城市轨道交通非自动化车辆段改造方案

韩 洁

（北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100068）

城市轨道交通车辆段或停车场是用于存放地铁运营列车的主要场所。在运营期间早、晚2 个高峰时段，短时间内需要完成大量的列车出段、回段作业。当车辆段为非自动化车辆段时，由人工驾驶列车在RM 模式下由列检库库线运行至转换轨或由转换轨运行至列检库库线完成出段或回段作业，在此期间，由人工来保证运行过程中的安全。对于这种调度员、司机短时间内高强度的工作，对人员素质要求较高且易出现因人为失误导致的误闯信号机或列车超速行驶等问题，存在出现安全事故的风险。自动化车辆段支持列车出库升级为CBTC 运行级别。自动化车辆段的自动化区域内，列车实现在ATP/ATO 的防护及ATS 的实时监控下以CBTC 级别运行，整个出段、回段作业期间由信号系统防护列车运行安全。车辆段作为地铁停运期间列车存放和列车检修的主要场所，其自动化程度显得越来越重要。本文针对国内典型的非自动化车辆段提出一种系统的、经济的升级改造方案。

截至2022 年底，我国已有超过55 个城市拥有轨道交通，其运营总里程达到约10000 km，宣告我国正式步入地铁时代。其中，绝大多数地铁线路的车辆段仍采用早期的联锁控制和人工调度的方式，此种模式下，在车辆段DCC 设置联锁监控机用于监视轨旁信号设备的状态及在线列车的运行状态等，并通过值班员人工排列、取消进路控制列车运行。司机则是采用人工驾驶的模式以较低限速下驾驶列车完成运营列车的出库、入库和洗车作业。常规车辆段的运营模式整体效率较低、安全隐患较大。随着轨道交通行业的快速发展，高效率、低成本、保安全的运营理念进一步加深，非自动化车辆段的升级改造也成为一种新趋势。

1 非自动化车辆段信号系统构成

如图1 所示，国内典型的非自动化车辆段信号系统配置主要包括：ATS 设备、联锁设备、DCS 设备、轨道占用检测设备、信号机、转辙机、维护设备和电源设备等。

图1 非自动化车辆段信号系统配置图Fig.1 Non-automatic depot signal system configuration diagram

轨旁信号设备：

（1）转辙机：可靠地转换道岔位置，改变道岔开通方向，锁闭道岔尖轨。

（2）信号机：指示列车的运行条件。

（3）轨道电路（车辆段的轨道检测设备存在轨道电路和计轴2 种，原理一致）：用于列车位置的检测。

室内信号设备：

（1）联锁设备：

监控工作站（其它项目也称现地工作站）：实现对车辆段信号设备的操控。

联锁维护工作站：记录联锁设备的状态及报警信息。

联锁子系统的原理、结构、系统功能、硬件、软件结构、系统内部接口及系统性能与正线联锁系统相同，驱动采集设备数量比正线多。

（2）ATS 设备；

ATS 监视工作站：实现对车辆段的实时监控。

ATS 派班工作站：实现对车辆计划的派班。

ATS 维护工作站：记录ATS 设备的状态及报警信息，支持回放等。

（3）微机监测设备：

实现对信号设备开关量及模拟量的监测。

（4）维护设备：

维护工作站：实现对信号系统其他各子系统的状态监测和维护管理。

（5）DCS 设备

交换机：实现各设备的网络连接。

APM：用于记录车载VOBC 与地面信号设备的数据交互信息，该部分信息支持用于DCS 设备故障状态的记录和分析。

（6）电源设备

电源屏、稳压器、UPS：为信号设备提供不间断电源。

2 自动化车辆段信号系统构成

与常规的非自动化车辆段相比，增加的主要信号设备包括ZC 设备、应答器设备和LTE 轨旁无线设备[1]。新增设备与既有设备结合实现了列车筛选功能，并且为列车计算安全位置，并发送移动授权。国内典型自动化车辆段的配置如图2 所示。

图2 自动化车辆段信号系统配置图Fig.2 Automatic depot signal system configuration diagram

3 改造方案概况

3.1 自动化区域划分

自动化车辆段根据使用方的运营需求，可以将段内区域划分为自动化区域和非自动化区域。通常将列检库区域、洗车库区域、以及场内的无人区划分为自动化区域。车辆段内的其它区域，例如检修库区域、工程车库区域和物资库区域等划分为非自动化区域。如图3 所示，虚线框范围内表示自动化区域，列车在该区域的作业可以CBTC 全自动运行模式进行。列车在非自动化区域的作业以限制人工驾驶模式进行。

图3 自动化车辆段站场示意图Fig.3 Automatic depot diagram schematic diagram

3.2 设备改造内容

非自动化车辆段改造成自动化车辆段涉及的主要设备变化：

（1）ZC 设备：在车辆段信号设备室内增加1 套ZC 设备[2]，根据车载ATP 汇报的车辆位置信息并结合联锁设备汇报的进路锁闭和空闲信息，通过计算得出控区内的CBTC 列车的移动授权，控制该CBTC 列车高效、安全地运行。

（2）LTE 设备：在车辆段信号设备室内增加LTE室内设备，在车辆段轨旁增加LTE 室外AP 设备。增加上述设备用于实现车辆段自动化区域的无线覆盖，确保CBTC 列车与地面ZC、ATS 保持车地无线通信，维持CBTC 运营模式运行。

（3）无源应答器：在车辆段列检库的每个出库信号机处设置2 个无源应答器用于实现列车的出库快速升级功能。在咽喉区设置无源应答器，实现列车在场段内CBTC 运行的连续定位功能。

（4）信号机调整：升级所有出、入库信号机为三显示的列兼调信号机。采用矮型黄、白、红三显示信号机，红灯为定位。

（5）其余设备与既有保持一致。

3.3 系统升级

3.3.1 ATS 子系统功能升级

区别于非自动化场段，自动化场段需ATS 子系统升级实现如下功能：

（1）为了提高出库效率，ATS 子系统应根据当日列车出、入库计划自动为计划上线列车分配列车头码，该头码可自动触发出列车当前库线到转换轨处的列车进路。

（2）为了方便调度员组织管理在线列车，ATS 子系统应具备车辆段内及正线范围内的列车车组号连续追踪功能。

（3）ATS 子系统可根据当日运行图计划自动为运行至转换轨处的CBTC 列车分配上线车次。

（4）对于完成当日运营计划运行至转换轨的回库列车，ATS 子系统应根据该列车的回库计划自动为该列车设置计划库线对应的列车头码，该头码可自动触发出转换轨到库线的列车进路，列车运行至目的地后自动转为人工车。

3.3.2 信号机机构改造

自动化车辆段内的信号机采用列车信号机和调车信号机分离的设置方案。同时设置列车进路和调车进路，运行级别为CBTC 的列车采用列车进路控制，运行级别为非CBTC 的列车采用列车或调车方式。自动化车辆段内信号机的显示意义与常规项目一致。

车辆段内信号机机构改造内容：

（1）将自动化车辆段内自动化区域涉及的信号机，包括列检库两列位分界处信号机、进库信号机和出库信号机，设置为列车兼调车信号机。在原调车信号机二灯位的基础上升级为三显示机构，采用黄、白、红三灯位，红灯设置为定位。

（2）自动化车辆段内非自动化区域涉及的信号机仍设置为调车信号机不变，采用蓝、白两灯位信号机构，蓝灯设置为定位。

3.3.3 联锁功能升级

自动化车辆段的联锁子系统应实现如下功能：

（1）列车进路锁闭后，联锁子系统驱动进路中的进段信号机点亮绿灯，同时驱动进库信号机点亮黄灯。联锁子系统应支持列车进路随着列车走行的正常解锁。随着列车运行，列车进路逐段解锁。已解锁部分如有调车信号机，解锁后可办理以此调车信号机为始端或终端的调车进路。

（2）调车进路锁闭后，联锁子系统驱动进路中的信号机点亮白灯。

（3）出入停车列检库线路及列检库内移库的进路设置为列车进路。

（4）段内信号机正常情况下均不灭灯（试车线上信号试车用的信号机除外）。

（5）车辆段内采用固定闭塞的运行方式，列车进路中只允许一列车运行。

3.3.4 ATP/ATO 控制升级

车辆段信号系统新增了CBTC 级别的ATP/ATO功能，该功能与正线部分一致。运营列车可在车辆段的自动化区域内采用CBTC-AM 模式自动驾驶，司机无需操作即可实现列车从转换轨自动运行至列检库库线停车位置或从列检库库线自动运行至转换轨停车位置[3]。列车运行过程中，信号系统实时监测列车的运行状态及所在进路中轨道占用情况、道岔状态等信息，实时为运行列车计算移动授权以确保列车安全、高效运行。

3.4 其它说明

车辆段轨道电路不进行ARB 判断。对于采用轨道电路作为列车位置检测的车辆段，ZC 无法识别分路不良导致的故障占用状态，故对此状态ZC 判断为UT 占用。

由于车辆段的线路限速已为25 km/h，因此，车辆段不支持临时限速功能。

车辆段内取消列车进路采用的延时参数与取消调车进路采用的延时参数一致。

4 结语

本文对国内典型的非自动化车辆段提出了升级改造方案，通过划分自动化区域，增加ZC 设备、车地无线设备、应答器设备并对既有信号系统进行升级，系统地、经济地实现了非自动化车辆段改造成自动化车辆段，大大提升了系统的运营效率及安全性，其优点在于投资较小、施工简单和易于推广。本文研究结论对CBTC 改建自动化车辆段具有一定的参考价值。