軌道交通列車折返能力優(yōu)化方案探究
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摘要：從信號系統(tǒng)角度出發(fā)，分析折返站折返間隔的影響因素，研究提升折返站折返能力的優(yōu)化方案，并提出優(yōu)化列車進(jìn)站及出入折返軌運(yùn)行時(shí)間、縮短折返換端時(shí)間、提升運(yùn)營人員操作熟練度等具體措施。通過實(shí)際工程應(yīng)用及現(xiàn)場測試，對優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)典型站場下信號系統(tǒng)能達(dá)到2min最小運(yùn)營間隔并預(yù)留10%余量的目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：信號系統(tǒng)；折返能力；優(yōu)化方案
1概述
隨著各城市的軌道交通線網(wǎng)逐步形成，近年來各線路的客流量不斷增大，國內(nèi)大中城市骨干線路逐步縮短運(yùn)行間隔以提升運(yùn)輸能力，折返站的折返能力將制約線路的運(yùn)行間隔。對于既有車站，折返站型已經(jīng)固定，道岔類型也不易修改，為了提高線路的折返能力，從信號系統(tǒng)角度綜合考慮折返能力的主要影響因素，提出相應(yīng)的優(yōu)化方案，從而提升線路的運(yùn)輸能力。
2折返間隔分析
折返間隔指兩列車折返運(yùn)行時(shí)所能達(dá)到的間隔時(shí)間，是指兩列車在正常折返運(yùn)行過程中，經(jīng)過線路上任意同一位置時(shí)間差的最小值。本文選用站后雙折返線站型為研究對象，車站信號平面布置如圖1所示。對折返間隔的過程進(jìn)行分析，折返間隔需要考慮下行站臺(tái)的接車間隔、下行站臺(tái)的發(fā)車間隔、上行站臺(tái)的接車間隔以及上行站臺(tái)的發(fā)車間隔，4個(gè)間隔的最大值即為該折返站的折返間隔，其中上行站臺(tái)的發(fā)車間隔對于無岔站和折返站無差異，本次不重點(diǎn)分析。各折返間隔的具體說明如下。下行站臺(tái)接車間隔包括列車自降速點(diǎn)運(yùn)行至下行站臺(tái)的時(shí)間、列車站停時(shí)間、司機(jī)反應(yīng)時(shí)間、列車啟動(dòng)反應(yīng)時(shí)間、自下行站臺(tái)發(fā)車至出清保護(hù)區(qū)段的時(shí)間（含3s延時(shí)出清）、保護(hù)區(qū)段辦理及移動(dòng)授權(quán)延伸時(shí)間。下行站臺(tái)發(fā)車間隔包括司機(jī)反應(yīng)時(shí)間、列車啟動(dòng)反應(yīng)時(shí)間、列車自下行站臺(tái)發(fā)車至折返軌停車時(shí)間、列車折返換端時(shí)間、列車啟動(dòng)反應(yīng)時(shí)間、列車自折返軌上行方向發(fā)車至出清JZ1時(shí)間（含3s延時(shí)出清）、下行站臺(tái)至折返軌進(jìn)路辦理及開放時(shí)間。上行站臺(tái)接車間隔包括列車自降速點(diǎn)運(yùn)行至上行站臺(tái)時(shí)間、列車站停時(shí)間、司機(jī)反應(yīng)時(shí)間、列車啟動(dòng)反應(yīng)時(shí)間、列車自上行站臺(tái)發(fā)車至出清保護(hù)區(qū)段時(shí)間、移動(dòng)授權(quán)延伸時(shí)間。
針對站場站型以及道岔類型已固定的情況，對影響間隔的各因素進(jìn)行深入分析，提出提升折返站折返能力的具體措施。
3.1優(yōu)化列車下行站臺(tái)進(jìn)站時(shí)間
站臺(tái)是否允許追蹤將影響列車開始降速點(diǎn)位置，站臺(tái)不允許追蹤時(shí)，前車出清站臺(tái)區(qū)域后，后車允許追蹤進(jìn)入站臺(tái)，而站臺(tái)允許追蹤時(shí)，后車按照前車車尾動(dòng)態(tài)進(jìn)行追蹤，列車開始降速點(diǎn)相比站臺(tái)不允許追蹤時(shí)的降速點(diǎn)后移，可縮短列車自降速點(diǎn)距站臺(tái)的運(yùn)行時(shí)間，優(yōu)化下行站臺(tái)接車間隔。
3.2優(yōu)化站臺(tái)至折返軌時(shí)間
列車自下行站臺(tái)至折返軌時(shí)間將影響折返站下行接、發(fā)車間隔，列車盡快出清下行站臺(tái)進(jìn)站進(jìn)路保護(hù)區(qū)段，可縮短下行站臺(tái)接車間隔，縮短列車自站臺(tái)運(yùn)行至折返軌停穩(wěn)的時(shí)間，可優(yōu)化上行站臺(tái)接車間隔，具體優(yōu)化手段如下。1）優(yōu)化列車自動(dòng)運(yùn)行（ATO）控車算法列車在下行站臺(tái)完成清客作業(yè)后發(fā)車，列車已處于空載狀態(tài)，對ATO的控車舒適度以及停車準(zhǔn)確性要求不高，ATO在折返時(shí)可通過特定算法，縮短列車運(yùn)行時(shí)間：站臺(tái)發(fā)車時(shí)ATO輸出最大牽引級位，提升列車發(fā)車時(shí)的加速度，以最短時(shí)間達(dá)到運(yùn)行的頂棚速度；優(yōu)化ATO在中低速運(yùn)行時(shí)的控車算法，并在設(shè)計(jì)階段與車輛緊密配合，優(yōu)化車輛制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間，進(jìn)一步降低ATO運(yùn)行目標(biāo)速度與緊急制動(dòng)速度的差值，提升列車運(yùn)行的頂棚速度；列車在折返軌停車時(shí)無較高的停準(zhǔn)要求，ATO可提升制動(dòng)時(shí)的目標(biāo)制動(dòng)率，縮短列車制動(dòng)的時(shí)間，但由于ATO制動(dòng)率的提升將影響ATO控車的停準(zhǔn)率，列車自動(dòng)防護(hù)（ATP）可擴(kuò)大列車在折返軌的允許停準(zhǔn)范圍。2）縮短列車運(yùn)行距離列車折入折返軌的運(yùn)行距離為列車站臺(tái)停車點(diǎn)至折返軌停車點(diǎn)間的距離，通過優(yōu)化列車在折返軌停車點(diǎn)設(shè)計(jì)位置，使得列車尾部盡可能靠近折返軌入口停車，以縮短列車折入時(shí)的運(yùn)行距離。
3.3優(yōu)化列車折返換端時(shí)間
列車折返換端時(shí)間為列車在折返軌停穩(wěn)至再次啟動(dòng)的時(shí)間，該時(shí)間內(nèi)需完成的作業(yè)如下。1）列車在折返軌停穩(wěn)后，自動(dòng)或人工進(jìn)行換端作業(yè)，同時(shí)系統(tǒng)辦理列車的折出進(jìn)路；2）折出進(jìn)路鎖閉且信號開放后，區(qū)域控制器（ZC）向車載控制器（VOBC）發(fā)送延伸的移動(dòng)授權(quán)；3）ATO判斷移動(dòng)授權(quán)長度滿足控車需求后，控制列車啟動(dòng)。由上述作業(yè)過程可見，車載VOBC換端作業(yè)與聯(lián)鎖辦理折出進(jìn)路并行處理，兩者的較大值將影響列車折返換端時(shí)間。列車換端可采用人工換端或無人自動(dòng)折返的方式。人工換端時(shí)，司機(jī)需人工完成換端以及發(fā)車的相關(guān)操作，換端時(shí)間與司機(jī)的操作熟練度有較大關(guān)系；采用無人自動(dòng)折返時(shí)，列車的換端操作由系統(tǒng)自動(dòng)完成，可有效減少換端時(shí)間。根據(jù)現(xiàn)場測試，與采用雙司機(jī)人工換端相比，無人自動(dòng)折返可縮短換端時(shí)間8s左右。地鐵線路正常運(yùn)營時(shí)ATS為中控模式，聯(lián)鎖根據(jù)ATS命令辦理進(jìn)路，列車在尾部出清道岔區(qū)域后，折出進(jìn)路的辦理?xiàng)l件已具備，ATS可采用進(jìn)路預(yù)排機(jī)制，在列車完全進(jìn)入折返軌后立即按照計(jì)劃更換車次，并在預(yù)排條件滿足后辦理進(jìn)路。
3.4優(yōu)化折返軌至站臺(tái)時(shí)間
縮短折返軌至上行站臺(tái)的時(shí)間，可提升下行站臺(tái)的發(fā)車能力以及上行站臺(tái)的接車能力。列車自折返軌發(fā)車折出運(yùn)行，列車出清關(guān)鍵計(jì)軸后，后車折入進(jìn)路具備辦理?xiàng)l件，如圖1所示，列車尾部包絡(luò)出清計(jì)軸JZ2后，后車折入進(jìn)路可辦理，縮短列車出清關(guān)鍵計(jì)軸的時(shí)間提升下行站臺(tái)的發(fā)車能力，可采取的優(yōu)化方案如下：1）提升ATO折返發(fā)車時(shí)的牽引級位和ATO在折返軌運(yùn)行時(shí)的最高速度，可縮短列車出清關(guān)鍵計(jì)軸的時(shí)間。2）在設(shè)計(jì)關(guān)鍵計(jì)軸的位置時(shí)，需盡可能縮短列車出清關(guān)鍵計(jì)軸所運(yùn)行的距離。如圖1所示，JZ2設(shè)置時(shí)需靠P06的岔尖位置，以縮短列車折出時(shí)出清JZ2所需運(yùn)行的距離。上行站臺(tái)接車能力主要限制與列車折返軌發(fā)車至站臺(tái)停車的時(shí)間，可采取提升ATO發(fā)車牽引級位和ATO運(yùn)行最高速度的方式，考慮列車在站臺(tái)的停車精度，提高目標(biāo)制動(dòng)率對停準(zhǔn)影響較大，ATO的目標(biāo)制動(dòng)率需保持在合適的范圍內(nèi)。
3.5其他優(yōu)化措施
優(yōu)化列車過岔速度：在設(shè)計(jì)階段與軌道專業(yè)深度配合，確認(rèn)道岔類型相匹配的道岔不可突破速度，作為信號系統(tǒng)控車的輸入，以提升列車過岔時(shí)運(yùn)行速度。優(yōu)化道岔動(dòng)作時(shí)間：聯(lián)鎖在動(dòng)作多個(gè)道岔時(shí)采用錯(cuò)峰的方式避免電流峰值過大，由于城市軌道道岔數(shù)量較少，可考慮優(yōu)化道岔錯(cuò)峰機(jī)制。優(yōu)化列車啟動(dòng)牽引及制動(dòng)力的響應(yīng)時(shí)間：列車啟動(dòng)牽引以及制動(dòng)力的響應(yīng)時(shí)間影響列車啟動(dòng)的時(shí)間以及信號系統(tǒng)控車曲線的計(jì)算，優(yōu)化車輛牽引響應(yīng)時(shí)間將縮短列車折入以及折出時(shí)間，優(yōu)化車輛制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間將提升列車運(yùn)行速度與緊急制動(dòng)速度的貼合度。提升運(yùn)營人員操作熟練度：列車折返過程中部分時(shí)間受人為主觀因素影響，列車發(fā)車時(shí)，需要司機(jī)判斷列車到達(dá)發(fā)車時(shí)間且具備發(fā)車條件后，按壓ATO按鈕發(fā)車；列車折返時(shí)，需司機(jī)根據(jù)提示完成折返操作，司機(jī)的業(yè)務(wù)熟練度將影響折返間隔，可通過培訓(xùn)和演練的方式提升人員能力，縮短附加時(shí)間。
4方案驗(yàn)證
采用北京地鐵8號線瀛海站作為驗(yàn)證站場，采用上述方案優(yōu)化后的信號系統(tǒng)軟件進(jìn)行驗(yàn)證測試。瀛海站為8號線的終端折返站，具體參數(shù)如下：1）折返道岔為12號道岔，直向不可突破速度為125km/h，側(cè)向不可突破速度為55km/h；2）站臺(tái)不可突破速度為60km/h；3）線路不可突破速度為85km/h；4）瀛海站上、下行站停時(shí)間為30s；5）8號線車輛采用6B編組，2動(dòng)4拖，車長為118.61m。由于8號線珠市口站不具備2min間隔測試能力，因此在瀛海區(qū)域進(jìn)行局部2min間隔測試。測試列車共6列，編制2min間隔運(yùn)行圖，圖定折返到發(fā)時(shí)間114s（列車從瀛海下行站臺(tái)啟動(dòng)至瀛海上行站臺(tái)停車的時(shí)間），計(jì)劃運(yùn)行如圖2所示。6列測試列車采用AM-C駕駛模式，司機(jī)根據(jù)站臺(tái)發(fā)車計(jì)時(shí)器指示發(fā)車，共計(jì)在瀛海站后完成兩次折返，采用無人自動(dòng)折返模式，測試的實(shí)跡運(yùn)行如圖3所示。各列車瀛海站站后折返間隔在108～110.4s，滿足2min間隔要求，并留有余量。各車具體折返間隔以及折返到發(fā)時(shí)間如表1所示。
5總結(jié)
通過對信號系統(tǒng)的優(yōu)化，可進(jìn)一步發(fā)揮線路的運(yùn)輸能力，提升城市軌道交通的運(yùn)力。本文通過對典型站場站后折返的研究，細(xì)化列車折返作業(yè)的流程，提出各作業(yè)項(xiàng)目時(shí)間的優(yōu)化方案，并依據(jù)此方案對信號系統(tǒng)軟件進(jìn)行優(yōu)化，該軟件在北京地鐵8號線完成現(xiàn)場驗(yàn)證測試，實(shí)現(xiàn)了2min間隔運(yùn)營并預(yù)留10%余量，為站后折返設(shè)計(jì)和軟件優(yōu)化提供參考和建議。
作者:馬沖 單位:通號城市軌道交通技術(shù)有限公司
