拉风作业防护信号系统需求及标准化研究

徐辉，周文涛，叶玉玲，高俊，王川

(1.中国铁路上海局集团有限公司 芜湖东站，安徽 芜湖 241000；2.同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804；3.同济大学 交通运输工程学院，上海 201804；4.中国铁路上海局集团有限公司 运输部，上海 200070)

0 引言

铁路技术作业站在办理有调中转列车和到达解体列车作业时，需要在列车解体前进行拉风作业，通过连结员人工拉动缓解阀拉条，排尽待解车辆制动主管和副风缸内的压缩空气，使得车辆制动缓解。拉风作业是铁路调车的重要组成，但同时也是铁路事故多发的环节。

设置拉风防护是保障调车作业安全的重要手段，能有效预防人工作业时调车机车冒进连挂，造成人身和财产损失。为完善技术站拉风作业的安全保障体系，在参考列检作业、装卸作业等防护信号基础上，对拉风防护信号标准化系统进行研究，形成统一的拉风防护信号设置标准，对提升调车作业标准规范性和铁路安全防护水平，具有显著意义。

1 铁路拉风作业安全防护现状

1.1 拉风防护信号研究滞后

目前，在铁路现场和现有国内外研究中，对于拉风防护信号涉及较少，主要集中在装卸作业[1]和列检作业[2]的防护信号方面。关于拉风防护信号流程、设置形式和设置规则尚缺少相应的研究和相应技术理论支持，现场普通常采用“土方法”“老办法”等传统经验防护[3]。因此，对于拉风作业防护的理论性、系统性、专业性的研究亟待开展。

此外，尚未有高层级的规章制度对拉风防护信号进行统一规范，难以对各站的调车作业的安全防护形成保障。因此，铁路运输现场亟需完善和补充相关规范，以消除因拉风作业防护不统一的安全隐患。

1.2 现场防护方法差异显著

在铁路运输组织工作中，筑牢安全底线是实现铁路高质量发展的前提和基础。为保障拉风作业人员的人身安全，《铁路安全管理条例》要求车站应设置拉风作业防护信号，虽然各技术站《车站行车工作细则》均涉及拉风防护，但防护方法不尽一致，主要包括调车长防护法、红旗(红灯)防护法和利用信号系统防护法等，其中调车长防护法操作流程图如图1所示。

图1 调车长防护法操作流程图Fig.1 Flowchart of the yardmaster protection method

目前，大部分车站未设置拉风专用的防护设备，少量作业繁忙的技术站设置了拉风防护安全辅助系统，但在信号机构设置、显示方式及表示意义等方面差异较大，可能导致机车司机混淆信号，造成防护失效的安全隐患。芜湖东站、南京东站设置蓝灯表示为防护信号，禁止调车机车连挂车列；黄灯表示该股道均作业完毕，允许调车机车连挂车列。而南翔站设置显示紫色灯光为拉风防护信号，合肥东站显示红灯进行防护，不显示表示该股道作业完毕。因此，形成拉风作业防护标准化体系存在现实需求。

1.3 滞后于铁路高质量发展要求

随着铁路货物发送量快速增长，对货运生产提出了更高的安全和效率要求。现有拉风作业以传统作业方式为主，调车长防护法车站值班员、连结员、调车司机等多人依靠电台进行信息传递，传呼流程繁琐，且人员需要紧密沟通。红旗(红灯)防护法移动信号在电台传递的基础上，新增了视觉防护信号，但移动设备需要每次作业时携带和布置，产生额外负担。现有防护方法全程依赖于传统人工作业，信息化水平较低。

防护措施细化不到位，易造成安全风险，防护安全性和效率不能顺应铁路高质量发展要求[4]，因此，利用物联网、云计算等技术建立一套科学合理、自动化、规范化的拉风防护信号系统势在必行。

2 拉风防护信号系统需求特性分析

2.1 拉风防护信号安全性需求

（1）保障作业安全性。在现场调研中发现，仅依靠人员行为约束和规章制度制定不足以保障作业人员的人身安全。人员的安全意识、风险辨识和控制能力不强，执行保障安全的组织和技术措施不到位，导致安全事故时有发生。因此，构建拉风防护信号标准，需关注流程存在的安全漏洞，实施防护系统数字化转型，将安全管理向“事前预防”转变。通过对拉风作业流程的关键和薄弱环节进行深入分析和检查，制定具有针对性的控制措施。同时，完善对上线作业人员的监督监管功能，明确作业班组人数，增强对作业人员行为的约束，限制违章作业可能性。此外，进一步优化作业计划传递方式，对于变更计划等情况，借助信息化系统直接、迅速地反馈给作业人员，从而控制产生事故的各种人因隐患。

（2）防护设备高可靠性。铁路设备必须符合“故障-安全”原则。拉风防护信号设备在规定的温湿度、冲击振动等环境和指定工作时间内，满足应具备的技术指标要求，可靠性贯穿于系统整个生命周期，以避免故障导致防护失效[5]。信号在自然环境下能满足不同天气场景的使用效果，特别是保障其在恶劣天气下的显示距离和显示效果。

2.2 拉风防护信号便利性需求

（1）降低劳动强度。现有防护方法一线职工劳动强度大，急需采取措施降低劳动强度。利用现代化、信息化、数字化等先进手段辅助安全管理，引入信息化技术进行作业实时监控和多端命令传送，形成计划发布及信息检索的生成功能，实现拉风防护的实时监测和管理，将调车长和调车员从重复繁杂的核对工作中解脱出来。

（2）简单易用性。拉风防护信号应满足在全路内易于安装、易于使用的需求。首先，车站加装系统应简单便捷。目前大部分车站尚未安装拉风防护信号，为推广各站段使用，该系统可结合车站实际情况进行个性化设置和调整使用。硬件系统安装涉及铁路行车现场，包括电缆布设、信号机加装、计算机配置等。为避免影响正常行车组织秩序，安装不能过于复杂，以免对到达场现有设备设施和布局进行大规模改造。其次，防护信号系统应易于铁路职工使用。系统在交互设计、人机界面设计层面均要求简单友好。通过设置清晰的导航菜单，系统运行控制、输入、输出操作逻辑合理顺畅，职工通过较低的学习成本即可掌握操作方法。实现直接根据窗口提示使用，不带来额外使用负担。

（3）调整灵活性。针对作业计划发生变动和调整情况，拉风防护信号系统应具备计划调整和实时发布功能。按操作人权限等级进行非计划内容新增、计划内删除等功能，并及时将变更传达给现场作业人员。针对硬件设备或者软件故障情况，系统应具备灵活的故障场景切换功能，及时提示、报警、处置故障情况。以确保系统在故障全过程中仍能保持安全防护作用。当信号灯出现故障时，系统应同步显示故障情况，故障恢复后由信号员结束故障模式，恢复系统正常运作和防护功能。

（4）可扩展性。为满足其自动化功能需求，系统应接入铁路车务系统和阶段计划系统，以获取到达列车的基本情况和作业计划安排。随着我国铁路信息化系统建设规模扩增，各站段形成了多种自建系统，但系统间信息共享程度不高。为了提高铁路信息系统业务处理效率和信息共享程度，亟需对各子系统进行功能整合。预留集成进编组站大系统的接口条件，为接入编组站综合自动化控制系统(SAM)车务管理平台、铁路编组站综合自动化系统(CIPS)等创造条件，从而实现铁路编组站生产信息系统数据的获取、融合及管控一体化。

2.3 拉风防护信号规范性需求

（1）符合现有标准规程。在铁路现有的纲领性规章制度中，如《铁路技术管理规程》《行车组织规则》等，已经存在对铁路信号设备的规范要求，拉风防护信号系统在设计和使用中，需要严格遵循纲领性标准规范，以确保系统的安全性、稳定性和可靠性。此外拉风防护信号系统需遵循依从性原则，符合国家标准，满足铁路内部对于产品外观、界面的标准要求，例如《铁路信号灯光发光强度》(TB/T 2353—2018)、《铁路信号产品可靠性要求评定方法》(TB/T 2468—2018)对色灯信号机选型、颜色已有相关的标准和规范，系统在规范化设计时，应避免标准冲突，以防止拉风防护色灯信息产生歧义。

（2）统一现行防护流程。中国铁路上海局集团有限公司管内多个技术站所设置的拉风防护信号规则不统一，其根源是各站在制定细则时，缺乏有效规范提供指导依据。因此，拉风防护信号系统在标准化建设时，应提出拉风防护方法规范性建议。建设拉风防护信号系统是对现有流程的改革创新，可能与现有相关规章细则产生冲突，需要遵循“上位法优于下位法”“新法优于旧法”的原则进行适用和梳理。从铁路局集团公司角度出发，制定满足不同车站的作业技术标准，提出适应于不同车站的规范化操作指南，以促成各车站防护流程得到规范。

3 拉风防护信号设备标准化研究

3.1 标准化防护设备选型研究

对现有的防护设备进行归纳梳理，可分为固定防护设备和移动防护设备。固定信号设备是设置于固定地点，用于表征状态以防护线路区段的信号设备，包括信号机、信号标志、表示器等。固定防护设备包括防护道岔、脱轨器等，通过防护道岔隔离进路，使得调车机车无法侵入正在作业中的线路上。由于使用固定设备较为方便，往往设置于办理作业量大的线路。

移动防护设备是根据需要可在选定地点设置或撤除的信号设备，包括移动信号牌(灯)、信号旗、作业标、地点标及短路铜线等。因其使用灵活性高，适用于施工或发生设备故障时临时防护，也用于作业量不大的车站进行列车技术作业防护。

目前，从现场整体运用水平上看，防护信号主要依靠传统的红旗手信号和移动信号牌进行防护，其防护效率较低，这类防护信号设备存在重量大、不易携带、使用不便等问题[6]，需要工组长距离携带。同时，安设、撤除作业依靠作业人员的手动操作，容易出现落实不到位的安全隐患。

因此，将移动式防护信号设备替换为更为可靠便捷的固定式防护信号装置是实现铁路拉风作业提质增效的必要措施。结合拉风作业防护信号系统的功能需求和使用场景，固定信号设备宜采用防护信号机。

3.2 标准化拉风防护信号机选型研究

信号机需要具备足够的显示距离，根据运行速度、运营场景差异，对信号机显示距离做出不同的要求，以保证信号指令能被司机有效感知。

在铁路信号机构方面，信号机分为高柱型信号机和矮柱型信号机2类。高柱型信号机安装在信号机柱上，其显示距离大于1 km，具有显示距离远、观察明确等优点，为保证安全并提高效率，进站、通过、驼峰等信号机必须采用高柱信号机。矮柱型信号机设于建筑限界下部外侧，显示距离大于200 m，适用于显示距离要求不高的场景，矮柱型调车信号机实景图如图2所示。高柱型信号机通常会受到建筑限界限制，此外，为避免影响到发线有效长，出站、发车进路信号机和调车信号机一般采用矮柱型信号机。在特殊场景如设置在桥隧上的预告或通过信号机也可采用矮柱型信号机。

图2 矮柱型调车信号机实景图Fig.2 Realistic view of low-column shunting annunciator

拉风防护信号机位于到达场的咽喉处，根据规程调车、容许、引导信号显示距离不得小于200 m[7]，矮柱型信号机能满足需求，从功能层面看，拉风防护信号机需要防护调车机车冒进作业中的股道，其显示距离要求不高，且考虑到达场办理超限货物列车作业。结合高柱型和矮柱型在限界和显示距离的特性，拉风防护信号机更适宜采用矮柱型信号机。

在色灯信号机的显示机构方面，拉风防护信号主要包含4种显示内涵：正在作业、作业完毕、空闲、故障。单显示信号机只能表达1，0两种含义，虽然有“故障导向安全”原则[8]，灯亮表示作业完毕，可进行调车作业；灯灭为正在作业或故障，但此方案效率不高，无法清晰表达状态，安全性不足，可能传递错误信息。因此，推荐采用双显示色灯信号机，第一种色灯常亮，表示正在作业；第二种色灯常亮，表示完成作业；表示灯无显示时，表示该股道空闲；闪灯表示该股道信号机故障。

在显示技术方面，透镜式色灯信号机是主流，以其结构简单，易于维修，昼夜显示一致，而广泛应用。但其存在部分缺点，例如光源光通量未得到充分利用，在光源直射下非亮灯位会呈现色光幻觉，干扰辨认。随着LED灯成本的不断下降，其节能、维护成本低、光学性能好等优势不断凸显，具有诸多透镜式信号机所不具备的特点。因此，建议拉风防护信号机选用LED双显示矮柱型色灯信号机。

3.3 信号机布置位置研究

信号机布局应遵循“优先安全、兼顾效率”原则，并符合以下规定。

（1）信号机设在列车运行方向左侧或其线路的中心线上空，反方向运行进站信号机可设在列车运行方向右侧。拉风防护信号机位于到达场，远离驼峰端咽喉一端，应设在列车运行方向的左侧。

（2）任何信号机不得侵入铁路建筑限界。矮柱型信号机机柱中心至所属线路中心的距离参考现有信号机限界，矮柱型双机构信号机中心线至线路中心最小距离无进路表示器时两侧均为2 199 mm[9]，拉风防护信号机设置时应满足限界要求。

（3）在确定设置信号机地点时，除满足信号显示距离要求外，应考虑信号机不致被误认为邻线的信号机。拉风防护信号机位于到达场，到达场现有信号机包括进站信号机、进路信号机、驼峰辅助信号机、调车信号机等，为避免混淆，明确现有信号机所在位置：①进站信号机设于距车站最外方道岔尖轨尖端不少于50 m处。②进路信号机设在第一个对向道岔尖轨尖端前(顺向为警冲标内方)的适当地点。③驼峰辅助信号机设于到达场靠近驼峰一侧的股道，根据需要设在到发线适当位置，以复示驼峰信号机。④有调车作业的集中联锁的车站应设调车信号机，常与出站、进路信号机同设，依据便于调车需要布置。拉风信号机结合现场实际安设，建议所有到发线的防护信号机纵列对齐。

（4）信号机的设置地点应避免影响行车安全和运输效率。拉风防护信号机应设于距离车列不小于20 m处，当股道长度有限时，作业车停留位置距警冲标不足20 m时，防护信号设在与警冲标相齐处。且确保显示距离，从制动距离起点至色灯信号机前10 m的范围内，司机能够瞭望到清晰的色灯信号。

经过比对规范及现场布置情况，信号机布置位置有一定的宽松度和灵活度，各站可根据现场设施和站场布局，在满足上述规范条件下，合理设置所需要的信号灯，从而实现显示需求和防护功能需求。

3.4 标准化拉风防护色灯信号显示方式研究

色灯显示通常包括绿、黄、红、月白和蓝色5个颜色，并以常亮和闪灯2种方式呈现，通过排列组合可形成额外的含义。

（1）防护禁止信号。对现有色灯信号梳理总结，发现红灯信号均表示为禁止列车越过该信号机，同时，蓝灯信号表示不准越过该信号机调车[10]，区别在于红灯适用于各种场景，而蓝灯往往常用于调车现场。拉风防护信号机采用双显示色灯信号机，同时位于调车现场。《铁路技术管理规程》(普速铁路部分)指出，现有起阻挡列车运行作用的调车信号机，应采用矮柱型三显示信号机，增加红色灯光或用红色灯光代替蓝色灯光。拉风防护信号并非用于阻止列车运行，在到达场大量信号机中，为避免红灯干扰正常行车，传递错误信息，因此，拉风防护信号机的防护状态即禁止调车进入时色灯信号应选用蓝灯。

（2）作业完毕信号。拉风防护信号机在作业完毕状态下，允许调车机车根据信号进行调车。通常，许可状态由绿灯、月白灯表示，在部分场景下，黄灯也表示许可。①绿灯常用于出站、进站和通过信号机。如果列车作业和调车作业选择了同样的灯光，在到达场入口端设置绿灯防护信号，导致与进站信号机冲突，在一些特殊观测条件下，司机可能将拉风防护信号视作行车信号，造成安全隐患，故调车信号机选择蓝灯和白灯以避免混淆。②月白灯常亮时，调车和进路色灯信号机表示准许越过该信号机调车；驼峰色灯信号机指示机车到峰下。为避免拉风防护信号与驼峰、调车信号混淆，避免颜色完全重合，因此，月白色允许信号也不推荐拉风防护信号采用。③黄灯信号表示前方处于空闲，但需要保持注意。出站、通过信号机表示前方有一个闭塞分区空闲，要求列车注意运行；进路信号机表示准许列车运行到次一架信号机之前准备停车；驼峰信号机指示机车向驼峰预先推送。黄灯用于防护既表示状态空闲，又提示调车司机警惕，同时不易与其他信号产生冲突。因此，拉风防护信号机的允许调车状态推荐选用黄灯。

3.5 标准化系统构成方案

（1）系统构成。①系统是基于局域网搭建而成的接发列车、拉风安全防护辅助系统，主要由信号楼控制主机、网络服务器、交换机、显示和操作终端、通信线路、股道拉风作业防护信号等部分组成。②信号楼设置显示大屏及信号员操作服务终端，驼峰信号楼设置显示终端，拉风组、列尾、车号货检、列检值班室等岗位分别设置操作客户终端。

（2）主要设备设置地点。①信号楼设置显示大屏。②信号员设置接发列车、技检作业等操作服务终端。③拉风组、车号货检组、列尾、列检值班室分别设置技检作业的操作客户终端；驼峰信号楼设置股道使用状态显示终端。④每股道设置矮柱型双显示色灯信号机(距平过道10 m)。⑤拉风组设置拉风防护信号应急手动操作切换装置。

（3）现场拉风防护信号机、信号楼显示屏信号表示灯显示涵义。①拉风防护信号机采用“蓝灯+黄灯”双座特定信号显示及“低压(36 V)+强光”组合。蓝灯表示该股道正在拉风及技检作业；黄灯表示该股道均作业完毕。②信号楼显示屏信号表示灯与现场拉风防护信号机显示一致。显示屏信号表示灯无显示，表示该股道空闲；蓝灯闪灯或黄灯闪灯，表示该股道现场拉风防护信号机故障。

4 结束语

在铁路数字化转型的背景下，调车作业安全防护需要与时俱进。通过分析拉风作业防护现状，提出了拉风作业防护信号系统建设需求，为技术研究和方案创新提供了方向；并总结归纳现有标准规范，对系统相应设备进行了标准化研究，以消除当前各车站防护方法不统一的安全隐患。研究结论为铁路制定统一的拉风防护信号方案和规范提供了参考，有助于推动车站防护作业管理办法的规范化和系统化。目前基于研究提出的标准化拉风防护系统已在芜湖东站上线使用，取得了显著成效，减轻了现场作业人员的劳动强度，提高了拉风作业的安全性和可靠性，为车站调车作业安全保障水平和防控能力提供了强有力的支持。该系统应用前景广阔，未来实践中将进一步探索智能化防护技术，提高防护系统的智能感知和控制能力，为推动铁路货运高质量和可持续发展作贡献。