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浅谈城市轨道交通网信号系统的互联互通问题

 

  近年来,随着我国国民经济的快速发展,我国城市轨道交通建设也进入了高速发展期。各直辖市和许多人口众多的大城市都做出了自己的城市轨道交通规划并正在逐步付诸实施。本文仅就实现城市轨道交通网的互联互通问题谈一些粗浅的看法。

 

  一、我国城市轨道交通信号系统制式现状及存在的问题

 

  谈到城市轨道交通网的互联互通,就不能不谈城市轨道交通信号系统的制式问题。目前,在已经或正在建设城市轨道交通线路的城市中,信号系统的核心技术基本上都是由国外引进,且每条线路的信号系统制式和供货商都不尽相同,下表简单列出了近几年我国部分城市轨道交通信号系统制式及供货商的情况:

国内部分城市轨道交通信号系统制式

城市

线别

信号系统制式

供货商

北京

1号线

固定闭塞

西屋

八通线

固定闭塞

西屋

5号线

固定闭塞

西屋

13号线

固定闭塞

西屋

上海

1号线

固定闭塞

grs(现属阿尔斯通公司)

莘闵线

固定闭塞

西门子

2号线

准移动闭塞

ussi

3号线

准移动闭塞

阿尔斯通

8号线

移动闭塞(环线)

阿尔斯通

天津

1号线

准移动闭塞

西屋

津滨线

准移动闭塞

ussi

广州

1、2号线

准移动闭塞

西门子

3号线

移动闭塞(环线)

阿尔卡特

4、5号线

移动闭塞(无线)

西门子

深圳

1号线

准移动闭塞

西门子

4号线

准移动闭塞

西门子

南京

1号线

准移动闭塞

西门子

武汉

1号线

移动闭塞(环线)

阿尔卡特

  由上表可以看出如下问题:

  1.国内各大城市轨道交通信号系统制式,无论是固定闭塞、准移动闭塞还是移动闭塞,均为国外引进技术。这一点似乎与我国城市轨道交通发展迅速而信号系统技术发展缓慢有关。当然,城市轨道交通指挥系统要求具备较完善的功能也许是另外一个原因。

  2.各地城市轨道交通系统在制式选型上正在从固定闭塞向准移动闭塞和移动闭塞过渡。这种趋势在上海、广州两市的轨道交通建设中表现得尤其明显。

  3.同一城市的各条线路信号系统制式不尽相同,供货商也不尽相同,因此,要实现不同线路间的互联互通是不可能的。同时,我们也注意到,北京市己开通运营的几条线路采用的是同一种信号制式,同一家供货商。如果上述几条线路采用的是同一种制式的轨道电路,就为实现各线路间的互联互通打下了基础。北京毕竟是我国最早开通地铁的城市,他们有多年的地铁运营经验,因此,较早意识到城市轨道交通各条线路间应该实现列车的互通运营。而其它城市对实现同一城市不同线路间的互联互通可能认识不深,同时,由于地铁建设的投资大,周期长及招投标法的约束,便形成了目前同一城市不同线路的信号制式不同,供货商也不同的局面。

  二.城市轨道交通信号系统的发展趋势

 

  我国城市轨道交通建设中,这种同一城市不同线路引进不同的国外信号系统制式的局面,与欧洲各国间的铁路网有些相似,这里不妨谈谈欧洲铁路网的情况:

 

  欧洲是世界上铁路最发达的地区之一,也是铁路信号技术最先进的地区。欧洲有七大铁信号公司。他们研制生产的列车运行控制系统有十余种。因此,每个国家均使用各自不同的信号制式,这些信号制式互不兼容。当跨国境运营的列车要在另一国家的铁路上运行时,只有两种办法可供选择:要么在边境上更换机车;要么在同一台机车上安装多种不同制式的车载设备,在列车到达另一国家后,切换成相应国家的车载设备继续运行。由于要在边境上更换机车,或在机车上安装多种(最多达6种)制式的车载设备,势必降低运输效率,提高运营成本。欧洲各国为了实现列车在欧洲铁路网上互通运营,提高运输效率,降低运营成本,在欧洲委员会和国际铁路联盟的支持下,历经10年的努力工作,制定 了一套既可兼容现有欧洲各国信号制式,又可以在欧洲各国统一推广使用的铁路信号标准,并根据该统一标准,研制生产了欧洲列车控制系统,从而实现了欧洲各国列车在欧洲铁路网上的互通运营。

 

  上述情况表明,实现铁路网的互联互通是非常重要的,也是非常必要的。而实现互联互通的基础是信号系统制式的统一或兼容。这些对我国的城市轨道交通建设,特别是对于沈阳市刚刚起步的地铁建设,无疑都是有益的启示,并具有重要的借鉴作用。

 

  当然,城市轨道交通建设有其自身的特点。从空间上看,城市轨道交通仅局限于人口高度集中的大城市。与大铁路相比,规模小,线路短,且每条线路处于相对独立的空间。从时间上看,城市轨道交通建设投资大,建设周期长,建设初期难以成网,各条线路间似乎不存在互通运营的问题。然而,随着我国城市化进程的加快,城市规模将不断扩大,城市人口将更趋于高度集中。 我国人口众多,土地资源紧张,优先发展公共交通的政策,必然导致城市轨道交通规模的不断扩大,城市轨道交通网的形成势在必行。城市轨道交通网一旦形成,各线路间的互联互通问题即将提上议事日程。因为轨道交通网形成以后,统一调配列车必将成为地铁公司的运营需要。例如:当某条线路上客流量大量增加,而另一条线路上客流量相对较少时,地铁公司将会要求从客流量小的线路向客流量大的线路调集列车,以满足客运需要。要满足这一要求,就必须做到各条线路间互联互通。其次,随着城市轨道交通网的形成,从地铁公司的经营上看,也需要各条线路间互联互通,以达到各条线路运营人员统一调配,各条线路设备维护方法统一,维修备件通用,这样才能提高运输效率,降低运营成本。因此,城市轨道交通信号系统制式的统一或兼容,将成为发展趋势。

 

  三.沈阳地铁信号系统建设应为实现互联互通做好准备

 

  以笔者粗浅理解,城市轨道交通的互联互通应该有两层含义:其一是指在城市轨道交通建设的初期,根据城市发展需要和投资情况,某一条轨道交通线路工程,需分期建设。先期建成的工程与后期完成的工程,其信号系统制式应该是统一或相互兼容的,以保证安装有同一种车载设备的列车能够在先期建成和后期完成的线路上正常运行;其二是指城市轨道交通网形成以后,各条线路的信号系统制式应该统一或相互兼容,以保证安装有同一种车载设备的列车能够在各条线路上正常运行。前者是城市轨道交通实现互联互通的即期目标或基本目标,后者是城市轨道交通实现互联互通的最终目标。

 

  根据沈阳市地铁线路的整体网络规划,沈阳将建成总长182公里由5条地铁线路组成的地铁线路网。在整个规划的实施过程中,既要吸取其它城市在城市轨道建设中的成功经验,也要接受其它城市在城市轨道交通建设中的失败教训。对于地铁线路的信号系统设备来说,决不能像上述欧洲国家那样形成多种制式的信号系统,也不应像我国其它城市那样,城轨交通的各条线路形成不同的信号制式。日前某市轨道交通4号线在试运营时就遇到了这样的问题。该市轨道交通3、4号线间有9个车站是共线运行。由于3、4号线采用不同的信号制式,3号线的列车不能在4号线上运行。不仅使3、4号线的运营发生了极大困难,也造成了运能的极大的浪费。

 

  沈阳市地铁建设现在刚刚起步,从现在起,就要为将来的地铁线路网的互联互通做好准备,打好基础。所谓“千里之行,始于足下”,地铁线路信号制式的统一或兼容是实现地铁线路间互联互通的基础。换言之,沈阳地铁一号线信号系统设备制式的选择事关重要。因为,不仅将来续建的东、西部延伸线要采用先期建设的1号线同样的或相互兼容的信号制式,而且规划中的2、3、4、5号线也以采用与1号线相同的或相互兼容的信号制式为最佳选择。只有这样才能实现列车在各条线路间的互通运营。根据沈阳地铁1号线的总体审查意见:“总体方案以准移动闭塞或移动闭塞为基本方案可行,但有待下一步比选确定。建议补充移动闭塞系统的构成图。”

 

  依照上述意见,初步设计文件对准移动闭塞和移动闭塞两个方案进行了全面比选。比选情况如下表:

 

移动闭塞

准移动闭塞

列车控制方式

连续距离速度模式曲线

“跳跃式”距离速度模式曲线

车地通信特点

实时、双向

地——车连续、车——地点式

最小行车间隔

60s——90s

90s——100s

传输信息量

较大

较小

传输速度等级

m  bit/s

h   bit/s

可靠性

安全性

折返线保护距离

25m≤

40——50m

互联互通

易于开放

受限制

维护性

维护工作量小

维护工作量大

先进成熟性

技术发展趋势

较普及

国产化

硬件设备较易,软件困难

较容易

工程造价

  通过比较,初步设计文件认为,移动闭塞较准移动闭塞应用软件技术较多,应用硬件设备较少,在技术上更具有优势,特别是基于无线通信的列车控制系统,将使轨道交通网中多条线路实现互联互通成为可能。从信号技术发展趋势及轨道线网互联互通方面考虑,移动闭塞做为初步设计阶段信号系统的推荐方案。初步设计文件建议,地铁公司前瞻性地考虑轨道交通终将形成网络的前景,有意识地以实现全网互联互通为前提,对新建线路信号系统实行规范化管理。

  我们完全赞同初步设计的推荐方案和建议,诚如上述,移动闭塞,特别是基于无线通信的移动闭塞技术先进,代表着城市轨道交通信号系统的发展方向,其系统硬件设备少,且采用标准、通用的产品可能性较高,易于实现互联互通。因此,近年来我国新建城市轨道交通的各大城市,纷纷将基于无线通信的移动闭塞做为城市轨道交通信号系统设备制式的最佳选择。同时,我们也注意到在欧洲铁路网制定的欧洲列车控制系统etcs标准中,已将基于无线gsm-r网的移动闭塞,做为欧洲列车控制系统的最高等级。说明基于无线通信的移动闭塞已成为欧洲铁路信号系统的发展方向,这点已在欧洲各大铁路信号公司间达成共识。可见,以基本于无线通信的移动闭塞,做为轨道交通网实现互联互通的平台,应该是完全正确的选择。只要我们坚持这种选择,就不仅能够实现沈阳地铁1号线及其东西延伸线的互联互通,将来也一定能够实现沈阳地铁线路网间的互联互通,这也正是我们努力的目标。

 

 

铁科院(北京)工程咨询有限公司

沈阳地铁项目部

                                                            2006年3月21日

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