城市軌道交通信號平面布置圖設(shè)計

■ 鄭生全

1 概述

鐵路信號平面布置圖包括車站信號平面布置圖和區(qū)間信號平面布置圖，車站設(shè)有進(jìn)站信號機和出發(fā)信號機。城市軌道交通線路及車站的布置與鐵路有所區(qū)別，多數(shù)車站沒有咽喉區(qū)，也無到發(fā)線，因此信號平面布置與鐵路也有區(qū)別。

城市軌道交通信號系統(tǒng)幾乎都采用基于通信的列車自動控制系統(tǒng)CBTC，地鐵設(shè)計規(guī)范中只強調(diào)設(shè)置道岔防護信號機，工程應(yīng)用中結(jié)合CBTC系統(tǒng)的特點和保障模式下的降級運營要求，設(shè)置了出發(fā)信號機和區(qū)間通過信號機。

由于不同類型CBTC系統(tǒng)的設(shè)計理念不同，業(yè)主和設(shè)計院對軌道交通運營及設(shè)計規(guī)范的理解程度不同，導(dǎo)致各條線路的信號平面布置不盡相同。下面分析幾個城市軌道交通信號平面布置的案例，意在提出比較合理的軌道交通信號系統(tǒng)設(shè)計方案。

2 道岔防護信號機

2.1 單渡線區(qū)域的信號機布置分析

地鐵設(shè)計規(guī)范中規(guī)定ATC控制區(qū)的線路上應(yīng)設(shè)置道岔防護信號機，因此，在單渡線區(qū)段的信號機多采用圖1（a）的布置。

圖1（a）是典型的帶有單渡線道岔的車站信號平面布置圖，S101、S102、S202、S301、S302為兩燈位出發(fā)信號機，S201為出發(fā)兼道岔防護信號機，S204為區(qū)間通過信號機，S203、S205、S207為道岔防護信號機。帶有道岔防護性質(zhì)的信號機采用三燈位信號機，三燈位信號機定位顯示為紅燈，兩燈位信號定位顯示綠燈。

現(xiàn)行的和即將頒布的地鐵設(shè)計規(guī)范中都沒有信號機顯示速度的規(guī)定，多數(shù)軌道交通線路信號系統(tǒng)的設(shè)計文件中也沒有規(guī)定信號機顯示速度的含義，只說明：出發(fā)信號機和區(qū)間信號機開放顯示綠燈時表明進(jìn)路開放至下一信號機；道岔防護性質(zhì)的信號機開放綠燈時表明進(jìn)路開放至下一信號機，且進(jìn)路中的所有道岔都開通直向；道岔防護性質(zhì)的信號機顯示黃燈時表明進(jìn)路開放至下一信號機，且進(jìn)路中至少有一組道岔開通側(cè)向；道岔防護性質(zhì)的信號機采用綠黃顯示時，表示開放引導(dǎo)信號。

也有的線路將兩燈位信號機設(shè)置成三燈位信號機，都具備開放綠黃引導(dǎo)信號的功能，其余顯示意義相同，其線路布置見圖1（b）。

圖1（a）、（b）的布置方式都是將每組渡線道岔采用4個信號機進(jìn)行防護，信號機的顯示都是開放至下一架信號機。

根據(jù)城市軌道交通CBTC系統(tǒng)對列車進(jìn)路的控制方式，出發(fā)信號機和道岔防護信號機作為進(jìn)路的終端時，需要設(shè)置保護區(qū)段（Overlap）。

根據(jù)運營經(jīng)驗，將岔前和岔后都設(shè)置道岔防護信號機，對城市軌道交通列車的運行不太合適，下面分析S201和 S205信號機的顯示（見圖2）。

圖1 軌道交通信號平面布置示意圖

圖2 道岔防護信號機布置示意圖

S205信號機開放綠燈的條件是：進(jìn)路方向正確、T201道岔區(qū)段空閑并鎖閉、T0201站臺區(qū)段空閑、T202保護區(qū)段空閑。

如果是6輛編組列車，站臺區(qū)段長度為120 m，保護區(qū)段長度一般為50 m，道岔防護信號機S205內(nèi)方的道岔區(qū)段長度約為60 m，則S205信號機開放綠燈，而防護的距離為230 m，按線路最高運行速度為80 km/h，且制動加速度按1.0 m/s2計算，制動距離為247 m，S202和S205兩個信號機間的距離小于緊急制動距離。而這2個信號機間的顯示沒有關(guān)系，即S202信號機顯示紅燈時S205信號機可以點綠燈。

雖然城市軌道交通在正常運營模式下為車載設(shè)備自動控制列車運行，但車載設(shè)備故障時應(yīng)以地面信號顯示行車，而綠燈的速度含義又不明確，這就有可能通過綠燈信號機的速度比較高，那么S205信號機的設(shè)置有潛在的不安全因素。另一方面，根據(jù)城市軌道交通聯(lián)鎖設(shè)備的進(jìn)路設(shè)置原則，當(dāng)開放S201至S205信號機的進(jìn)路時，T201道岔區(qū)段要作為該進(jìn)路的保護區(qū)段，201道岔鎖閉，T201區(qū)段空閑，并不能達(dá)到開放S201信號機進(jìn)路的同時能利用201/203道岔反位的進(jìn)路而提高效率的目的。

由于S201信號機的開放并不能表明列車是運行到下一站還是到區(qū)間下一架信號機前停車，所以在車載設(shè)備故障情況下，司機要么詢問調(diào)度員，要么只能低速行車，嚴(yán)重影響了故障情況下的行車效率。為解決這一矛盾，有些軌道交通線路增加了閃光顯示，即出發(fā)信號機閃綠燈時提示司機開到下一站停車，只開綠燈時是開到區(qū)間下一架信號機前停車。

綜上所述，D205信號機的設(shè)置是沒有意義的，不能提高行車效率，而且按信號顯示行車時有潛在的不安全因素。由于在平面設(shè)計中布置了D205信號機，信號供貨商就要求在CBTC設(shè)備故障時列車只能按25 km/h的速度限速運行，在信號系統(tǒng)的安全證書中增加了安全限制條件，而在ATP設(shè)備故障的情況下，按25 km/h的速度行車沒有效率保障，所以應(yīng)取消D205信號機設(shè)置。

針對地鐵平均站間距短和站臺是運營目標(biāo)停車點的線路及運營特點，司機在出發(fā)信號機開放后將列車開到下一站停車是安全且運行效率最高的行車方式，故障模式下采用站間行車的模式是合適的。由于站間距短，站間行車也能做到3 min的行車間隔而旅行速度不受影響。若在點式模式下行車，區(qū)間不設(shè)置信號機，在出發(fā)信號機開放的情況下，列車經(jīng)過出發(fā)信號機后就按完整的區(qū)間行車曲線運行到下一站，更是最安全和最優(yōu)化的行車方式。

取消道岔前后的信號機，利用出發(fā)信號機防護道岔，當(dāng)信號機開放時檢查道岔的狀態(tài)，待鎖閉道岔并開放信號后將道岔鎖在規(guī)定的位置，能夠保證道岔的安全，且與設(shè)計規(guī)范也不矛盾。

為盡可能在區(qū)間不設(shè)置信號機，信號設(shè)計者與線路設(shè)計配合，將201/203道岔的布置方式改變，合理的線路配置和信號機平面布置見圖3。

城市軌道交通的車站站臺是運營的目標(biāo)停車點，無論列車在點式ATP模式下運行還是在聯(lián)鎖模式下運行，列車自本站出發(fā)至下一站臺停車的站間運行方式總是安全和高效的運行模式，對于城市軌道交通平均1.2 km/h的站間距來說，行車間隔是能夠達(dá)到3 min的，而且不影響旅行速度。

采用圖3的道岔和信號機布置方式，信號機統(tǒng)一采用三燈位，只布置出發(fā)信號機，定位為紅燈顯示，能夠防護道岔，也具備引導(dǎo)信號的顯示。信號機開放指示列車開到下一站，綠燈表示進(jìn)路中如果有道岔，則所有道岔都在開通直向的位置，黃燈表示進(jìn)路中至少有一組道岔在開通側(cè)向的位置。

2.2 停車線區(qū)域的信號機布置分析

在城市軌道交通線路設(shè)計中，每隔幾個車站就會設(shè)置故障列車停留線，且停車線的設(shè)計會根據(jù)車輛段和停車場的位置來配線，典型的停車線布置見圖4。

按照地鐵設(shè)計規(guī)范在停車線區(qū)域設(shè)置道岔設(shè)防護信號機，有些項目采用了圖4所示的信號平面設(shè)計，各個道岔采用道岔防護信號機包圍。這樣的布置在按照信號機行車時是沒有行車效率的。首先S106、S111信號機沒有任何用處。即便是以S106和S111信號機為終端的進(jìn)路不設(shè)置保護區(qū)段，在地鐵運營中也不會使用在以這2個信號機為終端進(jìn)路的同時，應(yīng)用其防護道岔反位同時作業(yè)進(jìn)路。如果這樣作業(yè)，在同一個區(qū)間存在同時相向運行的列車，冒進(jìn)信號就會有發(fā)生正面沖突的可能。

對于S108信號機，由于離站臺較近，同樣存在S102信號機為紅燈時該信號機顯示綠燈，而兩信號機間的距離滿足不了制動距離要求的問題；同時受停車線長度的限制，S108與S104信號機間的距離較近，約190 m，在點式ATP降級模式下，S108信號機預(yù)告信標(biāo)的設(shè)置必須讓列車在接近S104信號機前就降速，這樣在區(qū)間沒有追蹤的情況下也需低速運行，降低了運行效率，因此，S108信號機也不應(yīng)設(shè)置。同樣，S105信號機也影響區(qū)間在點式ATP降級模式下的運行效率。

由于202/204道岔的設(shè)置是讓停車線的列車按正向運行返回停車場或車輛段，所以S103反向信號機的設(shè)置也完全沒有必要。停車線區(qū)域合理的信號機設(shè)置見圖5。

圖3 渡線道岔合理設(shè)置示意圖

圖4 停車線布置示意圖

3 盡頭線信號機

城市軌道交通信號設(shè)備平面布置圖設(shè)計中，為提醒司機在降級及后備運行模式下人工駕駛列車折返作業(yè)時不讓列車撞上滑動車擋，在盡頭線的車擋處設(shè)置了常點紅燈的盡頭信號機，然而有些線路的信號平面布置圖中將安全線的車擋處布置了常點紅燈的盡頭信號機（見圖6）。

由于聯(lián)鎖進(jìn)路中不存在開放S101信號機至安全線的進(jìn)路，在安全線處設(shè)置紅燈盡頭信號機，不能也沒有必要提醒司機在安全線的滑動車擋前停車。如果列車使往安全線，那么列車已經(jīng)撞過了S101的紅燈信號，在安全線前也是無法停車的。安全線實際上也是避難線，在安全線處設(shè)置紅燈盡頭信號機完全是概念不清，應(yīng)將其取消，正確布置見圖7。

圖5 停車線區(qū)域信號平面布置示意圖

圖6 盡頭線信號機布置案例示意圖

圖7 盡頭線信號機合理布置示意圖

4 城市軌道交通信號平面布置圖設(shè)計建議

我國的城市軌道交通建設(shè)已經(jīng)走向了成熟階段，信號平面布置圖的設(shè)計應(yīng)結(jié)合CBTC系統(tǒng)的應(yīng)用情況，在CBTC模式下是以車載設(shè)備控制列車自動運行，CBTC模式下行車是主要運行模式，設(shè)置信號機只是為降級及后備運營模式服務(wù)。因此不要盡可能多的考慮后備運營而布置過多的信號機，特別是用道岔防護信號機將每組道岔包圍起來，是硬套規(guī)范的表現(xiàn)。地鐵設(shè)計規(guī)范中要求設(shè)置道岔防護信號機，但并不是要求在岔前和岔后都設(shè)置信號機，應(yīng)根據(jù)城市軌道交通線路的運營特點布置信號機，簡化信號機的布置，使進(jìn)路簡單，符合移動閉塞的設(shè)計理念。過多設(shè)置信號機，進(jìn)路過多，使整個CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響CBTC系統(tǒng)的可靠性。

綜上所述，城市軌道交通信號平面布置圖設(shè)計，應(yīng)以城市軌道交通車站間距短、站臺是運營目標(biāo)停車點、信號機是滿足降級及后備運營功能的特點為理念，站間行車是最安全、最合理和最有效的降級及后備運營方式。