中低速磁浮車輛段闖紅燈防護方案

路 遠

（北京城市快軌建設管理有限公司，北京 100071）

1 概述

北京市中低速磁浮交通示范線（北京S1 線）的線路全長10.2 km，起點石廠站，終點蘋果園站，全線設8 座車站，采用中低速磁浮列車。2017 年12月30 日，石廠站至金安橋站7 站開始載客試運營，2021 年12 月30 日，蘋果園站開始載客試運營。

湖南鳳凰磁浮觀光快線全長9.1 km，設車站4座，預留車站2 座，起點鳳凰古城站，終點鳳凰等待站，采用中低速磁浮列車，于2022 年5 月1 日開始載客試運營。

北京S1 線信號系統(tǒng)正線采用的感應環(huán)線基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC），系統(tǒng)具備連續(xù)式控制級及聯(lián)鎖控制級。車輛段采用聯(lián)鎖級控制列車運行，列車駕駛模式為限制人工駕駛模式（RM）或者非限制人工駕駛模式（EUM）。

鳳凰磁浮快線正線采用基于無線通信的CBTC系統(tǒng)，系統(tǒng)具備連續(xù)式控制級、點式控制級以及聯(lián)鎖控制級。車輛段采用聯(lián)鎖級控制列車運行，列車駕駛模式為RM 模式或EUM 模式。

中低速磁浮道岔比較特殊，道岔活動梁為整體轉動，未導通的道岔開向軌道是懸空的。當列車運行至未導通的道岔時，列車繼續(xù)前行存在跳崖風險，需要考慮車輛段RM 模式下的闖紅燈防護方案。

2 車輛段闖紅燈防護需求分析

車輛段內列車運行在聯(lián)鎖控制級下， RM 模式為車輛段正常的列車駕駛模式。

車輛段闖紅燈防護的重點為防止列車“跳崖”。以車輛段三開道岔為例，三開道岔由道岔活動梁和道岔剁梁構成，其中道岔活動梁是可以轉動，道岔剁梁固定不動，在正常線路和道岔活動梁之間起連接作用，如圖1 所示。

圖1 三開道岔平面示意Fig.1 Three-throw turnout diagram

在圖1 中，三開道岔左側的道岔剁梁位置為岔頭，三開道岔右側的道岔剁梁位置為岔尾。

當列車1 從岔頭向岔尾方向運行時，道岔活動梁總是和正常線路1、2 或3 中的一條連接（此處不考慮道岔轉動不到位或正在轉換過程中），列車1不會存在“跳崖”風險。

當列車2 從岔尾向岔頭方向運行時，道岔活動梁可能和正常線路1、2 中的一條連接而沒有和線路3 連接，列車2 向前運行時，可能會存在“跳崖”風險。

因此，車輛段闖紅燈防護的范圍主要為對出庫的信號機進行防護，段內其他區(qū)域內不配置RM 模式下的闖紅燈防護功能。

3 中低速磁浮車輛段闖紅燈防護方案

下面主要介紹北京S1 線和鳳凰磁浮快線車輛段闖紅燈防護方案。

3.1 北京S1線車輛段闖紅燈防護方案

北京S1 線車輛段闖紅燈設備主要包括聯(lián)鎖、車地通信（TWC）環(huán)線設備和車載設備。

北京S1 線正線車地通信采用TWC 環(huán)線設備進行車地雙向通信，利用環(huán)線邊界和環(huán)線交叉點進行位置校正。車輛段TWC 設備僅進行地到車單向通信，車載ATP 在車輛段內沒有定位，不向地面發(fā)送列車位置報告。車輛段聯(lián)鎖向地面TWC 發(fā)送設備發(fā)送地面信號機狀態(tài)信息，地面TWC 發(fā)送設備將信息送到軌旁環(huán)線上，車載TWC 收到信息后送給車載列車自動防護（ATP）進行處理。

在出庫調車信號機前方鋪設TWC 環(huán)線設備，用于向列車發(fā)送地面信號機的顯示狀態(tài)。在日檢線、洗車線、吹掃線、周檢線、月檢線出庫信號機外方設置TWC 環(huán)線，環(huán)線布置如圖2 所示。環(huán)線設置不影響列車動車試閘。

圖2 車輛段出庫環(huán)線布置示意Fig.2 Depot exit loop layout diagram

為使列車在出庫時有效接收地面環(huán)線信息，車輛段內出庫信號機每段環(huán)線長度10 m，庫內信號機外方布置4 m，信號機內方布置6 m，環(huán)線長度設置10 m。為使平衡環(huán)線參數(shù)，不做位置校正，在環(huán)線中間5 m 處設置1 個交叉點。

聯(lián)鎖根據(jù)進路狀態(tài)和信號機狀態(tài)向TWC 環(huán)線發(fā)送出庫信號機狀態(tài)信息，正常工作時，信號機狀態(tài)信息包括：紅燈信號、白燈信號、無效信號。當出庫信號機紅燈時，發(fā)送紅燈信號；當出庫信號機白燈時，發(fā)送白燈信號；當反向入庫進路鎖閉后，環(huán)線向車載設備發(fā)送無效信號。

在RM 模式下，車載設備通過地面TWC 環(huán)線設備接收到列車前方信號機的狀態(tài)。如果列車前方信號機為允許信號白燈，車載ATP 允許列車前行；如果前方信號機為禁止信號紅燈，車載ATP 將立即施加緊急制動，并在車載人機界面上進行相應顯示，此時司機若要向前推進列車，需要切除ATP；如果車載ATP 未收到信號或收到無效信號，均不做任何處理，仍按之前駕駛模式繼續(xù)運行。

根據(jù)車載TWC 天線安裝位置、地面環(huán)線距危險點的距離以及根據(jù)安全制動模型計算的列車制動距離，列車出庫運行速度需≤8 km/h，滿足目前運營庫內運行速度≤5 km/h 的規(guī)定。

對于未裝載ATP 列車或者列車處于EUM 模式下，不具備闖紅燈防護功能，需人工保證安全，按照地面信號顯示行車。車輛段內工程車線、定修線、臨修線和廠修線信號機前方未鋪設闖紅燈環(huán)線，不具備闖紅燈防護功能，需人工保證安全，按照地面信號顯示行車。

3.2 鳳凰磁浮車輛段闖紅燈防護方案

鳳凰磁浮快線車輛段闖紅燈防護設備主要包括聯(lián)鎖、地面電子單元（LEU）、應答器和車載設備。

如圖3 所示，鳳凰磁浮快線正線采用無線進行車地雙向通信，采用應答器進行位置校準和地車信息傳遞。車輛段采用應答器進行位置校準和地車信息傳遞，無源應答器用于向車載傳輸固定信息，有源應答器除向車載傳輸固定信息外，還可傳輸變化信息。車輛段聯(lián)鎖通過LEU 向軌旁主應答器（有源應答器）發(fā)送信號機狀態(tài)報文，車載應答器傳輸模塊（BTM）收到信息后傳送給車載ATP，車載ATP 根據(jù)收到的信息進行處理。

圖3 車輛段闖紅燈工作原理Fig.3 Depot running red light working principle

聯(lián)鎖通過LEU 向主應答器發(fā)送信號機狀態(tài)報文。報文分為：紅燈報文（禁止信號）、黃燈報文（列車進路允許信號）、白燈報文（調車進路允許信號）、紅黃報文（引導信號）以及默認報文。

闖紅燈防護原則如下。

車輛段內闖紅燈防護應答器成組設置。如圖4所示，B1 與VB，B2 與VB 各為一組闖紅燈防護應答器。VB 為主應答器，是有源應答器，可以向列車傳輸信號機燈位信息。B1 為無源應答器，用于列車正常方向運行時，在通過VB 時建立定位。B2 為無源應答器，為避免無定位的回庫列車通過主信號應答器VB 讀到紅燈報文后導致非預期的緊急制動，用于列車在反方向通過主應答器VB 前建立列車定位。

圖4 車輛段出庫應答器布置示意Fig.4 Balise layout diagram of depot exit line

當列車有定位時，闖紅燈防護功能才具備方向性，當闖紅燈防護報文與列車運行方向一致時，才會觸發(fā)緊急制動，該功能不會影響相反方向運行的列車通過主信號應答器。當列車順序通過B1 與VB，讀到VB 中的紅燈報文時，執(zhí)行闖紅燈防護功能；當列車順序通過B2 與VB 時，不執(zhí)行闖紅燈防護功能。

當列車沒有定位時，闖紅燈功能無方向性，若未收到B1 或者B2 應答器報文，列車無論從任何方向讀取到主信號應答器VB 中的紅燈報文，均會觸發(fā)緊急制動。

當先收到應答器B1 時，車載ATP 對闖紅燈防護應答器組中有源應答器丟失、默認報文或報文無法解析時，按闖紅燈防護處理，觸發(fā)列車緊急制動。當先收到應答器B2 時，車載ATP 對上述情況不按闖紅燈防護處理，不觸發(fā)列車緊急制動。

根據(jù)主信號應答器距前方危險點的距離，以及安全制動模型計算的列車制動距離，列車在RM 模式出庫時，速度不應大于15 km/h。

對于未裝載ATP 列車或者列車處于EUM 模式下，無法實現(xiàn)闖紅燈防護功能，需要人工保證安全，按照地面信號顯示行車。

4 結語

中低速磁浮道岔比較特殊，車輛段采用RM 模式，通過車輛段RM 模式闖紅燈防護方案，可以有效對列車誤闖紅燈進行防護。同時，對于未裝載車載ATP 的列車、列車處于EUM 模式下以及部分不設置闖紅燈防護的區(qū)域，不具備闖紅燈防護功能，需要采取管理措施，人工保證安全。技術措施和管理措施相結合才是構成安全運營的整體控制方式。

隨著技術的進步，部分地鐵車輛段采用自動化車輛段，可以對車輛段闖紅燈進行更有效的防護。對于中低速磁浮交通來講，自動化車輛段是未來的發(fā)展方向。