一种不同制式信号系统的贯通运行方案

陈尔超

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300308)

1 概述

截至2018 年底，国内共有35 个城市开通城市轨道交通运营线路185 条，运营线路总长度5 761.4 km。拥有4 条及以上运营线路，实现网络化运营的城市16 个，占开通城轨交通运营城市总数的45.7%。过去各条线路独立运营，乘客在换乘站进行不同线路换乘。随着网络化运营的发展，越来越多的城市提出了线路间贯通运行的需求。线路间贯通运行可提升通勤服务、减少换乘直达目的地，实现资源共享和调配，提高线路和列车的利用率等。

线路间贯通运行涉及到多个专业系统，包括线路、车辆、供电系统、通信系统、信号系统等。其中信号系统是城市轨道交通的重要组成部分，以安全为核心，以保证和提高列车运行效率为目标，信号系统是实现线路间贯通运行的关键制约条件。从线路基础条件来看，城市轨道交通线路间贯通运行可以在地铁、轻轨、市域快轨之间。地铁、轻轨的信号系统制式主要采用基于轨道电路的固定闭塞/准移动闭塞系统、基于通信的列车自动控制系统（CBTC），CBTC 系统又通常采用点式降级系统。市域快轨信号系统制式可采用基于轨道电路的中国列车控制系统2 级加ATO（CTCS2+ATO）、CBTC、点式列车自动控制系统（IATC）。

关于CBTC 信号系统制式线路间的贯通运行，中国城市轨道交通协会已经发布团体标准《城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统（CBTC）互联互通系统规范》，包括系统规范、接口规范、测试规范、工程规范。典型应用案例为重庆轨道交通二轮建设的4 条线采用4 家信号供货厂商，4 条信号供货商均采用CBTC 系统，统一通信协议、统一系统架构、统一规划和设计。

除了CBTC 与CBTC 信号系统制式线路间的贯通运行，国内针对不同制式信号系统的贯通运行并无有效衔接与融合，为此研究不同制式信号系统的贯通运行将有重要意义，本文将对CBTC 制式信号系统与基于轨道电路制式信号系统的贯通运行方案进行研究。

2 应用场景

本文研究的不同制式信号系统的贯通运行方案可适用于以下场景。

1）新建CBTC 制式与既有基于轨道电路制式贯通

建设较早的城市轨道交通线路多采用基于轨道电路的信号系统制式，近些年随着CBTC 技术的发展，新建地铁线路基本均采用CBTC 制式的信号系统。场景1：新建线路与既有线路有贯通运行需求，新建线路采用CBTC 制式信号系统，既有线路采用基于轨道电路制式的信号系统。

2）基于轨道电路制式的Y 字形交路的单边CBTC 改造

场景2：Y 字形交路的线路，原线路采用基于轨道电路制式的信号系统。开展Y 字形线路的单边改造，另一边由于设计年限等暂不进行改造，由于原Y字形为贯通运行，改造后依然有贯通运行需求。

3）CBTC 制式的地铁线路与CTCS2+ATO 制式的市域快轨贯通

市域快轨一般服务于城市与市郊、中心城市与卫星城，是一种具有通勤服务功能、中长距离的城市轨道交通形式。从服务乘客的角度来看，市域快轨与市内地铁有强烈的贯通运行需求。对于市域快轨信号系统制式，CTCS2+ATO 制式已有应用，比如温州市域快轨。场景3：市内地铁线路与市域快轨线路贯通运行，市内地铁线路采用CBTC 制式的信号系统，市域快轨线路采用CTCS2+ATO 制式的信号系统。

3 相关专业基础条件

线路间贯通运行涉及到多个专业系统，包括线路、行车、车辆、限界、牵引供电、通信、信号，具体需要达到以下条件。

1）线路：线路间贯通或线路间设置跨线运营联络线，线路轨距相同。

2）行车：基于客流预测情况，制定贯通运行交路。

3）车辆：车辆限界相同，车辆性能参数基本一致。

4）牵引供电：牵引供电方式相同。

5）通信：无线通信系统兼容互通。

6）信号：在各相关专业具备贯通运行的基础条件上，信号系统制定贯通运行方案，实现列车在不同线路间的跨线/共线运行。

4 信号系统贯通运行解决方案

4.1 场景描述

以上文的场景1 为例，制定如图1 所示的具体场景。

1）线路I 为基于轨道电路的信号系统制式，路径从A 至B；

2）线路II 为CBTC 信号系统制式，路径从B至C；

3）列车运行交路包括线路I 的独立运行交路（A ←→B）、线路II 的独立运行交路（B ←→C）、以及贯通运行（C 至A）的交路。

图1 线路场景示意图Fig.1 Schematic diagram of line scenario

4.2 系统构成及配置方案

线路I 的基于轨道电路信号系统主要由联锁设备、ATS 设备、轨道电路占用检查和发码设备、车载设备组成。独立运行交路列车通过接收轨道电路的码序来行车。

线路II 的CBTC 系统主要由联锁设备、ATS 设备、车地无线通信设备、车载设备组成，其降级采用点式降级系统。独立运行交路列车以CBTC 控制方式和点式控制方式来行车。

为实现贯通运行（C 至A）的交路，同时需在线路I 布置线路II 系统的点式设备。由于C 至A 的贯通运行交路，则A-B 段上存在线路I 和线路II 两条线路列车的共线运行情况。共线运行段的信号系统整体结构如图2 所示。

图2 共线运行段信号系统整体结构图Fig.2 Overall structure diagram of signal system of joint operation section

1）联锁子系统

线路II 在B-C 段设置联锁设备，线路I 在A-B段设置联锁设备，线路I 和II 分别控制各自线路上的轨旁联锁设备。联锁区分界点在B 车站，分界处通过继电方式进行接口。共线A-B 段采用一套联锁设备对该线路上的进路进行控制，A-B 段列车的占用检查均基于轨道电路设备。

2）ATS 子系统

若为同期建设，可考虑在A-C 段设置一套ATS子系统，对线路I 和线路II 进行统一控制。

若为非同期建设，可分别设置各自线路的ATS子系统。线路I 的ATS 子系统控制范围为A-B 段，线路II 的ATS 子系统控制范围为B-C 段，在车站B处进行调度权的移交，并互传到发站时间。其中的一条线路（假定线路II）负责编制全线A-C 段的总运行图，并将线路I 的运行图离线发给线路I 的ATS，线路I 的ATS 根据收到的运行图到发时间点编制自己的运行图。

3）ATP 子系统

线路I 在A-B 段设置轨道电路、轨旁信号机等设备，通过轨道电路实现A-B 段列车的占用检查和发送地车信息报文。线路I 列车配置本线路的车载设备，以实现接收轨道电路报文来控车。

线路II 在B-C 段设置无线通信设备，通过无线通信方式实现地车双向通信；同时线路II 在A-B-C段设置点式应答器设备，在B-C 段的点式应答器连接线路II 的信号机，在A-B 段的点式应答器连接线路I 的信号机，通过点式通信方式实现地车通信。线路II 列车亦配置本线路的车载设备，接发车地信息和计算列车运行曲线实现列车控制。

4.3 列车运行方式

1）A-B 段共线运行

A-B 段运行时存在两线列车共线运行的情况，但区段内列车的占用检查均基于轨道电路进行监督。

对于线路I 列车来说，无论前车是线路I 列车还是线路II 列车，其均基于A-B 段轨道电路的报文来行车。通过轨道电路实现列车的位置检测，无绝缘移频轨道电路设备根据前车位置计算和发送报文指令信息，追踪列车接收报文信息并据此行车。

对于线路II 列车来说，无论前车是线路I 列车还是线路II 列车，其均基于A-B 段点式信息来行车。通过点式设备采集信号机的显示信息，并通过轨旁动态信标把信号机的显示信息传送给车载ATP 设备，车载ATP 设备根据信号机状态计算列车运行曲线，进而实现线路II 列车的点式控制，以点式方式行车。

2）B-C 段独立运行

B-C 段只有线路II 列车运行，线路II 的地面ATP 设备通过无线通信方式将移动授权发给列车，列车根据移动授权计算列车运行曲线进行控车。

3）A-C 段列车控制级别转换

对于线路II 列车来说，其在B-C 段常用控制方式为CBTC 级别控车，在A-B 段常用控制方式为点式级别控车。列车运行方式和模式转换如图3 所示。

图3 列车贯通运行模式图Fig.3 Diagram of train through operation mode

列车自A 至B 以先点式ATP 模式运行，列车在车站B 停车后可转换为CBTC 模式向车站C 方向运行；列车由C 至A 先以CBTC 模式运行，列车在车站B 停车后可转换为点式ATP 模式向车站A 方向运行。

4.4 性能指标

1）安全性

对于B-C 独立运行段，其安全完全由线路II 信号系统保证。对于A-B 共线运行段，其位置监督均基于线路I 的轨道电路，进路控制均由线路I 的联锁实现，调度指挥均由线路I 的ATS 系统完成，各自线路列车分别与各自的轨旁设备通信完成列车的追踪运行。

系统的安全完整性水平要求：列车自动防护(ATP)子系统4 级、计算机联锁(CBI)子系统4 级、列车占用检测设备4 级、列车自动监控(ATS)子系统2 级、列车自动运行(ATO)子系统2 级。

2）运营能力

对于B-C 独立运行段，其运营能力完全取决于线路II 信号系统，通常为：正线列车最小运行间隔、交路折返站最小折返间隔满足2 min，正线设计追踪间隔不大于90 s。

对于A-B 共线运行段，其运营能力主要取决于线路I 的信号系统能力，正线运行能力、折返能力不超过线路I 信号系统自身能力水平，追踪能力依追踪列车的控制方式。

3）其他性能

设备的可靠性取决于各设备自身的平均故障间隔时间，系统的可用性应不小于99.98%，设备的可维护性主要取决于线路自身的平均故障修复时间，可按车站设备、轨旁设备、车载设备、控制中心设备进行划分。

5 工程案例分析

以大连地铁3 号线、地铁3 号线支线、大连金普线为例，利用本文方法制定解决方案。

地铁3 号线从大连站至金石滩站，开行大连站—金石滩、大连站—保税区的大小交路。3 号线支线从开发区至九里站，开行开发区—九里站交路，且与3 号线共同开行大连站—九里站的长交路。金普线新建段从九里站至振兴路站，且与3 号线支线贯通运行，开行振兴路至开发区的列车交路。运行交路如图4 所示。

图4 运行交路图Fig.4 The diagram of routing mode

地铁3 号线和支线为正在运营线路，信号系统为基于轨道电路的固定闭塞制式。金普线为在建线路，信号系统采用基于无线通信的CBTC 系统。根据交路情况，九里站—振兴路站为独立运行段，开发区站—九里站为共线运行段，具体解决方案如下。

金普线工程在九里—振兴路设置常规的CBTC设备，除此之外金普线工程在开发区—九里段设置点式应答器设备，点式应答器与支线的信号机连接，实现对信号机状态的采集和发送。九里—振兴路段的调度指挥由金普线工程设置的ATS 控制，开发区—九里段的调度指挥由3 号线和支线ATS 控制。开发区—九里段的位置监督均基于既有的轨道电路，开发区—九里段的联锁进路由支线联锁控制，并在九里站处与金普线联锁采用继电方式进行接口。

3 号线和支线列车在开发区—九里段基于轨道电路的码序以固定闭塞方式行车，金普线列车在九里—振兴路段以CBTC 方式行车，金普列车在开发区—九里段以点式方式行车，在九里站到站停车期间完成控制模式转换。

6 结束语

本文提出一种不同信号制式的贯通运行解决方案，本方案尤其适合解决短距离共线运行场景。如果共线运行段开行列车对数较少，还可考虑采用配置兼容性信号车载设备或双套信号车载设备解决方案。