廣州18及22號線快慢車運(yùn)營模式研究

葉富智，范永華，蘇 航，林保羅

（1.廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣州 510010；2.廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣州 510010；3.廣州鐵科智控有限公司，廣州 510010）

廣州軌道交通18及22號線（首通段18號線的萬頃沙―冼村，22號線的番禺廣場―陳頭崗）的線路條件、運(yùn)營需求和運(yùn)營方式特殊，信號系統(tǒng)需同時滿足島式越行站、Y型交路、快慢車等多方面的運(yùn)營需求。本文著重研究適配于廣州18及22號線快慢車運(yùn)營的信號系統(tǒng)解決方案，通過利用列車運(yùn)行仿真測試系統(tǒng)，分析、測試和模擬快慢車的運(yùn)行情況，從而為優(yōu)化信號系統(tǒng)設(shè)計提供有效的技術(shù)支持。

1 廣州18及22號線概況

廣州市軌道交通18號線全長61.4 km，均為地下線，共設(shè)站9座，其中換乘站8座，平均站間距7.6 km；最大站間距25.9 km，為橫瀝至番禺廣場站區(qū)間；最小站間距2.3 km，為石榴崗至琶洲西區(qū)區(qū)間。

廣州市軌道交通22號線全長30.4 km，初期萬頃沙至番禺廣場段與18號線共線。作為廣州市域快線，18及22號線構(gòu)建了廣州南部地區(qū)的快速聯(lián)系通道，對于帶動沿線周邊地區(qū)城市發(fā)展與經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到舉足輕重作用。

廣州18及22號線對于將南沙新區(qū)打造為珠三角世界級城市群的樞紐型城市，為國家級新區(qū)建設(shè)起著舉足輕重的作用。對于支持南沙自貿(mào)區(qū)國家戰(zhàn)略，將南沙打造成為粵港澳全面合作示范區(qū)，傾力打造世界級大都會起著至關(guān)重要的作用。

2 廣州18及22號線特征分析

廣州18及22號線（首通段18號線的萬頃沙―冼村，22號線的番禺廣場―陳頭崗）的線路條件、運(yùn)營需求和運(yùn)營方式具有以下一些特征。

廣州18及22號線首通段共有客運(yùn)車站11座，其中越行站6座，越行站占比超過50%，適配快慢車運(yùn)營條件好；

廣州18及22號線所有的越行站，除了22號線的陳頭崗站是雙島式四線越行站以外，其他的越行站都是單島式四線越行站。慢車在陳頭崗站側(cè)線（避讓線）和正線都可停車上下客；

廣州18及22號線快車?？空?，除了22號線的陳頭崗站是越行站以外，其他快車?？空径际请p線非越行車站；

慢車停靠所有車站（除了疏散救援點(diǎn)1站和疏散救援點(diǎn)2站以外，在此二站快慢運(yùn)營列車皆通過不停車）；

所有單島式四線越行站，避讓線（側(cè)股）的運(yùn)營正向方向終端都有可開通定位直股的道岔作為保護(hù)區(qū)段，從而在避讓慢車進(jìn)站過程中，進(jìn)站進(jìn)路保護(hù)區(qū)段未解鎖的情況下，減少對通過進(jìn)路排列的干擾。

廣州18及22號線在番禺廣場站匯合。番禺廣場站滿足跨線運(yùn)營條件，廣州18及22號線可行成萬頃沙―番禺廣場，以及萬頃沙―番禺廣場―白鵝潭的Y字形交路運(yùn)營。

3 信號系統(tǒng)解決方案

信號系統(tǒng)通過各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合支持快、慢車運(yùn)營?？梢愿鶕?jù)運(yùn)行圖自動實(shí)現(xiàn)快車在車站跳停，以及在有條件的車站快車越行、慢車待避。可以自動給乘客信息系統(tǒng)（PIS）及廣播系統(tǒng)發(fā)送預(yù)告，使乘客可以獲知每一條股道的下一趟列車是否停車、是否為快車?？梢栽诶L制基本圖時標(biāo)記快、慢車屬性，如果需要，可以對快、慢車的運(yùn)行圖和車次窗做顏色或其他形式的區(qū)分，方便調(diào)度指揮。

3.1 快慢車運(yùn)行圖研究

ATS系統(tǒng)要適配快、慢車運(yùn)營，運(yùn)行圖子系統(tǒng)需要能夠調(diào)整區(qū)間運(yùn)行時間，對于通過列車，區(qū)間運(yùn)行時間應(yīng)予以適當(dāng)減少。

對通過列車統(tǒng)一減少一定時間。這種方法適用于線路上各站通過線路條件大致相同，列車通過速度大體一致的情況。如果每個會讓站的通過速度差異很多，可以測試各站通過和到開的時間差值。

減少區(qū)間運(yùn)行時間分為3種情況。

出發(fā)站通過、到達(dá)站通過，這種情況減少的時間為t1。

出發(fā)站到開、到達(dá)站通過，這種情況減少的時間為t2。

出發(fā)站通過、到達(dá)站到開，這種情況減少的時間為t3。

要精確測試某一區(qū)間的快、慢車區(qū)間運(yùn)行時間差值，需要按上述3種情況分別測試。

1）首先測試出發(fā)站和到達(dá)站都到開的區(qū)間運(yùn)行時間T，從列車出發(fā)站啟動開始計時，至列車在到達(dá)站停穩(wěn)計時終止。

2）測試出發(fā)站通過、到達(dá)站通過的區(qū)間運(yùn)行時間T1，從列車頭部離開出發(fā)站臺軌道計軸區(qū)段開始計時，至列車在到達(dá)站頭部離開站臺軌道計軸區(qū)段計時終止。

3）測試出發(fā)站到開、到達(dá)站通過的區(qū)間運(yùn)行時間T2，從列車出發(fā)站啟動開始計時，至列車在到達(dá)站頭部離開站臺軌道計軸區(qū)段計時終止。

4）測試出發(fā)站通過、到達(dá)站到開的區(qū)間運(yùn)行時間T3，從列車頭部離開出發(fā)站臺軌道計軸區(qū)段開始計時，至列車在到達(dá)站停穩(wěn)計時終止。

對應(yīng)的減少時間如公式（1）、（2）、（3）所示。

當(dāng)普通列車到達(dá)避讓站臺時，就是快車越行的最佳時機(jī)。快車通行后，普通列車?yán)^續(xù)追蹤，也恰好能夠滿足最小追蹤間隔的需求。其避讓的時序關(guān)系如圖1所示。

圖1 快慢車避讓時機(jī)Fig.1 Coordinated timing foravoiding collisions between fast and slow trains

可以得出，在避讓站1快車C與普通車B之間的關(guān)系如公式 （ 4）、（5）所示。

由此得出，要實(shí)現(xiàn)最佳的越行時機(jī)，快車與普通車發(fā)車間隔和快車節(jié)約時間如公式（6）所示。

為實(shí)現(xiàn)整體開行方案的均勻間隔，快車需要周期性的變化?？梢圆扇煞N方式維持這種周期性變化：第一種，替換運(yùn)行方式，即在普通車發(fā)車間隔不變的基礎(chǔ)上，用快車替換普通車。第二種， 插入運(yùn)行方式，即在普通車發(fā)車間隔不變的基礎(chǔ)上，將快車插入普通車之中。開行方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

表1 開行方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較Tab.1 Comparison of the advantages and disadvantages of train operation plans

快慢車越行主要受以下兩個因素影響。

1）行車間隔：如果采用插入運(yùn)行，快車插入點(diǎn)的行車間隔是原間隔的一半，需要在線路最小追蹤間隔滿足的前提下進(jìn)行。

2）越行站臺分布位置：在慢車到達(dá)越行的站時，快車需要滿足越行慢車的條件，且不能讓慢車避讓時間超長、避讓次數(shù)過多。

需對越行站和越行次數(shù)的各種組合方案進(jìn)行可行性分析和實(shí)驗(yàn)，才能確定最佳的越行方案。為了達(dá)到平衡，可能減小快車在某些區(qū)間的旅行速度，或增加慢車的避讓時間等。

3.2 快慢車交匯點(diǎn)管理策略

3.2.1 交匯點(diǎn)避讓策略研究

在快慢車線路中，交匯點(diǎn)管理策略設(shè)置的目的在于使快慢車按照設(shè)定的順序通過越行站，并使列車停在站臺外的幾率最小。目前，實(shí)際應(yīng)用中比較常見的交匯點(diǎn)管理策略包括：按到達(dá)時間優(yōu)先、按路徑優(yōu)先及按晚點(diǎn)列車優(yōu)先等方式。

按照上述某一種方式，由ATS系統(tǒng)自動控制避讓方式，對于18及22號線的運(yùn)營是不合適的。一旦圖定順序被打亂，為恢復(fù)運(yùn)營秩序，必然會交換車組擔(dān)當(dāng)服務(wù)。由于18及22號線是兩條線路按Y字形交路運(yùn)營，且共有1個車輛段和2個停車場，如果車組擔(dān)當(dāng)服務(wù)被替換，高峰期結(jié)束以及運(yùn)營結(jié)束收車時調(diào)度車組回到相應(yīng)的場段，以及司機(jī)派班調(diào)度等都會帶來很多的麻煩。

3.2.2 交匯點(diǎn)避讓方案選擇

廣州18及22號線快慢車運(yùn)營需要采取一種更靈活且需要人工確認(rèn)避讓策略的調(diào)整方式。

系統(tǒng)具備越行避讓管理功能，能夠使快慢車按照預(yù)先設(shè)定好的順序通過越行站。在兼顧停站和避讓的前提下，快車越行慢車。如果發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)會自動計算相應(yīng)的避讓時間，如果造成的延誤不長，快車會優(yōu)先通過；如果造成的延誤較大，系統(tǒng)會提示操作人員人工處理。

3.2.3 廣州18及22號線交匯點(diǎn)管理方案

在交匯點(diǎn)車站，如果待避列車到達(dá)進(jìn)路觸發(fā)時刻，但是計劃前行通過列車晚點(diǎn)未達(dá)到的情況時，彈出對話框提示。

系統(tǒng)根據(jù)廣州地鐵企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最長待避時間5 min原則，對交匯點(diǎn)管理進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

1）交匯點(diǎn)進(jìn)路請求對話框顯示待避列車等待前行列車通過的情況下預(yù)計總共停站時間 。

2）如果通過列車晚點(diǎn)情況不多，預(yù)計待避列車停站時間不會超過5 min的情況下，交匯點(diǎn)進(jìn)路請求對話框默認(rèn)選項為等待直至計劃前行列車通過。

3）如果通過列車晚點(diǎn)較多或位置不可知（列車下線等情況），預(yù)計待避列車會發(fā)生超時，如果列車運(yùn)行前方仍然有車站可以交匯避讓，交匯點(diǎn)進(jìn)路請求對話框默認(rèn)選項為立即排列進(jìn)路；如果列車運(yùn)行前方?jīng)]有車站可以交匯避讓，交匯點(diǎn)進(jìn)路請求對話框默認(rèn)選項為等待直至計劃前行列車通過。

4）列車運(yùn)行前方仍然有車站可以交匯避讓，ATS支持多次自動交匯避讓。

5）同時支持“先來先走”的交匯點(diǎn)管理策略：信號機(jī)可以設(shè)置停用交匯沖突檢測操作，操作成功后，ATS不再檢查該信號機(jī)所有進(jìn)路的交匯沖突，先來的列車優(yōu)先排列進(jìn)路，不再做出沖突提示。

6）可以靈活配置每條進(jìn)路的自動進(jìn)路提前排列時間量，避免早提示、多提示，在列車準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行的情況下盡量沒有彈框干擾。時間量可以根據(jù)現(xiàn)場使用情況隨時修改。

4 仿真與驗(yàn)證

4.1 仿真交路

采用廣州18及22號線初期運(yùn)營交路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，初期運(yùn)營采用獨(dú)立交路。

廣州18號線共上線15列車，其中13列為普通車，2列為大站快車，廣州18號線全部列車運(yùn)營交路為萬頃沙至冼村。

廣州22號線上線5列車，全部是普通車，全部列車運(yùn)營交路為番禺廣場至陳頭崗。

4.2 仿真結(jié)果

依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際仿真測試結(jié)果如下。

1）正常運(yùn)行期間列車沒有2 min以上的早晚點(diǎn)情況。

2）始發(fā)全部正點(diǎn)。

3）其他區(qū)間ATO自動調(diào)整精確，基本圖運(yùn)行線和實(shí)際運(yùn)行線幾乎貼合。

4）慢車平均避讓時間小于3 min，相比慢車最長停靠時間5 min指標(biāo)尚有大幅裕量。

5）快車跟蹤慢車、慢車跟蹤快車的最小追蹤間隔時間小于90 s。

5 結(jié)束語

廣州地鐵18及22號線按照最高速度160 km/h設(shè)計，設(shè)置了多個越行站，適宜采用快慢車運(yùn)營。針對快慢車和Y字形交路運(yùn)營，ATS系統(tǒng)須能夠支持靈活地生成、編輯運(yùn)行圖，滿足不同運(yùn)營要求。ATS系統(tǒng)須區(qū)分顯示快慢車圖標(biāo)、運(yùn)行線，并提供便捷的快慢車轉(zhuǎn)換手段，在運(yùn)營秩序出現(xiàn)異常后，能快速地恢復(fù)按快運(yùn)行圖快慢車運(yùn)營?？炻囖D(zhuǎn)換建議在始發(fā)站進(jìn)行操作。本文提供的仿真數(shù)據(jù)可以作為相應(yīng)研究結(jié)果的支撐。