不同列车编组运行信号设计方案研究

阮杰 张成国

国内越来越多的城市轨道交通项目在初期客流量较少，但随着城市发展及近远期项目的开通，客流量会逐渐增加，进而要求列车编组数量也随之增多，于是就形成了“初期小编组，近期混合编组，远期大编组”的编组形式。本文结合实际项目情况，分析研究在项目初期的信号系统设计方案，以便在近远期增加大编组列车时，有效减少项目实施成本，降低对运营的影响。

1 项目概况

以某城市轨道交通X3线为例，按照“初期小编组，近期混合编组，远期大编组”的项目总体设计要求，全线列车采用的方案是初期4辆编组，近期4/6辆混编，远期6辆编组。初期配属车数量为20列/80辆，近 期 配 属 车 数 量 为20（18）列/188辆，远期配属车数量为44列/264辆。

本文以卡斯柯信号有限公司的CBTC系统为例，讨论列车编组变化对信号系统设计的影响，以便进行方案的制定选择。

2 编组变化的影响

信号系统设计包括总体设计和子系统设计。总体设计是整个信号系统的设计基础，为后续的子系统设计提供参考输入。子系统设计主要包含ATC、ATS、CI、DCS、MSS等方面，它们直接影响着项目的硬件设备和数据软件。

列车编组变化会导致列车的长度、重量、牵引加速度、制动率等参数变化，进而影响到总体设计中的相关参数，例如移动授权的长度、缓冲区域的长度。列车长度的变化，会使停车点设计时需要分别考虑2种车型，进而在站台、转换轨、折返轨的信标、计轴的布置和数量上都会不同。

1）对列车自动控制子系统ATC的影响。ATC直接与车辆接口，结合总体设计中信标、停车点等相关内容，以及列车编组变化带来的车辆参数更新，需要修改轨旁ATC设备布置和车载计算机内部的数据软件。

2）对列车自动监控子系统ATS的影响。ATS主要负责监控列车运行，安排每天的运营计划。列车长度的变化会影响到ATS的逻辑区段划分，同时ATS发车指示器的位置也受到停车点位置的影响，具体是否移动需根据停车点的设计而定。

3）对计算机联锁子系统CI的影响。CI主要负责信号机、区段和道岔的联锁控制，与站台门系统进行接口。不同的列车编组将需要联锁提供不同的站台门开门命令，以满足不同编组列车到站时的站台门控制，这将影响到站台门开门命令相关的继电器和电路设计。

4）数据传输系统DCS和维护支持系统MSS，基本不受列车编组变化的影响。

3 方案分析

在已经明确“初期小编组，近期混合编组，远期大编组”的情况下，结合上述影响分析，信号系统的初期设计可主要采取2个方案。

方案1：初期只有4辆小编组，不考虑6辆编组的车辆参数和预留设备，在近期新增6辆编组列车后，再根据明确的车辆参数进行设计和设备增加。优点是不考虑预留6辆编组，相对应的系统设计基础参数更加明确，设计人工成本降低；不预留计轴、信标、站台门继电器等设备，初期成本相对较少。缺点是在项目近期新增6辆编组列车后，系统总体设计需根据新的参数进行调整，可能导致基础参数变化较大，更新修改的风险和成本较大；在项目近期才增加计轴、无源信标，增加站台门6辆编组开门命令相关的继电器等设备，需要现场轨旁及机柜内重新布线，类似于线路改造，对运营和调试的影响较大，工期较长。

方案2：在初期设计时考虑将6辆编组的车辆参数预留，同时对近期混合编组情况下需要增加的计轴、信标、站台门继电器等进行预留设计。优点是初期预留6辆编组的车辆参数，在近期系统设计中人工成本和风险大大降低；预留计轴、无源信标的设计安装，以及站台门6辆编组开门的继电器电路设计和安装，使近期基本无需新增设备及安装，对运营和调试的影响大大降低，降低了全生命周期成本。缺点是初期设计会增加人工和设备成本。

综上所述，虽然初期设计考虑预留6辆编组列车的车辆参数和相关设备导致成本增加，但是在近期新增6辆编组列车后，升级和整改的施工量大大降低，对运营的影响较小。所以从整个项目生命周期来看，方案2更加科学合理。但采用方案2，需要在初期考虑预留6辆编组的参数设计和设备，以便确定CBTC信号系统的主要设计实施方案。

4 方案实施

4.1 转换轨设计

转换轨是列车从场段内进入正线时，由RM限制驾驶模式升级为CBTC模式的区段。在项目初期需充分考虑4/6辆编组列车混跑的需求，使转换轨具备识别出不同编组列车的能力。RM车是非CBTC车，当它驶入正线区域控制器管辖区域，且次级列车检测设备被占用时，会产生非通信车包络。非通信车因为没有精确定位，产生的包络会充满整个占用的区段转换轨设计见图1。

图1 转换轨设计

若只有一种列车编组的项目，一般只设计1个区段作为转换轨。但是对于不同列车编组混跑运行的项目，需考虑设计2个区段作为转换轨，见图1中的G2和G3。

当4辆编组列车驶入转换轨，并将G3占用同时出清G2。此时根据无线通信，车载计算机能够将精确定位计算后发送给区域控制器，通过G3来识别4辆编组列车非通信车防护包络，并升级为通信车包络。

当列车同时占用G2和G3，则表示6辆编组列车驶入转换轨，区域控制器将把6辆编组列车的非通信车防护包络升级为通信车包络。

4.2 停车点设计

停车点的设计分为站台布置和站间布置。站间布置是站间设置折返的区域需要布置停车点，其布置原则是4辆编组与6辆编组的车某个端头对齐即可，一般考虑折返效率，会设置为换端后发车点对齐。

站台停车点布置主要分为以下2种方案：

方案1：4辆编组与6辆编组的车中心与站台门中心对齐。需要对4辆编组和6辆编组精确停车分别设置无源信标，同时存在车头车尾司机室门和滑动门均错位的风险。

方案2：6辆编组的车中心与站中心对齐，4辆编组列车车头与6辆编组的车头对齐。这样可节省无源信标，而且车头司机室门和滑动门可以对齐。

本项目中选用方案2，典型的站台停车点设计见图2。

4.3 无源信标布置

当以ATO模式驾驶时，要求列车精确停在每个停车点。因此在接近停车点SSP的过程中，需要在轨道上安装第1接近信标和第2接近信标来定位列车。参见图3车站站台，需在信标天线前D1距离布置一个信标，在天线前D2距离布置一个信标。另外，在天线D3距离前布置一个信标，保证列车精确停在乘客交换区域内。无源信标布置针对4辆和6辆编组的情况，主要考虑折返、站台及转换轨对于无源信标的复用。

图3中，T1代表初期的4辆编组列车，T2代表近远期的6辆编组列车。

4.4 站台门接口

4辆、6辆编组混跑时，需要保证站台门滑动要同时能分别对应两种车型的车门，并保证4辆编组列车停靠车站时，对应4辆编组列车车门的站台门滑动开启，其余滑动门则要求锁闭不开启。因此，在4辆编组和6辆编组列车的上下客作业时，信号系统与站台门系统的接口需要特殊考虑，以具备4、6辆编组列车车门与站台门的联动功能。

如图4所示，电路中分4、6辆编组列车不同情况开门，针对不同编组的列车，ATC发送不同的开门命令给联锁系统，由联锁和站台门系统接口，站台门系统执行开门操作。关门不需要区分4、6辆编组列车。

4.5 ATS设计

由于ATS发车指示器的位置受到停车点位置的影响，按照停车点设计方案2，4辆编组和6辆编组的车头停车点位置都是在站台端头部，ATS发车指示器在项目初期可安装在站台端头部，在近远期增加大编组列车时，也不需变更位置。

ATS界面中逻辑区段的划分是以车长为基准，在初期设计时，按考虑预留6辆编组列车长度进行划分，避免在近远期重新划分，减少对设计以及操作使用的影响。

5 结束语

X3线属于新建城市轨道交通项目，目前所有设计方案均已通过评审，项目数据已经过室内测试，并进入现场安装调试阶段。

本文对近远期不同列车编组运行的项目在初期的信号设计方案进行了分析比较，并从不同方面介绍了具体的初期实施方案，在近远期增加大编组列车时，可有效减少设计、安装、调试的工作量，减少全生命周期成本，降低对运营的影响。该项设计可为类似近远期不同列车编组运行项目的信号系统设计提供参考。

图2 站台停车点设计

图3 单向运行车站无源信标布置

图4 信号与站台门系统接口