城市軌道交通CBTC線路和市域鐵路CTCS線路的接軌站設計方案研究*

齊亞娜

(中國鐵路設計集團有限公司， 300308， 天津∥正高級工程師)

隨著城際鐵路、市域(郊)鐵路引入城市中心，鐵路線與城市軌道交通線同站臺換乘或共用車站配線的設計方案越來越多，采用不同制式信號系統的兩條軌道交通線在接軌站實現過軌運營的需求逐年增加。本文以目前城市軌道交通線路大多采用的CBTC(基于通信的列車控制)系統與國家鐵路采用的CTCS(中國列車運行控制系統)在接軌站實現過軌運營為研究對象，分析此類接軌站的信號系統與車站平面布置在設計過程中需要考慮的問題及其解決方案，并對設計方案提出優化建議。

1 研究背景

假定兩條軌道交通線路(A線、B線)均采用交流25 kV供電、左側行車，兩線在接軌站(P站)有過軌運營需求，即P站是A線、B線的接軌站。其中：A線為城市軌道交通線路，采用CBTC信號系統，設有ZC(區域控制器)、CBI(計算機聯鎖)、 ATS(列車自動監控)分機、MSS(維護支持子系統)等設備，采用計軸器、VOBC(車載控制器)等設備檢查軌道的占用狀態；B線為城際鐵路，采用CTCS-2(中國列車控制系統2級)+ATO(列車自動運行)信號系統，設有車站TCC(列車控制中心)、CTC(調度集中)分機、CBI、CSM(信號集中監測)分機等，采用ZPW-2000軌道電路設備檢查軌道的占用狀態。

基于上述設備設置情況，為對接軌站的設計方案進行研究，本文設定了以下條件：①A線、B線同屬一個行車調度臺，均納入A線運營調度中心統一的行車指揮，并共用A線車輛段；②A線、B線均采用CRH6動車組，列車最高運行速度為160 km/h，車輛長度為201.4 m；③車站道岔均采用12號道岔；④故障列車停車線(以下簡稱“停車線”)上列車運行的設計速度為45 km/h；⑤參照相關規定對CTCS和CBTC兩種信號制式下列車控制系統的安全防護距離進行統一設置，車站內線路上取60 m[1]，貫通式停車線上也取60 m[2]。

2 接軌站平面設計方案

2.1 接軌站配線型式

如圖1所示，P站是A線、B線的接軌站，車輛段只與A線銜接(相隔2座車站)，B線需經P站轉至A線后再進入車輛段。B線在運營開通初期需利用A線的車輛段進行存車及日常檢修，且與A線間過軌運營，需要在接軌站設置停車線，以滿足故障列車臨時存放需求。按先進站再過軌的原則，在列車運行方向出站端設置交叉渡線，以滿足兩線列車在P站按1∶1的比例開行。

圖1 兩種不同信號制式軌道交通線路接軌站的配線示意圖

接軌站的配線設計需兼顧信號系統對列車控制(以下簡稱“列控”)的安全防護要求。若線路運輸能力和列車折返效率要求不高，B線僅在非運營時段使用A線車輛段且兩線不需過軌運營，則可不考慮ATP(列車自動防護)對列控的需求。這種情況下，應結合現場土地征地或拆遷的難易程度對圖1的配線設計進行優化，將交叉渡線改為單渡線。在因外部環境所限不能滿足列控所需的土建工程條件時，可研究將渡線道岔均設于場段方向同一側咽喉區，或將兩側站臺不對稱布置，這樣可節約接軌站的土建規模和工程造價，但列車運行效率會受到較大影響、乘客服務水平也會有所下降。

2.2 接軌站停車線長度設計

圖2為接軌站的信號平面布置圖，圖中的ⅢG、ⅣG、5G為B線的出入場線，ⅠG、ⅡG為A線的停車股道。ⅢG、ⅣG、5G的停車長度應滿足交路上不同類型列車的安全控車需求，并應遵循CTCS-2級列控系統對安全防護距離、軌道電路響應時間、車載ATP響應時間、列車長度、警沖標至信號機距離等參數的要求。考慮到城市軌道交通線路和市域鐵路的接軌站大多為地下站，為節約車站的建筑面積、降低工程造價，合理優化停車線長度很有必要。

圖2 接軌站信號系統平面布置示意圖

由圖2可看出，影響車站建筑面積的因素主要為5G及ⅢG的長度。5G作為故障列車停車線，其運營需求對接軌站長度的影響很大。若5G在運營初期兼作存車線，為滿足該股道列車能夠正常接車并按完全監控模式發車，則5G及ⅢG應按規定的到發線長度(400 m)進行設計。這種情況本文不予以討論，僅探討通過制定管理辦法縮短5G長度的優化方案。

考慮到可能存在列車以ATP模式運行至5G后停車的情況，為避免列控監控曲線接近零速時對司機駕駛產生影響，列車的停車位置在ATP安全防護距離(60 m)的基礎上預留了5 m余量(即司機的駕駛余量)。由于5G不設站臺，列車停車時可充分利用與運行方向反向的站內安全防護距離，但仍需考慮在反方向上列車以完全監控模式發車所需的應答器組安裝距離(25 m)。為此，5G的設計長度(出站信號機S5、X5間的距離)L停車線為：

L停車線≥L列車+60 m+5 m+25 m

(1)

式中：

L列車——運營遠期列車最大編組下的列車長度,m。

若不需考慮5G接發列車的效率及列車發車時的完全監控模式，則此時5G的設計長度有L停車線,1為：

L停車線,1≥L列車+60 m+5 m

(2)

式(2)情況下，在故障列車的ATP完好時，可用ATP模式控制列車運行至5G并停車，此時只能以部分監控模式或隔離模式發車。

5G的設計長度除了需要考慮安全防護距離外，為防止列車冒進信號，避免與相鄰線路間的干擾，還要考慮該股道防護區段的設計要求[3]。防護區段的長度不能低于站內軌道電路的設計極限長度。因圖2中各正線區段在正常情況下無折返作業，鄰線干擾的概率較低，為此，5G可參照城際鐵路的設計規范對正線股道進行設計，不設置防護區段、按分割1處設計，通過設置有源應答器組即可實現列車冒進信號防護功能。

3 不同列控系統間制式轉換及軌旁設備配置

3.1 不同列控系統間制式轉換

如圖2所示，以B線列車由B線上行運行至A線上行(至車輛段)方向的運行路徑為例，該路徑需經過1#、3#道岔反位，B線列車由S信號機上行以CTCS-2+ATO運行至ⅣG停車，可在SⅣ的有源應答器組處發送有條件轉為CBTC的預告信息，以激活CBTC車載ATP設備。B線列車在ⅣG發車并駛過SⅣ的有源應答器組，經道岔側向運行至發車口(即A線上行線反向進站信號機XAF)后，地面應答器組向列車發送轉為CBTC車載控制列車時需執行的報文，B線列車收到此報文后轉換為以CBTC車載ATP設備主用模式運行，CTCS-2級列控系統車載ATP設備轉為備用。此時也可采用在股道停車后由司機通過手動按鈕將列控車載設備轉為CBTC控車的方式。針對這兩種轉換方式配置地面設備時，均需考慮列控等級轉換不成功的情況，即按照原列控車載ATP控制列車在最大常用制動停車情況配置所需的地面設備，同時相應配置列控數據覆蓋、無線通信場強覆蓋等所需地面設備。如圖2的B線上行方向折至A線上行的虛線區域(1-7DG)需設置軌道電路、地面應答器等設備，且車站TCC需具備對該范圍軌道電路的發碼及方向控制,以及臨時限速的相關信號降級處理等功能。

與A線上行方向類似，A線下行方向接車至ⅠG停車，經道岔側向發車至B線時，需對ⅠG以及由IG向B線發車進路按線路最高設計速度最大常用制動到0的范圍(圖中下行線虛線示意范圍)內進行CBTC系統的無線場強覆蓋等相關配套設備配置。

3.2 列車臨時限速的處理

CTCS采用專設的TSRS(臨時限速服務器)對列車臨時限速實行集中統一管理，一般所屬的調度臺對應配置TSRS。CBTC系統中，各廠家臨時限速的處理標準及內部接口并不統一，一般會設置專門的處理單元來處理列車的臨時限速，但也有部分廠家將該處理單元合并到ATS總機的系統功能中。考慮到A線、B線在P站均隸屬于同一個調度臺，可按CTCS系列標準設置1套TSRS，TSRS分別與A站的CTC及ATS分機接口。為了維持A線、B線在主運營方向上對列車臨時限速的處理模式不變，TSRS需修改軟件，增加與ATS系統的接口內容、通信協議等，以實現在同一個調度臺管轄范圍內對列車臨時限速的集中統一管理。

3.3 CBI設備配置要求

在列控等級不同的兩條線路接軌站的CBI配置上，國家鐵路有全站設置1套CBI和按線別分場各設CBI兩種情況，選用配置方式時主要考慮設備接口情況、設備的維護管理要求、調度管轄范圍等因素。一般來說，分線設置CBI主要是為了使設備維護界面及調度管理界面更為清晰，但此方式需要獲知鄰場的照查條件、道岔位置及進路信息及信號機開放信息等，在CTC區段若有需要鄰場人工同意動岔的設置條件時，CTC分機目前還不能通過自動觸發實現該同意動岔的進路自動辦理功能。全站采用1套CBI可以避免辦理進路時兩場間的相互制約，減少車務人員間的工作接口，對道岔的控制也由1套聯鎖設備完成，這既減少了檢查兩個車場間的照查條件，又可實現進路的自動觸發。下文以CBTC系統中CBI設備與相關子系統/設備的接口情況為例，說明CBI接口的復雜性。

3.3.1 CBTC線路CBI的主要接口

3.3.1.1 CBI與ZC、VOBC的接口

以某設備商的CBTC產品為例，其CBI與ZC間采用安全以太網接口，采用RSSP-I安全通信協議；CBI與VOBC間采用無線安全數據網接口，也采用RSSP-I安全通信協議。CBI與ZC、VOBC的接口信息主要包括：①CBI向ZC發送進路相關信息，包括計軸區段狀態、信號機狀態顯示、邏輯區段狀態、道岔位置及狀態、站臺門狀態、緊急關閉按鈕狀態、自動折返按鈕信息等；②CBI接收ZC發送的信息，主要包括列車接近信息、跨壓信息、列車停車穩信息；③CBI向VOBC提供站臺門狀態及信號機狀態等信息，接收VOBC通過無線網絡發送的保護區段允許解鎖信息及開/關門指令等。

3.3.1.2 CBI與ATS的接口

CBI與ATS間采用以太網接口，采用專用協議進行通信。CBI向ATS發送站場設備表示信息(信號機狀態、道岔位置、區段占用/空閑信息、站臺門狀態等)，以及進路信息及報警信息(緊急關閉狀態、停穩信息、人員防護開關等)；ATS向CBI下發各種操作指令(進路控制、道岔操作、信號機操作、扣車、折返、計軸復位、臨時限速、區段操作等)。

3.3.1.3 CBI與其他設備的接口

CBI還與IBP(綜合后備盤)、維護監測子系統、信號機、轉轍機、站臺自動折返按鈕、站臺門開門/關門/發車按鈕、人員防護開關、計軸、LEU(軌旁電子單元)等設備接口，并與相鄰站的CBI接口。

3.3.2 CTCS線路CBI的主要接口

CTCS線路中：CTC向CBI發送時間同步信息及控制指令；CBI向CTC發送信號設備狀態及設備報警等信息，CBI向TCC發送車站進路、信號機狀態及改變接發車方向的請求等信息，TCC向CBI發送區間方向、允許發車命令、區間軌道區段狀態、區間通過信號機紅燈燈絲斷絲狀態、災害監測信息接口狀態等信息。

3.4 ATS分機、CTC分機的設置要求

CTCS線路中，CTC與CBI、TCC、TSRS均存在接口。CBTC線路的車站ATS分機與ZC、VOBC及聯鎖系統接口。若CTC與ATS合設，考慮到鐵路CTC系統有統一的設備技術條件及接口標準，可在CTC分機的基礎上增加CBTC線路特有的功能(如扣車/取消扣車、折返、緊急關閉等)，并增加CTC分機與CBTC各子系統的接口。

4 結語

采用CTCS-2+ATO的市域線路與采用CBTC系統的城市軌道交通線路間若要實現過軌運營，其接軌站的設計方案很復雜。兩種信號系統在列控數據、線路數據獲取方式等方面存在較大差異，各信號子系統間接口復雜，部分CBTC子系統設備與外部設備的接口協議尚未開放。因此，在對接軌站進行設計時，每個信號子系統均需從系統構成、系統軟硬件、與其他子系統/外部設備間的接口協議內容、檢查條件、接口界面等方面進行深入、細致的研究。本文僅就接軌站的停車線長度、CBI設備配置、CTC/ATS分機設備、列控制式轉換時地面設備配置及部分子系統間的接口等內容進行了初步探討，還有許多應納入接軌站設計范疇的細節尚未涉及，如車站地面信號機機構類型及顯示、地面定位應答器的設置、相關行車管理辦法的制定、設備維護管理界面的劃分、相鄰調度臺的信息共享及與相關專業的資源共享等。