劉長波

(1.北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 概述

截止至2017年底，我國已建成總里程達(dá)2.5萬km的高速鐵路，高速鐵路建設(shè)經(jīng)歷了試點(diǎn)建設(shè)、單線建設(shè)后，目前正在處于路網(wǎng)建設(shè)階段。在“四縱四橫”的高速鐵路網(wǎng)基礎(chǔ)上，國家發(fā)改委修編了《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，提出“八縱八橫”的高速鐵路網(wǎng)，形成以“八縱八橫”主通道為骨架，區(qū)域連接線銜接，城際鐵路補(bǔ)充的高速鐵路網(wǎng)；統(tǒng)籌運(yùn)輸網(wǎng)格格局，形成系統(tǒng)配套、一體便捷、站城融合的現(xiàn)代化綜合交通樞紐。

隨著列控系統(tǒng)成為高速鐵路的核心裝備，根據(jù)線路允許速度選用CTCS等級，形成160 km/h客貨共線鐵路采用CTCS-0級或CTCS-1級列控系統(tǒng)，200 km/h客貨共線鐵路采用CTCS-2級列控系統(tǒng)，250 km/h高速鐵路優(yōu)先采用CTCS-3級列控系統(tǒng)，300 km/h及以上高速鐵路采用CTCS-3級列控系統(tǒng)的技術(shù)格局。由此列控系統(tǒng)集成設(shè)計應(yīng)運(yùn)而生，列控系統(tǒng)集成設(shè)計雖在傳統(tǒng)信號設(shè)計基礎(chǔ)上發(fā)展而來，但高鐵建設(shè)的新變化對列控系統(tǒng)集成設(shè)計又產(chǎn)生新的需求，尤其是復(fù)雜樞紐列控系統(tǒng)集成設(shè)計，目前沒有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2 鐵路樞紐分類

在鐵路網(wǎng)點(diǎn)或網(wǎng)端，由兩條及以上干線、若干車站、各種為運(yùn)輸服務(wù)的設(shè)施及其聯(lián)絡(luò)線等所組成的整體成為鐵路樞紐。從站場設(shè)計和列控系統(tǒng)集成設(shè)計實(shí)現(xiàn)而言，可分為“T”形、“X”形、“O”形3種基本類型。

“T”形樞紐特點(diǎn)是一條線路引入某站后，后續(xù)線路兩條線路共用，“T”形可衍生出“Y”形。

“X”形樞紐特點(diǎn)是以某站為中心向外放射延伸，并通過周圍的線路所將不同的高鐵線路連接起來成“X”形狀，中心車站可分為共場和分場兩種類型。“X”型可衍生出“十”字型和“米”字型。

“O”形樞紐特點(diǎn)是車站間通過聯(lián)絡(luò)線或支線或側(cè)線連接在一起成環(huán)狀。“O”形可衍生出環(huán)形和“U”形。

本文根據(jù)列控系統(tǒng)集成設(shè)計的特殊性，研究分析 “X”形樞紐的RBC設(shè)置設(shè)計，臨時限速設(shè)計方案，為X形樞紐和其他類型樞紐列控集成設(shè)計提供借鑒思路。

3 X形樞紐列控系統(tǒng)集成設(shè)計方案

3.1 共場的“X”形樞紐

共場是指兩條高鐵線路同時引入某個車站，即該車站存在多條正線股道，不同的正線股道分屬不同的高鐵線路。共場的“X”形樞紐模型如圖1所示。A站、B站、C站屬于高鐵A線路，D站、B站、E站屬于高鐵B線路，即B站同為高鐵A、B線路上的共用車站。

3.1.1 臨時限速設(shè)計

圖1 共場的X形樞紐示意圖Fig.1 Sketch map of X-type junction shared with railways

根據(jù)《客運(yùn)專線列控系統(tǒng)臨時限速技術(shù)規(guī)范（V1.0）》（科技運(yùn)〔2008〕151）規(guī)定：“列控中心單方向臨時限速管轄范圍應(yīng)從本站進(jìn)站口開始至前方站出站口（中繼站）第二個有源應(yīng)答器組再增加一個制動距離，制動距離應(yīng)涵蓋從線路最高允許低頻碼降至HU碼的所有閉塞分區(qū)并延伸100 m”。由此可知，TCC臨時限速范圍與調(diào)度臺相關(guān)，并可能會超越調(diào)度臺邊界。

臨時限速命令是由調(diào)度員在對應(yīng)的調(diào)度中心CTC擬定后，發(fā)送至與其連接的TSRS，再由該TSRS發(fā)送至相應(yīng)的TCC執(zhí)行。

臨時限速設(shè)計實(shí)質(zhì)是CTC與TSRS對應(yīng)關(guān)系、TSRS與TSRS間連接關(guān)系的設(shè)計，由于臨時限速設(shè)計與調(diào)度臺劃分密切相關(guān)，不同的調(diào)度臺劃分、TSRS設(shè)置會組合出不同場景。

1）假設(shè)同屬于高鐵A線路的A、B、C站同屬于調(diào)度臺A，并由TSRSA控制；同屬于高鐵B線路的D站屬于調(diào)度臺B，由TSRSB控制；E站屬于調(diào)度臺C，由TSRSC控制。調(diào)度臺分界均位于B站的進(jìn)站信號機(jī)處。調(diào)度臺劃分場景一如圖2所示。

圖2 共場X形樞紐調(diào)度臺區(qū)劃場景一Fig.2 Scenario 1 of dispatching consoles layout for X-type junction shared with railways

D站、E站的臨時限速管轄范圍將涉及3個調(diào)度臺。以D站為例，其臨時限速管轄范圍涉及本調(diào)度臺B，相鄰調(diào)度臺A，相鄰調(diào)度臺C。

a.當(dāng)B站站內(nèi)屬于高鐵B線路股道有限速時，TSRS A需將臨時限速發(fā)送至TSRS B和TSRS C，然后由TSRS B發(fā)送至TCC D執(zhí)行，TSRS C發(fā)送至TCC E執(zhí)行。

b.當(dāng)B站與E站區(qū)間有限速時， TSRS C需將該限速命令發(fā)送至TSRS A和TSRS B，然后由TSRS A發(fā)送至TCCB執(zhí)行，TSRS B發(fā)送至TCCD執(zhí)行。

c.當(dāng)D站與B站區(qū)間有限速時， TSRS B需將該限速命令發(fā)送至TSRS A和TSRS C，然后由TSRS A發(fā)送至TCCB執(zhí)行，TSRS C發(fā)送至TCCE執(zhí)行。

該場景的難點(diǎn)在于一個車站的臨時限速范圍跨越了相鄰的調(diào)度臺界，并延伸到第三方調(diào)度臺，臨時限速命令的傳遞和設(shè)備間的連接關(guān)系變得復(fù)雜。必須改變原有串行連接命令交互，即TSRSB同時與TSRSA，TSRSC連接相互命令，而不是TSRSB與TSRSA連接交互，TSRSA再與TSRSC連接交互。這就必須突破《臨時限速服務(wù)器技術(shù)規(guī)范》（鐵運(yùn)[2012]213）要求的且同一正線上不得連接超過2個相鄰TSRS的規(guī)范限制。

2）假設(shè)同屬于高鐵A線路的A、B、C站同屬于調(diào)度臺A，由TSRSA控制；同屬于高鐵B線路的D、E站屬于調(diào)度臺B，由TSRSB控制。調(diào)度臺分界均位于B站的進(jìn)站信號機(jī)處。調(diào)度臺劃分場景二如圖3所示。

由于臨時限速設(shè)置是依附于線路，而同一線路的車站都是線性排列，對于TSRS而言，臨時限速命令的拆分也是按線性進(jìn)行拆分。但該場景的難點(diǎn)在于調(diào)度臺B的車站連接關(guān)系不是線性關(guān)系，而是非線性（中間被截斷）。對于與調(diào)度臺B對應(yīng)的TSRSB而言，為了保持臨時限速命令的線性拆分，可將TSRS A看作一個車站B。

圖3 共場X形樞紐調(diào)度臺區(qū)劃場景二Fig.3 Scenario 2 of dispatching consoles layout for X-type junction shared with railways

a.當(dāng)B站與E站區(qū)間有限速時， TSRS B需將該限速命令發(fā)送至TSRS A和TCCD、TCCE執(zhí)行，然后由TSRS A發(fā)送至TCCB執(zhí)行。

b.當(dāng)D站與B站區(qū)間有限速時， TSRS B需將該限速命令發(fā)送至TSRS A和TCCD、TCCE執(zhí)行，然后由TSRS A發(fā)送至TCCB執(zhí)行。

但當(dāng)B站內(nèi)存在限速時，TSRS A需要將限速發(fā)送至TSRS B，但TSRS A兩側(cè)相鄰TSRS均為TSRS B，存在如下兩個問題需要解決。

TSRS A須向兩側(cè)的同一相鄰TSRS B轉(zhuǎn)發(fā)限速命令，導(dǎo)致TSR S間命令計數(shù)不匹配，誤認(rèn)為相鄰TSRS側(cè)應(yīng)有2條限速命令。當(dāng)相鄰TSRS回饋結(jié)果后，始終只能匹配到一側(cè)TSRS成功，不能綜合全部TSRS成功。

既有TSRS對限速命令拆分機(jī)制、命令狀態(tài)綜合判定機(jī)制都是假定所有設(shè)備順序排列在同一線路上，然后逐一匹配是否與限速命令相關(guān)。當(dāng)判定命令拆分到一側(cè)（如TSRSA已判定限速命令拆分至E站）時，即認(rèn)為限速命令拆分到頭，不會再向另一側(cè)設(shè)備進(jìn)行拆分判定。

所以TSRS設(shè)備在未來必須要解決該場景遇到的問題。在此功能需求未開發(fā)成功前，若工程遇到該場景，列控系統(tǒng)集成設(shè)計可采用3）方案。

3）假設(shè)同屬于高鐵A線路的A、B、C站同屬于調(diào)度臺A，由TSRS A控制；同屬于高鐵B線路的D、E站屬于調(diào)度臺B，但車站D、E分屬不同的TSRS B和TSRS C。調(diào)度臺分界均位于B站的進(jìn)站信號機(jī)處。調(diào)度臺劃分場景三如圖4所示。

圖4 共場X形樞紐調(diào)度臺區(qū)劃場景三Fig.4 Scenario 3 of dispatching consoles layout for X-type junction shared with railways

該場景從TSRS設(shè)置、設(shè)備連接關(guān)系、信息傳遞與場景一相同。但不同點(diǎn)在于調(diào)度臺B必須能根據(jù)限速命令決定發(fā)送至TSRS B還是TSRS C。實(shí)現(xiàn)方式有兩種。

a.因高鐵B線是正線貫通，B線路的臨時限速線路編號取值相同，由CTC根據(jù)臨時限速命令的公里標(biāo)決定發(fā)送至哪個TSRS。以圖4為例，B站下方的限速命令發(fā)送至TSRS C執(zhí)行，B站上方的限速命令發(fā)送至TSRS B執(zhí)行，再由接受命令的主控TSRS進(jìn)行限速命令的合理拆分。

b.將TSRS C、TSRS B管轄范圍內(nèi)B線路的臨時限速線路編號取不同值，CTC根據(jù)調(diào)度臺選取的線路編號將命令發(fā)送至對應(yīng)的TSRS。但由于TCC里相同線路的臨時限速線路編號只能唯一，所以TSRS必須負(fù)責(zé)進(jìn)行臨時限速線路編號的轉(zhuǎn)換。如當(dāng)B站至E站區(qū)間有限速，TSRS C將限速命令發(fā)送至TSRS B時，TSRS B必須進(jìn)行臨時限速線路編號的轉(zhuǎn)換后發(fā)送至TCCD執(zhí)行。值得注意的是，B站內(nèi)的線路編號必須與相鄰的某一個相同；否則，在TSRS C重啟后，從TSRS A和TSRS B刷新臨時限速命令，無法進(jìn)行一一對應(yīng)。

3.1.2 RBC設(shè)置設(shè)計

若高鐵A線、B線均采用CTCS-3級列控系統(tǒng)時，兩線共場的B站只能歸屬某一個RBC控制，假設(shè)A站、B站、C站屬于RBCA控制，D站、E站分屬不同的RBCB和RBCC控制。將RBC移交邊界放置在D站至B站區(qū)間和B站至E站區(qū)間，且盡量靠近D站和E站方向。

將RBC切換點(diǎn)放置在靠近D站和E站方向的目的是盡量避免出現(xiàn)RBC移交順序為RBCB-RBCARBCC。這種移交順序簡稱RBC的“1-2-3”移交。

從理論上，在RBC1-RBC2移交時，只要RBC2判定MA延伸至RBC2/3邊界，可啟動RBC2-RBC3移交。但目前RBC移交關(guān)聯(lián)了列車位置與RBC邊界，即同一時刻為一列車僅啟動距離列車最近RBC移交邊界相關(guān)的移交流程，只有當(dāng)列車被RBC2接管后，才啟動RBC2-RBC3移交流程。

樞紐地區(qū)RBC移交順序為“1-2-3”時，移交邊界設(shè)置的具體地點(diǎn)要根據(jù)線路允許速度進(jìn)行計算，即RBCB與RBCA的移交邊界至RBCA與RBCC的移交邊界的距離，滿足移交邊界線路最高允許速度的常用制動距離。

當(dāng)D站、E站屬于同一個RBC控制時，RBC移交順序為 “RBCB-RBCA-RBCB”，簡稱為RBC的“1-2-1”移交。這種移交順序從理論上可參照“1-2-3”移交處理，但樞紐RBC設(shè)置設(shè)計應(yīng)避免。

針對共場的“X”型樞紐，B站無法分開，可將B站同時納入RBCA、RBCB控制，即將B站聯(lián)鎖同時連接兩個RBC，RBC之間不作移交。當(dāng)從線路A運(yùn)行線路B時，先做C3→C2等級轉(zhuǎn)換，運(yùn)行至B線路后，再做C2→C3等級轉(zhuǎn)換的方式進(jìn)行過渡。

3.2 分場的“X”型樞紐

分場是指兩條高鐵線路同時引入某個車站的兩個不同場，即該車站存在多場橫列分布，兩條高鐵線路通過站外的線路所進(jìn)行連接。分場的“X”形樞紐模型如圖5所示。A站、B線路所、C站A場、D線路所、E站屬于高鐵A線路，調(diào)度臺為CTCA，臨時限速服務(wù)器為TSRSA；F站、C站B場、G站屬于高鐵B線路，調(diào)度臺為CTCB，臨時限速服務(wù)器為TSRS B。

圖5 分場X形樞紐示意圖Fig.5 Sketch map of X-type junction with paralleled railways

3.2.1 臨時限速設(shè)計

由于高鐵A線路與高鐵B線路在C站分場設(shè)置，所以，C站A場、B場可以分屬不同調(diào)度臺，假設(shè)線路所聯(lián)絡(luò)線均歸屬于高鐵A線路調(diào)度臺。所以TSRS A與TSRS B的分界位于B場的進(jìn)站信號機(jī)。

聯(lián)絡(luò)線上的限速命令由TSRS A發(fā) 送至TSRS B，再由TSRS B發(fā)送至B場TCC執(zhí)行。

假設(shè)A場、B場存在場聯(lián)道岔，A場通過場聯(lián)道岔能向高鐵B線路發(fā)車時，A站TCC必須預(yù)告C站B場與G站區(qū)間及B場側(cè)線的臨時限速。當(dāng)B場側(cè)線或至G站區(qū)間存在限速時，TSRS B必須將限速拆分至TSRS A。

3.2.2 RBC設(shè)置設(shè)計

高鐵A線路、B線路均為CTCS-3等級線路。因為C站存在兩個場，就存在兩個場分屬一套RBC還是兩套RBC的問題，這也是樞紐地區(qū)RBC設(shè)置的關(guān)鍵。樞紐地區(qū)RBC設(shè)置的數(shù)量主要是滿足RBC的處理性能指標(biāo)，決定RBC數(shù)量的兩個指標(biāo)是RBC控車數(shù)量和連接的聯(lián)鎖數(shù)量。RBC控車數(shù)量參照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

1）樞紐地區(qū)設(shè)置1套RBC

將高鐵A線路的B站、C站A場、D站，高鐵B線路的C站B場、G站納入RBC2，考慮到A線路相鄰RBC1和RBC3，B線路的相鄰RBC4和RBC5，RBC2的相鄰RBC為4個。樞紐地區(qū)設(shè)置1套RBC如圖6所示。

圖6 樞紐地區(qū)設(shè)置1套RBC示意圖Fig.6 Setting the same RBC in a junction

樞紐地區(qū)設(shè)置1套RBC的優(yōu)點(diǎn)是可以將RBC移交放置在正線區(qū)間，避免了短距離的RBC移交，但是缺點(diǎn)也很明顯，一是RBC連接的相鄰RBC數(shù)量多，不利于以后其他線路的引入；二是RBC故障后影響兩條甚至更多條高鐵線路，不利于日常維護(hù)。

若高鐵A線路與B線路設(shè)置獨(dú)立的CTC調(diào)度臺和獨(dú)立的TSRS，樞紐RBC2只能連接一個CTC和TSRS，將造成CTC調(diào)度臺與TSRS間信息傳遞的復(fù)雜性。假設(shè)樞紐RBC2接入CTCA、TSRS A，CTCB要顯示RBC2的信息，必須由CTCA復(fù)示至CTCB。因RBC2僅與TSRS A連接，RBC2控制的B線路臨時限速命令必須由TSRS B傳遞至TSRS A， 要實(shí)現(xiàn)此功能，TSRS B必須結(jié)合限速命令位置拆分至TSRS A，增加了復(fù)雜性。同時B場TCC與TSRS B連接，對于高鐵B線路而言，將出現(xiàn)C2、C3系統(tǒng)的臨時限速命令來源不一致。這種信息來源不一致不會影響功能性，但會造成系統(tǒng)的復(fù)雜度增加，不利于日常維護(hù)和故障處理。所以，工程設(shè)計如遇到此場景，一般應(yīng)分設(shè)RBC。

2）分場獨(dú)立設(shè)置RBC

分場獨(dú)立設(shè)置RBC如圖7所示?；趯?shí)際情況，重新劃分高鐵A、B線路的RBC管轄范圍，將A線路的B站、C站A場、D站、E站 納 入RBC2；高鐵B線路的F站、C站B場、G站納入RBC5。

A線路RBC2的相鄰RBC1、RBC3和RBC5；B線 路RBC5的 相 鄰RBC4、RBC6和RBC2。RBC2和RBC5的相鄰RBC為3個。

圖7 分場獨(dú)立設(shè)置RBC示意圖場景一Fig.7 Scenario 1 of setting independent RBC in a junction with paralleled railways

分場設(shè)置RBC后，對于A、B線路RBC數(shù)量是否增加，要根據(jù)線路實(shí)際情況整體考慮，本節(jié)僅僅是示意為更好的描述。

若高鐵A線路與B線路設(shè)置獨(dú)立的CTC調(diào)度臺和獨(dú)立的TSRS，RBC2和RBC5分別連接各自線路的CTCA、TSRS A和CTCB、TSRS B設(shè)備。設(shè)備連接關(guān)系清晰，信息傳遞簡單，設(shè)備故障不會影響另外一條線路的正線運(yùn)行車輛，僅僅影響跨線運(yùn)行車輛。

分場獨(dú)立設(shè)置RBC時，RBC2與RBC5的移交點(diǎn)將在C站兩邊的聯(lián)絡(luò)線上，一般聯(lián)絡(luò)線線路長度都不會太長，會出現(xiàn)當(dāng)辦理B站-A站B場-D站通過進(jìn)路時，RBC2移交順序出現(xiàn)“1-2-1”移交，這種移交順序是需要避免的。為解決不出現(xiàn)RBC的“1-2-1”移交，有如下幾個解決方案。

a.分進(jìn)路配置MA長度

在RBC2和RBC5中配置兩種MA長度，即正線長MA長度和聯(lián)絡(luò)線短MA長度，RBC根據(jù)從聯(lián)鎖收到的進(jìn)路信息決定使用正線長MA長度還是聯(lián)絡(luò)線短MA長度。當(dāng)動車從A線路B站運(yùn)行至B線路C站B場時，RBC2使用聯(lián)絡(luò)線短MA長度，這樣保證對于同一動車僅存在RBC2與RBC5移交。MA長度的取值原則是保證過RBC2、RBC5移交點(diǎn)時列車速度不減速。因聯(lián)絡(luò)線線路速度遠(yuǎn)低于正線速度，故MA長度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于正線MA長度。但該方案會造成RBC內(nèi)部處理邏輯的復(fù)雜性大大增加。

b.延遲啟動另一側(cè)移交

因分進(jìn)路配置MA長度方案RBC邏輯實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，RBC內(nèi)仍配置一種MA長度，當(dāng)出現(xiàn)“1-2-1”的移交場景時，另一側(cè)RBC5-RBC2的移交延遲啟動，即在列車完成左側(cè)RBC2-RBC5移交，完全由RBC5控車后，再啟動另一側(cè)RBC5-RBC2的移交。

只要RBC移交邊界設(shè)置合理，因聯(lián)絡(luò)線速度低，延遲啟用另一側(cè)移交也不會造成列車過RBC移交邊界時速度的降低。該方案RBC內(nèi)部邏輯處理簡單。

對于分場設(shè)置RBC的樞紐，假設(shè)A場與B場存在場聯(lián)連接線，高鐵A線路的動車可以通過該場聯(lián)線運(yùn)行至高鐵B線路，但RBC2與RBC5的移交是無法在場聯(lián)線實(shí)現(xiàn)。為了滿足跨場運(yùn)行，一般采用在進(jìn)入與場聯(lián)線銜接的股道先轉(zhuǎn)C2等級，駛?cè)胝€后再轉(zhuǎn)回至C3等級的方式。為盡量減少對其他進(jìn)路的影響，等級轉(zhuǎn)換信息通過有源應(yīng)答器根據(jù)具體進(jìn)路發(fā)送。這樣雖然會造成整個樞紐地區(qū)控車等級不連貫，但因聯(lián)絡(luò)線線路速度相對較低，運(yùn)輸效率不受影響，在工程上有效解決短距離RBC無法移交的難題，整體考慮是可行的。

4 結(jié)束語

通過高速鐵路樞紐形狀將樞紐類型歸納為3種基本類型，針對今后常用且典型的“X”形樞紐可能的調(diào)度臺劃分方式、RBC設(shè)置方式進(jìn)行研究分析，提供“X”形樞紐RBC設(shè)置設(shè)計，臨時限速設(shè)計的集成設(shè)計方案，為樞紐列控系統(tǒng)集成設(shè)計和設(shè)備優(yōu)化提供實(shí)施經(jīng)驗。