軌道交通信號系統拆分及全自動預留設計探討

彭顯辰

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043）

近年來，全自動運行技術在國內軌道交通領域日漸升溫，隨著北京燕房線的開通，越來越多的城市開始推動全自動運行項目的落地。國家工程實驗室及北京市重點實驗室聯合發布了白皮書，中國城市軌道交通協會團體標準也相繼出臺。列車的駕駛模式也逐步由人工駕駛、半自動駕駛，進步到有人值守的全自動運行，并最終向無人值守的全自動運行系統發展。基于技術水平的發展和日趨成熟的建設經驗，在新建項目實施全自動運行系統相對簡單。但是，很多城市不可避免地存在線路拆分和既有線改造工程。此類復雜工程中全自動運行系統的設計和實施方案，亟需進一步的探討。

而作為全自動運行系統的核心技術，信號系統設計的優劣關系到行車安全和行車效率，影響地鐵運營的質量。信號系統的設計方案直接關系到此類復雜工程能否能夠順利實施。本文結合合肥軌道交通4 號線目前的實施情況，以充分利用既有設備設施、減小廢棄、盡量不影響4 號線正常運營為原則，對信號系統的拆分及全自動運行預留設計方案進行介紹，旨在為類似工程提供參考和借鑒。

1 概述

1.1 工程背景

合肥4 號線全長41.37km，設31 座地下車站，一場一段，設計最高行車速度為80km/h。根據建設規劃，為滿足沿線差異化出行需求，4 號線近期在豐樂河路站進行拆分。自豐樂河路站引出4 號線南延線，與4 號線豐樂河路站以東部分貫通運營組成新的4 號線。原4 號線豐樂河路站以西部分拆分至6 號線一期工程貫通運營，設計最高行車速度為100km/h。其中，6 號線一期工程采用全自動運行系統。

4 號線工程已于2017 年全線開工建設，計劃2021 年建成。豐樂河路站車站主體已基本完成，預留了土建拆分條件。

1.2 系統方案概述

4 號線信號系統采用上海電氣泰雷茲交通自動化系統有限公司提供的基于通信的列車控制（CBTC）系統，實現移動閉塞功能，行車間隔按90s 設計。設置地面信號機，輔助以計軸作為列車位置檢測設備，與聯鎖級、點式降級等設備共同構成完整的點式和聯鎖兩級降級系統。車-地無線通信采用TD-LTE 技術，信號系統單獨組網，采用A、B 網雙網冗余方案。

2 拆分預留條件設計

4 號線按照傳統的有人駕駛線路進行設計，實現GoA2 等級下的列車自動控制功能。拆分工程的關鍵點為兩線速度目標值的差異問題、信號系統設備的兼容性問題、列車自動化等級的差異問題。針對以上關鍵點，在4 號線拆分段設計時，為線路拆分和全自動運行系統的平滑升級預留如下條件：

（1）對拆分段軌旁設備（應答器、計軸、信號機等）的布點按照適應100km/h 的速度目標值進行設置，并滿足互聯互通的規范和標準。

（2）在拆分段充分考慮6 號線全自動運行的功能需求，布置列車精確定位應答器、人員防護開關（SPKS）、關門按鈕、清客按鈕等硬件設備。避免線路拆分時硬件設備配置調整對運營帶來影響，只需升級系統軟件即可實現拆分段納入6 號線貫通運營的需求。

（3）根據線路拆分邊界，將拆分段正線設置為獨立的聯鎖控區，并在拆分節點車站（豐樂河路站）設置兩套聯鎖集中站信號設備，一套屬于拆分后4 號線，一套屬于拆分后6 號線。

（4）拆分段信號系統網絡按6 號線信號系統統一規劃、設置IP 地址。DCS 子系統在拆分段設置為獨立的環網，使用三層交換機以及A/B Switch 將其與4 號線骨干網進行連接。軌旁漏纜安裝布置時，在線路拆分點安裝預留電橋，用來對接6 號線延伸線漏纜。

（5）在拆分的車輛段設置APT/ATO 設備，提供自動化場段功能，設備配置與正線集中站配置基本相同。充分考慮車輛段自動化區域無線覆蓋范圍的要求，同時，預留與全自動洗車機的接口。

3 拆分方案

3.1 正線室外設備拆分方案

基于信號集成商的產品特點，拆分工程涉及3 個控區。拆分前，雞鳴山站控區（ZC1）的控制范圍為雞鳴山路站、方興大道站和長寧大道站；豐樂河路站控區（ZC2）的控制范圍為創新大道站；豐樂河路站4 號線控區（ZC3）的控制范圍為豐樂河路站和玉蘭大道站。拆分段信號系統控區劃分如圖1 所示。

由于4、6 號線拆分界面位于兩線聯絡線中點，因此，拆分后ZC2 與ZC3 的控制邊界將由原來的位置變為兩線聯絡線中點位置。原ZC2 與ZC3 控制邊界至拆分聯絡線中點之間的軌旁設備（包括2 組道岔，7 套計軸，2 組站臺門，4 組ESB，5 架信號機，4 組有源應答器）將從ZC3 分離，納入ZC2 控制。

為了減小拆分工程對既有4 號線運營的影響，我們在豐樂河路站6 號線信號設備室內設計了室外設備線纜倒接柜，用以實現拆分時由于邊界變化引起的軌旁設備倒接。該倒接柜一端接入4 號線豐樂河路站信號系統，另一端接入6 號線豐樂河路站信號系統。將豐樂河路站室外信號設備線纜接入分成兩部分：

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（1）拆分后，豐樂河路站屬于4 號線控制的所有信號室外設備（信號機、道岔、ESB、PSD、DTI、RRU）以及IBP 盤通過室外電纜連接至4 號線信號設備室的分線柜A 上，然后，接入4 號線豐樂河路站信號系統。

（2）拆分后，豐樂河路站屬于6 號線控制的所有信號室外設備（信號機、道岔、ESB、PSD、DTI、RRU）以及IBP 盤通過室外電纜連接至6 號線信號設備室的分線柜B 上，并通過倒接柜接入4 號線豐樂河路信號系統。計軸設備按共享計軸點的方式分別接入4 號線和6 號線設備室的分線柜，磁頭均由6 號線設備室ACE 機柜供電。有源應答器室外僅放置一根電纜，先接入6 號線設備室的分線柜，然后，從6 號線的分線柜外側跳接到4 號線設備室的分線柜，6 號線室內預留分線柜到LEU 機柜的電纜。

經過上述分析，倒接柜分為上、下兩個部分，上部分為倒切作業層，設置16 個倒切開關，下部分為配線層，配線端子選用可斷式WAGO 接線端子。拆分工程實施期間，白天4 號線正常運營，將倒切開關切換至運營檔位，“運營”指示燈顯示綠色；夜間6 號線調試，將倒切開關切換至調試檔位，“調試”指示燈顯示黃色。待6 號線貫通調試完成，通過倒接柜切換即可將室外設備一次性倒接，完成4、6 號線的拆分，實現4、6 號線各自獨立運營，并將倒接柜拆除。

圖1 拆分段信號系統控區劃分示意圖

3.2 科學城車輛段拆分方案

車輛段信號系統設備配置與正線集中站配置基本相同，設置了ATP/ATO 設備，提供自動化車輛段功能。4 號線先期實施時將該車輛段進行了有人區與無人區的劃分，在有人區與無人區出入口處采取了防護措施。運用庫長度按照全自動運行的需求進行加長，并將庫內無人區分隔成若干個檢修小分區。拆分時，僅需在停車列檢庫相應位置增設休眠/喚醒應答器，并通過將軟件升級至6 號線版本即可實現，室內信號設備無須做任何改變。

3.3 ATC 子系統拆分方案

（1）在車輛段、正線控區ZC1、ZC2 和ZC3 各設置一套本地ATS 設備。拆分時，ZC2 的本地ATS 控制范圍通過升級數據庫增加豐樂河路站6 號線部分，然后，割接入6 號線信號系統；ZC3 的本地ATS 控制范圍調整為控制4 號線線路豐樂河路站4 號線部分。拆分段本地ATS 設備進行軟件及數據升級改造后，納入6 號線ATS 子系統。4 號線中央ATS 僅需通過數據庫升級即可實現ATS 系統拆分，控制既有4 號線其余控區及4 號線南延線。

3.4 聯鎖子系統拆分方案

考慮到線路拆分和6 號線全自動運行的功能需求，在拆分段信號設備室內提前預留一臺新聯鎖機柜的設備安裝位置、用電、接地和接口。拆分時，僅有豐樂河路控區（ZC3）聯鎖設備需要通過倒接柜完成室外設備線纜倒接及聯鎖表升級，其他的拆分控區所有室外設備的線纜均不須改造。室內增加一臺新聯鎖機柜，同時，升級相應的軟件來實現拆分。新聯鎖設備通過以太網與既有設備接口，待6 號線具備條件后，僅需通過網絡接入，即可實現新聯鎖設備的集成。

3.5 DCS 子系統拆分方案

4 號線實施時在豐樂河路站設置三層交換機，用于連通拆分段與4 號線其余部分的骨干網。使用三層交換機對接6號線新建段DCS 網絡，可適應6 號線新建段各種網絡構架，避免純二層環網各家交換機廠商的私有環保護協議不兼容造成的接入技術障礙。同時，使用A/B Switch 對接4 號線和6號線網絡，增加割接的便利性。

在需要做4、6 號線的網絡割接測試及正式割接時，只需要轉動A/B Switch 的使能鑰匙，將檔位在4 號線側和6 號線側轉換即可。該方案比變動骨干網光纖簡單很多，避免了光纖及光模塊的損壞，且不容易發生人為錯誤。

4 結語

綜上所述，基于確保行車安全、滿足客流需求和盡量減少對既有線運營影響的原則。信號系統在設計時將后續工程實施難度大的硬件設備設施、管線預埋等工程納入了4 號線工程先期實施，通過倒切的方式拆解至6 號線工程。同時，由于信號系統按線路管控，需要作為一個整體考慮，對于系統的軟件功能、系統接口等做了相應預留，在拆分時，由6號線完成升級和調試。此設計方案預留條件充分，經濟可行。希望能為國內其他既有線升級改造工程和線路拆分工程提供一定的參考和借鑒，更好地推動全自動運行系統的實施。