不同列車編組運行信號設計方案研究

阮杰 張成國

國內越來越多的城市軌道交通項目在初期客流量較少，但隨著城市發展及近遠期項目的開通，客流量會逐漸增加，進而要求列車編組數量也隨之增多，于是就形成了“初期小編組，近期混合編組，遠期大編組”的編組形式。本文結合實際項目情況，分析研究在項目初期的信號系統設計方案，以便在近遠期增加大編組列車時，有效減少項目實施成本，降低對運營的影響。

1 項目概況

以某城市軌道交通X3線為例，按照“初期小編組，近期混合編組，遠期大編組”的項目總體設計要求，全線列車采用的方案是初期4輛編組，近期4/6輛混編，遠期6輛編組。初期配屬車數量為20列/80輛，近 期 配 屬 車 數 量 為20（18）列/188輛，遠期配屬車數量為44列/264輛。

本文以卡斯柯信號有限公司的CBTC系統為例，討論列車編組變化對信號系統設計的影響，以便進行方案的制定選擇。

2 編組變化的影響

信號系統設計包括總體設計和子系統設計。總體設計是整個信號系統的設計基礎，為后續的子系統設計提供參考輸入。子系統設計主要包含ATC、ATS、CI、DCS、MSS等方面，它們直接影響著項目的硬件設備和數據軟件。

列車編組變化會導致列車的長度、重量、牽引加速度、制動率等參數變化，進而影響到總體設計中的相關參數，例如移動授權的長度、緩沖區域的長度。列車長度的變化，會使停車點設計時需要分別考慮2種車型，進而在站臺、轉換軌、折返軌的信標、計軸的布置和數量上都會不同。

1）對列車自動控制子系統ATC的影響。ATC直接與車輛接口，結合總體設計中信標、停車點等相關內容，以及列車編組變化帶來的車輛參數更新，需要修改軌旁ATC設備布置和車載計算機內部的數據軟件。

2）對列車自動監控子系統ATS的影響。ATS主要負責監控列車運行，安排每天的運營計劃。列車長度的變化會影響到ATS的邏輯區段劃分，同時ATS發車指示器的位置也受到停車點位置的影響，具體是否移動需根據停車點的設計而定。

3）對計算機聯鎖子系統CI的影響。CI主要負責信號機、區段和道岔的聯鎖控制，與站臺門系統進行接口。不同的列車編組將需要聯鎖提供不同的站臺門開門命令，以滿足不同編組列車到站時的站臺門控制，這將影響到站臺門開門命令相關的繼電器和電路設計。

4）數據傳輸系統DCS和維護支持系統MSS，基本不受列車編組變化的影響。

3 方案分析

在已經明確“初期小編組，近期混合編組，遠期大編組”的情況下，結合上述影響分析，信號系統的初期設計可主要采取2個方案。

方案1：初期只有4輛小編組，不考慮6輛編組的車輛參數和預留設備，在近期新增6輛編組列車后，再根據明確的車輛參數進行設計和設備增加。優點是不考慮預留6輛編組，相對應的系統設計基礎參數更加明確，設計人工成本降低；不預留計軸、信標、站臺門繼電器等設備，初期成本相對較少。缺點是在項目近期新增6輛編組列車后，系統總體設計需根據新的參數進行調整，可能導致基礎參數變化較大，更新修改的風險和成本較大；在項目近期才增加計軸、無源信標，增加站臺門6輛編組開門命令相關的繼電器等設備，需要現場軌旁及機柜內重新布線，類似于線路改造，對運營和調試的影響較大，工期較長。

方案2：在初期設計時考慮將6輛編組的車輛參數預留，同時對近期混合編組情況下需要增加的計軸、信標、站臺門繼電器等進行預留設計。優點是初期預留6輛編組的車輛參數，在近期系統設計中人工成本和風險大大降低；預留計軸、無源信標的設計安裝，以及站臺門6輛編組開門的繼電器電路設計和安裝，使近期基本無需新增設備及安裝，對運營和調試的影響大大降低，降低了全生命周期成本。缺點是初期設計會增加人工和設備成本。

綜上所述，雖然初期設計考慮預留6輛編組列車的車輛參數和相關設備導致成本增加，但是在近期新增6輛編組列車后，升級和整改的施工量大大降低，對運營的影響較小。所以從整個項目生命周期來看，方案2更加科學合理。但采用方案2，需要在初期考慮預留6輛編組的參數設計和設備，以便確定CBTC信號系統的主要設計實施方案。

4 方案實施

4.1 轉換軌設計

轉換軌是列車從場段內進入正線時，由RM限制駕駛模式升級為CBTC模式的區段。在項目初期需充分考慮4/6輛編組列車混跑的需求，使轉換軌具備識別出不同編組列車的能力。RM車是非CBTC車，當它駛入正線區域控制器管轄區域，且次級列車檢測設備被占用時，會產生非通信車包絡。非通信車因為沒有精確定位，產生的包絡會充滿整個占用的區段轉換軌設計見圖1。

圖1 轉換軌設計

若只有一種列車編組的項目，一般只設計1個區段作為轉換軌。但是對于不同列車編組混跑運行的項目，需考慮設計2個區段作為轉換軌，見圖1中的G2和G3。

當4輛編組列車駛入轉換軌，并將G3占用同時出清G2。此時根據無線通信，車載計算機能夠將精確定位計算后發送給區域控制器，通過G3來識別4輛編組列車非通信車防護包絡，并升級為通信車包絡。

當列車同時占用G2和G3，則表示6輛編組列車駛入轉換軌，區域控制器將把6輛編組列車的非通信車防護包絡升級為通信車包絡。

4.2 停車點設計

停車點的設計分為站臺布置和站間布置。站間布置是站間設置折返的區域需要布置停車點，其布置原則是4輛編組與6輛編組的車某個端頭對齊即可，一般考慮折返效率，會設置為換端后發車點對齊。

站臺停車點布置主要分為以下2種方案：

方案1：4輛編組與6輛編組的車中心與站臺門中心對齊。需要對4輛編組和6輛編組精確停車分別設置無源信標，同時存在車頭車尾司機室門和滑動門均錯位的風險。

方案2：6輛編組的車中心與站中心對齊，4輛編組列車車頭與6輛編組的車頭對齊。這樣可節省無源信標，而且車頭司機室門和滑動門可以對齊。

本項目中選用方案2，典型的站臺停車點設計見圖2。

4.3 無源信標布置

當以ATO模式駕駛時，要求列車精確停在每個停車點。因此在接近停車點SSP的過程中，需要在軌道上安裝第1接近信標和第2接近信標來定位列車。參見圖3車站站臺，需在信標天線前D1距離布置一個信標，在天線前D2距離布置一個信標。另外，在天線D3距離前布置一個信標，保證列車精確停在乘客交換區域內。無源信標布置針對4輛和6輛編組的情況，主要考慮折返、站臺及轉換軌對于無源信標的復用。

圖3中，T1代表初期的4輛編組列車，T2代表近遠期的6輛編組列車。

4.4 站臺門接口

4輛、6輛編組混跑時，需要保證站臺門滑動要同時能分別對應兩種車型的車門，并保證4輛編組列車?？寇囌緯r，對應4輛編組列車車門的站臺門滑動開啟，其余滑動門則要求鎖閉不開啟。因此，在4輛編組和6輛編組列車的上下客作業時，信號系統與站臺門系統的接口需要特殊考慮，以具備4、6輛編組列車車門與站臺門的聯動功能。

如圖4所示，電路中分4、6輛編組列車不同情況開門，針對不同編組的列車，ATC發送不同的開門命令給聯鎖系統，由聯鎖和站臺門系統接口，站臺門系統執行開門操作。關門不需要區分4、6輛編組列車。

4.5 ATS設計

由于ATS發車指示器的位置受到停車點位置的影響，按照停車點設計方案2，4輛編組和6輛編組的車頭停車點位置都是在站臺端頭部，ATS發車指示器在項目初期可安裝在站臺端頭部，在近遠期增加大編組列車時，也不需變更位置。

ATS界面中邏輯區段的劃分是以車長為基準，在初期設計時，按考慮預留6輛編組列車長度進行劃分，避免在近遠期重新劃分，減少對設計以及操作使用的影響。

5 結束語

X3線屬于新建城市軌道交通項目，目前所有設計方案均已通過評審，項目數據已經過室內測試，并進入現場安裝調試階段。

本文對近遠期不同列車編組運行的項目在初期的信號設計方案進行了分析比較，并從不同方面介紹了具體的初期實施方案，在近遠期增加大編組列車時，可有效減少設計、安裝、調試的工作量，減少全生命周期成本，降低對運營的影響。該項設計可為類似近遠期不同列車編組運行項目的信號系統設計提供參考。

圖2 站臺停車點設計

圖3 單向運行車站無源信標布置

圖4 信號與站臺門系統接口