城市轨道交通车段/场ATP系统改造策略

陈 雨，李 新，叶 亮，周春秀

（苏州市轨道交通集团有限公司运营一分公司，江苏苏州 215000）

轨道交通技术发展迅速,客流运行规模激增，前期已建成运行的轨道交通线网逐渐受到制式差别、运力不足等问题的约束，较为突出的是信号系统。因正线信号系统与车段/场之间存在明显的分界，列车在正线一般采用自动驾驶，而在车段/场需转为人工驾驶，使得列车运营效率降低，作业强度增加，故对车段/场ATP系统改造的研究极为迫切[1]。

苏州轨道交通2号线在建设时，正线采用基于通信的列车控制（CBTC）策略，其可实现自动化运行，提高正线运营效率。而车段/场则采用独立的联锁系统，由列车司机以人工驾驶方式完成相关作业，虽然该方式增强了作业管理独立性，但其无法提供列车自动防护与运行（ATP&ATO）。因正线的信号系统不同于车段/场，列车在出入段/场时，当列车驶至分界点时，需要在转换轨处停车，完成信号系统之间的信息交互、驾驶模式的转换，导致运营效率低下。此外，列车由列检库行驶至转换轨区段，整个行驶过程距离较长且依赖司机，增加行驶安全隐患。

为降低甚至消除上述安全隐患，提高运营效率，在车段/场配备自动运行区域，为区域内列车提供ATP&ATO以及监督功能，切实保证行车安全。因此，车段/场列车出库能力的提升改造，推进正线与车段/场ATP系统标准化，消除信号变更对运营效率的限制，以满足未来增能后所带来的车场高密度发车需求[2]。

1 ATP系统改造可行性分析

1.1 调研概况

针对车段/场ATP系统改造，调研了国内京港地铁、上海地铁、广州地铁、武汉地铁等地铁线路的车段/场信号系统相关改造方案和改造情况[3-4]。

目前，仅上海地铁7号线陈太路停车场已完成车场ATP改造。随着相关技术发展以及上海7号线车段/场ATP改造技术的成功应用，促使车段/场及正线运行控制模式一体化成为城市轨道交通建设的重要改造趋势。

1.2 既有信号系统

苏州轨道交通2号线在建设时，综合太平车辆段具体情况，采用计算机联锁系统（TYJL-III型）和信号集中监测系统（CSM-yh型），组成了苏州轨道交通2号线车辆段的信号联锁[5-6]。其中，TYJLIII型系统的结构如图1所示。

图1 TYJL-III型计算机联锁系统基本结构Fig.1 Basic structure of TYJL-III computer based interlocking system

1.3 方案可实施性分析

通过对城市地铁车段/场ATP系统改造调研情况归纳分析，结合2号线车段/场的既有信号系统的特点，可将车段/场信号系统改造分为以下3种方案。

方案一：TYJ-III型联锁系统升级改造。铁科院计算机联锁系统升级后，仅能满足中央控制的需求，如根据ATS时刻表下发进路的排列等操作，无需人工排列进路。但对于车段/场ATP改造所需列车自动防护的功能无法实现，列车在车段/场内只能采用限制人工驾驶模式（RM）或非限制人工驾驶模式（NRM），无法满足现状需求。因此该方案可行性极低。

方案二：拆除既有信号联锁系统，改为恩瑞特计算机联锁系统，同时将原轨道电路制式的设备进行西门子ATP系统设备改造。然而，由于车段/场联锁系统与正线联锁系统不一致，需西门子开放相关接口，实现车段/场和正线的数据互通，从而提高列车出入车段/场的效率。

方案三：拆除既有信号联锁系统，改为西门子计算机联锁系统，同时，将原轨道电路制式设备改造升级为西门子ATP系统设备。装配好ATP设备，并配备车段/场的轨道数据库(TDB)，调整升级每一列列车的TDB，对车载ATP、ATO以及无线传输单元进行升级，验证安全后方可上线运行；轨旁设备参照车站的配置进行更换，可分为室内设备、线缆以及室外设备。升级改造完成后，车段/场与正线采用一致的信号系统，可大大提升车辆出入库能力，改善运行效率。

综上，车段/场ATP系统改造的3种方案优缺点分析如表 1所示。

表1 改造方案优缺点分析Tab.1 Analysis of the advantages and disadvantages of the reform plan

综上所述，方案一、方案二由于车段/场与正线使用不同的联锁系统，都需与西门子厂家协商开放相关接口，谈判周期长、费用高，并需承担一定的安全技术风险。且方案一仅涉及联锁系统升级，虽在本次改造中投资成本最低，但不具备列车自动防护功能，不满足改造要求。方案三可行性最高，虽然成本较高，但实现了车段/场和正线均为西门子信号系统，便于数据互通，避免了跨界时的减速甚至停车，提高运营效率，缓解2号线东延带来客流量激增的运营压力。同时，能够为车/段的作业提供相应的安全防护，确保了列车的安全可靠运行，也为后续线路改造升级至无人值守的全自动运行模式奠定基础。

1.4 影响因素

针对车段/场ATP系统改造提出的方案，还应将改造过程中遇到的技术及施工难点和成本管控等影响因素纳入考虑范围。

1.4.1 技术及施工难点

1）新增设备房。目前车段/场既有信号设备房空间有限，在改造阶段无法满足新、旧设备并存，因此需要一间新的设备房作为新系统搭建、割接等的场地。

2）土建限制。既有车段/场由于现有土建条件限制，尤其库内，列车防护距离不足，导致改造后库内只能使用RM模式，无法进行ATP防护，库前可实现ATC。

3）工程量、工期。改造方案涉及室内外电缆挖沟敷设、新增信号设备等，工程量较大。为了不影响次日列车的正常运营，新系统的各项改造措施将在夜间进行，且由于既有线路白天运营时间长，天窗点短，因此改造工程可用的夜间施工点较少、作业时长较短，导致施工周期较长。

1.4.2 成本管控

1）投资成本。关于改造方案投资成本，调研了上海7号线ATP车场改造费用、苏州轨道交通2号线桑田岛停车场重建信号系统费用以及苏州轨道交通5号线信号系统设备及施工安装费等一系列费用。通过对比分析，改造项目的费用往往要比新建项目的造价更高，因此，需要根据实际需求来选择最为优化的改造方案，从而降低成本。

2）开放接口协调费用。方案一与方案二均涉及车段/场与西门子系统相关接口调试，需与西门子厂家谈判协商，接口开放成本较高。

2 车段/场ATP系统改造方案设计

2.1 设计思路

车段/场需要配置与正线一致的西门子计算机联锁系统，并在自动化区域内配置轨旁ATP设备、计轴设备，以及增设维护监测子系统（MSS），从而保证列车在自动化区域内的安全运行[7]。改造后的车段/场，统一了列车的控制方式，缩减了驶入正线前控制方式的切换时间，优化列车运行效率。配置如图2所示。

图2 车段/场设备示意Fig.2 Schematic diagram of depot/parking lot equipment

2.1.1 配置联锁设备

车段/场各需配置1套西门子联锁设备，包括联锁计算机（Sicas Simis PC）、西门子元件控制计算机（Sicas ECC）、本地操作员工作站（LOW）、计轴等设备。该联锁系统可实现对室外设备元件的监测与控制，提供与其他子系统的接口通道，例如：经继电器接口机柜（RIC）连接紧急停车按钮（EMP）、经计轴系统（AC）连接车轮传感器。根据改造的需求，需要设置入车段/场信号机、调车信号机、阻挡信号机以及其他信号机。

2.1.2 增设TGMT轨旁设备

更改装配的列车卫士运输系统（Trainguard Mass Transit，TGMT）轨旁设备分为室内设备与室外设备。室内设备有轨旁ATP计算机（WCU_ATP），轨旁TTS计算机（WCU_TTS）。而室外设备有轨旁电子单元LEU、应答器以及计轴设备。因此，应答器安装在线路道床上，LEU安装在线路沿线。

增设WCU_ATP单元，可以为TGMT系统与信号系统其他子系统提供所需要的接口。WCU_ATP依据存储的线路数据库信息和列车的定位信息实时计算移动授权，并通过车地通信，向车载子系统发送移动授权。WCU_TTS单元则为ATS子系统与车载子系统提供通信服务。通信内容包括列车运行及服务诊断等非安全信息。

2.1.3 其他信号设备

各车段/场需要配置转辙机智能综合监测设备、信号集中监测设备、列车自动监控（ATS）工作站、MSS工作站以及通信服务器（L-FEP）。针对车载设备，由于列车已装备TGMT车载设备，因此无需对列车做出更改，可以直接与改造升级的车段/场ATP系统进行通信。此外，车辆段的试车线设备也需要进行相应的改造。

综上，整改设计思路可总结如下。

1）初步设计：对车段/场ATP系统改造策略方案进一步的细化与完善；

2）安装倒接：完成新设备系统的安装以及新、旧系统的倒接事项；

3）调试测试：各项调试工作将于夜间列车停运后进行；

4）试运行：对新设备系统进行各项测试，当列车具备运行条件后，部分旧设备便可拆除。

2.2 调试倒接

为避免对列车日常运营造成影响，设备的安装改造，后续的调试工作将会在夜间列车停运后作业，新、旧系统倒接流程[8]如图3所示。

图3 新旧系统倒接流程Fig.3 Switching process of new and old system

在设备改造升级期间，正常运营时间段，倒接开关/设备需切换至“运营”状态，信号系统采用既有信号设备，以维持线路日常的运营；非运营时间段，便将倒接开关/设备切换至“调试”状态，接通新系统，对其进行调试与功能验证，待所有功能验证完成，则改造升级成功。

3 结语

通过综合分析，苏州轨道交通2号线车段/场改造宜采用西门子系统，使车段/场与正线快速实现数据互通，有效提高列车出入场段的效率；同时，改造升级后将会增强车段/场作业的安全防护。该改造策略虽一次投资成本最高，但无需承担不同子系统的接口风险、避免重复投资和对运营的重复干扰，不仅提高系统性能，提升线路运输能力，还能缓解尖峰时段客流压力,补齐工程建设之初设计不足，同时也为苏州轨道交通其余已建设线路的车段/场改造提供一定的技术支持。通过本次改造分析，进一步明确在建新线路车段/场的建设需求，满足全自动运行建设标准，如苏州5号线，已按照该标准建设运营，进而实现列车的高可靠、高安全正点运行。