悬挂式单轨交通信号系统方案设计

郝瑞庭

中铁通信信号勘测设计院有限公司 北京 100036

随着我国城市化进程不断加快，城市轨道交通逐渐向多元化发展,形成了以地铁为主、多种轨道交通制式共同发展的新格局。悬挂式单轨交通作为我国新兴的轨道交通制式，已在试验线开展研究测试，部分商业线已开工建设，应用前景十分广阔。

1 .悬挂式单轨交通的主要特点

依据《城市公共交通分类标准》（CJJ/T 114-2007），悬挂式单轨交通属于城市轨道交通中的中运量单轨交通类型。主要特点如下：

（1）从投资建设角度：悬挂式单轨工程造价远低于地铁、轻轨交通制式，技术经济指标约为1.8亿/公里，有效减轻轨道交通建设的财政压力；因大量采用预制钢结构，其建设周期较地铁大幅缩短，可控制在2年以内。

（2）从节能环保角度：悬挂式单轨采用胶轮，并运行于轨道梁内，车辆悬挂于轨道梁下方行驶（图1），噪声值远低于地铁等其他轨道交通制式。列车以外部电源或锂电池能量包为动力，清洁环保。此外，其建造使用的钢结构可回收并重复利用。

（3）从技术特性角度：悬挂式单轨采用高架敷设，占地面积小，充分利用现有城市道路资源进行建设，无需大面积征地拆迁。列车具有优越的转向和爬坡能力，列车运行无脱轨风险，安全性高。

（4）从城市景观角度：悬挂式单轨列车遮挡少、视野开阔，可实现全方位观景效果。能够更好地融入当地城市文化，与城市景观相协调，成为一处城市新景观。

图1 悬挂式单轨交通实例（中唐试验线）

2 .国内标准及规范情况

悬挂式单轨交通在我国尚处于发展初期，相关标准及规范尚不完善。为规范悬挂式单轨建设，部分地方政府已出台或正在编制相应的地方建设标准，如：四川省以中唐空铁试验线为依托，于2018年8月发布了《悬挂式单轨交通设计标准》（DBJ51/T099-2018）；河南省以开封试验线为依托，于2019年4月发布了《悬挂式单轨交通技术标准》（DBJ41/T217-2019）；湖北省悬挂式单轨交通的地方标准也正在编制中。住房和城乡建设部于2020年4月发布了《悬挂式单轨交通技术标准（征求意见稿）》，公开向社会征求意见，该技术标准将成为我国第一个悬挂式单轨交通国家级行业标准。

3 .信号系统方案设计原则

信号系统是保证列车运行安全、提升运行效率和自动化水平的重要系统。悬挂式单轨信号系统不能完全照搬既有成熟应用的地铁信号方案，其方案设计应针对自身制式特点，进行合理优化配置，确保其安全性、适用性及经济性。信号系统方案设计除应遵守通用设计原则外，还应重点考虑以下设计原则：

（1）信号系统应在传统CBTC方案基础上进行适当简化，在确保安全前提下，系统配置应进一步优化整合，以达到降低造价的目的，形成适合悬挂式单轨交通的新型信号系统方案。

（2）轨旁信号设备布置类型和数量应予减少，且应尽量小型化和轻型化，便于安装和维护，以适应悬挂式单轨轨道梁的结构特点；车载信号设备应采用模块化分布式安装方案，合理利用车辆内装空间，简化接口电路设计，减少控制电缆和继电器消耗，以适应悬挂式单轨车辆结构特点。

（3）信号系统与车辆机械接口、电气接口和网络接口宜进行深度融合，通过网络整合实现车辆各子系统的控制与管理；信号与车辆可共用司机显示屏，进行一体化融合设计。

（4）在公共视野安装的信号设备应与周边景观相协调，在车体内安装的车载设备应与车辆内装设计相协调。

（5）信号系统自动化等级选择应综合考虑悬挂式单轨线路的客流强度、运营规模以及人力资源配置等特点，宜选用全自动运行系统，提高系统安全性及自动化水平。

（6）信号系统应能与悬挂式单轨交通特有设置的风速监测系统接口，对风速等级进行实时监测，并应采取告警、限制列车运行速度或紧急制动停车等安全防护措施。

4 .信号系统方案及设计要点

4.1 信号系统推荐方案

信号系统推荐采用移动闭塞制式，选用具有成熟应用经验的基于通信的列车运行控制系统（CBTC）。针对悬挂式单轨采用胶轮走行、车体悬挂摆动、车站简洁占地小等特点，依据信号系统方案设计原则，在确保行车安全的前提下，需对应用于传统轨道交通系统的CBTC信号系统进行方案优化整合，调整子系统配置，设计形成适合悬挂式单轨系统的全冗余新型CBTC系统。图2为一种推荐的典型信号系统结构示意图，其中车地无线通信采用综合承载，由其他专业搭建。

图2 悬挂式单轨交通典型信号系统结构示意图

4.2 系统设计要点

（1）优化系统运营控制方式

传统地铁CBTC系统通常为三级运营控制方式，即：基于连续式通信的CBTC控制方式、基于点式ATP/ATO的控制方式和联锁级控制方式。这种三级控制方式的设计方案有效提高了系统整体可用性，但也增加了系统的复杂度以及信号系统整体投资。对于悬挂式单轨，其不属于城市干线，对信号系统可用性要求低于地铁；同时，CBTC系统技术已完全成熟，系统冗余度及可靠性得到了有效保障，故障率进一步降低。因此，悬挂式单轨信号系统可完全摒弃基于点式ATP/ATO和联锁级降级运营控制方式，仅保留连续式通信的CBTC正常运营控制方式，使得系统复杂度和投资进一步降低，运营使用及维护更加便利。

（2）简化室内及轨旁设备配置

为节省设备安装空间，提高系统集成化程度，室内计算机联锁（CI）与区域控制器（ZC）设备合并设置，将联锁系统中的逻辑运算功能移植至ZC中实现，仅设置目标控制器（OC）完成室外设备的控制及状态采集功能。因悬挂式单轨箱梁内部空间十分有限，无计轴设备安装空间，同时，在取消点式及联锁级系统降级控制方式后，用于列车次级占用检测的计轴设备已无设置必要性，可同时取消。取消用于点式模式下的轨旁有源应答器，简化轨旁信号机布置，仅在道岔区域布置信号机，用于指示道岔开向。列车在CBTC模式下的定位功能由“固定应答器+速度传感器”方式实现。

（3）车载网络一体化设计

车载网络一体化即将传统的车载信号系统网络与车辆列车控制与管理网络、牵引系统、制动系统、门控系统、旅客信息系统等进行融合，全车采用一套骨干网实现各子系统的控制与管理。同时，信号与车辆人机界面进行深度融合，向用户提供简单、易操作的人机交互界面。一体化设计优化了车载网络布局及各子系统间接口，降低了系统复杂度、提高了系统实时性及可靠性。车载设备安装空间进一步压缩，节约了投资，更适用于悬挂式单轨交通制式。

（4）信号系统驾驶模式配置

全自动运行信号系统驾驶模式有：全自动运行模式（FAM）、蠕动模式（CAM）、列车自动驾驶模式（ATO）、列车自动防护模式（CM）、限制人工驾驶模式（RM）、非限制人工驾驶模式（EUM）。悬挂式单轨交通运营应减少人力资源配置，提高系统RAMS水平，使其具有更低的运维成本。因此，宜选用自动化等级较高的全自动运行信号系统。考虑悬挂式单轨应急疏散救援方面的处理难度，推荐选用有人值守的全自动运行，即DTO模式，由值守人员介入故障和应急情况下的列车运行。

5 .结束语

悬挂式单轨交通作为我国近年来新兴的轨道交通制式，设计标准及规范尚不完善，在进行信号系统方案设计时应能充分把握该制式的技术特点。在实际工程中，信号系统设计应以安全、可靠为前提，提升系统自动化水平、降低系统复杂度及投资，形成符合工程需要的列车运行控制系统，助力悬挂式单轨交通在我国获得更为广阔的应用前景。