石家庄市轨道交通3号线一期工程正线停车场信号系统配置方案

宋 丹　王国霖

（中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055）



石家庄市轨道交通3号线一期工程正线停车场信号系统配置方案

宋 丹王国霖

（中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055）

当前轨道交通工程中的信号系统设计越来越多的应用基于通信的列车控制（CBTC）系统，而且多个工程也出现由于分期开通而使用正线临时停车场的实际情况，这就使CBTC系统面临着一个共同的问题，即如何将CBTC系统应用于停车场的站场条件，从而实现安全、高效、便捷的运营作业。

信号系统；基于通信的列车控制；停车场

1　概述

石家庄市城市轨道交通3号线一期工程分布在中心城区范围，沿联盟路、中华大街、石家庄站、塔北路敷设，其中途经的联盟路—中华大街—塔北路是最重要的南北—东西向客运走廊。线路全长19.268 km，设站17座，均为地下站，其中有道岔车站8座、无道岔车站9座。平均站间距1.177 km。3号线分期开通。石家庄地铁3号线一期工程首开段线路长度6.372 km，共配置8列车，设车站6座，均为地下站，分两个联锁集中站控制。在石家庄站站后区间设6股道（每股道一列位）地下停车线，如图1所示，其中两股道兼作终端折返线，其他4股道设置有检修坑和检修设备、检修平台，可进行简单的日常列车检修作业。首开段不设置车辆段和停车场，为了满足首开段提前开通的需求，在石家庄站站后区间设6股道（每股道一列位）地下停车线。由于传统意义上的车辆段设置条件不满足，所以在运营开通后很长一段时间内将使用正线停车场来满足运营停车需求，信号系统需要从运营需求的各个角度配置信号系统，从而满足运营需求。

本文主要对石家庄停车场相关的运营能力、列车运行管理、信号系统实施方案、其他特殊情况进行分析。

2　运行能力分析

单程运行距离6.1 km，全周转时间24 min 14 s，小灰楼折返时间111.9 s，石家庄折返时间163.5 s，首开段计划开行列数6对/h，按照全周转时间如果上线3列车可达到9 min间隔，如果上线5列车可达到5 min间隔。

3　列车运行管理

3.1列车存放

本文按5 min间隔、上线5列车为例进行描述，如果少于5列车则相应减少正线列车存放数量。石家庄站共有6股道可以停放列车。考虑实际运营需要，如果上线5列车载客运行，那么需要在正线准备6列车，其中1列备用。为方便晚间工程车施工折返需要，石家庄站的其中一条折返线不能存车，这样晚间需要将其中的一列上线运营列车存放在小灰楼站，第二天运营也可以实现两端同时发车。如果再增加上线列车，将占用折返线，影响晚间工程车上线施工作业。

3.2停车场内转线作业

转线作业由人工办理，遥控下调度员办理进路，站控下由车站值班员办理进路。停车场为正线车站，不设置调车信号机，办理转线作业按照列车折返作业方式办理，需要通过石家庄站上行或下行站台进行转线作业。

转线作业期间与信号、工务、供电等专业的维修作业冲突，建议运营管理部门制定相关的管理规定，以调配相关专业的维护工作。

4　信号系统实施方案

4.1ATS方案

为了减少正线停车场调度员/车站值班员人工工作量，需要为正线小停车场配置ATS全部功能。

正线停车场并不作为独立的停车场来处理，只是将可停车的股道作为一个普通正线车站的存车线来处理，作为ATS系统来说，正线的股道与设备在中心正常的时候是需要纳入到中心来管理的，但是调度大厅距离正线停车场距离较远，不方便实时了解存车线上的列车情况。所以为了实现在正常情况下不需要中心参与，直接由车站的相关人员进行派车出库以及接车入库的相关功能，需要在现有ATS软件功能配置的基础上增加以下功能。

4.1.1为正线存车线增加一台正线派班工作站

该正线派班工作站放置于石家庄正线停车场，直接与石家庄站的ATS站机通信，实现对正线停车场列车的管理。当中心故障后，也不影响其工作。

4.1.2在系统中增加正线派班员的角色

正线派班员的角色只能从正线派班工作站登录，可以对正线停车场内的列车进行出/入库管理、核对/修改车组号的操作。

4.1.3开发一套针对正线停车场的派班软件

软件包括用户登录功能、显示正线停车场的站场信息以及列车信息、查看当日计划运营图的功能、可以为正线停车场的列车进行编辑派班计划和设目的地车的功能、核对车组号、增/删车组号的功能、将派班结果以及操作命令发送给服务器实现自动排列进路接/发车的功能。

4.1.4对未来车辆段建成后的影响

正线停车场的派班工作站只是作为车辆段建成前的过渡产品，以后如果不需要通过正线停车场进行相应的接发车作业，正线派班工作站可以拆除，拆除后如果有临时的接发车，可以由中心调度员通过手动排列进路、设置目的地车等方式进行控制。

4.2ATP方案

石家庄站站后地下库内停车，为保证进库效率和安全防护距离，库线尽头应距离列车停车点有一定的距离作为停车距离余量。在保证停车安全的基础上，尽量提高进库效率。

4.2.1设备布置

石家庄站设置6条停车线，线路限速为5 km/h。在3G和4G的出库信号机前，分别布置一组可变应答器和环线应答器组成的有源应答器组。在1G、2G、5G、6G的出库信号机前，分别布置一组可变应答器和固定应答器组成的有源应答器组。如图2所示。

4.2.2列车出库运行

在出库信号机开放后，司机可以驾驶列车以RM模式向前运行。经过两个连续的应答器组后获得列车位置初始定位。列车在完成定位后，在接收到可用的移动授权后，可升级至相应的控制级别。

列车运行级别如图3所示，由高到低分别为：

1）无线连续式通信控制下ATP/ATO的运行（简称CBTC级别）；

2）点式控制下ATP/ATO的运行（简称ITC级别）；

3）联锁级下的运行（简称IL级别）。

在出库信号机开放后，列车可由信号机前的有源应答器或者应答器环线，获得点式移动授权，升级到点式级别。

在出库信号机开放后，在地面ATP设备工作正常且车地通信正常时，地面ATP为列车计算CBTC级别下的移动授权并发送到车载ATP系统，列车可升级至CBTC级别，投入正线运行。

列车升级到点式级别或者CBTC级别，在满足一定条件后，可由人工驾驶模式转换到自动驾驶模式。在相关条件得到满足时，驾驶室两个ATO启动按钮/指示灯处于闪烁状态提示司机可以启动自动驾驶功能。

4.2.3列车折返

在正线运营过程中，采用3G/4G兼用做站后折返线，在办理到3G/4G的折返进路后，列车可以以点式或者CBTC级别，在CM或者AM驾驶模式下，运行至折返线停车，执行折返作业。系统支持在3G/4G执行的折返方式包含ATO有人/无人自动折返模式、ATP监督下的人工折返模式、限制人工折返模式、非限制人工折返模式。为保证列车使用3G/4G完成站后折返时的安全运营，需要通过运营管理手段，保证列车运营过程出入库过程中，库门维持在打开状态，同时库内没有人员走动，以免发生危险。

4.2.4列车回库

列车结束运营，为保证进库效率和安全防护距离，库线尽头应距离列车停车点有一定的距离作为停车距离余量。在保证停车安全的基础上，尽量提高进库效率。因未有石家庄3号线车辆的实际性能参数，故采用已有线路的车辆参数进行停车距离余量理论计算，如果车辆参数值发生变化，停车距离余量需要重新计算。库内坡度取-0‰。为了保证列车进库的效率和舒适度，一般采用一次性固定制动率的ATO制动曲线停车。采用固定制动率的ATO制动曲线如图4所示。

ATO采用固定制动率为a，停车目标点距离PP点距离为ATO_OFF（Xoff）。Xoff应保证ATO制动曲线与EB触发线无重合且有一定余量，Xoff代表了应该取得安全线长度。

则得到ATO制动曲线公式：L=v2/（2×a）+Xoff；

v即为ATO目标曲线上每一点的速度值。Xoff应保证ATO制动曲线与EB触发线无重合且有一定余量，Xoff代表了应该取得安全线长度。

计算结果如下：

当进库建筑限速速度为30 km/h，ATO速度约为20 km/h，具体计算得到Xoff值为27 m，考虑到停车误差、列车性能离散型等因素，建议取5 m余量，至少停车距离余量长度应满足32 m。

当进库建筑限速速度为20 km/h，ATO速度约为15 km/h，具体计算得到Xoff值为24 m，考虑到停车误差、列车性能离散型等因素，建议取5 m余量，至少停车距离余量长度应满足29 m。

当进库建筑限速速度为15 km/h，ATO速度约为10 km/h，具体计算得到Xoff值为20 m，考虑到停车误差、列车性能离散型等因素，建议取5 m余量，至少停车距离余量长度应满足25 m。

基于上述分析，列车回库根据不同的输入限制调价，可有以下3种处理方案：

如库内建筑限速可满足CBTC系统要求，且列车库线停车位置到库线区段终端距离满足要求，列车可以为CBTC级别CM或AM模式驶入停车库线，列车对位停车后，车载MMI将提示司机确认降级为RM模式，退出作业。

如库内建筑限速可满足CBTC系统要求，但库内部分长度不满足列车进库对位停车的需求，列车以AM或CM模式完全驶入停车库线后，MMI提示司机降级为RM运行，司机人工将运行模式转为RM后，司机可驾驶列车以RM模式进入停车库线对位停车。如司机不确认转RM，列车不能以ATP模式进库对位停车，将停在库内中间位置。

如库内建筑限速无法满足CBTC系统要求，列车无法以ATP模式驶入停车库线，列车进路可以直接办理到停车库线，进库口位置不需要设置单独的信号机。列车的移动授权终点将位于进库前平交道口位置，MMI将提示司机降级为RM运行，司机人工将运行模式转为RM后，司机可驾驶列车以RM模式驶入停车库线对位停车。

4.3联锁方案

石家庄站联锁系统按正常的集中站处理，遥控模式下，根据ATS的命令办理相应进路，在站控模式下，其中两条折返线设置有自动折返一（利用3G折返）、自动折返二（利用4G折返）、全自动折返（利用3G、4G交替折返）3种折返模式，正线上的其他信号机可设置为自动属性，进出其他停车线的进路由人工办理。

5　其他说明

5.1增减列车

在运营期间，如果早高峰后需要减少列车，晚高峰需要增加列车，其办理方式与早晚出车收车方式相同。早高峰结束后，如果需要减车，根据运行图，列车到达石家庄站上行站台后，ATS不再触发进路，由调度员根据当日列车入库停车计划，人工输入目的地号（停车股道的目的地编号），ATS自动触发回库进路，列车下线回库。晚高峰需要增加列车时，根据运行图，调度员依据当日出车计划，人工设置需要出发列车的服务号（车次号），当到达发车时间后，ATS自动触发出库进路，进入正线开始运行。

5.2工程车正线存放

根据运营维修需要可以将工程车存放于1号线车辆段，也可以存放在3号线正线。如果存放在1号线车辆段，则工程车上3号线作业时，需按规定办理过轨转线作业，由中山广场联络线进出。如果存放在正线，则可以存放在小灰楼或石家庄站非运营的正线区段。

5.3故障应对

在运营中，若有车载信号发生故障需要下线时，由调度员变更车次号后设置目的地号，ATS自动触发至库线的进路，根据运营时机，调度员安排备用车

运行至石家庄站下行站台后人工输入需要替换的服务号，则可以恢复正常的运营。若发生车辆故障无法移动时，则根据运营管理规定进行救援处理，需要人工排列进路指挥行车。救援列车连挂完毕后，如果正向运行，调度员也可人工输入目的地号，由ATS系统自动触发进路。若中心ATS故障，系统自动启动分散自律功能，由车站分机按照当日运行图自动排列进路管理列车运行。当某一个站的ATS故障后，则本站ATS功能退出，需要转站控，由车站操作员人工办理进路（或设置自动进路），其它站的ATS功能不受影响。若某一站联锁系统故障，则这一站的信号系统将停用，列车失去ATP防护，地面设备也不能开放信号转换道岔，均需人工组织行车。

At present， Communication Based Train Control （CBTC） system is more and more applied in metro signal system. In the condition of using temporary parking lots for putting the line into services in the prophase project， the CBTC system will face a common problem of how the CBTC is applicable for the yards of the parking lots， in order to achieve safe， effi cient and convenient operation.

signal system； CBTC system； parking lot

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.02.022

2015-12-21）