基于地鐵CBTC信號系統(tǒng)的延伸預(yù)留設(shè)計方案

劉冬冬，唐 陶

（卡斯柯信號有限公司，上海 200436）

近年來，中國城市軌道交通發(fā)展迅猛，極大地滿足了人們的出行需求，同時在優(yōu)化城市結(jié)構(gòu)布局、緩解城市交通擁堵及促進經(jīng)濟社會發(fā)展等方面的作用日益突出。隨著國家經(jīng)濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進，城市人口規(guī)模不斷擴張、城市用地不斷向郊區(qū)擴展，城市軌道交通的建設(shè)也隨之向郊區(qū)和城市副中心延伸。由于城市軌道交通的建設(shè)規(guī)劃會考慮未來城市周邊的發(fā)展需要，初期建設(shè)均會考慮中遠期的線路延伸和運能增加的需求，所以地鐵建設(shè)必須要為后續(xù)延伸和增能預(yù)留條件，從而減小中遠期線路延伸建設(shè)對既有線路的影響。

基于通信的列車運行控制系統(tǒng)（Communication-Based Train Control，CBTC），是采用移動閉塞原則，由ATP/ATO 子系統(tǒng)、聯(lián)鎖子系統(tǒng)、ATS 子系統(tǒng)、DCS 子系統(tǒng)和信號維護監(jiān)測子系統(tǒng)等構(gòu)成，并以計軸設(shè)備作為列車次級檢測設(shè)備實現(xiàn)系統(tǒng)的降級及后備功能，用以控制列車的安全運行。

CBTC 信號系統(tǒng)的延伸預(yù)留設(shè)計以滿足線路的中遠期規(guī)劃及未來線路運營的能力需求為前提，充分考慮延伸線路貫通施工及調(diào)試的便利性和經(jīng)濟性。本文以國內(nèi)某信號系統(tǒng)為例，分別從系統(tǒng)層及子系統(tǒng)層探討CBTC 系統(tǒng)的延伸預(yù)留設(shè)計。

1 軌旁設(shè)備的預(yù)留設(shè)計

軌旁設(shè)備的預(yù)留主要涉及計軸、信號機、信標(biāo)的設(shè)計預(yù)留。

由于首期時受軌道條件限制無法確定延伸線路的信號機、計軸、信標(biāo)的設(shè)計位置且無法在軌旁布置相應(yīng)設(shè)備，設(shè)計時須在室內(nèi)考慮延伸段室外信號機、計軸磁頭、有源信標(biāo)的預(yù)留條件。

如圖1 所示，一期線路的設(shè)計終點為車擋位置。延伸后會設(shè)置道岔防護信號機，故一期設(shè)計時預(yù)先布置兩架信號機S0101 和S0102。室內(nèi)聯(lián)鎖機柜預(yù)留S0101 和S0102 的碼位板卡槽道位置，待延伸段實施時插入相應(yīng)采集和驅(qū)動板卡。組合柜上預(yù)留S0101 和S0102 的組合底座位置，但不插繼電器和斷路器，待二期開通時插上。室內(nèi)設(shè)計配置聯(lián)鎖機柜至繼電器組合柜及防雷分線柜之間的配線。當(dāng)二期實施時室內(nèi)無需修改任何配線，僅在聯(lián)鎖機柜和繼電器組合柜插上相應(yīng)采集驅(qū)動板卡和繼電器即可，防雷分線柜至設(shè)備終端盒的室外電纜可根據(jù)實際情況決定是否預(yù)先敷設(shè)，如若敷設(shè)，則需在防雷分線柜端子處斷開室內(nèi)外連接。

圖1 銜接段信號設(shè)備平面布置Fig.1 Signaling equipment layout in connecting section

在設(shè)計時考慮與二期聯(lián)鎖邊界處的計軸磁頭設(shè)置，以某計軸系統(tǒng)為例，由于聯(lián)鎖邊界處兩個相鄰區(qū)段的室內(nèi)計軸設(shè)備位于不同設(shè)備集中站，其分界點計軸磁頭不能復(fù)用，應(yīng)交叉布置兩套計軸磁頭，分屬不同設(shè)備集中站。圖1 中AC0101 和AC0102為首期預(yù)留計軸磁頭，AC0103 和AC0104 為二期預(yù)留計軸磁頭。首期預(yù)留計軸磁頭需在首期計軸機柜配置相應(yīng)母板插槽，同時繼電器組合柜預(yù)留軌道區(qū)段G0101 和G0102 的軌道繼電器底座位置。計軸機柜機箱至計軸復(fù)位盤、組合繼電器柜、防雷分線柜的配線首期進行配置。防雷分線柜至設(shè)備終端盒的室外電纜可根據(jù)實際情況決定是否預(yù)先敷設(shè)，如若敷設(shè)則需在防雷分線柜端子處斷開室內(nèi)外連接。

布置道岔防護信號機，需配置相應(yīng)的有源主體信標(biāo)和預(yù)告信標(biāo)。如圖1 所示，B0101 為信號機S0102 的主體信標(biāo)，由于S0102 為道岔防護信號機且位于區(qū)間，列車需要提前讀取S0102 信號機的狀態(tài)和道岔P0102/P0104、P0106/P0108 的狀態(tài)，故需要設(shè)置S0102 信號機的預(yù)告信標(biāo)B0101Y。一期設(shè)計時需考慮線路電子單元（Line Encoder Unit，LEU）的接口位置并配置好相應(yīng)碼位條件，二期時接通LEU 和室外信標(biāo)連接即可。因首期時無法確定B0101 和B0101Y 的具體位置，因此信標(biāo)至防雷分線柜的配線可根據(jù)實際情況決定是否預(yù)先敷設(shè)。

預(yù)留的信號機S0101 和S0102 需要在室內(nèi)配置燈絲報警儀采集電路設(shè)計。如有項目配置維護監(jiān)測系統(tǒng)，則需根據(jù)功能需求預(yù)留信號機絕緣漏流采集和燈絲電流采集。

2 系統(tǒng)層設(shè)計預(yù)留

2.1 線路末端進路的預(yù)留

如圖1 所示，由于首期開通時X0107 和X0108信號機無開通直向進路的顯示需求，故X0107 和X0108 信號機可按照不點亮綠燈進行設(shè)計，對于不點亮綠燈有兩種設(shè)計思路。

1）室外封綠燈顯示機構(gòu)

對于采用室外封綠燈顯示機構(gòu)的方案，則室內(nèi)繼電器組合設(shè)計可按照封綠燈信號機進行控制電路設(shè)計，聯(lián)鎖邏輯也按照封鎖綠燈進行數(shù)據(jù)配置。首期設(shè)計時不配置X0107 和X0108 為始端信號機的經(jīng)道岔定位的進路，同時由于首期開通時X0103 和X0104 信號機無開通側(cè)向進路的顯示需求，故不配置X0103 和X0104 信號機經(jīng)道岔反位的進路。

2）室外正常綠燈顯示機構(gòu)

為減小延伸線實施時對信號機改造，可將X0107 和X0108 信號機按照正常燈位配置，室內(nèi)繼電器組合也可以按照有綠燈進行控制電路設(shè)計。聯(lián)鎖邏輯也按照有綠燈進行數(shù)據(jù)配置，但不能配置道岔直向進路的信號機顯示邏輯，即無論如何均不會點亮綠燈顯示，因此首期設(shè)計時數(shù)據(jù)不配置X0107和X0108 為始端信號機的經(jīng)道岔定位的進路。

2.2 正線有存車需求的方案設(shè)計

對于在終端折返站有正線區(qū)域存車需求的線路，設(shè)計預(yù)留時需要考慮在正線設(shè)置存車線。

如圖2 所示，以上行方向正線有存車需求為例。考慮到需要在正線臨時存放備用列車或故障列車，并且正線存車線的備用列車或故障列車不能影響其他折返列車的正常運營，因此有如下設(shè)置。

圖2 正線存車的信號設(shè)備平面布置Fig.2 Signaling equipment layout on the mainline with stabling demand

1）設(shè)置S0111 和Z1 信號機，其中Z1 信號機可以設(shè)置為單紅信號機或四顯示機構(gòu)信號機；

2）計軸系統(tǒng)在S0111 和Z1 信號機處配置相應(yīng)計軸磁頭和軌道區(qū)段；

3）G0103 軌道區(qū)段須定義為存車區(qū)域；

4）同時需要考慮G0103 區(qū)段存放非通信車時對其他折返列車的影響，需要考慮在G0103 處設(shè)置自動防護欄（Automatic Protection Fence，APF）以及P0110 道岔反位方向的側(cè)沖防護。

由于延伸時，G0103 區(qū)域的存車區(qū)域需要取消，所以首期時需要統(tǒng)籌考慮二期開通是否保留S0111 和Z1 信號機以及對應(yīng)的計軸區(qū)段和計軸磁頭，要為二期延伸做好貫通改造條件，盡量減少對二期的影響和改造復(fù)雜程度。

2.3 保護區(qū)段的設(shè)置

對于該信號系統(tǒng)，保護區(qū)段的類型分為兩大類：

1）Interlock：關(guān)鍵定位/反位、優(yōu)先定位/反位、沖突；

2）Not interlock：非聯(lián)鎖保護區(qū)段。

如圖2 所示，由于X0107 信號機前方有道岔P0109，以X0107 信號機為末端進路的保護區(qū)段建立需要鎖閉P0109 道岔，對于站后折返進路需要建立道岔反位進路。為了避免后備模式時保護區(qū)段鎖閉在道岔定位方向，解鎖時間過長導(dǎo)致對折返效率的影響，以X0107 信號機為末端進路的保護區(qū)段可定義為優(yōu)先反位。如果處于其他考慮，將X0107 信號機為末端進路的保護區(qū)段定義為優(yōu)先定位，則需要考慮優(yōu)化保護區(qū)段建立的觸發(fā)時機和以X0107 為始端反位進路觸發(fā)時機的順序。

2.4 電源系統(tǒng)的預(yù)留

1）電源系統(tǒng)配置時需要考慮為二期預(yù)留的本聯(lián)鎖區(qū)信號機、計軸、LEU 等設(shè)備的用電量。

2）預(yù)留延伸段的車地?zé)o線通信基站電源，以區(qū)間冗余射頻拉遠單元（Remote Radio Unit，RRU）由相鄰車站交叉供電為例，需要在首期預(yù)留足夠的區(qū)間RRU 供電電源。

3 軌旁骨干網(wǎng)絡(luò)預(yù)留配置方案

骨干網(wǎng)預(yù)留的關(guān)鍵在于二期貫通倒接調(diào)試的便利性，由于貫通調(diào)試時每個調(diào)試點時間有限，如何確保最短的時間內(nèi)接通一期和二期的骨干網(wǎng)絡(luò)是關(guān)鍵。

以某線路為例，首期骨干網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 首期骨干網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.3 Networking structure of the first phase backbone

二期延伸后的骨干網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 貫通骨干網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.4 Networking structure of the final backbone

如圖5 所示，一期和二期貫通時，玉洞站至建設(shè)路站的骨干網(wǎng)光纜需要斷開并接通玉嶺路站與建設(shè)路站的骨干網(wǎng)光纜連接。為避免光纜浪費，無需重新敷設(shè)玉嶺路站至建設(shè)路站的骨干網(wǎng)光纜，可在一期建設(shè)時在玉洞站預(yù)留熔纖盤端子，二期建設(shè)時敷設(shè)從玉嶺路站至玉洞站的骨干網(wǎng)光纜，在玉洞站的熔纖盤上采用尾纖跳接的方式接通玉嶺路站至玉洞站和建設(shè)路站至玉洞站的骨干網(wǎng)光纜。貫通調(diào)試時僅需在玉洞站接通或斷開跳接尾纖，極大地減少了網(wǎng)絡(luò)倒接的時間。

圖5 骨干網(wǎng)光纜貫通圖示Fig.5 Optical cable connection diagram of backbone network

4 臨時控制中心方案

延伸項目調(diào)試時為確保延伸段運營期間測試不影響首期運營，并且全線貫通調(diào)試時為降低調(diào)試期間控制中心軟件和硬件的倒換風(fēng)險，可在延伸項目設(shè)備集中站搭建臨時控制中心，設(shè)備配置須滿足基本控制中心功能。臨時控制中心就近接入設(shè)備集中站骨干網(wǎng)絡(luò)，這需要在延伸項目實施時充分考慮臨時控制中心設(shè)備用電量和擺放空間。為節(jié)省項目成本，也可利用培訓(xùn)中心設(shè)備進行臨時控制中心的搭建。以某延伸工程為例，臨時控制中心的基本硬件配置如表1 所示。

表1 臨時OCC設(shè)備配置Tab.1 Temporary OCC Equipment configuration

當(dāng)進行貫通測試時斷開既有控制中心設(shè)備與骨干網(wǎng)絡(luò)的連接，利用臨時控制中心設(shè)備進行調(diào)試，既有線運營前恢復(fù)既有控制中心的連接，避免調(diào)試期間控制中心軟件和數(shù)據(jù)的頻繁升級和回退。

5 結(jié)語

貫通測試方案須基于延伸預(yù)留設(shè)計方案進行制定，本文不再對貫通測試方案進行復(fù)述。延伸預(yù)留設(shè)計的充分性和可操作性對后續(xù)延伸貫通的實施起到至關(guān)重要的作用，如果考慮不周將會使貫通測試的復(fù)雜性和調(diào)試風(fēng)險增加，同時也會增加項目人力成本和設(shè)備成本。