重慶主城區內既有鐵路開行公交化列車信號系統方案研究

周志輝

（中鐵二院重慶勘察設計研究院有限責任公司，重慶 400023）

1 概述

隨著國家經濟持續發展，國內鐵路運營里程已經突破14 萬km，早期建設的既有普速鐵路的運能逐漸釋放分流，其主要的客運由高速鐵路、城際鐵路等客運專線承擔。隨著城市規模的不斷擴大以及市區內鐵路貨運需求的減少，這些城區內的普速鐵路釋放出來的運能沒有得到充分、有效的應用，開始面臨一種線位通道優良和運輸業務衰減的矛盾局面。為此，近年來各地方政府都在積極與國鐵集團共同研究，利用該類既有鐵路的通道資源，針對各線及相關城市的特點，通過適當的改造提升，開行公交化列車，來滿足當地群眾的日常出行需求，充分發掘運輸潛能，提升城市發展潛力，例如上海金山支線、蕭甬鐵路寧波至余姚段等項目就是這樣類似的情況。

既有鐵路如何滿足公交化運行，信號系統的配置是關鍵，以下就既有鐵路成渝線重慶至江津段實現公交化運行，信號系統方案的選擇進行研究。

2 運營需求分析

根據《中國鐵路總公司、重慶市政府關于重慶市利用既有成渝鐵路開行公交化列車實施方案的批復》的要求，對鐵路線路進行適度改造，開行公交化列車，為沿線行政區提供交通出行新通道。

既有鐵路成渝線重慶至江津段全長61 km，自市中心重慶站引出，沿江至江津站，既有線路為單線半自動閉塞制式，平均站間距7.3 km。通過增建二線、增設車站等方案，運行公交化動車組列車，兼顧少量普速客車和貨車，改造后擬設車站16 座，平均站間距4.3 km，采用重慶市公交卡結算。

本段既有國鐵線路開行公交化列車主要有如下需求，對信號列車控制系統的選型有重要作用。

1）開行方式及行車密度

線路采用公交化運營方式，站站停車配合中間站折返交路，行車間隔最小5 min。

2）最高旅客列車速度及運行時分

最大限度利用沿江線位通道進行改造，速度目標值維持既有標準，改造后線路允許的最高旅客列車速度為80 km/h，從起點到終點運行時間為100 min 左右。

3）采用旅客站臺候車方式，設置站臺門

為滿足公交化運營需求，旅客安檢后通過閘機檢票進站，在站臺等候列車，為了確保旅客在站臺的安全，車站需設置站臺門，列車在規定位置停車后，信號系統應滿足列車車門與站臺門聯動控制功能。

3 信號系統方案選擇與分析

運營需求主要與信號系統中的行車調度指揮系統和列車運行控制系統相關。這兩部分系統的不同方案組合，適應不同的線路特點和運營需求，既要滿足功能需求，也要充分考慮工程可行性和適用性。

3.1 行車調度

本線路歸中國鐵路成都局集團有限公司管轄，因此，行車調度指揮系統原則上應采用國鐵制式，目前，國鐵制式下的行車調度主要有列車調度指揮系統（TDCS）和調度集中系統（CTC）兩種，可根據線路的需要選擇。

方案一：列車調度指揮系統（TDCS）

既有成渝線采用TDCS，該系統應用廣泛、成熟，從工程經濟的角度，沿用既有的TDCS，信號工程造價較低。但考慮本線主要需求為開行公交化列車，行車密度高、站間距離短，當采用TDCS時，需要車站值班員不斷辦理列車進路，會大大增加值班人員數量及值班人員的勞動強度，對行車效率有一定影響，同時與減員增效理念不符。

方案二：調度集中系統（CTC）

CTC 具備集中管理、分散自律的特點，能按照列車運行圖自動生成列車進路，不需要車站值班員辦理列車進路，較TDCS 更加適合公交化列車的高密度開行需求，且有利于維護管理，但工程造價相對較高，投資也相對較高，CTC 車站設備較TDCS增加約50 萬元/站。尤其CTC 具備中心站集中控制功能，通過選擇中心站配置服務器和集控臺設備，較常規模式可進一步減員增效。此外，若計劃配備ATO 子系統，可在現有CTC 架構的基礎上，升級改造為智能CTC，更好地實現列車運行計劃的智能調整，為調度和運營人員提供更加高效的技術手段。

綜上所述，從運營效率、效益以及遠期擴展性方面考慮，結合“智能鐵路”的發展需求，本線行車調度推薦采用方案二，即CTC 方案。

3.2 列車運行控制

列車運行控制系統是信號系統重要的組成部分，該系統方案的選擇是決定信號系統制式的關鍵，根據本線的實際需求，列車運行控制系統對3 個方案進行研究比選。

方案一：基于無線通信的移動閉塞系統（CBTC）

從功能需求上看，鐵路公交化運輸更接近于城市軌道交通，需要更高的行車密度和更小的追蹤時間。而城市軌道交通目前主流的列控系統制式為基于無線通信的移動閉塞系統（CBTC），該系統能夠達到90 s 的追蹤時間，遠遠高于固定閉塞的國鐵系統，是實現公交化運行比較理想的信號控制系統。成渝鐵路改造后最大追蹤時間的需求約為5 min，如果采用CBTC，追蹤時間會富裕很多，而且CBTC 系統造價較國鐵信號系統高許多，每公里投資約1 200 萬，本線如果采用國鐵信號系統的CTCS-2+ATO 的投資約為300 萬/公里。另外，CBTC 系統目前尚不能與國鐵信號系統兼容，難于實現互聯互通。

方案二：CTCS-0+ATO

當前，對于設計速度160 km/h 及以下的普速鐵路，國鐵一般都采用CTCS-0 級列控系統，即主體化機車信號+列車運行監控記錄裝置（LKJ）。當僅運行動車組時，根據設計速度、行車追蹤間隔、站間距、停車精度等要求，也可采用CTCS-2 級。

CTCS-0 級列控系統應用廣泛，具有工程應用案例豐富、方案成熟、工程造價低（LKJ 設備價格不超過50 萬）等優點。CTCS-0 級列控系統可最大限度地兼容本線動車組列車、普速客車、貨車混跑的運輸需求，根據行車檢算，本線采用CTCS-0 能夠滿足。缺點是，線路數據采用車上存儲方式，在交路改變時需要更換車載線路數據，對于國鐵系統的大交路運行方式有一定的不足，同時，目前還沒有與ATO 子系統相結合的先例，如要只滿足列車車門和站臺門聯動，可以將目前已經成熟應用的C2+ATO 系統的列車門與站臺聯動的技術直接移植，只需要進行部分開發研究及驗證實驗，可以大大縮短應用時間。

另外，由于CTCS-0 級列控系統沒有后備模式，一旦LKJ 發生故障，列車將全面退出設備系統的安全保障，只能靠人工駕駛保證列車安全。當然，目前國鐵CTCS-0 通過多年的應用實踐，已經積累了完善的應急管理措施，完全能夠滿足現場緊急狀態的處理。因此，當ATO 不需要完成自動運行、列車精準停車等其他功能的情況下，僅僅完成列車門和站臺門的聯動功能，采用CTCS-0+ATO 也是一個不錯的選項。

方案三：CTCS-2+ATO

按照國鐵技術標準，城際鐵路及速度250 km/h以上的線路采用CTCS-2 級列控系統，該系統成熟可靠，應用廣泛，是目前我國鐵路的主流列控系統。CTCS-2 可實現一次制動模式的超速防護功能，大大提升了運輸品質，此外CTCS-2 級列控系統可適配ATO 子系統，滿足運營上對ATO 功能的需求。CTCS-2+ATO 列控系統可有效提高列車運行效率、降低牽引能耗、減輕司機勞動強度、改善旅客乘車體驗，提高列車運行的智能化水平。該系統的最小列車追蹤時間可以達到3 min，完全能夠滿足本線需求。

目前，國鐵ATO 有城際鐵路（CTCS-2+ATO）和高速鐵路(CTCS-3+ATO)兩種系統方案，均在CTCS-2 級列控系統基礎上，增設車載ATO 設備實現列車自動駕駛，地面設置專用的精確定位應答器（JD）實現列車精準定位停車。

城際鐵路CTCS-2+ATO 列控系統增設通信控制服務器（CCS）實現車地通信，由聯鎖設備采集站臺門鎖閉條件，在未滿足條件時關閉信號來保證站臺門的安全防護；高速鐵路ATO 系統（CTCS-3+ATO）通過自有的無線網絡實現車地通信，由列控中心（TCC）采集站臺門鎖閉條件，通過軌道電路發送停車碼實現對站臺門的安全防護。城際鐵路CTCS-2+ATO 方案已在珠三角城際鐵路中有應用，高速鐵路ATO 系統（CTCS-3+ATO）已在京張高鐵中應用。由于既有成渝鐵路的改造工程是基于普速鐵路基礎上，技術標準為速度160 km/h 以下的客貨共線鐵路，沒有高速鐵路相應的無線通信系統，因此，為降低造價，建議本線ATO 配置應該參照城際鐵路標準實施，即CTCS-2+ATO。

需要提出的，城際鐵路ATO 和高速鐵路ATO系統技術方案的適用范圍均為客運專線或高速鐵路，如果在本線改造工程中應用，還需要解決與普速鐵路相關的部分建設標準和維護標準不一致的問題。CTCS-2+ATO 系統總體工程造價較CTCS-0+ATO高，經初步測算，成渝線改造工程增加約130 萬/公里。

4 研究結論

經過研究，采用國鐵制式CTCS 系列均能滿足成渝線開行公交化列車的需求，CTCS-0+ATO 列控方案更為經濟實用，性價比較高，CTCS-2+ATO 列控方案更為智能高效，可用性更好。無論采用國鐵系統哪種方案，與相同線位條件下的城市軌道交通相比較，改造既有鐵路的工程造價和運營維護成本均有較大優勢，同時能與國鐵路網實現互聯互通。

綜上所述，結合既有成渝線的實際情況，推薦本線信號系統采用智能列車調度集中系統（CTC）和CTCS-2+ATO 列控系統相結合方案，能很好地滿足開行公交化列車的各項技術要求。如果為了減少建設投資，降低維護成本，也可以采用CTCS-0+ATO 與CTC 結合的方案，該方案在不降低目前既有成渝鐵路技術標準的基礎上，滿足公交化運營站臺候車的需求，實現車門和站臺門的聯動。