地鐵信號系統分段開通方案設計

童 偉

（北京通號國鐵城市軌道技術有限公司，北京 100070）

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地鐵信號系統分段開通方案設計

童 偉

（北京通號國鐵城市軌道技術有限公司，北京 100070）

對目前地鐵信號系統中分段開通運營的方式，主要對聯鎖、ATP、ATS、網絡接口等各子系統設計方案進行研究。方案設計基本原則秉承對原有設計進行最小化修改及對第二階段線路開通時調試工作可行性進行的原則。

信號；聯鎖；ATS；DCS；TGMT；WCU_ATP；DTI

1　概述

地鐵是一個龐大復雜的系統，建設過程中各系統建設并行進行。在建設過程中由于某一環節遇到問題則會導致后續的工作受阻。通常為了解決城市交通問題，地鐵公司會采取地鐵線路分段開通，將部分線路投入載客運營，解決城市交通壓力。

地鐵信號系統作為地鐵控制的神經中樞，控制著全線運營列車的安全、組織。分段開通對信號系統的影響巨大，必須對系統進行設計更新，保證分段商業載客運營線路所應用信號系統的安全、可用。

本文對青島市地鐵3號線一期工程各個信號子系統分段開通設計研究，保證信號系統分段安全、可行。

2　線路概況

青島市地鐵3號線一期工程線路全長約24.779 km。本線在北端火車北站附近設安順車輛段和綜合基地一座，設控制中心一座。在車輛段設試車線（試車線長度約1 360 m）、綜合維修中心及培訓中心。

北段從清江路（12站）至青島火車北站（22站），包括位于北段范圍內的11個車站、軌旁、控制中心、車輛段、試車線、維修中心等所有設備。南段包括從青島站（1站）至清江路（12站）區域。

3　總體方案設計

3.1分段開通運營線路設計

正常運營線路設計中，通常首站及末站會設置為折返車站。折返車站將帶有折返線路及軌道。青島3號線線路中，在青島站（1號站）設置站前交叉渡線折返方式，在青島北站設置站前單渡線及站后交叉渡線折返方式，其中青島北站站后折返可實現無人駕駛自動折返方式。

分段開通方案中，信號系統首先應該根據業主提供可用線路進行調查，結合乘客上下車的方式，選擇兩端具備折返線路的車站作為分段開通運營終端站。另外，先期開通線路應具備與車輛段或者停車場接口，此兩項為分段開通線路必要條件。

其次，根據開通范圍應確定控制中心（OCC）是否能夠包含在北段開通運營范圍之內。如果OCC不在先段開通運營范圍之內，則應考慮設置臨時控制中心或者應急控制中心。

再次，應考慮先期開通的范圍是否包括試車線。如果不包含試車線，則應該考慮正線試車，選定相應的正線試車線路。

最后，需要根據業主實際需求設計具體的開通范圍及功能，如開通的車站范圍、線路里程、信號系統控制等級、列車的駕駛模式及分段開通的列車數量等。

此外，先期開通線路應考慮運營時在線路兩端具備存儲故障列車能力。對于系統運營間隔，由于折返線路為非常規折返，系統運營間隔可不在先期開通線路中考察，但是信號系統應根據確定線路進行牽引計算，對先期開通線路運營時刻表的編制給出建議。

如圖1所示，青島3號線確定北段開通線路中，青島北站為原有折返車站，具備站前及站后折返能力，并且具備與青島3號線車輛段的接口。線路另外一端清江路站，由于無站前及站后折返線路，并不能作為載客運營的折返車站。而清江路站與雙山站由于線路規劃上有停車線，分段開通時可用于運營列車的折返。

青島3號線分段開通各階段開通功能如表1所示。

3.2分段開通系統設計

3.2.1聯鎖系統設計

表1　青島3號線的分段開通各階段開通功能

分段開通中，聯鎖系統設計首先應該根據確定開通范圍考慮對聯鎖硬件設備的影響。如果聯鎖設備集中站在先期開通范圍之內，可不做改變。如果聯鎖設備集中站不在先期開通范圍之內，則需要將既有聯鎖集中站設備調整至其他車站設備房中，前提條件是設備房有足夠面積容納設備，并及時調整設備系統更換位置后用電需求。軟件需對邊界區域聯鎖邏輯進行修改，取消或調整由先期開通至后期開通范圍雙向進路聯鎖表配置，并為折返線路聯鎖配置追蹤功能。

青島3號線根據原有的信號系統設計方案，北段運營包括兩個聯鎖區，分別為青島北聯鎖區和雙山聯鎖區。兩個聯鎖區各有一個OC控區，分別為李村OC區域和敦化路OC區域。區域劃分如圖2所示。

根據以上情況，聯鎖系統北段開通將按以下方案設計。

3.2.1.1進路

雙山站和清江路區間設備布置如圖3所示。

1） 在雙山站和清江路的上下行區間臨時車擋處增加北段端虛擬信號機V1、V2，增加進路X1303至V1， X1311至V1， X1304至V2；

2） 為進路X1304_X1311增加ARC功能；

3） 為進路S1313_S1309增加折返ARC功能；

4） 刪除原設計中進路X1304_X1202，X1311_X1003_1/2，X1303_X1003_1/2。

3.2.1.2計軸區段

由于計軸磁頭CH1102/CH1202、CH1201/ CH1301無法安裝，為了實現G1202及G1301區段的占用/出清，需修改計軸配置，增加虛擬計軸點，并修改計軸配置軟件，實現從計軸點CH1202/ CH1302及CH1301/CH1303單邊占用/出清。

在上行虛擬信號機后，由于沒有計軸磁頭，因此存在潛在風險。即在南段調試期間，工程車從南段開入到北段，越過此虛擬信號機，而系統無法檢測此風險存在。需由業主安裝車擋來防止此風險（上行車擋的位置為YDK12+558.499，下行車擋位置為ZDK12+548.499， 車擋均為雙向車擋）。

3.2.1.3網絡

1）聯鎖跨區通信網絡

原設計中聯鎖系統間通過聯鎖專用以太網完成站間信息通信，將延安三路聯鎖區、雙山聯鎖區、青島北站聯鎖區相連，具體連接如圖4所示。北段開通時，信號系統將修改網絡配置，北段范圍不包括延安三路聯鎖區。

2）OC通信網絡

北段開通運營時，雙山聯鎖區中雙山聯鎖站不與敦化路OC區域相連，如圖5所示。

3.2.2ATS

青島地鐵3號線北段開通運營時，ATS將完成北段所有車站、控制中心設備及DTI安裝。北段開通時，ATS將實現全功能開通。

3.2.2.1進路及人機界面

由于聯鎖增加虛擬信號機V1、V2，ATS將修改系統軟件配置與之相匹配。

北段開通時，人機界面將顯示北段開通范圍設備正確狀態。對南段未接入設備，人機界面將藍顯。3.2.2.2 網絡

ATS系統網絡由兩個采用RRPP協議互相獨立但互為冗余的以太網構成，分為A、B網。為避免單點故障影響系統的功能，每個環網又被分為兩個相切環，以提高網絡的可用性。

在北段運營時，為了保證北段運營的穩定性。ATS網絡將繼續采用A、B環網結構，但是需要修改網絡配置，在清江路站將A、B網成環。

如圖6所示，DTI網絡將從清江路站斷開寧夏路、敦化路、錯埠嶺站的網絡。

3.2.3TGMT

3.2.3.1進路

TGMT將根據北段開通范圍的終點修改TGMT及OBCU數據配置。同時為了保證安全將區段G1202、G1301設置為零速區段，保證ATP列車不能駛入這兩個區段。

改變VB1311、VB1303的配置，將其目的地信號機改為V1。

改變VB1304的配置，將其目的地信號機改為V2。

3.2.3.2網絡

北段開通時，信號系統將修改網絡配置，北段范圍不包括延安三路聯鎖區，具體連接如圖7所示。

3.2.4DCS

為了保證北段開通運營，DCS系統需要在清江路站增加一套WCC及網絡機柜，一方面可以用于清江路到雙山站的區間AP網絡連接成環，形成通信網路，將北段投入正式運營；另一方面在南段未接入全線時，將南段DCS網絡在清江路站成環，并利用增加設備先行進行南段AP調試。增加的設備保證了在南北段銜接時，無需進行多次光纖熔接，只需在交換機處進行光纖插拔作業。DCS南、北段網絡示意如圖8所示。

3.2.5安裝調試

根據以上不同子系統為北段開通方案設計，子系統組網方式改變將導致清江路站軌旁骨干網光纖連接方式的改變。

北段開通時，將按照表2對清江路站光纖進行修改。

表2　清江路站熔纖修改表

3.2.6安全保證

為了保證安全，信號系統采取技術及管理等多方式手段，給予系統多方面的保證。

3.2.6.1防止運營列車駛入非運營軌道區段

1） 增加V1、V2虛擬終端信號機，為列車進入軌道G1202、G1301提供聯鎖進路；

2） 修改TGMT、OBCU軟件，分別將區段G1202、G1301設置為零速區，防止運營CTC及ITC級列車闖入；

3） 根據V1，V2虛擬信號機的里程，由運營在其位置增加常亮紅燈信號，作為終端阻擋信號。

3.2.6.2防止非運營列車駛入運營軌道區段

1） 建議在雙山站與清江路站之間增加雙方向的臨時車擋。

3.2.7北段運行間隔

依據業主輸入信息，北段開通時采用非常規運營小交路，且在第13站雙山車站只能采用單庫站后折返。

如圖9、10所示，依據牽引計算初步模擬結果，在CTC模式下（13站）雙山站最小折返間隔為132 s左右。因此在北段進行運營時，運營組織行車以及編制時刻表，應充分考慮該限制條件。

4　南段調試與接入方案

4.1ATS

由于南段安裝、調試期與北段運營期重合，ATS系統調試時需要使用中心的應用服務器，頻繁更換數據可能對北段運營帶來風險。為了降低南段調試對北段既有運營的影響，需增加1套應用服務器及1套數據庫服務器用于南段調試，確保北段的正常運營。

4.2DCS

由于全線WCC設置在雙山，在進行南段TGMT調試時，需要將延安三路的TGMT與清江路站新增的WCC相連，保證延安三路聯鎖區測試。

5　結語

分段開通是在既有設計方案上進行修改，保證對原有設計進行最小化的修改，還要能夠完成分段開通時的運營目標，同時還要顧及在第二階段線路開通時調試工作安全、可行性。對于信號系統來說，主要考慮分段開通邊界區域各子系統修改設計。

青島3號線信號系統設計完成，得到業主確認，采用分段開通方式后編寫。方案對信號系統各子系統如聯鎖，ATP，ATS，DCS以及安全保證措施等方面進行了安全層面以及運營層面設計。目前青島3號線北段已正式開通，驗證了分段開通方案的可行性。

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The paper studies the design scheme of subsystems such as interlocking， ATP， ATS and network interfaces in two-phase operation mode of metro signaling system. The scheme is designed based on the principles of minimizing the amendment of the original design and practicability of commissioning in the next phase.

signaling； interlocking； ATS； DCS； TGMT； WCU_ATP； DTI

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.02.021

2015-06-24）