高速、城際鐵路運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)和列控系統(tǒng)設計方案探究

李紅俠 于 斌 王素姣

隨著京津冀一體化實施方案的落地，鐵路交通一體化規(guī)劃便在抓緊制定之中。本文重點對鐵路交通網(wǎng)中高速、城際鐵路關鍵信號系統(tǒng)進行研究。高速鐵路如設計速度為250～350km／h，則京張、京沈、京津可形成京津冀鐵路核心圈；城際鐵路可覆蓋區(qū)域內(nèi)的主要城鎮(zhèn)，速度在200km／h以內(nèi)，平均站間距在6～7km左右，開行站站停列車和大站停快車，并采用大站停快車越行站站停列車的運輸組織模式，類似我國珠三角地區(qū)正在建設中的城際軌道交通線穗莞深、莞惠、廣清城際等。

運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)和列車運行控制系統(tǒng)是保證行車安全、提高運輸效率的關鍵設備，是線路間互聯(lián)互通運行的重要保障。本文從高速鐵路、城際鐵路信號核心系統(tǒng)的設計原則出發(fā)，結合線路定位、速度目標值，以及實際運輸需求等因素，以北京樞紐內(nèi)利用既有鐵路線的京張高速鐵路 （假定工程條件）為例，分別對運輸調(diào)度指揮和列車運行控制系統(tǒng)的設計方案進行探討。

1 城際鐵路交通網(wǎng)信號運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)設計原則

運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)包括調(diào)度中心子系統(tǒng)、車站子系統(tǒng)、網(wǎng)絡子系統(tǒng)和相關終端設備，與其他信息系統(tǒng)間的信息交換應全部集中在調(diào)度中心。

1．1 高速鐵路運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)設計原則

目前，在北京鐵路局調(diào)度所設有普速、客專2個調(diào)度中心總機系統(tǒng)，具備北京局管內(nèi)各線路調(diào)度指揮及管理能力。其總機容量考慮到后續(xù)鐵路線路的建設，京張、京沈等高速鐵路均擬接入客專調(diào)度中心總機系統(tǒng)。

高速鐵路應設置CTC系統(tǒng)，后續(xù)鐵路線路的建設不需考慮調(diào)度中心總機系統(tǒng)設備，僅考慮新設調(diào)度臺設備接入客專調(diào)度中心總機系統(tǒng)，及新設調(diào)度臺接入時調(diào)度中心總機系統(tǒng)的適應性修改，各車站設置CTC車站設備等。

1．2 城際鐵路運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)設計原則

城際鐵路應采用CTC系統(tǒng)。鑒于城際鐵路一般不是一條孤立的線路，需要與城際網(wǎng)內(nèi)其他線路連接，所以城際鐵路網(wǎng)宜設置獨立的調(diào)度中心，各條城際鐵路新設調(diào)度臺 （根據(jù)設備特點及運輸需求，可以一條線設計1個調(diào)度臺，也可以多條城際線合設1個調(diào)度臺），無配線站可不設置CTC車站設備 （設有ATO設備的線路，CTC設備應適應ATO功能要求）等。但如果城際鐵路網(wǎng)建設的早期沒配套建成獨立的調(diào)度中心，則根據(jù)調(diào)度中心總機系統(tǒng)工程建設留有一定余量的原則，把城際鐵路先期開通線路調(diào)度指揮設備接入北京鐵路局調(diào)度所普速，或客專調(diào)度中心總機系統(tǒng) （根據(jù)城際鐵路的具體情況選定），這在技術上是可行的。

2 京津冀高速、城際鐵路信號列控系統(tǒng)設計原則

2．1 列控系統(tǒng)設計原則

我國CTCS列控系統(tǒng)分為4級，列控系統(tǒng)裝備等級根據(jù)線路允許速度選用，適合于高速鐵路的有CTCS－2級和CTCS－3級2種。設計速度250km／h以上的線路，地面應采用CTCS－3（兼容CTCS－2）級列控系統(tǒng)；設計速度250km／h的線路，地面宜采用CTCS－3級列控系統(tǒng)，根據(jù)需要也可采用CTCS－2級列控系統(tǒng)。

目前城際鐵路分為 200km／h、160km／h、120km／h 3個速度標準，CTCS－2級可滿足城際鐵路各種速度標準線路的需要，其中200km／h標準的城際鐵路地面采用CTCS－2級列控系統(tǒng)，其他2個速度標準，地面可采用CTCS－0級列控系統(tǒng)（對于設有ATO的線路，即使其速度標準低于200km／h，線路列控系統(tǒng)也必須采用CTCS－2級列控系統(tǒng)）。

鑒于我國普速鐵路大量運營列車僅裝配了CTCS－0級列控系統(tǒng)車載設備 （即機車信號＋列車運行監(jiān)控記錄裝置LKJ），而CTCS－0級列控系統(tǒng)尚不能作為主要行車憑證，所以，自動閉塞區(qū)間需要設置地面通過信號機作為行車憑證，普速鐵路信號機常態(tài)處于點燈狀態(tài)。

我國高速鐵路運營列車均裝配了CTCS－2或CTCS－3車載設備，正常情況下以車載信號作為行車憑證，區(qū)間可不設置地面信號機，而是僅設置信號標志牌，出站信號機機構采用了較為簡單的紅、綠、白三燈位，平時處于滅燈狀態(tài)，綠燈亮時需檢查區(qū)間線路處于空閑狀態(tài)；而對于有未裝備列控車載設備的普速車上線運行的高速鐵路路段，其地面應按照普速鐵路標準設置區(qū)間及出站信號機。

城際鐵路開行的200km／h運營列車裝備CTCS－2車載設備，其他2個速度運營列車均可裝備CTCS－0車載設備 （對于200km／h標準線路，地面采用CTCS－2級列控系統(tǒng)開行的160km／h速度的動車組，且160km／h動車組數(shù)量占多數(shù)，考慮經(jīng)濟因素，該動車組也可僅裝配CTCS－0級車載設備）。因此，200km／h標準的城際鐵路所有列車均裝備CTCS－2車載設備時，地面可參照高速鐵路標準設置區(qū)間及出站信號機，線路上只要有運營列車裝備CTCS－0車載設備，地面應按照普速鐵路標準設置區(qū)間及出站信號機。

2．2 關于ATO設計考慮

ATO子系統(tǒng)是地鐵列車控制系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，目前高速鐵路及普速鐵路列控系統(tǒng)均不包括此內(nèi)容。《地鐵設計規(guī)范》GB 50157－2003第16．2．4條說明，在最大通過能力不小于30對 （即追蹤間隔為2min）的線路才配置ATO。如果參照此規(guī)定，城際鐵路可不考慮設置ATO （城際規(guī)范的運輸組織方案中列車最小行車間隔為3min），但對于經(jīng)濟條件較好、對運營服務質(zhì)量要求較高的城際鐵路，可結合項目特點經(jīng)方案比選后采用ATO子系統(tǒng)，GB 50157－2003規(guī)定行車追蹤間隔較小或站間距較小的線路，可采用CTCS2＋ATO列控系統(tǒng)。目前CTCS2＋ATO列控系統(tǒng)設備正在珠三角城際莞惠城際試驗段工程中進行驗證試驗。

3 京張高速鐵路運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)、列控系統(tǒng)設計方案

京張鐵路自既有北京北站引出，北京北至清河維持既有單線并電化改造，清河至沙河增建第2線（動車運用所設在清河），沙河至昌平增建第3線，與樞紐既有鐵路銜接線路示意圖如圖1所示。昌平至張家口南新建雙線；同步建設延慶支線。速度目標值：北京北至清河段維持既有，清河至昌平段1 60～200km／h，昌平至八達嶺西段250km／h，八達嶺西至下花園北段350km／h，下花園北至張家口南段250km／h。

全線采用客運專線組織模式，原則上全部開行動車組 （北京北至昌平段外），運行通道內(nèi)全部動車組旅客列車，開行八達嶺長城 （延慶）的市郊旅游動車組。2020年冬奧會期間，主要組織開行北京至崇禮、張家口至崇禮的動車，北京北至昌平段兼顧開行動車底走行，部分京通、京包普速旅客列車及少量摘掛列車和小運轉列車。

圖1 京張鐵路北京北至昌平段線路示意圖

3．1 京張高速鐵路運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)設計方案研究

鑒于北京樞紐北京北至昌平段屬于客貨共線鐵路，既有為普速鐵路信號系統(tǒng)，該段各車站屬于北京調(diào)度所既有S2調(diào)度臺管轄，京張鐵路運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)擬考慮以下3個設計方案。

方案一：北京北至昌平段維持既有S2調(diào)度臺管轄，昌平 （不含）至張家口南段新設1個京張鐵路調(diào)度臺，2個調(diào)度臺均接入北京鐵路局調(diào)度所客專調(diào)度中心總機系統(tǒng)。

方案二：北京北至昌平段維持既有S2調(diào)度臺管轄，接入北京鐵路局調(diào)度所普速鐵路調(diào)度中心總機系統(tǒng)；昌平 （不含）至張家口南段新設1個京張鐵路調(diào)度臺，接入北京鐵路局調(diào)度所客專調(diào)度中心總機系統(tǒng)。

方案三：北京北至張家口南段采用分散自律調(diào)度集中系統(tǒng) （CTC），新設京張鐵路調(diào)度臺，接入北京鐵路局調(diào)度所客專調(diào)度中心總機系統(tǒng)。

由于高鐵線路的調(diào)度指揮、應急處置、施工及維修管理等模式與普速鐵路不同，方案一、二是從運輸管理方面考慮，客貨共線段更適合由既有S2調(diào)度臺管轄。

為滿足客專列控系統(tǒng)需求，方案一、二均需將既有S2 （TDCS 2．0）調(diào)度臺按CTC或 TDCS 3．0標準進行升級改造。方案一、二2個調(diào)度臺均需新設通信服務器、行調(diào)臺工作站、TSRS接口服務器、RBC接口服務器等硬件設備，方案二2個調(diào)度臺需新設2臺應用服務器，而方案一中2個調(diào)度臺可以合用應用服務器。

特別需要指出的是，由于既有S2調(diào)度臺除管轄既有北京北至昌平段車站，以及既有延慶站4座車站外，還管轄其他14座普速鐵路車站，如果這14座車站行車指揮車站分機設備維持既有TDCS 2．0標準不變，需對既有TDCS 2．0中心和車站設備軟硬件進行改造，增加接口服務器等，而把TDCS 2．0車站分機接入CTC調(diào)度臺的改造工程沒有相關可依據(jù)的標準，對既有線行車干擾大，而且工程實施難度也較大。因此為了這14座既有車站行車指揮車站分機設備接入升級改造的S2調(diào)度臺，方案一、二均將這14座車站行車指揮車站分機設備按TDCS 3．0標準升級。

采用方案三時，既有S2調(diào)度臺以及其他14座車站TDCS車站分機設備均可維持既有TDCS 2．0標準不變，因既有S2調(diào)度臺減少4座車站，而北京鐵路局調(diào)度所普速鐵路調(diào)度中心總機系統(tǒng)軟件需相應配套修改。方案三的優(yōu)點是京張鐵路動車組行車交路內(nèi)調(diào)度指揮均屬1個調(diào)度臺管轄，指揮統(tǒng)一，便于協(xié)調(diào)管理，其CTC系統(tǒng)結構簡單，CTC系統(tǒng)運行的時效性最好且投資最少。

由于北京北至昌平段普速車上線，方案一、方案二維持既有S2調(diào)度臺管轄基本不變，便于S2調(diào)度臺運輸管理，方案一既有S2調(diào)度臺與京張鐵路調(diào)度臺間信息交互環(huán)節(jié)較少，僅進行調(diào)度臺間信息交互；方案二普速和客專2個調(diào)度中心總機系統(tǒng)間需要進行大量的信息交互，信息中轉次數(shù)多，信息交互的時效性較差，信息中轉及時效性可以通過設備層面應用系統(tǒng)安全設計，以及相應的操作規(guī)程的規(guī)定來保證行車安全。綜上所述，以上3個方案技術上均可行，運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)方案可結合運輸調(diào)度相關部門需求選定。

3．2 京張高速鐵路信號列控系統(tǒng)設計方案研究

結合線路速度標準及運行交路，列控系統(tǒng)的設置擬考慮以下4個方案。

方案一：北京北至張家口南全線采用CTCS－3級列控系統(tǒng)。在張家口南站與懷安站 （張呼鐵路車站）區(qū)間設C2／C3級間轉換1處。

方案二：清河至張家口南站采用CTCS－3級列控系統(tǒng)，北京北至清河段采用CTCS－2級列控系統(tǒng)。在清河至清華園站區(qū)間以及張家口南站與懷安站 （張呼鐵路車站）區(qū)間設置C2／C3級間轉換2處。

方案三：昌平至張家口南段采用CTCS－3級列控系統(tǒng)，北京北至昌平段采用CTCS－2級列控系統(tǒng)。在沙河至昌平區(qū)間以及張家口南站與懷安站（張呼鐵路車站）區(qū)間設置C2／C3級間轉換2處。

方案四：八達嶺長城至下花園北段，采用CTCS－3級列控系統(tǒng)，北京北至八達嶺長城段以及下花園北站至張家口南段，采用CTCS－2級列控系統(tǒng)。在昌平至八達嶺長城站區(qū)間，以及下花園北至宣化北站區(qū)間，設置C2／C3級間轉換2處。

C3動車組數(shù)量計算是按照正線動車全追蹤，車站側線股道均停滿考慮，有一定的富余量，方案一、二、三、四C3區(qū)段動車組數(shù)量分別為80、66、55、25列，結合動車組開行的實際運行情況，考慮方案一RBC可按3臺、方案二、三均按2臺、方案四為1臺設計。

方案一在京張運行交路內(nèi)無級間轉換，投資最高。方案二比方案一少1臺RBC，考慮到北京北至清河維持既有單線并電化改造，并無新的運輸能力增加且動車所設在清河，從節(jié)省投資方面方案二優(yōu)于方案一。方案三時速250km及以上路段采用CTCS－3級列控系統(tǒng)，符合相關設計規(guī)范要求。

方案二、方案三以及方案四，運行于地面CTCS－3級列控系統(tǒng)區(qū)段的C3動車組正常，以CTCS－3級列控車載設備控車。CTCS－3級列控系統(tǒng)故障后，采用其后備模式，即CTCS－2級列控車載設備控車。運行于地面CTCS－2級列控區(qū)段的C3動車組，正常以CTCS－2級列控車載設備控車，CTCS－2級列控系統(tǒng)故障后，能以地面信號作為行車憑證。

方案四僅時速350km路段采用CTCS－3級列控系統(tǒng)，雖然投資最省，但京張運行交路內(nèi)動車需進行的列控系統(tǒng)級間轉換次數(shù)最多，一般不做建議方案。方案一、二、三均能保證運輸安全及效率，技術上均可行，經(jīng)技術、經(jīng)濟以及運營等綜合比較，建議采用方案二。

4 結束語

通過對京津冀鐵路交通一體化中高鐵、城際鐵路信號主要核心系統(tǒng)設計方案的探討，按照運輸調(diào)度指揮采用CTC系統(tǒng)，列控系統(tǒng)采用相適應的CTCS列控等級進行設計，信號系統(tǒng)具有一定的兼容性，在滿足運輸安全、需求的前提下，既能適應本線列車的運行，還盡可能兼顧跨線列車的運行，且高速鐵路、城際鐵路線路間在信號系統(tǒng)層面可實現(xiàn)互聯(lián)互通。

［1］ 中國鐵路總公司．鐵總運［2013］141號，鐵路列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（3．0）技術條件［S］．2013．

［2］ 中國鐵路總公司．鐵總科技［2014］172號，鐵路技術管理規(guī)程（高速鐵路部分）［S］．2014．

［3］ 國家鐵路局．國鐵科法［2014］67號，城際鐵路設計規(guī)范［S］．2014．