轨道交通信号系统拆分及全自动预留设计探讨

彭显辰

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043）

近年来，全自动运行技术在国内轨道交通领域日渐升温，随着北京燕房线的开通，越来越多的城市开始推动全自动运行项目的落地。国家工程实验室及北京市重点实验室联合发布了白皮书，中国城市轨道交通协会团体标准也相继出台。列车的驾驶模式也逐步由人工驾驶、半自动驾驶，进步到有人值守的全自动运行，并最终向无人值守的全自动运行系统发展。基于技术水平的发展和日趋成熟的建设经验，在新建项目实施全自动运行系统相对简单。但是，很多城市不可避免地存在线路拆分和既有线改造工程。此类复杂工程中全自动运行系统的设计和实施方案，亟需进一步的探讨。

而作为全自动运行系统的核心技术，信号系统设计的优劣关系到行车安全和行车效率，影响地铁运营的质量。信号系统的设计方案直接关系到此类复杂工程能否能够顺利实施。本文结合合肥轨道交通4 号线目前的实施情况，以充分利用既有设备设施、减小废弃、尽量不影响4 号线正常运营为原则，对信号系统的拆分及全自动运行预留设计方案进行介绍，旨在为类似工程提供参考和借鉴。

1 概述

1.1 工程背景

合肥4 号线全长41.37km，设31 座地下车站，一场一段，设计最高行车速度为80km/h。根据建设规划，为满足沿线差异化出行需求，4 号线近期在丰乐河路站进行拆分。自丰乐河路站引出4 号线南延线，与4 号线丰乐河路站以东部分贯通运营组成新的4 号线。原4 号线丰乐河路站以西部分拆分至6 号线一期工程贯通运营，设计最高行车速度为100km/h。其中，6 号线一期工程采用全自动运行系统。

4 号线工程已于2017 年全线开工建设，计划2021 年建成。丰乐河路站车站主体已基本完成，预留了土建拆分条件。

1.2 系统方案概述

4 号线信号系统采用上海电气泰雷兹交通自动化系统有限公司提供的基于通信的列车控制（CBTC）系统，实现移动闭塞功能，行车间隔按90s 设计。设置地面信号机，辅助以计轴作为列车位置检测设备，与联锁级、点式降级等设备共同构成完整的点式和联锁两级降级系统。车-地无线通信采用TD-LTE 技术，信号系统单独组网，采用A、B 网双网冗余方案。

2 拆分预留条件设计

4 号线按照传统的有人驾驶线路进行设计，实现GoA2 等级下的列车自动控制功能。拆分工程的关键点为两线速度目标值的差异问题、信号系统设备的兼容性问题、列车自动化等级的差异问题。针对以上关键点，在4 号线拆分段设计时，为线路拆分和全自动运行系统的平滑升级预留如下条件：

（1）对拆分段轨旁设备（应答器、计轴、信号机等）的布点按照适应100km/h 的速度目标值进行设置，并满足互联互通的规范和标准。

（2）在拆分段充分考虑6 号线全自动运行的功能需求，布置列车精确定位应答器、人员防护开关（SPKS）、关门按钮、清客按钮等硬件设备。避免线路拆分时硬件设备配置调整对运营带来影响，只需升级系统软件即可实现拆分段纳入6 号线贯通运营的需求。

（3）根据线路拆分边界，将拆分段正线设置为独立的联锁控区，并在拆分节点车站（丰乐河路站）设置两套联锁集中站信号设备，一套属于拆分后4 号线，一套属于拆分后6 号线。

（4）拆分段信号系统网络按6 号线信号系统统一规划、设置IP 地址。DCS 子系统在拆分段设置为独立的环网，使用三层交换机以及A/B Switch 将其与4 号线骨干网进行连接。轨旁漏缆安装布置时，在线路拆分点安装预留电桥，用来对接6 号线延伸线漏缆。

（5）在拆分的车辆段设置APT/ATO 设备，提供自动化场段功能，设备配置与正线集中站配置基本相同。充分考虑车辆段自动化区域无线覆盖范围的要求，同时，预留与全自动洗车机的接口。

3 拆分方案

3.1 正线室外设备拆分方案

基于信号集成商的产品特点，拆分工程涉及3 个控区。拆分前，鸡鸣山站控区（ZC1）的控制范围为鸡鸣山路站、方兴大道站和长宁大道站；丰乐河路站控区（ZC2）的控制范围为创新大道站；丰乐河路站4 号线控区（ZC3）的控制范围为丰乐河路站和玉兰大道站。拆分段信号系统控区划分如图1 所示。

由于4、6 号线拆分界面位于两线联络线中点，因此，拆分后ZC2 与ZC3 的控制边界将由原来的位置变为两线联络线中点位置。原ZC2 与ZC3 控制边界至拆分联络线中点之间的轨旁设备（包括2 组道岔，7 套计轴，2 组站台门，4 组ESB，5 架信号机，4 组有源应答器）将从ZC3 分离，纳入ZC2 控制。

为了减小拆分工程对既有4 号线运营的影响，我们在丰乐河路站6 号线信号设备室内设计了室外设备线缆倒接柜，用以实现拆分时由于边界变化引起的轨旁设备倒接。该倒接柜一端接入4 号线丰乐河路站信号系统，另一端接入6 号线丰乐河路站信号系统。将丰乐河路站室外信号设备线缆接入分成两部分：

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（1）拆分后，丰乐河路站属于4 号线控制的所有信号室外设备（信号机、道岔、ESB、PSD、DTI、RRU）以及IBP 盘通过室外电缆连接至4 号线信号设备室的分线柜A 上，然后，接入4 号线丰乐河路站信号系统。

（2）拆分后，丰乐河路站属于6 号线控制的所有信号室外设备（信号机、道岔、ESB、PSD、DTI、RRU）以及IBP 盘通过室外电缆连接至6 号线信号设备室的分线柜B 上，并通过倒接柜接入4 号线丰乐河路信号系统。计轴设备按共享计轴点的方式分别接入4 号线和6 号线设备室的分线柜，磁头均由6 号线设备室ACE 机柜供电。有源应答器室外仅放置一根电缆，先接入6 号线设备室的分线柜，然后，从6 号线的分线柜外侧跳接到4 号线设备室的分线柜，6 号线室内预留分线柜到LEU 机柜的电缆。

经过上述分析，倒接柜分为上、下两个部分，上部分为倒切作业层，设置16 个倒切开关，下部分为配线层，配线端子选用可断式WAGO 接线端子。拆分工程实施期间，白天4 号线正常运营，将倒切开关切换至运营档位，“运营”指示灯显示绿色；夜间6 号线调试，将倒切开关切换至调试档位，“调试”指示灯显示黄色。待6 号线贯通调试完成，通过倒接柜切换即可将室外设备一次性倒接，完成4、6 号线的拆分，实现4、6 号线各自独立运营，并将倒接柜拆除。

图1 拆分段信号系统控区划分示意图

3.2 科学城车辆段拆分方案

车辆段信号系统设备配置与正线集中站配置基本相同，设置了ATP/ATO 设备，提供自动化车辆段功能。4 号线先期实施时将该车辆段进行了有人区与无人区的划分，在有人区与无人区出入口处采取了防护措施。运用库长度按照全自动运行的需求进行加长，并将库内无人区分隔成若干个检修小分区。拆分时，仅需在停车列检库相应位置增设休眠/唤醒应答器，并通过将软件升级至6 号线版本即可实现，室内信号设备无须做任何改变。

3.3 ATC 子系统拆分方案

（1）在车辆段、正线控区ZC1、ZC2 和ZC3 各设置一套本地ATS 设备。拆分时，ZC2 的本地ATS 控制范围通过升级数据库增加丰乐河路站6 号线部分，然后，割接入6 号线信号系统；ZC3 的本地ATS 控制范围调整为控制4 号线线路丰乐河路站4 号线部分。拆分段本地ATS 设备进行软件及数据升级改造后，纳入6 号线ATS 子系统。4 号线中央ATS 仅需通过数据库升级即可实现ATS 系统拆分，控制既有4 号线其余控区及4 号线南延线。

3.4 联锁子系统拆分方案

考虑到线路拆分和6 号线全自动运行的功能需求，在拆分段信号设备室内提前预留一台新联锁机柜的设备安装位置、用电、接地和接口。拆分时，仅有丰乐河路控区（ZC3）联锁设备需要通过倒接柜完成室外设备线缆倒接及联锁表升级，其他的拆分控区所有室外设备的线缆均不须改造。室内增加一台新联锁机柜，同时，升级相应的软件来实现拆分。新联锁设备通过以太网与既有设备接口，待6 号线具备条件后，仅需通过网络接入，即可实现新联锁设备的集成。

3.5 DCS 子系统拆分方案

4 号线实施时在丰乐河路站设置三层交换机，用于连通拆分段与4 号线其余部分的骨干网。使用三层交换机对接6号线新建段DCS 网络，可适应6 号线新建段各种网络构架，避免纯二层环网各家交换机厂商的私有环保护协议不兼容造成的接入技术障碍。同时，使用A/B Switch 对接4 号线和6号线网络，增加割接的便利性。

在需要做4、6 号线的网络割接测试及正式割接时，只需要转动A/B Switch 的使能钥匙，将档位在4 号线侧和6 号线侧转换即可。该方案比变动骨干网光纤简单很多，避免了光纤及光模块的损坏，且不容易发生人为错误。

4 结语

综上所述，基于确保行车安全、满足客流需求和尽量减少对既有线运营影响的原则。信号系统在设计时将后续工程实施难度大的硬件设备设施、管线预埋等工程纳入了4 号线工程先期实施，通过倒切的方式拆解至6 号线工程。同时，由于信号系统按线路管控，需要作为一个整体考虑，对于系统的软件功能、系统接口等做了相应预留，在拆分时，由6号线完成升级和调试。此设计方案预留条件充分，经济可行。希望能为国内其他既有线升级改造工程和线路拆分工程提供一定的参考和借鉴，更好地推动全自动运行系统的实施。