徐     亮， 王晓皎
（ 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