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北京地铁14号线全自动车辆段设计及应用
发布日期:2018-09-18 16:48:42

 

徐     亮, 王晓歧
( 北京京港地铁有限公司, 北京 100068)
 

摘    要: 为解决传统车辆段既有接发车模式中接发车效率低、调度人员工作量大等问题,并降低由此产生的 因操作失误而导致事故发生的概率,北京地铁 14 号线车辆段配置具有列车自动控制系统( ATC) 的全自动运 行区域,列车在全自动区域升级至基于通信的列车控制系统( CBTC) 级别后可实现列车自动防护( ATP) 、列车 自动操作( ATO) 功能以及列车自动监控( ATS) 功能,由信号系统防护列车运行安全,并能够以 ATO模式自动 完成进出段场的运行功能。 全自动车辆段作为未来可推广的车辆段建设管理模式,对现行实施的有关全自动 车辆段系统功能、系统配置以及运作方式将具有重要的参考意义。
关键词: 北京地铁• 全自动车辆段• 基于通信的列车控制系统
中图分类号: U231       文献标志码: A     文章编号: 1672-6073(2017)06-0095- 04
 

DesignandAppIicationofAutomaticDepotofBeijing Metro Line14
XULiang, WANG Xiaojiao
( BeiJingMTRCorporation Limited, BeiJing100078)

Abstract: In orderto solvetheproblemsofthelowefficiency ofthedepotexitand entry, theheavy workload ofthecontroller, and  theprobability oftheaccidentcaused by theoperation errorundertheabovetwo conditions, thedepotofBeiJing Metro Line 14 isconfigured with automaticoperation areawith ATC( AutomaticTrain Control) system.引hen updated to CBTC( commu- nication-based train control) levelin theautomaticarea, theATP( automatictrain  protection) , ATO ( automatictrain  opera- tion) and ATS( automatictrain supervision) can beachieved.In theautomaticoperation field thetrain isprotected by signaling system and can completethefunction ofautomaticdepotexitand entry with ATO.Asan extension oftheconstruction and man- agementmodeofthedepot, theautomaticdepotsystem function, system configuration and operation modeareofgreatsignifi- canceforthefuture.
Keywords: BeiJing metro, automaticdepot, Communication    Based Train Control


1   发展概况
      北京地铁 14 号线由于建设原因,采取了分段开通 分段运营的模式,其东西段独立运营,停车场和车辆段 只能分别使用,尤其是东段运营里程 30  km,仅有马泉 营车辆段收发车,随着运营间隔逐步缩短,车辆段的发 车效率势 必 需 要 提 升。 根 据  IEEE Std.1474.1.2004《 IEEE基于通信的列 车控制( CBTC) 系统的性能和功 能要求》 规定,CBTC系统的定义为:利用高精度的列车 定位( 不依赖于轨道电路),双向连续、大容量的车地数 据通信以及车载、地面的安全功能处理器实现的一种 连续列车自动控制系统[1] 。 车辆段在引人全自动设计后,列车可在全自动区域具备 CBTC级别下的 ATP/ATO 功能以及 ATS 监控功能。 在列车升级 CBTC后,由信号 系统防护列车运行安全,并能够以 ATO自动完成进出段 场的运行功能,车辆段单线发车能力达到 2  min 15  s,双 线最小间隔可以达到 1  min,而且极大地减轻了司机及 车辆段调度人员的劳动强度,提升了段场列车运作的 安全性[2] 。


2   14 号线全自动车辆段系统配置

      北京地铁 14 号线的马泉营车辆段和张仪村停车 场内划分有全自动控制区域和非全自动控制区域,其 中全自动控制区域纳人 ATC系统的控制范围。 全自动 区域包括停车列检库至转换轨 /牵 出线,洗车库 /月 修 库前至转换轨,牵出线至停车列检库 /月 修库 /洗 车库 的所有列车进路[3] 。 为实现全自动功能,段场配置独立的 ZC( 区域控制器) 设备、 CI( 计算机联锁) 设备、ATS 设备及车载 ATP/ATO设 备, 与正线设置的 DSU( 数据存储单元) 设备( 包含段场电子地图) 共同组成 完整的 ATC系统。  段场的停车列检库及全自动控制区 域均设置无线接入点( AP) 以实现无线覆盖,从而保证 列车以 CBTC级别进入全自动区域。  列车可根据运营 需求选择在全自动控制区域内的运行级别[4] 。

 

2.1  信号设备配置
      在车辆段信号楼的信号设备室内配置一套区域控 制器 ZC,它负责根据 CBTC列车所汇报的位置信息以 及联锁所排列的进路和轨道占用 /空闲信息,为其控制 范围内的 CBTC列车计算生成移动授权( MA) ,保证其 控制区域内 CBTC列车的安全运行。  在车辆段调度中 心设置一套车站 ATS 分机及现地控制工作站、ATS 派 班工作站及附属设备,实现段场的 ATS 监控功能。  在 咽喉区及停车列检库内,根据需要分别设置一定数量 的无线自由波 AP箱、天线和无源应答器。  无线自由波 AP箱及天线提供车地问信息的传输条件,无源应答器 则为列车提供位置校准信息。  在停车列检库内靠近列 车停车位置处设置两个无源应答器,可使出库列车尽 早获取位置信息,升级运行模式[5] 。  停车列检库配置 示意图见图 1。

2.2  信号机布设
      车辆段采用列调分离方案,场内设置列车进路和 调车进路,CBTC列车运行采用列车进路控制,非 CBTC 列车运行采用列车调车进路控制方式。  场内信号机设 置如下:
     1)  进场( 段) 信号机。  进场( 段) 信号机采用高柱( 高度根据车辆高度确定) 黄、绿、红三灯位信号机。  绿 色灯光表明进场( 段) 的进路开通,准许列车按规定的 速度越过该架信号机进场( 段);红色灯光表明不准列 车越过该架信号机;红色灯光 +黄色灯光表示开放引导信号,准许列车以不大于规定的速度(25  km/h) 越过该架信号机并随时准备停车。

     2)  进库信号机。  在进场( 段) 信号机内第一个轨 道区段边界处设置列车兼调车信号机。  采用矮型黄、 白、红三显示信号机。  黄色灯光表明列车进路开通,准 许列车按规定的速度越过该架信号机进行作业;白色 灯光表明调车进路开通,准许列车按规定的速度越过 该架信号机进行调车作业;红色灯光表明不准列车越 过该架信号机。
      3)  出库信号机。  在停车列检库前及洗车库前设 置列车兼调车信号机,采用矮型黄、白、红三显示信号 机。  黄色灯光表明列车进路开通,准许列车按规定的 速度越过该架信号机进行作业;白色灯光表明调车进 路开通,准许列车按规定的速度越过该架信号机进行 调车作业;红色灯光表明不准列车越过该架信号机。
     4)  出库分隔信号机。  为满足车辆段出库能力,在 适当位置设置分隔信号机,采用矮型黄、白、红三显示 信号机。  灯色显示与出库信号机一致。
     5)  调车信号机。  场内其他地点根据需要设置矮型调车信号机。  白色灯光表明准许列车按规定的速度 越过该架信号机进行调车作业;蓝色灯光表明调车进 路不准列车越过该架信号机。  如果办理了列车进路, 无论列车处于何种驾驶模式,均可以越过该架信号机。 对于全自动车辆段,在列车运行过程中的信号机 按照如下方式显示:办理进段场 /库 和出段场 /库 的列 车进路后,该列车进路的始端信号机亮灯,列车进路内 的调车信号机保持定位蓝灯显示。  CBTC列车司机凭 车载信号运行,非 CBTC列车司机凭轨旁列车信号 机 的显示运行;段场内信号机在正常情况下均不灭灯;段 场内采用固定闭塞的运行方式,当段场内的列车进路 中有列车占用时,联锁控制进路始端信号机为禁止信
号,禁止后续列车进入。

 

2.3  ATS监控方案
      ATS 子系统将全场纳入控制范围,系统自动完成 并实现列车在正线和段场内列车识别号的连续追踪。 ATS 具备在段场转换轨处停车 /不 停车情况下自动赋 予列车识别号的功能[6] ,并且 ATS 子系统能够根据出 入库计划自动设置列车头码,自动触发停车列检库至 转换轨之问的列车进路、停车列检库双列位移库调车 进路以及进出月修库的列车进路,以提高段场出入库 运行效率。  除此以外的进路可在遥控级别由中心人工 办理或调度权交接后由场段调度人员人工办理[7] 。


3    运行方式及能力测试
      在段场的全自动控制区域内列车可采用 CBTC下 的 ATO/ATP模式、限制人工驾驶模式( RM 模式) 或非 限制人工驾驶模式( EUM模式) 运行;在非全自动控制 区域内列车采用限制人工驾驶模式( RM 模式) 或非限 制人工驾驶模式( EUM模式) 运行。
     段场的 CBTC列车 根据 ZC计 算的移动授权控制 运行。  对于进列检库 /月修库的列车,移动授权终点在 列检库 /月修库前平交道口 CK信号机处;对于进洗车 库的列车,移动授权终点在洗车库前方出库信号机处。 CBTC列车可运行至移动授权终点前提示降级,由司机 转换驾驶模式为 RM后,人工驾驶入库停车。  对于出库 列车,移动授权终点在出场 /段信号机后方保护区段处。
     列车在运行过程中,信号系统实时监控进路中轨 道、道岔的状态,若前方轨道区段占用或道岔未锁闭在 规定位置,则通知列车紧急制动,并需降级为 RM 模式 后由司机驾驶。


3.1  列车出库流程
     由 ATS 自动触发或人工办理出库的列车进路( 出 库信号机至出场 /出段信号机) 时,出库信号机亮黄灯, 进路内顺向调车信号机保持蓝灯显示。  停车列检库双列位移库调车进路和出库列车进路均可由 ATS  自动触发或人工办理。
     出库信号开放后,司机驾驶列车以 RM模式向前运 行至停车库库门。  经过两个应答器后获得位置,列车在 库线升级至 CBTC级别,驾驶模式转换至 ATP或 ATO。

     CBTC列车按照 ZC发送的移动授权计算防护曲线 及推荐速度曲线控制列车,运行至转换轨。

3.2  列车进库流程
      进库列车从正线进入转换轨以 CBTC级 别运行。 由 ATS 自动触发或人工办理段( 场) 进路后,段( 场) 信 号机亮绿灯。  ZC为列车延伸移动授权,列车按照移动 授权向前运行。  停车列检库双列位移库调车进路和进 库列车进路均可由 ATS 自动触发或人工办理。
      列车办理进库进路后,进库信号机亮黄灯,进路内 顺向调车信号机保持蓝灯。  ZC为列车延伸移动授权, 列车按照移动授权向前运行。
      车载设备按照 ZC发送的移动授权计算防护曲线 或推荐速度曲线控制列车,由司机驾驶或 ATO驾驶向 库线运行。
      列车以 ATO/ATP模式在进库平交 道口前提示司机降级为 RM模式运行,司机人工将运行模式转为 RM 模式后,可驾驶列车进入停车库线对位停车。

 

3.3  出入段能力测试
       自动化停车场从理念的引入至正式投入使用,完 成了理论设计及现场测试,必不可少的环节是对其收 发车能力的测试。  从技术角度测试自动化车辆段的出 入段能力,综合考虑现场的约束条件,得出具体的技术 参数及管理流程,是全自动车辆段可实现推广的关键 一步[8] 。  14 号线选取马泉营车辆段为例进行研究,组 织各方对车辆段的出入段能力进行验证测试。
      以运行间隔作为测试结论,测量从第一辆列车头 经过一个给定参考点,到下一辆列车头经过相同的参 考点的时间,以此得出马泉营车辆段的出段能力( 见图 2)。  测试设定的运行条件如下:
     1)  运行速度。  库内至车头越过出列检库信号机 的最高运行速度为 5  km/h;车头越过出列检库信号机 至转换轨的最高运行速度为 20  km/h;车头越过转换轨 出段信号机后的最高运行速度为 75  km/h。
      2)  出 库 路 径。  最 长 路 径: 3AG 出 库 停 车 点 至 ZHG1 出 段 停 车 点; 最 短 路 径: 25AG 出 库 停 车 点 至 ZHG1 出段停车点。

      马泉营车辆段现场信号机的设置可实现两种出段 方式,第一种是采用 CQ信号机单线单车出段,第二种 是采用 CQ信号机双线双车出段。

 

3.3.1  采用 CQ信号机单线单车出段             
      采用 CQ信号机后分析单线单车出段能力,此方案 下存在两段时间间隔,需分别计算取较大值作为出段 间隔: 第 1 列车由分隔信号机 CQ至出清转换轨保护 区段时间( 出清转换轨保护区段间隔); 第 2 列车出库 至出清 CQ时 间 ( 出库间隔)。  车辆段使用列车进路 CBTC   ATO模式发车,提高了马泉营车辆段分隔信号 机 CQ单线发车能力,现场测试中马泉营车辆段的单线 出段能力可达到 2  min 15  s左右( 如表 1 所示)。

3.3.2  采用 CQ信号机双线双车出段

      后续京港地铁又组织了出人短线双线出段能力测 试,同时从 ZHG1 和 ZHG2 出车,采用此方式需考虑在 进路安排上保证两条出库进路不能敌对,若采用分隔信 号机 CQ双线出段,实际出段间隔可缩短至 1 min 左右。

 

4     结语
      基于通信的列车控制( CBTC) 系统经过多年的国内 应用实践,在技术上已经成熟,它也成为国内地铁建设 信号系统的首选解决方案[9] 。 CBTC系统的引人缩短了 列车的运行间隔,提高了系统运营效率,满足了客流量 不断增加的需求。 但是,目前应用的 CBTC系统,车辆段 与正线建设并不是同步的[10] 。 正线采用基于 CBTC的 列车自动控制(automatictrain contro1,ATC)系统设备,车 辆段采用轨道电路及国产计算机联锁设备,通过在出人 段线上靠近车辆段处设置转换轨来实现列车出人段时 驾驶模式的转换及相关的功能。 由于车辆段没有 ATC 设备,列车的出人段需要人工为其排列相应的调车进路 和列车进路,列车在段内的追踪为区间闭塞的方式,追 踪间隔大,出人段效率低。 列车出人段能力与列车正线 运行间隔不匹配成为影响全线运营效率的瓶颈。
      京港地铁公司负责运营的地铁 14 号线在设计之 初就引人了全自动车辆段的概念,在系统设计、硬件配 置等方面均有考虑,经过多轮技术研讨、开发以及后续 功能测试,最终于 2015 年 7 月投人使用,满足了分段 运营的实际所需,同时系统稳定性非常良好。 北京地 铁 14 号线的成功实践说明全自动车辆段可以作为地 铁新线建设标准之一。


收稿日期, 2017 03 03 修回日期, 2017 03 20
第一作者, 徐亮,男,硕士研究生,工程师,从事轨道交通运营与管理 方面的研究, bnusunday@163 com

 

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