川藏鐵路信號系統功能需求與技術方案研究

徐 越，朱 明，蔡 亮，陳 勇

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

川藏鐵路由成雅段（成都-雅安段）、雅林段（雅安-林芝段）與拉林段（林芝-拉薩段）3 段線路組成，川藏鐵路3 段線路整體技術標準基本相同，但線路環境情況、功能需求差異較大。新建川藏鐵路雅林段工程環境特殊，現行信號系統方案無法完全滿足其工程應用要求，目前亟需針對雅林段復雜應用環境，開展高可靠、高可用、少維護與智能化信號系統方案研究。

1 川藏鐵路線路情況與技術標準

川藏鐵路從成都出發向西延伸經雅安、康定、新都橋、昌都、林芝最終到達拉薩，全線運營里程約1 567.33 km[1]。川藏鐵路全線線路范圍如圖1所示。

1.1 川藏鐵路線路情況

川藏鐵路采用興建新線與合并舊線的建設模式，分期分段建設運營。川藏鐵路各段線路信息如表1所示。

圖1 川藏鐵路線路范圍示意圖Fig.1 Schematic diagram of Sichuan-Tibet railway line range

表1 川藏鐵路各區段線路信息表Tab.1 Information table of Sichuan-Tibet railway sections

1）既有川藏線成雅鐵路由成都西站至蒲江（朝陽湖）段、朝陽湖至雅安段組成，成雅段為雙線、客貨共線鐵路，設計速度 120 ～200 km/h，該段已于2018 年底建成通車。

2）在建拉林鐵路，2014 年底開工建設，計劃2021 年建成通車，拉林鐵路為單線、客貨共線鐵路，設計速度 160 km/h，目前處于站后施工階段。

3）新建川藏鐵路分為兩段：成都天府站（不含）至成雅鐵路朝陽湖站（不含）， 雅安站（不含）至林芝站（不含）。目前該段處于可研階段（先開段站前工程處于施工圖階段），其中，天府站至朝陽湖站新建正線（雙線）長度80.61 km；雅安至林芝段新建正線（雙線）長度1 008.41 km。雅林段鐵路為雙線、客貨共線鐵路，設計速度 200 km/h，局部速度適當降低。

1.2 川藏鐵路技術標準

川藏鐵路全線線路長、跨度大，導致成雅段、雅林段與拉林段線路條件、技術指標差異較大。本節通過對比分析技術指標，剖析3 段信號系統技術條件與功能需求差異。川藏鐵路成雅段、雅林段與拉林段技術標準對比如表2 所示。

川藏鐵路成雅段、雅林段與拉林段主要技術指標對比分析如下。

相同點：3 段線路的鐵路等級、設計行車速度、機車類型、牽引種類、到發線有效長度等基本相同，上述技術指標受地形情況與線路條件等因素影響相對較小，通過技術手段可實現相同技術標準。

不同點：如圖2 所示，地理位置上成雅段、拉林段位于線路兩端，分別處于四川盆地與青藏高原，二者地勢平緩、線路坡度小、橋隧比略低；而雅林段位于橫斷山區，跨越大渡河、雅礱江、瀾滄江、怒江、雅魯藏布江等河流，地形高差顯著、途經山脈眾多。川藏鐵路地理環境與線路條件差異性大導致三段線路正線數目、最小曲線半徑、最大坡度牽引質量、橋隧比等技術指標差異明顯。

2 成雅段與拉林段信號系統功能需求與技術方案

川藏鐵路成雅段、拉林段信號系統設計方案均已實施，而新建川藏鐵路雅林段目前尚處于可行性研究階段（先開段站前工程處于施工圖階段）。本節從信號系統功能需求入手，對比分析成雅段、拉林段所采用信號系統方案的異同；第3 節以此為基礎進行雅林段信號系統功能需求分析與技術方案研究。

表2 川藏鐵路各區段主要技術標準Tab.2 Main technical standards of Sichuan-Tibet railway sections

圖2 川藏鐵路線路地理位置及徑路圖Fig.2 Geographical location and route map of Sichuan-Tibet railway

2.1 成雅段與拉林段信號功能需求

川藏鐵路雅林段與拉林段主要信號系統功能需求如下。

1）調度指揮系統

川藏鐵路成雅段與拉林段調度指揮系統具備對管轄范圍列車與調車作業進行統一指揮和管理的功能，同時支持車站級信號設備的獨立操控。

2）閉塞系統

滿足列車追蹤間隔要求，且與線路運輸量與運輸需求相匹配。

3）列車運行控制系統

滿足故障-安全的原則，采用適應川藏鐵路不同類型車輛的列車運行控制系統，并且滿足最高運營時速200 km 追蹤能力的運行要求，本線列車能夠兼容川藏鐵路及鄰線信號系統，實現跨線運行。

4）聯鎖系統

滿足故障-安全的原則，完成車站進路的自動選排，實現對信號機、道岔、軌道電路的集中控制，設備具有較高的安全性、可靠性與可用性。

5）監測系統

采用成熟可靠的技術手段，實現信號設備（聯鎖、閉塞、列控、調度、電源屏等設備）的工作狀態的動態實時監測、數據記錄與統計分析。

2.2 成雅段與拉林段信號系統方案

針對成雅段與拉林段信號系統功能需求、技術條件與工程環境特點，二者分別采用不同的信號系統設計方案。

成雅段采用調度集中系統（CTC），各站設置調度集中分機；區間正向采用自動閉塞，反向采用自動站間閉塞，線路配置CTCS-2 級列控系統滿足近期4 min，遠期3 min 的列車追蹤間隔要求；各站配備計算機聯鎖設備實現車站進路的自動選排，設置信號集中監測系統實現信號設備的監測及維護[2-3]。

拉林段采用調度集中系統（CTC），各站設置調度集中分機；區間正反向均采用自動站間閉塞，線路配置CTCS-2 級列控系統；各站配備全電子聯鎖設備實現車站進路的自動選排，全線配置信號集中監測系統實現信號設備的監測及維護[4]。

成雅段與拉林段信號系統配置對比如表3 所示，二者信號系統差異性具體如下。

相同點：川藏鐵路成雅段、拉林段兩段線路工程環境對調度指揮、列控系統及監測系統差異性選擇影響較小，故兩段線路均采用CTC、CTCS-2 級列控設備與信號集中監測系統實現成雅段、拉林段調度指揮、列車運行控制與設備監測維護的系統功能需求。

表3 川藏鐵路成雅段、拉林段信號系統配置對比表Tab.3 Comparison table of signalling system configuration for Chengdu-Ya’an and Lhasa-Nyingchi sections of Sichuan-Tibet railway

不同點：成雅段區間采用自動閉塞，站內采用計算機聯鎖；而雅林段區間采用自動站間閉塞，車站采用全電子聯鎖。主要原因在于目前拉林段沿線城市群稀疏、人口少，其客/ 貨運量遠低于成雅段，區間行車密度小，故采用自動站間閉塞而非自動閉塞；此外拉林段地處青藏高原，海拔高、晝夜溫差大、紫外線強，使繼電接口的計算機聯鎖設備的物理參數嚴重漂移，故障頻次升高與維護工作量急劇上升；而全電子聯鎖設備受海拔、溫差、紫外線等因素影響較小，且高原環境下RAMS 各項指標均比較穩定，故拉林段各站配置全電子聯鎖設備。

3 雅林段信號系統功能需求分析與方案選型

3.1 雅林段工程特殊性與相應功能需求

新建川藏鐵路雅安至林芝段，線路海拔高、橋隧比高、坡度變化大、自然環境惡劣，是西部復雜艱險山區鐵路的典型代表[5-6]，其惡劣自然環境對信號系統提出了新的要求，川藏鐵路雅林段復雜的工程環境對信號系統的應用提出的特殊需求如下。

1）調度指揮系統智能化需求。川藏鐵路雅林段長大坡道較多，分相區分布不規律，且采用客貨混跑運營模式，要求列車運行速度及追蹤間隔實時調整。這要求行車指揮系統具備運行計劃智能調整功能，同時要求列車具備自動駕駛功能，實現列車間隔自適應控制。

2）新閉塞制式需求。川藏鐵路具有客運、貨運與專運特運等運輸需求，存在不同類型列車之間追蹤運行及客貨混跑的運營場景，不同類型列車制動性能不同；此外，川藏鐵路雅林段長大坡道較多，分相區分布不規律，傳統固定閉塞手段難以滿足實際運營的需要，川藏鐵路雅林段亟需開展準移動閉塞與移動閉塞工程應用研究及實踐。

3）精簡車站聯鎖設備。雅林段平均海拔較高，沿線設置無人值守站較多，為滿足無人化車站的聯鎖正常運轉，需精簡既有聯鎖設備，無人值守站僅設置對象控制器，并由鄰近有人值守站聯鎖設備進行操控。

4）運維系統智能化需求。雅林段高海拔、缺氧、橋隧比極高（約95%），不適合維護人員長期駐守，信號系統運維面臨巨大的挑戰與困難。惡劣的自然環境要求精簡軌旁設備，并通過遠程控制技術、智能巡檢、大數據分析技術實現川藏鐵路拉林段無人值守車站的遠程控制與智能運維。

5）其他特殊功能需求

滿足本線多隧道、地質災害突發情況下，行車指揮、列車運行控制的需求；滿足本線列車下線至不同CTCS 等級線路運行需求；滿足不同種類列車（動車組）和調車在本線運行的需求；滿足本線長大坡道情況下，安全、可靠控制列車運行的需求；滿足本線高海拔、高寒工程環境下，系統高可靠性及易維護維修的需求。

3.2 雅林段信號系統方案

針對川藏鐵路雅林段調度指揮智能化、運維系統智能化、無人值守車站聯鎖設備最少化等特殊功能需求，新建川藏鐵路雅林段提出了用智能調度集中系統、基于車-地-車無線通信的列控系統、列控聯鎖一體化+目標控制器系統及智能運維系統技術方案，以滿足川藏鐵路雅林段特殊工程環境下的特殊功能需求，其信號系統總體結構示意如圖3 所示。

1）列車調度指揮系統

雅林段推薦采用智能調度集中系統。該調度指揮系統除滿足《調度集中系統技術條件》（Q/CR 518-2016）與《智能調度集中系統暫行技術條件》（TJ/W208-2019）規定的功能外，應具備智能實時調整功能，通過與電力監測SCADA 系統、災害監測平臺聯動，實現在線列車運行組織管理，區間列車數量控制，同時適應接觸網供電能力、特殊線路以及故障災害等情況下的行車指揮需求。

智能調度集中系統能夠通過數據平臺共享其他相關專業的監測信息，具備調度策略智能動態優化和運行計劃在線實時調整功能，以保證行車安全與效率，同時降低調度員的勞動強度。

2）區間閉塞及列車運行控制系統

圖3 雅林段信號系統總體結構示意圖Fig.3 Schematic diagram of signaling system of Ya’an-Nyingchi section

雅林段推薦采用基于車-地-車無線通信的列控系統，區間采用移動閉塞，區間不再設置信號機、軌道電路等軌旁設備，由列車實現自主定位與完整性檢查，“車-地-車”雙向無線通信系統完成信息交換。列控車載設備配備智能化ATO 系統，綜合各種相關條件，實現列車間隔及速度智能調整，列車正向追蹤運行場景如圖4 所示。

圖4 移動閉塞列車追蹤示意圖Fig.4 Train tracking diagram in moving block mode

后備模式擬采用站間閉塞及CTCS-0 級列車控制方式，滿足列車以不超過160 km/h 的運行速度控制需求，進站信號機外方設雙接近區段及接近信號機，后續根據技術發展情況適時調整后備模式。

3）聯鎖系統

雅林段推薦采用全電子列控聯鎖一體化設備加目標控制器方案。其主要包含列控聯鎖一體機與目標控制器（OC）設備。川藏鐵路雅林段在主要車站設置列控聯鎖一體機設備與OC 設備，被控無人值守車站僅設置OC 設備（道岔轉撤機、信號機等室外設備由OC 控制），并由鄰近有人值守站CBI 通過安全數據網控制。

列控聯鎖一體機實現車站列控中心與聯鎖的全部功能，正常移動閉塞模式下，列控聯鎖一體機完成車站進路控制、區間方向控制、軌道電路狀態檢查與RBC 信息交互。相鄰車站列控聯鎖一體機通過信號安全數據網進行信息交互。

4）監測系統

雅林段推薦采用智能運維系統。雅林段地理環境復雜、海拔高，生活條件惡劣，不適合設工區或派維護人員長期駐守，依靠現有電務維修體制無法保證信號設備正常巡檢及維護，甚至無法保證維護人員的安全。新型電務智能維護系統采用基于大數據、物聯網、機器人巡檢、BIM 數字孿生等技術實現信號設備的智能巡檢與遠程維護需求，在智能維護平臺的支撐下，考慮在條件艱苦車站實現無人值守，在條件較好且規模較大車站派人值守，并對臨近無人值守站進行遠程運維管理[7]。

在設置列控-聯鎖一體機的車站配套設置信號智能維護系統主機，僅設目標控制器的車站、工區及車間設置智能運維系統查詢終端。智能維護平臺主機通過數據接口從列控聯鎖一體機接收管轄范圍內各站信號設備信息，并將信息上傳至電務段電務運維平臺，并最終匯總至川藏鐵路綜合維護平臺，實現信號各子系統數據的采集及與其他專業監測系統信息的共享。

4 總結

川藏鐵路成雅段、雅林段與拉林段工程環境、技術標準與功能需求差異較大，針對各段線路特點，完成信號系統功能需求分析與方案研究，有利于完善信號系統功能設計、確保川藏鐵路信號系統技術方案的科學性與合理性，最終實現川藏鐵路高安全、高可靠、少維護與智能化的建設目標。