浅谈信号系统侧冲防护在城市轨道交通中的应用

刘德伟

在城市轨道交通项目建设中，基于灵活组织运营的考虑，每间隔几公里都应布置道岔设备，用于实现列车的折返。使用最多的有单动道岔、单渡线道岔、交叉渡线道岔等。使用的道岔越多，存在侧面冲突的场景也就越多。对侧面冲突的防护（简称侧防）是指为避免列车在道岔交汇点的两个方向同向或逆向运行时的侧面冲撞。因此，需要根据城市轨道交通信号系统的特点对侧冲区域进行安全防护。

城市轨道交通中信号系统多采用基于通信的列车控制系统（简称CBTC 系统），需要防护的列车主要分为通信列车和非通信列车（含非装备CBTC 系统列车）两大类。CBTC 系统可以对通信列车实现自动防护，但对于非通信列车，则需要进行人工防护。本文介绍的侧冲防护，主要是防止通信列车与非通信列车之间的侧面冲突，重点探讨如何通过系统技术手段对侧冲区域进行防护。

1 侧冲场景

轨道交通线路的存车线、折返线等一般都需要存放非通信列车，同时正线区域也需要具备通信列车与非通信列车共线运营的功能。例如，在道岔区域就可能存在非通信列车与通信列车发生侧冲的情况。如图1 所示，非通信列车处于T1 轨，通信列车经由进路S1-S3 运行。由于信号系统无法检测到非通信列车的运行状态，因此系统会认为非通信列车的运行状态未知，从故障导向安全的角度考虑，系统会认为非通信列车随时可能移动。在通信列车越过信号机S1 之前，假如非通信列车移动越过信号机S2，由于侵限，S1 会变为禁止信号，阻止通信列车越过S1，不会有侧冲的风险。但当通信列车已经越过信号机S1，此时非通信列车突然移动，就会存在侧面冲撞的风险。

图1 侧冲的场景

2 侧冲防护原则

在确保安全的前提下，对道岔区域进行侧冲防护，可确保不发生冲撞现象，同时还应兼顾运营效率。

1）侧冲防护应优先采用物理隔离的方式予以避免，如双动道岔处于定位时，可保证不会发生侧面冲突的可能，对于存车线应优先采用这种方式。

2）当侧冲防护无法采用物理隔离的方式进行防护时，如渡线道岔处于反位或单渡线道岔区段，需要对进路中的这些道岔区段中非进路征用部分的可能侧冲的区域进行防护。

同时，应采用ATP 对可能发生的侧冲进行防护。当侧冲区域被非通信列车占用时，应防止CBTC 模式下ATP 防护的列车进入该道岔区域或在该区域以ATP 模式运行。

3）对因无法实现物理隔离或ATP 防护的存车线存放非通信列车的侧冲防护需求，可采用信号机对侧冲区域进行有限防护。此为备选方案。

3 侧冲区域定义

3.1 侧冲缓冲区域

非通信列车与通信列车侧面对向运行时，为保证通信列车不与非通信列车发生侧面冲突，非通信列车与通信列车需间隔最小距离所覆盖的计轴区域，如图2 所示。

图2 侧冲区域定义

3.2 侧冲防护区域

当非通信列车进入侧冲缓冲区域时，为防止通信列车进入非通信列车运行路径上的侧冲区域且与非通信列车产生侧冲风险，在非通信列车非征用区域形成侧冲防护区域，以阻止通信列车的进入，如图2 所示。

4 侧冲防护方案

4.1 ATP 侧冲防护方案

当ATP 系统检测到道岔区域的侧冲缓冲区有非通信列车占用时，将通过产生侧冲防护区的方式实时对可能发生侧冲的区域进行防护，阻止CBTC模式下的ATP 防护列车进入侧冲防护区域。

当单渡线道岔处于反位位置时，若列车1（非通信列车）进入可能发生道岔侧面冲突的缓冲区域时（如图3 中所示），ATP 会立即产生侧冲防护区域。若列车2（通信列车）已进入了侧冲防护区域，则列车2 将立即触发紧急制动停车，以防止和列车1发生侧面冲突；若列车2 未进入侧冲防护区域，ATP 系统会将列车2 的移动授权回撤至侧冲防护区域的外方，列车2 会根据列车距离侧冲防护区域的长度采取制动措施（常用制动或紧急制动）。

图3 单渡线反位侧冲防护应用场景

渡线道岔在反位、交叉渡线中的一条渡线在定位且另一条在反位时的场景，与单渡线道岔处于反位的场景一致。

当道岔在定位时，若列车1（非通信列车）进入可能发生道岔侧面冲突的缓冲区域时（如图4 中所示区域），ATP 会产生对应的侧冲防护区域，此时若列车2 已进入了侧冲防护区域，则列车2 将立即触发紧急制动停车，以防止和列车1 发生侧面冲突。若列车2 未进入侧冲防护区域，ATP 系统会将列车2 的移动授权回撤至侧冲防护区域的外方，列车2 会根据列车距离侧冲防护区域的距离采取制动措施（常用制动或紧急制动）。

图4 单渡线定位侧冲防护应用场景

4.2 信号机侧冲防护方案

在降级模式下，整个道岔区域作为一个计轴区段来处理，侧冲防护通过联锁检查侵限条件进行防护。但在CBTC 模式下，基于移动闭塞的原理，进路及信号机的开放不应检查进路内方区段的空闲。因此在道岔侵限区域，需要采用以下方案对侧冲进行防护。

1）在CBTC 模式下，道岔区域被划分为3 个逻辑区段，分别为B_1 （岔后）、B_2 （岔前）、B_3（反位）。当列车占用进路上征用道岔的侧冲防护区域时，信号系统将防护该进路的信号机变为限制状态，信号机前方的列车将该信号机作为限制点，以限制列车继续运行。当计轴因故障被系统旁路后，信号机只检查进路上道岔的非进路征用分支区域的空闲状态，可保证列车正常运行通过该进路时不会受到计轴故障的影响。

2）当道岔P1 处于反位时，系统将B_1 的区段状态纳入进路S1-S3 及S3-S1 的进路建立及信号开放检查条件中。当B_1 区段状态为占用时，进路S3-S1 和进路S1-S3 将无法建立，信号机S1 和S3禁止开放；若S3 或S1 信号机已开放，则开放的信号机将立即变为限制状态，如图5 所示。

3）当道岔P1 处于定位时，系统将B-3 的区段状态纳入进路S3-S2 及S2-S3 的进路建立及信号开放检查条件中。当B_3 区段状态为占用时，进路S3-S2 和S2-S3 将无法建立，信号机S2 和S3 禁止开放；若S2 或S3 信号机已经开放，则开放的信号机将立即变为限制状态，如图5 所示。

图5 信号机侧冲防护应用场景

由于信号机侧冲防护是通过信号机的限制状态来进行的，因此不能做到实时防护。如列车已经进入进路内方，此时侧冲缓冲区再被占用，在此种场景下，系统将无法实现侧冲防护功能，需要人工来确保侧冲区域的安全。因此，信号机侧冲防护方式仅作为备选方案。

5 总结

侧冲防护关系到城市轨道交通列车运行的安全，因此，在信号系统的设计过程中需要对有可能产生侧冲风险的各种场景进行分析，在确保安全风险可控的条件下兼顾运营效率。建议优先采用系统防护方式中的ATP 侧冲防护方案进行全方位技术防护。在安全风险人为可控的情况下，也可采用信号机侧冲防护的方式进行有限的技术防护。