莫輝強

摘要 信號系統(tǒng)的選型對線路的運輸能力、管理效能、成本以及運行穩(wěn)定性、可靠性產(chǎn)生影響。文章結合浙江都市圈發(fā)展、國家、行業(yè)政策要求、地鐵及鐵路信號系統(tǒng)制式的適用性、影響信號系統(tǒng)性能的外部因素以及浙江都市圈軌道交通特點等，對浙江都市圈市域（郊）信號系統(tǒng)的選型展開分析和建議，為后續(xù)項目建設信號系統(tǒng)選型提供參考。

關鍵詞 都市圈;市域（郊）;軌道交通;信號系統(tǒng)

中圖分類號 U231.7 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0081-04

0 引言

近期，都市圈區(qū)域軌道交通發(fā)展迅速，浙江省提出了圍繞杭州、寧波、溫臺以及浙中四大都市圈建設“軌道上的浙江”戰(zhàn)略目標，并出臺了一系列行政性指導性文件。國家、行業(yè)以及地方對浙江都市圈市域（郊）軌道交通如何要求，市域（郊）軌道交通項目特點、不同信號制式的系統(tǒng)架構、功能以及外部因素與信號系統(tǒng)的選型有什么關系？信號系統(tǒng)如何選型才能發(fā)揮出都市圈市域（郊）軌道交通線路作用？這些一直困擾著有關的管理者。該文針對疑問，開展浙江都市圈市域（郊）信號系統(tǒng)的選型分析，為后續(xù)項目開展提供借鑒。

1 背景概況

為推進建設“軌道上的浙江”規(guī)劃目標，杭州、寧波、溫臺、浙中四大都市圈線網(wǎng)規(guī)劃包括鐵路、城際、市域軌道交通等23條線路、總里程1 189 km。截至2021年基于《浙江省都市圈城際鐵路建設規(guī)劃（2014—2020年）國家發(fā)改委〔2014〕2865號》一期規(guī)劃已啟動實施11個項目，總里程452.4 km，總投資約1 305億元[1]。二期規(guī)劃按照《浙江省都市圈城際鐵路二期建設規(guī)劃（2017—2022年）環(huán)境影響評價公示》，浙江四大都市圈將再建12條城際鐵路，線路總長564.2 km。根據(jù)浙江省“十四五”發(fā)展規(guī)劃，浙江都市圈將作為區(qū)域城際旅客運輸骨干，城際鐵路網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)70%以上20萬人口以上城鎮(zhèn)，構建區(qū)域中心城市與重要城鎮(zhèn)、組團之間的省域、市域、城區(qū)3個“1小時交通圈”。信號系統(tǒng)作為市域（郊）軌道交通關鍵系統(tǒng)之一，開展選型分析非常必要。

2 市域（郊）軌道交通特征及需求

2.1 市域（郊）軌道交通特征

市域（郊）鐵路的定義，在國家發(fā)改委《關于促進市域（郊）鐵路發(fā)展的指導意見》（發(fā)改基礎〔2017〕1173號）中明確：市域（郊）鐵路是城市中心城區(qū)聯(lián)接周邊城鎮(zhèn)組團及城鎮(zhèn)組團之間的通勤化、快速度、大運量的軌道交通系統(tǒng)，提供城市公共交通服務，是城市綜合交通體系的重要組成部分[2]。市域（郊）鐵路介于鐵路、城市軌道交通之間，是銜接城市內(nèi)部與城市外部的關鍵性公共交通系統(tǒng)[2]。對比鐵路、市域（郊）線以及城市軌道交通（地鐵）的典型特征如表1。

2.2 政策要求及需求分析

根據(jù)國務院《交通強國發(fā)展綱要》明確要建設城市群一體化交通網(wǎng)，推進干線鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路、城市軌道交通融合發(fā)展[3]?！蛾P于進一步做好鐵路規(guī)劃建設工作意見的通知》（國辦函〔2021〕27號）提出要加強與國家鐵路企業(yè)的溝通協(xié)調(diào)，統(tǒng)籌推進干線鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路和城市軌道交通多網(wǎng)融合、資源共享、支付兼容，具備條件的線路盡快實現(xiàn)安檢互信、票制互通。嚴禁以新建城際鐵路、市域（郊）鐵路名義違規(guī)變相建設地鐵、輕軌[4]。

另外《關于推動都市圈市域（郊）鐵路加快發(fā)展意見的通知》（國辦函〔2020〕116號）以及浙江省發(fā)改委《關于推動軌道交通健康可持續(xù)發(fā)展的意見》（浙政辦發(fā)〔2021〕52號）等文件對市域（郊）鐵路建設提出了具體要求：

連接都市圈中心城市城區(qū)和周邊城鎮(zhèn)組團，主要為通勤客流提供快速度、大運量、公交化運輸服務[4];要建設城市群一體化交通網(wǎng)，推進干線鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路、城市軌道交通“四網(wǎng)融合”高效銜接，實現(xiàn)方便快捷換乘[4];市域快軌、市域快線、市域鐵路等，符合市域（郊）鐵路功能定位和技術標準相關要求，統(tǒng)籌納入市域（郊）鐵路管理[5];主要技術標準：新建線路單程通行時間宜不超過1 h，設計速度宜為100～

160 kph，平均站間距原則上不小于3 km，中心城區(qū)的平均站間距不宜小于2 km，其他路段平均站間距不宜小于4 km，早晚高峰發(fā)車間隔不超過10 min[5]。從嚴控制工程造價，原則上新建市域（郊）鐵路直接工程費用不高于輕軌的75%[5]。

綜上，市域（郊）軌道交通信號系統(tǒng)在功能和性能應對應匹配：具備快線、跨站、貫通或不貫通運營，線路規(guī)模35～100 km;具備大運量、公交化能力，適當?shù)募訙p速、追蹤能力和折返效率高，能同臺或同站換乘，3～5 min折返能力;較高的速度以縮短運營時間，時速100～160 km/h;可實現(xiàn)四網(wǎng)融合，車載和軌旁適應交流供電或直流供電;符合鐵路或地鐵車型的適用性、穩(wěn)定性和抗干擾性。

3 信號系統(tǒng)制式及主要特征

3.1 信號系統(tǒng)制式

按閉塞方式、信息傳輸、子系統(tǒng)分布等不同制式劃分，信號制式主要包括：

（1）單線單獨運營的軌道交通信號制式，簡稱地鐵信號制式。

（2）鐵路互聯(lián)貫通的信號制式，簡稱鐵路信號制式。

（3）介于兩種之間的混合信號制式（如點式ATP系統(tǒng)）。

混合制式不唯一性，只分析前兩種制式。

3.2 地鐵信號系統(tǒng)及主要特征

目前地鐵信號系統(tǒng)主要采用列車自動控制（ATC）系統(tǒng)，由列車自動監(jiān)控系統(tǒng)、列車自動防護子系統(tǒng)、列車自動運行系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等子系統(tǒng)構成，通過車載、軌旁、車站和控制中心子系統(tǒng)完成對列車運行的控制;通過ATS調(diào)節(jié)列車運行間隔和運行時分，實現(xiàn)列車運行的安全、高效和指揮管理有序。地鐵作為城市大運量客運系統(tǒng)的定性以及技術發(fā)展與迭代，固定閉塞制式已不能滿足需要，基本上采用移動閉塞或準移動閉塞架構（如圖1所示）。

移動閉塞系統(tǒng)是基于無線通信技術的列車控制系統(tǒng)（CBTC），主要利用無線電通信技術、自動化控制技術以及高精度的列車定位技術，通過軌間電纜、漏泄電纜（或AP）、定位系統(tǒng)（信標或計軸或交叉環(huán)線）和有線骨干網(wǎng)的組網(wǎng)，實現(xiàn)連續(xù)的自動列車控制[6]。國內(nèi)CBTC系統(tǒng)主要采用點連式，即連續(xù)式車地通信和點式信標或計軸相結合，如圖2所示。

相比傳統(tǒng)的信號系統(tǒng)，CBTC系統(tǒng)優(yōu)缺點明顯。優(yōu)點包括：技術先進性，實現(xiàn)移動自動閉塞定位，具有信息量大、效率高、速度快優(yōu)點;技術安全性，采用ATP、ATB等主動安全防護措施，安全冗余度高;高運輸能力，追蹤密度高、ATB、車速（80～120 kph）等高運能特點;自動化度高，信息全面、操作便利、信息處理，調(diào)度效率高;性價比高，減少電纜量、軌旁設備數(shù)，降低維護成本，造價約800～1 000萬元/km。缺點：無線傳輸抗干擾性弱，WLAN或無線頻段信道抗電磁干擾性弱，對無線場強監(jiān)管要求較高。速度限制，速度高于120 kph時，采用AP等傳輸方式AP信息丟包率過大。中心服務器能力受限，規(guī)模大、線路較長（或復雜時中心處理能力、穩(wěn)定性受限明顯。

采用CBTC系統(tǒng)時，要從電磁干擾、無線場強監(jiān)管、線路（或網(wǎng)）規(guī)模評估。設計速度在120 kph以上的，要特別注意車輛電磁環(huán)境、供電制式或軌道回流干擾等影響，明確無線傳輸方式。

3.3 鐵路信號系統(tǒng)及主要特征

鐵路信號系統(tǒng)，包括普速鐵路信號系統(tǒng)和高速鐵路信號系統(tǒng)兩種制式[7]。當前高鐵信號的子系統(tǒng)已在新建或改造升級的普速鐵路逐步應用。而從都市圈軌道交通建設和運營需求看，傳統(tǒng)的信號系統(tǒng)是不能滿足的。高鐵信號系統(tǒng)主要以中國列車控制系統(tǒng)（Chinese Train Control System，CTCS）為核心，調(diào)度集中（CTC）、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)（CBI）以及相關監(jiān)測系統(tǒng)組成[8]。其中CTC、CBI及相關監(jiān)測系統(tǒng)與普速鐵路一致，現(xiàn)只對CTCS的特征進行分析。

CTCS系統(tǒng)包括地面設備、車載設備兩部分，根據(jù)不同制式，CTCS-0～4系列列車控制系統(tǒng)的技術等級、適應性劃分如表2。

不同等級CTCS系統(tǒng)適應性不同，CTCS-0～1具備信號、聯(lián)鎖和區(qū)間閉塞檢查和功能，不具備自動駕駛、自動折返功能，最高速度160 kph，追蹤能力一般;CTCS-2～3與CTCS-0～1功能類似，最高速度提升200～350 kph。因此，CTCS-0～1系統(tǒng)相對于CTCS-2～3系統(tǒng)更符合都市圈市域（郊）軌道交通需求。

3.4 影響信號性能的主要外部因素分析

地鐵信號系統(tǒng)、鐵路信號系統(tǒng)均不直接應用到市域（郊）軌道交通上，從浙江城市群發(fā)展及城鄉(xiāng)人口情況看，四大都市圈經(jīng)濟高度發(fā)達，人口流動需求較大，主城與副城之間通勤、通學和通商的流量較高。除信號系統(tǒng)自身需求外，更應在配線能力、牽引供電制式以及車輛配置等方面統(tǒng)籌設計。

3.4.1 配線能力

作為主、副城之間的骨干運輸線路，線路的配置對系統(tǒng)運輸能力有決定性作用，應具備較大發(fā)車密度、適中的折返效率以及大站快車模式。出于造價因素，項目建設普遍存在規(guī)劃設計的線路配置與實際運輸能力、運營需求偏離，出現(xiàn)折返線、存車線以及站臺數(shù)量等設計不合理問題。

主要配置有：

（1）場段配置，要從早晚發(fā)車、運營維護、應急操作等充分考慮，設置在線路中間，具備正線雙向接發(fā)車能力。結合線路長度，設置1段1場或1段，有利于降低早晚收發(fā)車時間，保障夜間施工。

（2）越行站設置，當線路30 km及以下不設越行站;線路30 km以上，按兩端對稱模式設置越行站，兩端車站或中間站越行，符合快速出行需求。

（3）存車線設置，在折返站、區(qū)間較長的中間站，按雙向接發(fā)車設置存車線保障應急處置能力。

（4）折返站設置，提升站臺利用率，提高應急處置效率。一般具備站前和站后折返能力，離大客流站2～3站適當設置站前“交叉度線”。

3.4.2 牽引供電

牽引供電制式有交流制式和直流制式，從信號系統(tǒng)的電磁兼容性、抗干擾性來看，技術設計上是滿足的，但實際應用中，交流轉換或供電回流等導致干擾較大程度影響定位系統(tǒng)、無線通道、車載系統(tǒng)等的穩(wěn)定性。同時，電磁干擾整治困難，在項目擬定供電制式前，要進行型式測試和抗干擾測試，確保數(shù)據(jù)誤碼率、丟包率符合要求，如定位系統(tǒng)（計軸、信標）抗擾能力。比如溫州S1線信號系統(tǒng)，因供電制式導致定位失效、丟標和干擾問題較為突出，運營指標的兌現(xiàn)，值得深思。

3.4.3 車輛配置

車輛配置對信號能力一致，應與速度設計、加減速、信息識別度、低速牽引調(diào)節(jié)以及車體數(shù)量等需求相匹配，車輛配置數(shù)量較大程度影響信號系統(tǒng)能力兌現(xiàn)。車輛結構速度、線路設計速度與信號設計速度應完全匹配。車輛加減速能力、靜態(tài)牽引和應急牽引能力，應能夠覆蓋信號功能需求工況，同時，車輛牽引制動性能，對ATO、ATP、ATB以及牽引惰行等能否實現(xiàn)影響較大。其中ATO、ATB功能對車輛TIMS信號識別度、低速牽引輸出調(diào)節(jié)、牽引制動反應時間等參數(shù)要求苛刻。車輛數(shù)量按運用、維修管理需要，一般按照上線列車數(shù)量的120%配置，線路較長、場段距離較遠，適當增加配置，提升應急處置能力。

4 浙江都市圈市域（郊）信號系統(tǒng)選型分析

從線路自身、區(qū)域網(wǎng)絡以及信號系統(tǒng)需求出發(fā)，并有所側重進行選型，從強化區(qū)域互通時效性考慮，設計速度在100～160 kph，旅行速度在60～90 kph更適宜。鑒于杭州與寧波都市圈以及溫臺與浙中都市圈的軌道交通建設和運營需求相似。

4.1 杭州、寧波都市圈

杭州都市圈市域（郊）軌道交通，主要以融杭接滬為目標。海寧、紹興、德清、臨安、富陽等區(qū)域，接入杭州地鐵網(wǎng)以站臺換乘為主，可單獨營運線選型，結合站間距、設計速度、運輸能力以及客流組織，有貫通運營規(guī)劃或條件的可采用地鐵制式;不具備的，根據(jù)線路建設實際，可選擇適當制式信號系統(tǒng)。嘉興、平湖主要接入上海，具備與鐵路貫通條件的，宜采用鐵路CTCS-0～2信號系統(tǒng)。寧波都市圈與杭州的類似，主要以接入寧波地鐵網(wǎng)為主。根據(jù)相關地鐵線換乘需求適當選擇信號系統(tǒng)制式。

4.2 溫臺、浙中都市圈

溫臺、浙中都市圈市域處在新建軌道交通線網(wǎng)初期，市域（郊）線路、地鐵線網(wǎng)，要按照貫通運營、換乘來統(tǒng)籌規(guī)劃。軌道交通骨干網(wǎng)絡作為先行建設和運營線路，客流引導作用明顯，有客流提升大、行車密度高、旅行速度大、承擔骨干線路作用等特點。結合四網(wǎng)融合、建設運營需要，可采用地鐵制式或鐵路CTCS-0～2制式，采用準移動閉塞或移動閉塞制式，具備ATP、ATO等功能。

5 結束語

浙江都市圈市域（郊）不同的軌道交通項目對信號系統(tǒng)的功能和定位有差異，從項目建設和運營管理角度，建議信號系統(tǒng)選型主要因素如下：

（1）都市圈區(qū)域軌道交通發(fā)展差異，杭州、寧波要線網(wǎng)匹配性考慮選型;溫州、臺州、金華等為新建設軌道交通，要統(tǒng)籌線網(wǎng)規(guī)劃，明確換乘、互聯(lián)、互通需求，作為信號系統(tǒng)選型前置要素。

（2）地鐵制式與鐵路制式各有優(yōu)勢，整體照搬鐵路或地鐵制式信號系統(tǒng)，不能滿足市域（郊）軌道交通項目需求，需深化線路運營需求與信號系統(tǒng)需求，保障選型的可行性和有效性。

（3）項目整體、供電、車輛、線路配線等條件對信號系統(tǒng)的功能、穩(wěn)定性、可靠性影響較大，應作為信號制式選定的關鍵，開展深入調(diào)研和充分論證。

（4）結合相關外部條件（車輛配置、牽引供電、線路配線等），進一步確定具體信號子系統(tǒng)功能需求，明確子系統(tǒng)構建方式，進一步論證信號系統(tǒng)的電磁抗干擾能力滿足可靠性、穩(wěn)定性要求，來決定信號系統(tǒng)選型的合理性。

參考文獻

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