陳 光

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，430063，武漢//助理工程師)

在城市軌道交通建設過程中，分段開通的線路在最終實現(xiàn)貫通運營時，常受到信號系統(tǒng)設備制式不統(tǒng)一的約束[1]。因此，延伸段信號系統(tǒng)與既有段信號系統(tǒng)的銜接是線路貫通運營需解決的難題。本文主要探討一種適用于多數(shù)地鐵延伸段的信號系統(tǒng)設計方案。

1 延伸段信號系統(tǒng)設計方案

在延伸段信號系統(tǒng)方案設計階段，要先明確既有線設備配置情況，再據(jù)此確定貫通運營時的既有設備、改造設備和新增設備。一般線路的信號系統(tǒng)設備配置情況如圖1所示。

圖1 一般線路貫通運營時的信號系統(tǒng)設備配置情況

1.1 正線及軌旁設備配置

CBTC(基于通信的列車控制)系統(tǒng)的國際及國內(nèi)規(guī)范和標準相對較少，各主要供應商對CBTC系統(tǒng)的研制和改進往往各自為營[2]，不同廠商的CBTC系統(tǒng)硬件和軟件均無法通用。因此，建議延伸段的廠商及信號系統(tǒng)配置應與既有段保持一致，以便于貫通運營并節(jié)約成本。

(1) 集中站劃分。影響聯(lián)鎖區(qū)的劃分和設備集中站的設置主要因素是聯(lián)鎖設備對道岔轉(zhuǎn)轍機、計軸設備和信號機的控制距離。既有段聯(lián)鎖區(qū)劃分已經(jīng)定型，且已投入運營。從設計角度和運營角度考慮，延伸段作為獨立工程，需盡量減少與既有段的聯(lián)鎖接口。

(2) 區(qū)域控制器(ZC)配置。軌旁的ZC可接收其控制范圍內(nèi)列車發(fā)出的所有位置信息，并分配行車許可給其控制列車。ZC的配置需根據(jù)廠家設備性能來確定。例如，泰雷茲的ZC設備是在每1個集中站配置1套(包含MAU(移動授權單元)和PMI(微機聯(lián)鎖))；而卡斯柯的ZC設備則在1條線路上選擇幾個集中站設置，且配置位置主要根據(jù)線路長度及其管理的列車數(shù)量來確定。

(3) ATS(列車自動監(jiān)控)工作站配置。ATS工作站與DCS(數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng))冗余連接，在ATS系統(tǒng)正常工作時，工作站顯示線路全貌。在得到授權的情況下，集中站ATS工作站可控制所在區(qū)域的列車運營及進路排列等，并與中央ATS系統(tǒng)有相同的功能。在中央ATS系統(tǒng)故障時，集中站ATS工作站可用作本地控制，直接控制對應區(qū)域的列車運營及進路排列等。

1.2 后備信號系統(tǒng)

CBTC系統(tǒng)的降級及后備系統(tǒng)一般可采用聯(lián)鎖級后備系統(tǒng)或點式ATP(列車自動保護)級后備系統(tǒng)兩種方式。

聯(lián)鎖級降級信號系統(tǒng)是以聯(lián)鎖功能為基礎。當車載設備故障或未裝備車載設備的工程車在線運行時，聯(lián)鎖設備以站間閉塞方式控制車站的出發(fā)信號機。司機依據(jù)信號顯示以限制人工駕駛模式或非限制人工駕駛模式駕駛列車自該站運行至下一站。

點式ATP級降級及后備信號系統(tǒng)是在聯(lián)鎖級的基礎上增加點式地面ATP設備和車載ATP設備?？蓪崿F(xiàn)列車超速防護、闖紅燈防護及精確停車等。部分品牌的產(chǎn)品可實現(xiàn)ATO(列車自動駕駛)。

建議延伸段的后備信號系統(tǒng)方案與既有段保持一致，并應滿足當?shù)剡\營需求及降級運營條件。在后備模式下，可適當引入新技術,并確保這不影響既有線正常運行。例如，泰雷茲的后備PSD(站臺屏蔽門)無線控制子系統(tǒng)就是如此。

1.3 場段信號設備配置

(1) 獨立計算機聯(lián)鎖控制方案。停車場或車輛段簡稱“場段”，其配置的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)與正線信號系統(tǒng)相對獨立，能單獨控制場段內(nèi)的列車作業(yè)和調(diào)車作業(yè)，在與正線相銜接部分采用安全繼電接口設計，可完成列車的進出場控制。該方案在場段內(nèi)設置ATS工作站，并將場段納入正線ATS監(jiān)督。

(2) 正線ATC(列車自動控制)一體化方案。將場段納入ATC監(jiān)控，并將場段的列車作業(yè)監(jiān)控與正線ATS一體化設計。場段除設置聯(lián)鎖設備外，還設置一定的ATP設備。場段列調(diào)車作業(yè)具備ATP功能。

方案的選擇需根據(jù)既有段建設情況及城市地鐵建設需求進行綜合考慮。如線路為FAO(全自動無人駕駛)線路，則場段建設需采取ATC一體化設計方案，滿足全線全自動駕駛功能，如既有段已建立1座車輛段，則延伸段停車場建設需與該車輛段保持一致。延伸段列車空閑檢測設備選擇計軸設備還是軌道電路，需與既有段保持一致，便于維護和資源共享。

1.4 綜合維護及培訓系統(tǒng)

1條線路在先期的建設過程中，通常會建設維護系統(tǒng)及培訓系統(tǒng)。

在其延伸段的建設過程中，應盡量利用既有設備來實現(xiàn)延伸段功能，從而減少投資、節(jié)省資源。延伸段可利用既有段的試車線來完成試車任務；可對培訓系統(tǒng)和維護系統(tǒng)進行擴容改造，以滿足全線的培訓和維護任務需求。全線貫通運營時，控制中心的行車調(diào)度終端需根據(jù)全線里程數(shù)及與行車專業(yè)進行溝通，從而確定是否新增行車調(diào)度終端，還需對全線顯示界面重新劃分和更新。

1.5 基礎信號設備配置

基礎信號設備配置主要包括信號機燈光顯示、信號機光源、電源系統(tǒng)及轉(zhuǎn)轍機的配置。延伸段的信號機燈光顯示需與既有段保持一致，符合現(xiàn)場運營人員的工作習慣；信號機光源可在滿足系統(tǒng)兼容性的前提下，采用較先進的信號機光源；延伸段電源系統(tǒng)配置可與既有段不一致，并根據(jù)用電需求和可靠性需求進行適當調(diào)整，可采用當前先進的可靠技術；延伸段場段以及正線的轉(zhuǎn)轍機配置需同既有段保持一致，便于維護資源共享。

2 延伸段信號系統(tǒng)的改造與實施

2.1 中央ATS設備改造方案

控制中心設置了ATS子系統(tǒng)的核心設備，主要包括：ATS服務器(主/熱備配置)、數(shù)據(jù)庫服務器(主/熱備配置)、數(shù)據(jù)備份服務器、數(shù)據(jù)記錄儀、調(diào)度工作站、中央聯(lián)鎖工作站、ATS維護工作站、時刻表編輯工作站、記錄與回放工作站、彩色激光打印機，以及與網(wǎng)絡時鐘、無線通信系統(tǒng)、PAS(有線廣播系統(tǒng))、PIS(乘客信息系統(tǒng))、ISCS(綜合監(jiān)控系統(tǒng))、通信傳輸系統(tǒng)、SCADA(監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)、大屏等系統(tǒng)的接口服務器。

ATS子系統(tǒng)系統(tǒng)具備管理長線路和多車的能力，并可支持線路的延伸。在延伸段建設過程中，首先，要明確既有段ATS系統(tǒng)是否預留了延伸段的擴展容量。如已預留了容量，則延伸段無需單獨配置ATS核心設備，僅需對既有段ATS核心設備進行軟件擴容改造，即可實現(xiàn)延伸段的ATS中心功能。擴容改造可采用在夜間非運營時間實施并調(diào)試的方案。

2.2 聯(lián)鎖接口改造方案

聯(lián)鎖接口改造主要在既有段與延伸段的既有交界車站處。在改造方案中需要注意以下幾點：

(1) 正線及配線信號機應根據(jù)運營條件取消封燈。

(2) 增加改造信號機的驅(qū)動采集板卡、繼電電路、室外控制線纜、發(fā)光盤及燈絲報警采集器。

(3) 增加相應的計軸設備。

(4) 對集中站聯(lián)鎖主機進行擴容，增加相應的進路控制，并對顯示界面進行更新。

(5) 對相鄰ZC控制器進行軟件升級改造。

2.3 DCS傳輸方案

DCS包括有線傳輸裝置、無線傳輸裝置及網(wǎng)絡管理裝置

(1) 有線傳輸裝置。有線傳輸裝置確保軌旁設備之間的通信，其網(wǎng)絡分為ATP/ATO骨干網(wǎng)和ATS骨干網(wǎng)。在延伸段的建設過程中，需拆開既有段的盡頭節(jié)點，加入延伸段網(wǎng)絡。節(jié)點劃分要與既有段保持一致。

(2) DCS無線傳輸裝置。無線傳輸裝置確保車-地之間的通信。延伸段無線傳輸裝置的配置方式應與既有段保持一致，可根據(jù)既有段運行情況，調(diào)整AP(無線接入點)布置方案，以進一步優(yōu)化場強覆蓋，減少既有段無線傳輸?shù)倪z留問題。

(3) 網(wǎng)絡管理裝置。網(wǎng)絡管理裝置負責對DCS網(wǎng)絡設備的管理和維護。在延伸段的建設過程中，需確認既有段網(wǎng)絡管理系統(tǒng)是否預留了延伸段使用余量。如有預留，則僅需對網(wǎng)絡管理裝置進行擴容升級，即可滿足延伸段的使用需求。

2.4 車載設備配置及改造方案

延伸段與既有段貫通運營后，延伸段的列車將進入既有段運行，既有段列車也將進入延伸段運行。因此，除新配屬列車需配置完整的車載信號設備外，還需對既有段配屬列車的車載控制器進行數(shù)據(jù)庫的擴容改造及車地聯(lián)調(diào)，使其能在延伸段正常運營。此外，延伸段配屬列車還需在夜間非運營時段在既有段進行車地聯(lián)調(diào)，使其能在既有段正常運營。

3 延伸段信號系統(tǒng)國產(chǎn)化

城市軌道交通的信號系統(tǒng)集行車指揮控制和列車運行控制于一體，是一體化的列車運行自動控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)設備應具有高安全性和高可靠性，專業(yè)性強[4]。

目前，延伸段一般不含車輛段，新配屬運用車輛及改造車輛較多，線路長度短，其信號系統(tǒng)國產(chǎn)化率略低。參照目前行業(yè)情況和系統(tǒng)配置，延伸段信號系統(tǒng)國產(chǎn)化率一般為60%～65%。

4 結(jié)語

針對延伸段的信號系統(tǒng)設計方案，著重討論了正線設備配置、場段信號設備配置、信號基礎設備配置及既有設備利用升級改造等。文中所述的延伸段信號系統(tǒng)配置方案已在武漢、南京和無錫地鐵項目中應用并實施。實踐證明，該方案適用性廣，經(jīng)濟有效。