轨道交通列车折返能力优化方案探究

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摘要：从信号系统角度出发，分析折返站折返间隔的影响因素，研究提升折返站折返能力的优化方案，并提出优化列车进站及出入折返轨运行时间、缩短折返换端时间、提升运营人员操作熟练度等具体措施。通过实际工程应用及现场测试，对优化方案进行验证，实现典型站场下信号系统能达到2min最小运营间隔并预留10%余量的目标。

关键词：信号系统；折返能力；优化方案

1概述

随着各城市的轨道交通线网逐步形成，近年来各线路的客流量不断增大，国内大中城市骨干线路逐步缩短运行间隔以提升运输能力，折返站的折返能力将制约线路的运行间隔。对于既有车站，折返站型已经固定，道岔类型也不易修改，为了提高线路的折返能力，从信号系统角度综合考虑折返能力的主要影响因素，提出相应的优化方案，从而提升线路的运输能力。

2折返间隔分析

折返间隔指两列车折返运行时所能达到的间隔时间，是指两列车在正常折返运行过程中，经过线路上任意同一位置时间差的最小值。本文选用站后双折返线站型为研究对象，车站信号平面布置如图1所示。对折返间隔的过程进行分析，折返间隔需要考虑下行站台的接车间隔、下行站台的发车间隔、上行站台的接车间隔以及上行站台的发车间隔，4个间隔的最大值即为该折返站的折返间隔，其中上行站台的发车间隔对于无岔站和折返站无差异，本次不重点分析。各折返间隔的具体说明如下。下行站台接车间隔包括列车自降速点运行至下行站台的时间、列车站停时间、司机反应时间、列车启动反应时间、自下行站台发车至出清保护区段的时间（含3s延时出清）、保护区段办理及移动授权延伸时间。下行站台发车间隔包括司机反应时间、列车启动反应时间、列车自下行站台发车至折返轨停车时间、列车折返换端时间、列车启动反应时间、列车自折返轨上行方向发车至出清JZ1时间（含3s延时出清）、下行站台至折返轨进路办理及开放时间。上行站台接车间隔包括列车自降速点运行至上行站台时间、列车站停时间、司机反应时间、列车启动反应时间、列车自上行站台发车至出清保护区段时间、移动授权延伸时间。

3折返能力优化分析

针对站场站型以及道岔类型已固定的情况，对影响间隔的各因素进行深入分析，提出提升折返站折返能力的具体措施。

3.1优化列车下行站台进站时间

站台是否允许追踪将影响列车开始降速点位置，站台不允许追踪时，前车出清站台区域后，后车允许追踪进入站台，而站台允许追踪时，后车按照前车车尾动态进行追踪，列车开始降速点相比站台不允许追踪时的降速点后移，可缩短列车自降速点距站台的运行时间，优化下行站台接车间隔。

3.2优化站台至折返轨时间

列车自下行站台至折返轨时间将影响折返站下行接、发车间隔，列车尽快出清下行站台进站进路保护区段，可缩短下行站台接车间隔，缩短列车自站台运行至折返轨停稳的时间，可优化上行站台接车间隔，具体优化手段如下。1）优化列车自动运行（ATO）控车算法列车在下行站台完成清客作业后发车，列车已处于空载状态，对ATO的控车舒适度以及停车准确性要求不高，ATO在折返时可通过特定算法，缩短列车运行时间：站台发车时ATO输出最大牵引级位，提升列车发车时的加速度，以最短时间达到运行的顶棚速度；优化ATO在中低速运行时的控车算法，并在设计阶段与车辆紧密配合，优化车辆制动响应时间，进一步降低ATO运行目标速度与紧急制动速度的差值，提升列车运行的顶棚速度；列车在折返轨停车时无较高的停准要求，ATO可提升制动时的目标制动率，缩短列车制动的时间，但由于ATO制动率的提升将影响ATO控车的停准率，列车自动防护（ATP）可扩大列车在折返轨的允许停准范围。2）缩短列车运行距离列车折入折返轨的运行距离为列车站台停车点至折返轨停车点间的距离，通过优化列车在折返轨停车点设计位置，使得列车尾部尽可能靠近折返轨入口停车，以缩短列车折入时的运行距离。

3.3优化列车折返换端时间

列车折返换端时间为列车在折返轨停稳至再次启动的时间，该时间内需完成的作业如下。1）列车在折返轨停稳后，自动或人工进行换端作业，同时系统办理列车的折出进路；2）折出进路锁闭且信号开放后，区域控制器（ZC）向车载控制器（VOBC）发送延伸的移动授权；3）ATO判断移动授权长度满足控车需求后，控制列车启动。由上述作业过程可见，车载VOBC换端作业与联锁办理折出进路并行处理，两者的较大值将影响列车折返换端时间。列车换端可采用人工换端或无人自动折返的方式。人工换端时，司机需人工完成换端以及发车的相关操作，换端时间与司机的操作熟练度有较大关系；采用无人自动折返时，列车的换端操作由系统自动完成，可有效减少换端时间。根据现场测试，与采用双司机人工换端相比，无人自动折返可缩短换端时间8s左右。地铁线路正常运营时ATS为中控模式，联锁根据ATS命令办理进路，列车在尾部出清道岔区域后，折出进路的办理条件已具备，ATS可采用进路预排机制，在列车完全进入折返轨后立即按照计划更换车次，并在预排条件满足后办理进路。

3.4优化折返轨至站台时间

缩短折返轨至上行站台的时间，可提升下行站台的发车能力以及上行站台的接车能力。列车自折返轨发车折出运行，列车出清关键计轴后，后车折入进路具备办理条件，如图1所示，列车尾部包络出清计轴JZ2后，后车折入进路可办理，缩短列车出清关键计轴的时间提升下行站台的发车能力，可采取的优化方案如下：1）提升ATO折返发车时的牵引级位和ATO在折返轨运行时的最高速度，可缩短列车出清关键计轴的时间。2）在设计关键计轴的位置时，需尽可能缩短列车出清关键计轴所运行的距离。如图1所示，JZ2设置时需靠P06的岔尖位置，以缩短列车折出时出清JZ2所需运行的距离。上行站台接车能力主要限制与列车折返轨发车至站台停车的时间，可采取提升ATO发车牵引级位和ATO运行最高速度的方式，考虑列车在站台的停车精度，提高目标制动率对停准影响较大，ATO的目标制动率需保持在合适的范围内。

3.5其他优化措施

优化列车过岔速度：在设计阶段与轨道专业深度配合，确认道岔类型相匹配的道岔不可突破速度，作为信号系统控车的输入，以提升列车过岔时运行速度。优化道岔动作时间：联锁在动作多个道岔时采用错峰的方式避免电流峰值过大，由于城市轨道道岔数量较少，可考虑优化道岔错峰机制。优化列车启动牵引及制动力的响应时间：列车启动牵引以及制动力的响应时间影响列车启动的时间以及信号系统控车曲线的计算，优化车辆牵引响应时间将缩短列车折入以及折出时间，优化车辆制动响应时间将提升列车运行速度与紧急制动速度的贴合度。提升运营人员操作熟练度：列车折返过程中部分时间受人为主观因素影响，列车发车时，需要司机判断列车到达发车时间且具备发车条件后，按压ATO按钮发车；列车折返时，需司机根据提示完成折返操作，司机的业务熟练度将影响折返间隔，可通过培训和演练的方式提升人员能力，缩短附加时间。

4方案验证

采用北京地铁8号线瀛海站作为验证站场，采用上述方案优化后的信号系统软件进行验证测试。瀛海站为8号线的终端折返站，具体参数如下：1）折返道岔为12号道岔，直向不可突破速度为125km/h，侧向不可突破速度为55km/h；2）站台不可突破速度为60km/h；3）线路不可突破速度为85km/h；4）瀛海站上、下行站停时间为30s；5）8号线车辆采用6B编组，2动4拖，车长为118.61m。由于8号线珠市口站不具备2min间隔测试能力，因此在瀛海区域进行局部2min间隔测试。测试列车共6列，编制2min间隔运行图，图定折返到发时间114s（列车从瀛海下行站台启动至瀛海上行站台停车的时间），计划运行如图2所示。6列测试列车采用AM-C驾驶模式，司机根据站台发车计时器指示发车，共计在瀛海站后完成两次折返，采用无人自动折返模式，测试的实迹运行如图3所示。各列车瀛海站站后折返间隔在108～110.4s，满足2min间隔要求，并留有余量。各车具体折返间隔以及折返到发时间如表1所示。

5总结

通过对信号系统的优化，可进一步发挥线路的运输能力，提升城市轨道交通的运力。本文通过对典型站场站后折返的研究，细化列车折返作业的流程，提出各作业项目时间的优化方案，并依据此方案对信号系统软件进行优化，该软件在北京地铁8号线完成现场验证测试，实现了2min间隔运营并预留10%余量，为站后折返设计和软件优化提供参考和建议。

作者:马冲 单位:通号城市轨道交通技术有限公司