城市軌道交通列車折返能力優(yōu)化方案研究

馬 沖

（通號城市軌道交通技術有限公司，北京 100070）

1 概述

隨著各城市的軌道交通線網(wǎng)逐步形成，近年來各線路的客流量不斷增大，國內大中城市骨干線路逐步縮短運行間隔以提升運輸能力，折返站的折返能力將制約線路的運行間隔。對于既有車站，折返站型已經(jīng)固定，道岔類型也不易修改，為了提高線路的折返能力，從信號系統(tǒng)角度綜合考慮折返能力的主要影響因素，提出相應的優(yōu)化方案，從而提升線路的運輸能力。

2 折返間隔分析

折返間隔指兩列車折返運行時所能達到的間隔時間，是指兩列車在正常折返運行過程中，經(jīng)過線路上任意同一位置時間差的最小值。本文選用站后雙折返線站型為研究對象，車站信號平面布置如圖1所示。對折返間隔的過程進行分析，折返間隔需要考慮下行站臺的接車間隔、下行站臺的發(fā)車間隔、上行站臺的接車間隔以及上行站臺的發(fā)車間隔，4個間隔的最大值即為該折返站的折返間隔，其中上行站臺的發(fā)車間隔對于無岔站和折返站無差異，本次不重點分析。各折返間隔的具體說明如下。

圖1 折返站信號平面布置示意Fig.1 Schematic diagram of signal layout at turn-back station

下行站臺接車間隔包括列車自降速點運行至下行站臺的時間、列車站停時間、司機反應時間、列車啟動反應時間、自下行站臺發(fā)車至出清保護區(qū)段的時間（含3 s延時出清）、保護區(qū)段辦理及移動授權延伸時間。

下行站臺發(fā)車間隔包括司機反應時間、列車啟動反應時間、列車自下行站臺發(fā)車至折返軌停車時間、列車折返換端時間、列車啟動反應時間、列車自折返軌上行方向發(fā)車至出清JZ1時間（含3 s延時出清）、下行站臺至折返軌進路辦理及開放時間。

上行站臺接車間隔包括列車自降速點運行至上行站臺時間、列車站停時間、司機反應時間、列車啟動反應時間、列車自上行站臺發(fā)車至出清保護區(qū)段時間、移動授權延伸時間。

3 折返能力優(yōu)化分析

針對站場站型以及道岔類型已固定的情況，對影響間隔的各因素進行深入分析，提出提升折返站折返能力的具體措施。

3.1 優(yōu)化列車下行站臺進站時間

站臺是否允許追蹤將影響列車開始降速點位置，站臺不允許追蹤時，前車出清站臺區(qū)域后，后車允許追蹤進入站臺，而站臺允許追蹤時，后車按照前車車尾動態(tài)進行追蹤，列車開始降速點相比站臺不允許追蹤時的降速點后移，可縮短列車自降速點距站臺的運行時間，優(yōu)化下行站臺接車間隔。

3.2 優(yōu)化站臺至折返軌時間

列車自下行站臺至折返軌時間將影響折返站下行接、發(fā)車間隔，列車盡快出清下行站臺進站進路保護區(qū)段，可縮短下行站臺接車間隔，縮短列車自站臺運行至折返軌停穩(wěn)的時間，可優(yōu)化上行站臺接車間隔，具體優(yōu)化手段如下。

1）優(yōu)化列車自動運行（ATO）控車算法

列車在下行站臺完成清客作業(yè)后發(fā)車，列車已處于空載狀態(tài)，對ATO的控車舒適度以及停車準確性要求不高，ATO在折返時可通過特定算法，縮短列車運行時間：

站臺發(fā)車時ATO輸出最大牽引級位，提升列車發(fā)車時的加速度，以最短時間達到運行的頂棚速度；

優(yōu)化ATO在中低速運行時的控車算法，并在設計階段與車輛緊密配合，優(yōu)化車輛制動響應時間，進一步降低ATO運行目標速度與緊急制動速度的差值，提升列車運行的頂棚速度；

列車在折返軌停車時無較高的停準要求，ATO可提升制動時的目標制動率，縮短列車制動的時間，但由于ATO制動率的提升將影響ATO控車的停準率，列車自動防護（ATP）可擴大列車在折返軌的允許停準范圍。

2）縮短列車運行距離

列車折入折返軌的運行距離為列車站臺停車點至折返軌停車點間的距離，通過優(yōu)化列車在折返軌停車點設計位置，使得列車尾部盡可能靠近折返軌入口停車，以縮短列車折入時的運行距離。

3.3 優(yōu)化列車折返換端時間

列車折返換端時間為列車在折返軌停穩(wěn)至再次啟動的時間，該時間內需完成的作業(yè)如下。

1）列車在折返軌停穩(wěn)后，自動或人工進行換端作業(yè)，同時系統(tǒng)辦理列車的折出進路；

2）折出進路鎖閉且信號開放后，區(qū)域控制器（ZC）向車載控制器（VOBC）發(fā)送延伸的移動授權；

3）ATO判斷移動授權長度滿足控車需求后，控制列車啟動。

由上述作業(yè)過程可見，車載VOBC換端作業(yè)與聯(lián)鎖辦理折出進路并行處理，兩者的較大值將影響列車折返換端時間。

列車換端可采用人工換端或無人自動折返的方式。人工換端時，司機需人工完成換端以及發(fā)車的相關操作，換端時間與司機的操作熟練度有較大關系；采用無人自動折返時，列車的換端操作由系統(tǒng)自動完成，可有效減少換端時間。根據(jù)現(xiàn)場測試，與采用雙司機人工換端相比，無人自動折返可縮短換端時間8 s左右。

地鐵線路正常運營時ATS為中控模式，聯(lián)鎖根據(jù)ATS命令辦理進路，列車在尾部出清道岔區(qū)域后，折出進路的辦理條件已具備，ATS可采用進路預排機制，在列車完全進入折返軌后立即按照計劃更換車次，并在預排條件滿足后辦理進路。

3.4 優(yōu)化折返軌至站臺時間

縮短折返軌至上行站臺的時間，可提升下行站臺的發(fā)車能力以及上行站臺的接車能力。列車自折返軌發(fā)車折出運行，列車出清關鍵計軸后，后車折入進路具備辦理條件，如圖1所示，列車尾部包絡出清計軸JZ2后，后車折入進路可辦理，縮短列車出清關鍵計軸的時間提升下行站臺的發(fā)車能力，可采取的優(yōu)化方案如下：

1）提升ATO折返發(fā)車時的牽引級位和ATO在折返軌運行時的最高速度，可縮短列車出清關鍵計軸的時間。

2）在設計關鍵計軸的位置時，需盡可能縮短列車出清關鍵計軸所運行的距離。如圖1所示，JZ2設置時需靠P06的岔尖位置，以縮短列車折出時出清JZ2所需運行的距離。

上行站臺接車能力主要限制與列車折返軌發(fā)車至站臺停車的時間，可采取提升ATO發(fā)車牽引級位和ATO運行最高速度的方式，考慮列車在站臺的停車精度，提高目標制動率對停準影響較大，ATO的目標制動率需保持在合適的范圍內。

3.5 其他優(yōu)化措施

優(yōu)化列車過岔速度：在設計階段與軌道專業(yè)深度配合，確認道岔類型相匹配的道岔不可突破速度，作為信號系統(tǒng)控車的輸入，以提升列車過岔時運行速度。

優(yōu)化道岔動作時間：聯(lián)鎖在動作多個道岔時采用錯峰的方式避免電流峰值過大，由于城市軌道道岔數(shù)量較少，可考慮優(yōu)化道岔錯峰機制。

優(yōu)化列車啟動牽引及制動力的響應時間：列車啟動牽引以及制動力的響應時間影響列車啟動的時間以及信號系統(tǒng)控車曲線的計算，優(yōu)化車輛牽引響應時間將縮短列車折入以及折出時間，優(yōu)化車輛制動響應時間將提升列車運行速度與緊急制動速度的貼合度。

提升運營人員操作熟練度：列車折返過程中部分時間受人為主觀因素影響，列車發(fā)車時，需要司機判斷列車到達發(fā)車時間且具備發(fā)車條件后，按壓ATO按鈕發(fā)車；列車折返時，需司機根據(jù)提示完成折返操作，司機的業(yè)務熟練度將影響折返間隔，可通過培訓和演練的方式提升人員能力，縮短附加時間。

4 方案驗證

采用北京地鐵8號線瀛海站作為驗證站場，采用上述方案優(yōu)化后的信號系統(tǒng)軟件進行驗證測試。瀛海站為8號線的終端折返站，具體參數(shù)如下：

1）折返道岔為12號道岔，直向不可突破速度為125 km/h，側向不可突破速度為55 km/h；

2）站臺不可突破速度為60 km/h；

3）線路不可突破速度為85 km/h；

4）瀛海站上、下行站停時間為30 s；

5）8號線車輛采用6B編組，2動4拖，車長為118.61 m。

由于8號線珠市口站不具備2 min間隔測試能力，因此在瀛海區(qū)域進行局部2 min間隔測試。測試列車共6列，編制2 min間隔運行圖，圖定折返到發(fā)時間114 s（列車從瀛海下行站臺啟動至瀛海上行站臺停車的時間），計劃運行如圖2所示。

圖2 測試計劃運行Fig.2 Test plan operation diagram

6列測試列車采用AM-C駕駛模式，司機根據(jù)站臺發(fā)車計時器指示發(fā)車，共計在瀛海站后完成兩次折返，采用無人自動折返模式，測試的實跡運行如圖3所示。

圖3 測試實跡運行Fig.3 Test trace operation diagram

各列車瀛海站站后折返間隔在108～110.4 s，滿足2 min間隔要求，并留有余量。各車具體折返間隔以及折返到發(fā)時間如表1所示。

表 1 各測試列車折返間隔以及折返到發(fā)時間Tab.1 Turn-back interval and arrival & departure time of each tested train

5 總結

通過對信號系統(tǒng)的優(yōu)化，可進一步發(fā)揮線路的運輸能力，提升城市軌道交通的運力。本文通過對典型站場站后折返的研究，細化列車折返作業(yè)的流程，提出各作業(yè)項目時間的優(yōu)化方案，并依據(jù)此方案對信號系統(tǒng)軟件進行優(yōu)化，該軟件在北京地鐵8號線完成現(xiàn)場驗證測試，實現(xiàn)了2 min間隔運營并預留10%余量，為站后折返設計和軟件優(yōu)化提供參考和建議。