淺談石家莊市軌道交通3號(hào)線一期工程正線停車場(chǎng)信號(hào)系統(tǒng)配置方案
1概述
石家莊市城市軌道交通3號(hào)線一期工程分布在中心城區(qū)范圍，沿聯(lián)盟路、中華大街、石家莊站、塔北路敷設(shè)，其中途經(jīng)的聯(lián)盟路—中華大街—塔北路是最重要的南北—東西向客運(yùn)走廊。線路全長(zhǎng)19.268km，設(shè)站17座，均為地下站，其中有道岔車站8座、無(wú)道岔車站9座。平均站間距1.177km。3號(hào)線分期開(kāi)通。石家莊地鐵3號(hào)線一期工程首開(kāi)段線路長(zhǎng)度6.372km，共配置8列車，設(shè)車站6座，均為地下站，分兩個(gè)聯(lián)鎖集中站控制。在石家莊站站后區(qū)間設(shè)6股道(每股道一列位)地下停車線，其中兩股道兼作終端折返線，其他4股道設(shè)置有檢修坑和檢修設(shè)備、檢修平臺(tái)，可進(jìn)行簡(jiǎn)單的日常列車檢修作業(yè)。首開(kāi)段不設(shè)置車輛段和停車場(chǎng)，為了滿足首開(kāi)段提前開(kāi)通的需求，在石家莊站站后區(qū)間設(shè)6股道(每股道一列位)地下停車線。由于傳統(tǒng)意義上的車輛段設(shè)置條件不滿足，所以在運(yùn)營(yíng)開(kāi)通后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將使用正線停車場(chǎng)來(lái)滿足運(yùn)營(yíng)停車需求，信號(hào)系統(tǒng)需要從運(yùn)營(yíng)需求的各個(gè)角度配置信號(hào)系統(tǒng)，從而滿足運(yùn)營(yíng)需求。
本文主要對(duì)石家莊停車場(chǎng)相關(guān)的運(yùn)營(yíng)能力、列車運(yùn)行管理、信號(hào)系統(tǒng)實(shí)施方案、其他特殊情況進(jìn)行分析。
2運(yùn)行能力分析
單程運(yùn)行距離6.1km，全周轉(zhuǎn)時(shí)間24min14s，小灰樓折返時(shí)間111.9s，石家莊折返時(shí)間163.5s，首開(kāi)段計(jì)劃開(kāi)行列數(shù)6對(duì)/h，按照全周轉(zhuǎn)時(shí)間如果上線3列車可達(dá)到9min間隔，如果上線5列車可達(dá)到5min間隔。
3列車運(yùn)行管理
3.1列車存放
本文按5min間隔、上線5列車為例進(jìn)行描述，如果少于5列車則相應(yīng)減少正線列車存放數(shù)量。石家莊站共有6股道可以停放列車�？紤]實(shí)際運(yùn)營(yíng)需要，如果上線5列車載客運(yùn)行，那么需要在正線準(zhǔn)備6列車，其中1列備用。為方便晚間工程車施工折返需要，石家莊站的其中一條折返線不能存車，這樣晚間需要將其中的一列上線運(yùn)營(yíng)列車存放在小灰樓站，第二天運(yùn)營(yíng)也可以實(shí)現(xiàn)兩端同時(shí)發(fā)車。如果再增加上線列車，將占用折返線，影響晚間工程車上線施工作業(yè)。
3.2停車場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)線作業(yè)
轉(zhuǎn)線作業(yè)由人工辦理，遙控下調(diào)度員辦理進(jìn)路，站控下由車站值班員辦理進(jìn)路。停車場(chǎng)為正線車站，不設(shè)置調(diào)車信號(hào)機(jī)，辦理轉(zhuǎn)線作業(yè)按照列車折返作業(yè)方式辦理，需要通過(guò)石家莊站上行或下行站臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)線作業(yè)。
轉(zhuǎn)線作業(yè)期間與信號(hào)、工務(wù)、供電等專業(yè)的維修作業(yè)沖突，建議運(yùn)營(yíng)管理部門制定相關(guān)的管理規(guī)定，以調(diào)配相關(guān)專業(yè)的維護(hù)工作。
4信號(hào)系統(tǒng)實(shí)施方案
4.1ATS方案
為了減少正線停車場(chǎng)調(diào)度員/車站值班員人工工作量，需要為正線小停車場(chǎng)配置ATS全部功能。
正線停車場(chǎng)并不作為獨(dú)立的停車場(chǎng)來(lái)處理，只是將可停車的股道作為一個(gè)普通正線車站的存車線來(lái)處理，作為ATS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，正線的股道與設(shè)備在中心正常的時(shí)候是需要納入到中心來(lái)管理的，但是調(diào)度大廳距離正線停車場(chǎng)距離較遠(yuǎn)，不方便實(shí)時(shí)了解存車線上的列車情況。所以為了實(shí)現(xiàn)在正常情況下不需要中心參與，直接由車站的相關(guān)人員進(jìn)行派車出庫(kù)以及接車入庫(kù)的相關(guān)功能，需要在現(xiàn)有ATS軟件功能配置的基礎(chǔ)上增加以下功能。
4.1.1為正線存車線增加一臺(tái)正線派班工作站
該正線派班工作站放置于石家莊正線停車場(chǎng)，直接與石家莊站的ATS站機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)正線停車場(chǎng)列車的管理。當(dāng)中心故障后，也不影響其工作。
4.1.2在系統(tǒng)中增加正線派班員的角色
正線派班員的角色只能從正線派班工作站登錄，可以對(duì)正線停車場(chǎng)內(nèi)的列車進(jìn)行出/入庫(kù)管理、核對(duì)/修改車組號(hào)的操作。
4.1.3開(kāi)發(fā)一套針對(duì)正線停車場(chǎng)的派班軟件
軟件包括用戶登錄功能、顯示正線停車場(chǎng)的站場(chǎng)信息以及列車信息、查看當(dāng)日計(jì)劃運(yùn)營(yíng)圖的功能、可以為正線停車場(chǎng)的列車進(jìn)行編輯派班計(jì)劃和設(shè)目的地車的功能、核對(duì)車組號(hào)、增/刪車組號(hào)的功能、將派班結(jié)果以及操作命令發(fā)送給服務(wù)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排列進(jìn)路接/發(fā)車的功能。
4.1.4對(duì)未來(lái)車輛段建成后的影響
正線停車場(chǎng)的派班工作站只是作為車輛段建成前的過(guò)渡產(chǎn)品，以后如果不需要通過(guò)正線停車場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)的接發(fā)車作業(yè)，正線派班工作站可以拆除，拆除后如果有臨時(shí)的接發(fā)車，可以由中心調(diào)度員通過(guò)手動(dòng)排列進(jìn)路、設(shè)置目的地車等方式進(jìn)行控制。
4.2ATP方案
石家莊站站后地下庫(kù)內(nèi)停車，為保證進(jìn)庫(kù)效率和安全防護(hù)距離，庫(kù)線盡頭應(yīng)距離列車停車點(diǎn)有一定的距離作為停車距離余量。在保證停車安全的基礎(chǔ)上，盡量提高進(jìn)庫(kù)效率。
4.2.1設(shè)備布置
石家莊站設(shè)置6條停車線，線路限速為5km/h。在3G和4G的出庫(kù)信號(hào)機(jī)前，分別布置一組可變應(yīng)答器和環(huán)線應(yīng)答器組成的有源應(yīng)答器組。在1G、2G、5G、6G的出庫(kù)信號(hào)機(jī)前，分別布置一組可變應(yīng)答器和固定應(yīng)答器組成的有源應(yīng)答器組。
4.2.2列車出庫(kù)運(yùn)行
在出庫(kù)信號(hào)機(jī)開(kāi)放后，司機(jī)可以駕駛列車以RM模式向前運(yùn)行。經(jīng)過(guò)兩個(gè)連續(xù)的應(yīng)答器組后獲得列車位置初始定位。列車在完成定位后，在接收到可用的移動(dòng)授權(quán)后，可升級(jí)至相應(yīng)的控制級(jí)別。
列車運(yùn)行級(jí)別，由高到低分別為：
1)無(wú)線連續(xù)式通信控制下ATP/ATO的運(yùn)行(簡(jiǎn)稱CBTC級(jí)別);
2)點(diǎn)式控制下ATP/ATO的運(yùn)行(簡(jiǎn)稱ITC級(jí)別);
3)聯(lián)鎖級(jí)下的運(yùn)行(簡(jiǎn)稱IL級(jí)別)。
在出庫(kù)信號(hào)機(jī)開(kāi)放后，列車可由信號(hào)機(jī)前的有源應(yīng)答器或者應(yīng)答器環(huán)線，獲得點(diǎn)式移動(dòng)授權(quán)，升級(jí)到點(diǎn)式級(jí)別。
在出庫(kù)信號(hào)機(jī)開(kāi)放后，在地面ATP設(shè)備工作正常且車地通信正常時(shí)，地面ATP為列車計(jì)算CBTC級(jí)別下的移動(dòng)授權(quán)并發(fā)送到車載ATP系統(tǒng)，列車可升級(jí)至CBTC級(jí)別，投入正線運(yùn)行。
列車升級(jí)到點(diǎn)式級(jí)別或者CBTC級(jí)別，在滿足一定條件后，可由人工駕駛模式轉(zhuǎn)換到自動(dòng)駕駛模式。在相關(guān)條件得到滿足時(shí)，駕駛室兩個(gè)ATO啟動(dòng)按鈕/指示燈處于閃爍狀態(tài)提示司機(jī)可以啟動(dòng)自動(dòng)駕駛功能。
4.2.3列車折返
在正線運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，采用3G/4G兼用做站后折返線，在辦理到3G/4G的折返進(jìn)路后，列車可以以點(diǎn)式或者CBTC級(jí)別，在CM或者AM駕駛模式下，運(yùn)行至折返線停車，執(zhí)行折返作業(yè)。系統(tǒng)支持在3G/4G執(zhí)行的折返方式包含ATO有人/無(wú)人自動(dòng)折返模式、ATP監(jiān)督下的人工折返模式、限制人工折返模式、非限制人工折返模式。為保證列車使用3G/4G完成站后折返時(shí)的安全運(yùn)營(yíng)，需要通過(guò)運(yùn)營(yíng)管理手段，保證列車運(yùn)營(yíng)過(guò)程出入庫(kù)過(guò)程中，庫(kù)門維持在打開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)庫(kù)內(nèi)沒(méi)有人員走動(dòng)，以免發(fā)生危險(xiǎn)。
4.2.4列車回庫(kù)
列車結(jié)束運(yùn)營(yíng)，為保證進(jìn)庫(kù)效率和安全防護(hù)距離，庫(kù)線盡頭應(yīng)距離列車停車點(diǎn)有一定的距離作為停車距離余量。在保證停車安全的基礎(chǔ)上，盡量提高進(jìn)庫(kù)效率。因未有石家莊3號(hào)線車輛的實(shí)際性能參數(shù)，故采用已有線路的車輛參數(shù)進(jìn)行停車距離余量理論計(jì)算，如果車輛參數(shù)值發(fā)生變化，停車距離余量需要重新計(jì)算。庫(kù)內(nèi)坡度取-0‰。為了保證列車進(jìn)庫(kù)的效率和舒適度，一般采用一次性固定制動(dòng)率的ATO制動(dòng)曲線停車。
ATO采用固定制動(dòng)率為a，停車目標(biāo)點(diǎn)距離PP點(diǎn)距離為ATO_OFF(Xoff)。Xoff應(yīng)保證ATO制動(dòng)曲線與EB觸發(fā)線無(wú)重合且有一定余量，Xoff代表了應(yīng)該取得安全線長(zhǎng)度。
則得到ATO制動(dòng)曲線公式：L=v2/(2×a)+Xoff;v即為ATO目標(biāo)曲線上每一點(diǎn)的速度值。Xoff應(yīng)保證ATO制動(dòng)曲線與EB觸發(fā)線無(wú)重合且有一定余量，Xoff代表了應(yīng)該取得安全線長(zhǎng)度。
計(jì)算結(jié)果如下：
當(dāng)進(jìn)庫(kù)建筑限速速度為30km/h，ATO速度約為20km/h，具體計(jì)算得到Xoff值為27m，考慮到停車誤差、列車性能離散型等因素，建議取5m余量，至少停車距離余量長(zhǎng)度應(yīng)滿足32m。
當(dāng)進(jìn)庫(kù)建筑限速速度為20km/h，ATO速度約為15km/h，具體計(jì)算得到Xoff值為24m，考慮到停車誤差、列車性能離散型等因素，建議取5m余量，至少停車距離余量長(zhǎng)度應(yīng)滿足29m。
當(dāng)進(jìn)庫(kù)建筑限速速度為15km/h，ATO速度約為10km/h，具體計(jì)算得到Xoff值為20m，考慮到停車誤差、列車性能離散型等因素，建議取5m余量，至少停車距離余量長(zhǎng)度應(yīng)滿足25m。
基于上述分析，列車回庫(kù)根據(jù)不同的輸入限制調(diào)價(jià)，可有以下3種處理方案：
如庫(kù)內(nèi)建筑限速可滿足CBTC系統(tǒng)要求，且列車庫(kù)線停車位置到庫(kù)線區(qū)段終端距離滿足要求，列車可以為CBTC級(jí)別CM或AM模式駛?cè)胪＼噹?kù)線，列車對(duì)位停車后，車載MMI將提示司機(jī)確認(rèn)降級(jí)為RM模式，退出作業(yè)。
如庫(kù)內(nèi)建筑限速可滿足CBTC系統(tǒng)要求，但庫(kù)內(nèi)部分長(zhǎng)度不滿足列車進(jìn)庫(kù)對(duì)位停車的需求，列車以AM或CM模式完全駛?cè)胪＼噹?kù)線后，MMI提示司機(jī)降級(jí)為RM運(yùn)行，司機(jī)人工將運(yùn)行模式轉(zhuǎn)為RM后，司機(jī)可駕駛列車以RM模式進(jìn)入停車庫(kù)線對(duì)位停車。如司機(jī)不確認(rèn)轉(zhuǎn)RM，列車不能以ATP模式進(jìn)庫(kù)對(duì)位停車，將停在庫(kù)內(nèi)中間位置。
如庫(kù)內(nèi)建筑限速無(wú)法滿足CBTC系統(tǒng)要求，列車無(wú)法以ATP模式駛?cè)胪＼噹?kù)線，列車進(jìn)路可以直接辦理到停車庫(kù)線，進(jìn)庫(kù)口位置不需要設(shè)置單獨(dú)的信號(hào)機(jī)。列車的移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)將位于進(jìn)庫(kù)前平交道口位置，MMI將提示司機(jī)降級(jí)為RM運(yùn)行，司機(jī)人工將運(yùn)行模式轉(zhuǎn)為RM后，司機(jī)可駕駛列車以RM模式駛?cè)胪＼噹?kù)線對(duì)位停車。
4.3聯(lián)鎖方案
石家莊站聯(lián)鎖系統(tǒng)按正常的集中站處理，遙控模式下，根據(jù)ATS的命令辦理相應(yīng)進(jìn)路，在站控模式下，其中兩條折返線設(shè)置有自動(dòng)折返一(利用3G折返)、自動(dòng)折返二(利用4G折返)、全自動(dòng)折返(利用3G、4G交替折返)3種折返模式，正線上的其他信號(hào)機(jī)可設(shè)置為自動(dòng)屬性，進(jìn)出其他停車線的進(jìn)路由人工辦理。
5其他說(shuō)明
5.1增減列車
在運(yùn)營(yíng)期間，如果早高峰后需要減少列車，晚高峰需要增加列車，其辦理方式與早晚出車收車方式相同。早高峰結(jié)束后，如果需要減車，根據(jù)運(yùn)行圖，列車到達(dá)石家莊站上行站臺(tái)后，ATS不再觸發(fā)進(jìn)路，由調(diào)度員根據(jù)當(dāng)日列車入庫(kù)停車計(jì)劃，人工輸入目的地號(hào)(停車股道的目的地編號(hào))，ATS自動(dòng)觸發(fā)回庫(kù)進(jìn)路，列車下線回庫(kù)。晚高峰需要增加列車時(shí)，根據(jù)運(yùn)行圖，調(diào)度員依據(jù)當(dāng)日出車計(jì)劃，人工設(shè)置需要出發(fā)列車的服務(wù)號(hào)(車次號(hào))，當(dāng)?shù)竭_(dá)發(fā)車時(shí)間后，ATS自動(dòng)觸發(fā)出庫(kù)進(jìn)路，進(jìn)入正線開(kāi)始運(yùn)行。
5.2工程車正線存放
根據(jù)運(yùn)營(yíng)維修需要可以將工程車存放于1號(hào)線車輛段，也可以存放在3號(hào)線正線。如果存放在1號(hào)線車輛段，則工程車上3號(hào)線作業(yè)時(shí)，需按規(guī)定辦理過(guò)軌轉(zhuǎn)線作業(yè)，由中山廣場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線進(jìn)出。如果存放在正線，則可以存放在小灰樓或石家莊站非運(yùn)營(yíng)的正線區(qū)段。
5.3故障應(yīng)對(duì)
在運(yùn)營(yíng)中，若有車載信號(hào)發(fā)生故障需要下線時(shí)，由調(diào)度員變更車次號(hào)后設(shè)置目的地號(hào)，ATS自動(dòng)觸發(fā)至庫(kù)線的進(jìn)路，根據(jù)運(yùn)營(yíng)時(shí)機(jī)，調(diào)度員安排備用車運(yùn)行至石家莊站下行站臺(tái)后人工輸入需要替換的服務(wù)號(hào)，則可以恢復(fù)正常的運(yùn)營(yíng)。若發(fā)生車輛故障無(wú)法移動(dòng)時(shí)，則根據(jù)運(yùn)營(yíng)管理規(guī)定進(jìn)行救援處理，需要人工排列進(jìn)路指揮行車。救援列車連掛完畢后，如果正向運(yùn)行，調(diào)度員也可人工輸入目的地號(hào)，由ATS系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)進(jìn)路。若中心ATS故障，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)分散自律功能，由車站分機(jī)按照當(dāng)日運(yùn)行圖自動(dòng)排列進(jìn)路管理列車運(yùn)行。當(dāng)某一個(gè)站的ATS故障后，則本站ATS功能退出，需要轉(zhuǎn)站控，由車站操作員人工辦理進(jìn)路(或設(shè)置自動(dòng)進(jìn)路)，其它站的ATS功能不受影響。若某一站聯(lián)鎖系統(tǒng)故障，則這一站的信號(hào)系統(tǒng)將停用，列車失去ATP防護(hù)，地面設(shè)備也不能開(kāi)放信號(hào)轉(zhuǎn)換道岔，均需人工組織行車。
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