樞紐車站列控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)淺析

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摘要：樞紐車站往往有多條高鐵引入，列控系統(tǒng)改造方案復(fù)雜，列控系統(tǒng)制式的選擇與優(yōu)化尤其重要。以京雄城際引入北京西站為例，通過(guò)北京西客場(chǎng)列控制式現(xiàn)狀分析，認(rèn)為北京西站采用CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)是可行的；通過(guò)調(diào)整RBC數(shù)據(jù)邊界、合理設(shè)置等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)等實(shí)現(xiàn)對(duì)樞紐列控系統(tǒng)的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：樞紐車站；列控系統(tǒng)；無(wú)線閉塞中心；等級(jí)轉(zhuǎn)換；優(yōu)化

隨著我國(guó)高速鐵路路網(wǎng)日趨完善，多條高鐵多方向匯聚于各樞紐車站，由于建設(shè)時(shí)間不同，新建線路引入既有高鐵樞紐車站，往往會(huì)引起樞紐車站的相關(guān)改造工程。樞紐車站列控系統(tǒng)的改造，涉及樞紐車站、相鄰車站的列控中心以及既有臨時(shí)限速服務(wù)器TSRS改造，同時(shí)會(huì)引起CTCS-3級(jí)（簡(jiǎn)稱“C3”）高鐵線路無(wú)線閉塞中心RBC的軟件修改。由于樞紐車站進(jìn)路多，因此，改造引起的車站及相鄰既有線路聯(lián)調(diào)聯(lián)試的工作量較大，試驗(yàn)影響范圍廣，測(cè)試序列多，調(diào)試周期長(zhǎng)，耗費(fèi)大量的人力物力，增加樞紐車站的運(yùn)營(yíng)調(diào)試風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也制約鐵路工程項(xiàng)目建設(shè)工期。在此背景下，關(guān)于樞紐車站列控制式的選擇也引起了一定的討論。本文以京雄城際引入北京西站對(duì)北京西列控制式調(diào)整為例，研究對(duì)樞紐車站列控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1京雄城際引入北京西站列控改造

1.1北京西客場(chǎng)列控系統(tǒng)既有情況

北京西站為直屬特等站，是全國(guó)最大的鐵路綜合客運(yùn)站之一，主要承擔(dān)西南方向客流集散。北京西客場(chǎng)有股道20條，既有ⅡG~11G未布置應(yīng)答器，主要辦理京廣線、京九線等部分普速客車始發(fā)、終到作業(yè)；ⅠG、ⅫG~20G按C3列控系統(tǒng)布置應(yīng)答器，承擔(dān)京廣高速動(dòng)車組始發(fā)、終到作業(yè)。北京西至京廣高速的京廣高速京西聯(lián)絡(luò)線為C3列控系統(tǒng)；北京西客場(chǎng)至北京動(dòng)車段方面的京西動(dòng)走線為既有線CTCS-2（簡(jiǎn)稱“C2”）標(biāo)準(zhǔn)；北京西站經(jīng)地下直徑線至北京站，以及北京西經(jīng)西長(zhǎng)線至后呂村均為CTCS-0標(biāo)準(zhǔn)，北京西客場(chǎng)樞紐信號(hào)平面示意見圖1。北京西客場(chǎng)設(shè)置1套列控中心和1套計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備。京廣高速北京局范圍內(nèi)設(shè)置1套TSRS，在北京西樞紐范圍內(nèi)共2套R(shí)BC，RBC覆蓋范圍如圖2所示，其中RBC1管轄范圍為京石中繼1、北京西客場(chǎng)石家莊方向ⅠG及ⅫG~20G的接發(fā)車進(jìn)路。裝備C3級(jí)列控系統(tǒng)車載設(shè)備的動(dòng)車組以C3級(jí)列控模式由石家莊方向進(jìn)入北京西客場(chǎng)停車，以C2級(jí)列控模式向石家莊方向發(fā)車，并在北京西站至京石中繼1區(qū)間自動(dòng)轉(zhuǎn)換為C3級(jí)列控模式。北京西客場(chǎng)與北京動(dòng)車段的接發(fā)車均為C2級(jí)列控模式。

1.2京雄城際引入北京西站方案

新建京雄城際鐵路工程在北京樞紐自李營(yíng)線路所利用既有西黃線引入北京西客場(chǎng)。北京西客場(chǎng)（不含）至李營(yíng)線路所作為京雄城際正線，新設(shè)標(biāo)準(zhǔn)C2級(jí)列控系統(tǒng)，北京西客場(chǎng)（不含）至李營(yíng)線路所調(diào)整為新設(shè)京雄城際調(diào)度臺(tái)管轄。為解決京雄城際引入北京西客場(chǎng)既有接發(fā)動(dòng)車組能力緊張問(wèn)題，增加北京西站運(yùn)輸組織靈活性，北京西客場(chǎng)新增ⅡG~11G列控覆蓋，從而實(shí)現(xiàn)全股道列控覆蓋。

2北京西客場(chǎng)列控制式現(xiàn)狀分析

京雄城際引入北京西客場(chǎng)，將會(huì)引起既有北京西客場(chǎng)TCC軟件修改，以及既有京廣高速北京局范圍內(nèi)TSRS數(shù)據(jù)修改。經(jīng)測(cè)算，北京西客場(chǎng)如維持既有C3級(jí)列控系統(tǒng)車站，結(jié)合全股道列控覆蓋的改造方案，除北京西客場(chǎng)列控中心軟件修改引起的C2測(cè)試序列外，還將引起京廣高速RBC1的修改［1］。北京西客場(chǎng)20條股道完成3種車型的C3級(jí)動(dòng)車驗(yàn)證至少需要16000min（約800條測(cè)試序列），若2組動(dòng)車組同時(shí)測(cè)試也需要8000min。北京西客場(chǎng)高普結(jié)合，變更進(jìn)路多，且僅有1套聯(lián)鎖和1套列控中心軟件，天窗時(shí)間短，C3序列的測(cè)試周期約需175個(gè)天窗，如再加上C2測(cè)試序列，按每天有天窗點(diǎn)計(jì)算，僅北京西客場(chǎng)完成全部試驗(yàn)就需約8個(gè)月，完全無(wú)法滿足工期需求，而且每次天窗軟件換裝回退也會(huì)帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)。若北京西客場(chǎng)改為C2車站，可減少測(cè)試序列，節(jié)約天窗數(shù)量，保證工程實(shí)施進(jìn)度，降低北京西站的運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)。京廣高速京西聯(lián)絡(luò)線杜家坎線路所至北京西客場(chǎng)間線路最高允許速度為160km/h，京雄城際在李營(yíng)至北京西線路最高允許速度為120km/h，北京西樞紐地區(qū)列車運(yùn)行速度較低，且北京西客場(chǎng)無(wú)圖定通過(guò)進(jìn)路，采用C2級(jí)列控系統(tǒng)配置完全滿足速度目標(biāo)值的要求，不會(huì)對(duì)運(yùn)輸效率產(chǎn)生影響。為縮小復(fù)雜樞紐地區(qū)改造工程對(duì)動(dòng)車驗(yàn)證及聯(lián)調(diào)聯(lián)試的影響范圍，同時(shí)降低在建豐臺(tái)京廣高速場(chǎng)接入京廣高速正線，以及地下直徑線升級(jí)為C2列控系統(tǒng)等近期改造工程對(duì)北京西客場(chǎng)列控及京廣高速RBC造成的影響，有必要對(duì)北京西站列控制式進(jìn)行優(yōu)化。

3列控系統(tǒng)優(yōu)化需求分析

1）以京廣高速杜家坎線路所為結(jié)點(diǎn)，將道岔側(cè)向引入的北京西客場(chǎng)以及道岔直向引入的在建豐臺(tái)京廣高速場(chǎng)均作為C2列控系統(tǒng)車站（豐臺(tái)京廣高速場(chǎng)至杜家坎線路所的京廣客專聯(lián)絡(luò)線為在建鐵路，設(shè)計(jì)最高速度為160km/h，批復(fù)為CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)）。若將等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)設(shè)在杜家坎線路所至涿州東區(qū)間，動(dòng)車組在杜家坎線路所外方自動(dòng)完成C3/C2的等級(jí)轉(zhuǎn)換，可同時(shí)滿足北京西客場(chǎng)及豐臺(tái)京廣高速場(chǎng)作為C2列控系統(tǒng)車站，且在豐臺(tái)京廣高速場(chǎng)至杜家坎線路間無(wú)需設(shè)置等級(jí)轉(zhuǎn)換相關(guān)應(yīng)答器。2）調(diào)整后的C3/C2等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)設(shè)置不應(yīng)影響既有京廣高速的正線速度及運(yùn)營(yíng)效率，同時(shí)也不能影響豐臺(tái)京廣客專聯(lián)絡(luò)線的正線設(shè)計(jì)速度。需選擇合適位置設(shè)置等級(jí)轉(zhuǎn)換，在京廣高速正線速度降至C2允許速度后設(shè)置等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)［2］。3）RBC數(shù)據(jù)范圍不覆蓋京廣高速京西聯(lián)絡(luò)線及京廣客專聯(lián)絡(luò)線，可避免后期北京西客場(chǎng)聯(lián)鎖修改對(duì)京廣高速RBC的影響，同時(shí)避免豐臺(tái)站改工程新建京廣客專聯(lián)絡(luò)線引入杜家坎線路所引起的京廣高速RBC修改，因此有必要對(duì)RBC的數(shù)據(jù)覆蓋范圍進(jìn)行同步優(yōu)化。

4列控系統(tǒng)優(yōu)化方案

為了滿足上述功能需求，并且滿足等級(jí)轉(zhuǎn)換盡量避免設(shè)于分歧道岔處［3］，將RBC數(shù)據(jù)邊界和等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)設(shè)置的研究范圍放在杜家坎線路所至涿州東區(qū)間。杜家坎線路所S/SN外方的線路速度、坡度示意見圖3。

4.1RBC數(shù)據(jù)邊界

考慮RBC數(shù)據(jù)范圍不能包含北京西客場(chǎng)及豐臺(tái)京廣高速場(chǎng)2站及所轄區(qū)間（京石中繼1管轄范圍以內(nèi)的區(qū)間閉塞分區(qū)信息仍由北京西客場(chǎng)聯(lián)鎖傳給RBC，豐臺(tái)京廣高速場(chǎng)與杜家坎線路所的區(qū)間均納入豐臺(tái)京廣高速場(chǎng)管轄），根據(jù)《CTCS-2/CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)用原則（V1.0）》（運(yùn)基信號(hào)［2011］170號(hào)），“C3→C2等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)后常用制動(dòng)距離內(nèi)C2區(qū)域的相關(guān)車站應(yīng)納入RBC數(shù)據(jù)范圍［4］”，因此將RBC2的數(shù)據(jù)邊界縮至杜家坎線路所S/SN信號(hào)機(jī)處，既可滿足RBC數(shù)據(jù)與2站及管轄區(qū)間的切割，又可在不降低京廣高速運(yùn)營(yíng)速度前提下，適當(dāng)擴(kuò)大C3→C2執(zhí)行點(diǎn)的設(shè)置范圍。

4.2C2→C3等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)設(shè)置

利用杜家坎線路所S/SN外方原設(shè)置的用于列控降級(jí)C2后列車重新恢復(fù)C3級(jí)運(yùn)行的，連接RBC和C2/C3轉(zhuǎn)換預(yù)告、執(zhí)行等應(yīng)答器組，可滿足北京西方面去往京廣高速正線的C2→C3的等級(jí)轉(zhuǎn)換需求［5］。對(duì)于杜家坎S/SN外方至涿州東區(qū)間，從北京西方面和從豐臺(tái)方面至此區(qū)段的線路允許速度相同，這些既有應(yīng)答器的設(shè)置同樣可以滿足豐臺(tái)方面至京廣高速的動(dòng)車組，按允許速度從連接RBC至等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器組走行的距離要求，因此可以利用既有的連接RBC及C2/C3轉(zhuǎn)換預(yù)告、執(zhí)行應(yīng)答器組實(shí)現(xiàn)豐臺(tái)至京廣高速正線的C2→C3等級(jí)轉(zhuǎn)換，不必新增應(yīng)答器。

4.3C3→C2等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)設(shè)置

C3→C2的設(shè)置方案為本次研究的重點(diǎn)，以RBC邊界位于杜家坎S/SN信號(hào)機(jī)處為前提條件，如圖4所示，L為杜家坎線路所RBC數(shù)據(jù)邊界至C3動(dòng)車組速度降為C2等級(jí)允許速度的距離，且執(zhí)行應(yīng)答器組不宜設(shè)在列車制動(dòng)區(qū)（降速區(qū)）的軌道區(qū)段［6］，因此，執(zhí)行點(diǎn)最好選擇在速度較為平穩(wěn)的區(qū)間［7］。由執(zhí)行點(diǎn)制動(dòng)至0的常用制動(dòng)曲線制動(dòng)距離為L(zhǎng)1，L2為執(zhí)行應(yīng)答器組的設(shè)置范圍，即如果執(zhí)行點(diǎn)選擇在L2內(nèi)，就可滿足動(dòng)車組在不降速條件下完成C3/C2轉(zhuǎn)換。此外，C3→C2預(yù)告點(diǎn)與執(zhí)行點(diǎn)距離應(yīng)不小于C3等級(jí)速度降至C2允許速度的距離，外加5s的最高允許速度走行距離，如將預(yù)告點(diǎn)也放入L2范圍內(nèi)，即動(dòng)車組在降至C2允許速度內(nèi)進(jìn)行預(yù)告，可縮短預(yù)告應(yīng)答器和執(zhí)行應(yīng)答器的距離，將L2進(jìn)一步拆分為L(zhǎng)3和L4，L3為C3/C2執(zhí)行應(yīng)答器的設(shè)置范圍，L4為C3/C2預(yù)告應(yīng)答器的設(shè)置范圍。從實(shí)際情況看，在杜家坎S進(jìn)站（以上行線舉例分析，下行線反向一致）約4.575km外方，京石正線允許速度為310km/h，在4.575km以內(nèi)，線路允許速度已降為190km/h，在C2允許速度范圍內(nèi)，即L為4575m。另考慮執(zhí)行點(diǎn)至RBC數(shù)據(jù)邊界距離應(yīng)大于動(dòng)車組以190km/h速度運(yùn)行的常用制動(dòng)距離，按最不利車型常用制動(dòng)距離并取一定余量，即L1=3000m，以190km/h走行5s約為264m，即L4不小于264m。L3=4575-3000-264=1311m，即執(zhí)行點(diǎn)選擇的里程范圍L3為K15+625~K16+936［8］。綜合考慮閉塞分區(qū)設(shè)置和等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器組宜與區(qū)間或定位應(yīng)答器組合并等要求配置［9］，并充分利用既有應(yīng)答器，經(jīng)測(cè)算在上行正線利用既有B0164（里程為K16+479）的大號(hào)碼應(yīng)答器組，下行線將B0169（里程為K16+818）定位應(yīng)答器組補(bǔ)雙，作為C3/C2執(zhí)行應(yīng)答器，在應(yīng)答器報(bào)文中增加［ETCS-41］信息包，上行線新設(shè)B0170應(yīng)答器組發(fā)送C3/C2預(yù)告報(bào)文，下行線新設(shè)B0171發(fā)送C3/C2反預(yù)告報(bào)文信息［10］。應(yīng)答器調(diào)整示意見圖5。豐臺(tái)站至杜家坎區(qū)間不設(shè)置級(jí)間轉(zhuǎn)換應(yīng)答器，且RBC邊界位于杜家坎線路所進(jìn)站外方，豐臺(tái)站后期改造無(wú)RBC修改工作量。調(diào)整后C3動(dòng)車組在杜家坎線路所至涿州東間切換為C2列控系統(tǒng)進(jìn)入北京西客場(chǎng)或豐臺(tái)京廣高速場(chǎng)，C3動(dòng)車組由北京西客場(chǎng)或豐臺(tái)京廣高速場(chǎng)按C2列控系統(tǒng)發(fā)車，在杜家坎線路所至涿州東間切換為C3列控系統(tǒng)。京雄城際及動(dòng)車段走行線均以C2列控系統(tǒng)控車進(jìn)出北京西客場(chǎng)。在工程實(shí)施中，大大壓縮了北京西站動(dòng)車驗(yàn)證周期，最終工程順利開通。

5結(jié)論

樞紐車站引入線路多，站場(chǎng)規(guī)模大，樞紐內(nèi)動(dòng)車組運(yùn)行速度不高，新線或利用既有線引入樞紐車站對(duì)既有車站及相關(guān)列控系統(tǒng)的改造往往工程設(shè)計(jì)方案復(fù)雜，實(shí)施難度大，影響范圍廣，驗(yàn)證周期長(zhǎng)，尤其對(duì)于采用C3列控系統(tǒng)的樞紐車站，完成一系列工程內(nèi)容將投入成倍的時(shí)間及人力、物力成本，風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)提高。因此樞紐車站列控制式的選擇要充分結(jié)合實(shí)際情況具體問(wèn)題具體分析，找到設(shè)計(jì)方案與工程可實(shí)施性的最佳平衡點(diǎn)。本文以京雄城際引入北京西站為例，對(duì)樞紐列控制式的選擇及優(yōu)化措施進(jìn)行論述，具有一定的借鑒意義。

作者:關(guān)曉磊 單位:中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司電化電信工程研究院