來操作完成的，無精確停車需求。

4.對道岔區域有可靠的聯鎖需求。對于軌道交通，道岔轉換、鎖閉的安全性、可靠性，是保證列車安全通過以及提高行車效率最重要的條件之一。在有軌電車“人工駕駛、司機瞭望、保證安全”駕駛模式下，正線道岔控制子系統無疑是有軌電車智能控制系統中，保證行車安全和提高行車效率的最關鍵子系統。

有軌電車道岔控制的功能需求，是建立在傳統軌道交通中信號聯鎖的基礎上的，即:當有軌電車接近時 (控制始點)需對道岔進行可靠控制 (轉換至規定的位置，并鎖閉)，給出相應的信號指示，確保列車在通過道岔 (控制終點)后，道岔才準許解鎖。另外，道岔區不僅應有完整的控制過程，還應保證當前車輛對道岔區具有唯一的控制權;且車輛在完全離開道岔區段期間，系統不授予其它車輛控制權，以保證運行安全。

由以上需求分析可知，有軌電車正線“信號系統”無需閉塞防護、超速防護、ATO、精確停車等功能，僅需滿足對道岔的控制、鎖閉、解鎖及進路指示器的開放等功能。因此，有軌電車的正線信號系統實質上是一個道岔控制系統。

3 現代有軌電車正線道岔控制方案

3.1 正線道路控制區域

有軌電車道岔控制系統僅對道岔進行控制，而對道岔區之外的其余區域是不進行控制的，沒有區間控制的概念。相鄰的道岔可以構成一個控制區域，道岔之間有一定的聯鎖關系。如果2個道岔相隔有一定距離，超過了1個常用制動距離或反應時間內走行距離，就應該分開控制。

3.2 道岔 (進路)控制模式

在有軌電車運行中，司機在遵照運營規定的前提下，按照基本的地面信號顯示駕駛電車，來保證安全通過道岔，完成運營、折返和進入車輛場等作業。而針對有軌電車系統的控制模式有2種方案，即中心控制優先和現地控制優先。

1.方案一:中心控制優先。傳統軌道交通均采用中心控制優先方式，所有進路都由中心發起。中心采集軌道占用、道岔位置、信號機顯示等各種信息，根據時刻表自動排列進路。同時調度員擁有進路控制的最高優先權。

2.方案二:現地控制優先。道岔或進路控制均由司機在軌旁完成，中心調度員僅對軌旁設備進行監視，并無實際控制權。

傳統軌道交通都是以中控為基礎，進路或道岔操縱必須由中心自動或調度員人工發出。這種模式是建立在以下基礎之上:全線進路控制是一個有機整體，所有進路都是銜接在一起;系統對行車安全負責，司機僅按照信號 (或車載信號)顯示行車;線路屬于全封閉，環境簡單，調度員只需要根據工作站顯示以及聯鎖安全保證，排列進路即可。

傳統軌道交通采用由中心調度員統籌安排的方式，既可以提高效率，又能保證安全。而有軌電車道岔控制區分離，司機對行車安全負責，同時，道路不封閉，調度員不能掌握道路狀況，尤其是道岔布置在開放路口的情況下，中心調度員即使要辦理進路也需要經司機確認。因此，有軌電車采用現地控制優先方式，由司機在軌旁控制道岔，責任劃分清晰，且運營靈活，符合公交化運營的思路。當然中心調度員可通過無線列調對列車運行統籌安排調度。

3.3 進路觸發方式

進路觸發分為接近觸發和通信觸發。

1.接近觸發:在道岔區段前設置接近區段，當列車占用接近區段，即觸發事先設定好的進路。可結合車次號軟跟蹤實現不同進路的觸發。

2.通信觸發:列車在接近道岔區時與軌旁通信，從而觸發進路。由于通信報文的靈活性，可根據需要觸發不同進路。

接近觸發適合中心控制模式，通信觸發適合中心控制和現地控制模式，同時通信觸發更加靈活，效率更高。

3.4 道岔控制主機設置方案

道岔控制主機的設置分為集中設置和分散設置。

1.集中設置。可以有以下2種情況:一是集中式聯鎖，相鄰幾個道岔區集中設置1套聯鎖主機進行控制，但每個道岔區相互獨立，之間無聯鎖關系，其聯鎖控區的劃分原則上與地鐵類似;二是分布式聯鎖，全線可以只設1套聯鎖主機 (可放置在中心，也可放置在有條件的正線車站)，在每個或距離較近的相鄰道岔區域，均設置1套遠程I/O設備。

2.分散設置。以單獨控制道岔為基礎，道岔控制主機分散在軌旁道岔附近，1個道岔區域設置1套道岔控制主機。無需經過中心或車站辦理，完全依靠列車和軌旁道岔控制設備的交互實現道岔控制，使道岔區段內的道岔和進路表示器之間建立起正確的聯鎖關系，保證道岔控制的安全性和可靠性。

集中和分散設置的優缺點分析如下:①集中和分散目前安全性均能達到SIL4級的要求。②集中式聯鎖在國鐵和地鐵、輕軌中被廣泛應用，方案成熟;分布式聯鎖雖在國內沒有太多的應用業績，但是從技術上分析方案可行，多家供貨商均能提供成熟的產品;分散方式在有軌電車領域被普遍采用，大連、天津、沈陽、青島、深圳、蘇州等城市均采用此方式。③集中設置有用房需求，即使是分布式的也在軌旁有機柜安裝的需求;而分散設置只需在軌旁設置道岔控制箱，可減少土建投資，對景觀有利。④集中設置沿線需敷設大量光電纜，超過一定的控制距離后，還需要設置遠程控制單元和現場接口設備。⑤集中設置受主機至軌旁通信和光纜路徑影響較大，一旦通信出現故障，將全面影響運營，同時集中設置主機故障后影響面較大。⑥分散設置現場設備少，能夠較好地適應有軌電車困難的安裝條件和較高的城市景觀要求，也便于維護維修;集中設置則無此方面優勢。

綜上所述，有軌電車對道岔控制的需求相對簡單，分散、集中設置均可滿足，但從設備用房、電纜敷設、設備安裝條件、系統構成、景觀影響、工程投資等方面綜合考慮，建議有軌電車采用分散設置道岔控制主機的方式。

3.5 現地控制道岔的控制模式

分散式的道岔控制一般可分為自動控制模式和人工控制模式。兩種模式的切換選擇由司機通過設置在車載控制臺上的硬件開關完成。正常情況下，自動控制模式作為系統運營控制模式。

1.自動控制模式。在列車接近道岔區、通過車-地雙向通信設備建立與地面的通信后，響應當前道岔控制箱呼叫，列車向其發送列車線路號及對應進路信息。道岔控制單元依據中央運營調度管理子系統下達到本地的運行計劃，根據列車線路號及進路信息自動設置進路。

道岔控制子系統在辦理進路之前檢查岔區的占用狀態及進路狀態，在沒有既有進路且聯鎖條件滿足的情況下選動道岔。道岔動作到位后向轉轍機發送鎖閉指令，并且向進路表示器發送顯示指令。進路表示器根據道岔的方向和鎖閉信息，顯示當前進路狀態，同時道岔控制單元通過雙向通信設備向車載控制子系統提供進路狀態。

列車按順序駛過通信設備及岔后列車位置檢測設備，道岔控制子系統根據安全組合邏輯判斷列車出清后，解鎖進路，解除對道岔的鎖閉。

2.車載遙控模式。在上述自動道岔控制功能失效的情況下，采用司機遙控控制道岔。在列車駛過自動控制區段，地面仍未獲得道岔操作命令時，車載報警提示司機按壓車載操作盤相應按鈕，進行道岔區的進路人工辦理，進路信息通過車-地通信發送給正線道岔區控制系統。正線道岔區控制系統在接受到由車載信號系統發送的進路請求后，檢查聯鎖條件均滿足的前提下，排列進路并且鎖閉，同時立即開放信號，列車繼續行駛，通過道岔區段后自動解鎖。此時，車載系統自動屏蔽道岔的人工控制功能，人機界面上允許司機人工控制道岔的指示熄滅。

除以上自動控制失效的情景，人工控制模式還可用于非運營計劃內的列車和車載信號系統局部故障情況下的列車運行。

3.道岔人工現場控制。在上述自動及遙控道岔控制功能均失效的情況下，司機可下車通過設置于進路表示器桿上的開關，人工操縱道岔，或使用便攜工具搬動道岔。

4.中心人工控制。在有運營需求時，由中心調度員在確保安全的前提下，采用人工確認流程，在調度中心下發進路解鎖指令，道岔控制子系統接受來自調度中心的進路解鎖指令解鎖進路。

4 結論

現代有軌電車工程由于其本身的特點及運行環境的復雜性，與傳統的地鐵和輕軌相比存在著明顯的特殊性。這就要求要在詳細分析其功能需求的基礎上，借鑒類似工程的經驗，合理做出選擇。建議:

1.有軌電車采用現地控制優先方式，由司機在軌旁控制道岔。特殊情況下，中心調度員通過無線列調對列車運行統籌安排調度。

2.有軌電車采用通信觸發方式。

3.有軌電車采用集中、分散設置道岔控制主機的方式均可，如無特殊要求，一般采用分散式。

［1］ 薛美根，楊立峰，程杰.現代有軌電車主要特征與國內外發展研究［J］.城市交通，2008，06:8-12.

［2］ 衛超.現代有軌電車的適用性研究［D］.上海:同濟大學，2008:8-33.

［3］ 薛洪峰.現代有軌電車信號控制關鍵技術研究［D］.北京:北京交通大學，2013:36-42.

［4］ 孫吉良.現代有軌電車信號系統及技術關鍵的研究［J］.鐵路通信信號工程技術，2013，04:6-9.

［5］ 馬作澤.現代有軌電車信號系統研究［J］.鐵道通信信號，2014，02:27-30.

［6］ 劉海軍.現代有軌電車信號系統設計分析［J］.都市快軌交通，2013，12:36-39.