注：本文為期刊公眾號(hào)簡(jiǎn)版，完整版已發(fā)群內(nèi)自取。

劉實(shí)秋，中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司

摘要：從城市規(guī)劃、行業(yè)發(fā)展、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等角度，分析重慶城軌快線(xiàn)列控系統(tǒng)需求 ；從技術(shù)方面對(duì)比分析國(guó)鐵制式、城軌制式中各可供選擇的列控系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) ；從經(jīng)濟(jì)方面對(duì)比分析典型列控系統(tǒng)（CTCS2+ATO、CBTC）在工程造價(jià)和維護(hù)管理上的差異。根據(jù)分析結(jié)果，給出重慶城軌快線(xiàn)列控系統(tǒng)選型建議。

關(guān)鍵詞 ：城軌快線(xiàn) ；列控系統(tǒng) ；CTCS2+ATO ；CBTC

隨著城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，為有效縮短中心城區(qū)與外圍組團(tuán)之間的時(shí)空距離，城市軌道交通快線(xiàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)“城軌快線(xiàn)”）規(guī)劃和建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生，在各系統(tǒng)中，列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)“列控系統(tǒng)”）制式的選擇將直接制約線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)能力及服務(wù)水平。

1、重慶城軌快線(xiàn)線(xiàn)網(wǎng)

2019 年 3 月，重慶市編制了《重慶市城市軌道交通第四期建設(shè)規(guī)劃（2019 ～ 2024 年）》，如圖1 所示 , 規(guī)劃城軌快線(xiàn)線(xiàn)網(wǎng)總長(zhǎng)約482 km，遠(yuǎn)期形成主城區(qū)內(nèi)“兩縱四橫”、主城區(qū)外“三射線(xiàn)”格局，對(duì)內(nèi)承擔(dān)快速運(yùn)輸服務(wù)功能，對(duì)外強(qiáng)化環(huán)主城地區(qū)與中心城區(qū)聯(lián)系。最高運(yùn)行速度 120 ～140 km/h，平均站間距 3.48 ～ 5.51 km，最小運(yùn)營(yíng)間隔 2.5 min，對(duì)照站間距與旅行速度的關(guān)系，旅行速度大于 65 km/h，可實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站等重要門(mén)戶(hù)樞紐設(shè)施與城市中心、副中心 30 min 直達(dá)。

2、列控系統(tǒng)需求分析

2.1 符合城市規(guī)劃角度

2019 年 2 月，中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng) ：國(guó)家發(fā)展改革委）提出在有條件地區(qū)編制都市圈軌道交通規(guī)劃，推動(dòng)干線(xiàn)鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路、城市軌道交通“四網(wǎng)”融合。隨即，重慶市提出推動(dòng)國(guó)鐵干線(xiàn)、市域鐵路、城市軌道交通“三鐵”融合，構(gòu)建全域“一張網(wǎng)、多模式、全覆蓋”的軌道交通體系，主城區(qū)周邊城鎮(zhèn)組團(tuán)構(gòu)建“一環(huán)九射”鐵路公交化路網(wǎng)。

從符合城市規(guī)劃角度，重慶城軌快線(xiàn)處于“三鐵”融合承上啟下重要地位，應(yīng)具備與市域鐵路過(guò)軌運(yùn)行條件。

2.2 促進(jìn)行業(yè)發(fā)展角度

立足智能交通發(fā)展戰(zhàn)略，國(guó)家發(fā)展改革委要求軌道交通行業(yè)積極發(fā)展列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)，重點(diǎn)突破軌道交通自動(dòng)駕駛智能技術(shù)。中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司提出在 2021?～ 2025 年突破全面感知的列車(chē)無(wú)人駕駛（GOA3），在 2026 ～ 2035 年，探索全自動(dòng)無(wú)人駕駛（GOA4），實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)營(yíng)全面自主操控、無(wú)人化。

為提升城市軌道交通自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、全自動(dòng)運(yùn)行，中國(guó)城市規(guī)劃協(xié)會(huì)發(fā)布了《城市軌道交通車(chē)地綜合通信系統(tǒng)（LTE-M）》《城市軌道交通基于通信的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)（CBTC）互聯(lián)互通系統(tǒng)》《城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)》等系列規(guī)范，用以指導(dǎo)城市軌道交通工程設(shè)計(jì)。

從促進(jìn)行業(yè)發(fā)展角度，重慶城軌快線(xiàn)應(yīng)積極應(yīng)用 LTE-M 綜合承載、CBTC 互聯(lián)互通、全自動(dòng)運(yùn)行（FAO）等新技術(shù)，支持軌道交通智能化發(fā)展。

2.3 執(zhí)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)角度

國(guó)標(biāo)《城市軌道交通線(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，適用于快線(xiàn)的系統(tǒng)制式，可以是城軌制式，也可以是鐵路制式。

中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)編制的《市域快速軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，適用于最高運(yùn)行速度在 120 ～160 km/h 范圍內(nèi)的市域快速軌道交通，可采用CBTC、iATC、CTCS2+ATO 等系統(tǒng)。當(dāng)遠(yuǎn)期最小運(yùn)營(yíng)間隔小于 3 min 時(shí)宜采用 CBTC 系統(tǒng)，大于 3 min 時(shí)宜采用 iATC 系統(tǒng)。當(dāng)市域快軌與國(guó)家干線(xiàn)鐵路網(wǎng)資源共享和互聯(lián)互通運(yùn)營(yíng)時(shí)，采用CTCS2+ATO 系統(tǒng)。

中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)編制的《市域鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，設(shè)計(jì)速度 100 ～ 160 km/h，采用單相工頻交流 25 kV 牽引供電的客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)，可采用國(guó)鐵 CTCS制式，也可采用城軌 ATC 制式，宜具備列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行（ATO）功能。

從執(zhí)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)角度，重慶城軌快線(xiàn)兼具國(guó)鐵和城軌特征，列控系統(tǒng)可選擇國(guó)鐵制式也可選擇城軌制式。

重慶城軌快線(xiàn)最高運(yùn)行速度 120 ～ 140 km/h，采用單相工頻交流 25 kV 牽引供電，可選擇的列控系統(tǒng)制式有 ：CTCS2/3+ATO、iATC、CBTC、TACS 系統(tǒng)。

3、列控系統(tǒng)技術(shù)分析

3.1 CTCS2/3+ATO系統(tǒng)

1）CTCS2+ATO

CTCS2+ATO 在 CTCS-2 系 統(tǒng) 基 礎(chǔ) 上， 具 備站間自動(dòng)運(yùn)行、車(chē)站定點(diǎn)停車(chē)、車(chē)門(mén) / 站臺(tái)門(mén)防護(hù)及聯(lián)動(dòng)控制等功能[9]，可與國(guó)鐵制式（CTCS0/2/3級(jí)）線(xiàn)路互聯(lián)互通。2016 年 3 月，CTCS2+ATO 系統(tǒng)首次在珠三角城際線(xiàn)上運(yùn)營(yíng)。

該系統(tǒng)兩端車(chē)載 ATO 不能信息交互，需要人工換端，只能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)折返作業(yè)，時(shí)間較長(zhǎng)（超過(guò) 5 min），無(wú)法實(shí)現(xiàn)最小運(yùn)營(yíng)間隔 2.5 min。

2）CTCS3+ATO

CTCS3+ATO 在 CTCS-3 系統(tǒng)基礎(chǔ)上，具備車(chē)站自動(dòng)發(fā)車(chē)、區(qū)間自動(dòng)運(yùn)行、車(chē)站自動(dòng)停車(chē)、車(chē)門(mén)自動(dòng)開(kāi)門(mén) ( 防護(hù) )、車(chē)門(mén) / 站臺(tái)門(mén)聯(lián)動(dòng)控制等功能。2019 年 12 月，在京張高鐵正式線(xiàn)上運(yùn)營(yíng)。

與 CTCS2+ATO 相 比，CTCS3+ATO 車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信交互功能由臨時(shí)限速服務(wù)器（TSRS）實(shí)現(xiàn)，站臺(tái)門(mén)防護(hù)功能由列控中心（TCC）實(shí)現(xiàn)，充分利用 CTCS-3 系統(tǒng)設(shè)備，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。同CTCS2+ATO 一樣，只能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)折返作業(yè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)最小運(yùn)營(yíng)間隔 2.5 min。

3.2 iATC系統(tǒng)

點(diǎn)（連）式 ATC 系統(tǒng)（iATC），是在固定閉塞基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的列控技術(shù)，已在溫州市域鐵路S1/S2 線(xiàn)、南京 S1 線(xiàn)應(yīng)用。iATC 可實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)駕駛、精確停車(chē)、站臺(tái)門(mén)車(chē)門(mén)聯(lián)動(dòng)、站臺(tái)區(qū)域防護(hù)、無(wú)人自動(dòng)折返等功能，適應(yīng)初、近期中運(yùn)量運(yùn)營(yíng)需求，可平滑升級(jí)至 CBTC。

iATC 系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整功能較弱，只能在車(chē)站、設(shè)有車(chē)地通信設(shè)備的信號(hào)機(jī)處實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)調(diào)整，技術(shù)相對(duì)落后，不適應(yīng)重慶城軌快線(xiàn)智能化發(fā)展。

3.3 CBTC系統(tǒng)

基于無(wú)線(xiàn)通信的移動(dòng)閉塞 ATC 系統(tǒng)（CBTC），已廣泛應(yīng)用于城市軌道交通建設(shè)中，理論上可實(shí)現(xiàn) 90 s 追蹤間隔，實(shí)際實(shí)現(xiàn) 2 min 最小運(yùn)營(yíng)間隔。從 2014 年開(kāi)始，重慶 4、5、10 號(hào)線(xiàn)、環(huán)線(xiàn)開(kāi)展了CBTC 互聯(lián)互通研究和嘗試，至今已取得多項(xiàng)重大技術(shù)成果。為進(jìn)一步加強(qiáng)行車(chē)安全、提高運(yùn)輸效率，在 CBTC 基礎(chǔ)上實(shí)施 FAO 系統(tǒng)，已在國(guó)外大量應(yīng)用。FAO 在 CBTC 基礎(chǔ)上新增功能配置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的遠(yuǎn)程化、自動(dòng)化，具有較高的安全性和可靠性 。2017 年 12月底，北京燕房線(xiàn) FAO 系統(tǒng)開(kāi)通試運(yùn)營(yíng)，至今國(guó)內(nèi)北京、上海等多個(gè)城市已開(kāi)展FAO 線(xiàn)路建設(shè)或規(guī)劃，已成為城市軌道交通未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

從滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)需求、技術(shù)先進(jìn)性及系統(tǒng)成熟度來(lái)看，基于 CBTC 的 FAO 系統(tǒng)，符合重慶城軌快線(xiàn)智能化發(fā)展方向，宜為首選列控系統(tǒng)制式。

3.4 TACS系統(tǒng)

CBTC 系統(tǒng)技術(shù)雖然已十分成熟并廣泛應(yīng)用，但其系統(tǒng)接口過(guò)于復(fù)雜，不利于維護(hù)，且車(chē) - 地通信數(shù)據(jù)流量較大，難以進(jìn)一步縮短通信時(shí)延，近年來(lái)，多家科研單位已開(kāi)展基于車(chē) - 車(chē)通信的新型列控系統(tǒng)—列車(chē)自主運(yùn)行系統(tǒng)（TACS）的研究。

與 CBTC 相比，TACS 系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，將傳統(tǒng)車(chē)地兩層列控系統(tǒng)與車(chē)載網(wǎng)絡(luò)控制、牽引、制動(dòng)等系統(tǒng)高度融合，形成以智能列車(chē)為中心的分布式控制系統(tǒng)[16]，提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率，同時(shí)降低了成本。青島已建成 5 km 長(zhǎng)的 TACS 試驗(yàn)線(xiàn)，并結(jié)合青島 6號(hào)線(xiàn)示范工程實(shí)施，預(yù)期 2022 年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。

從技術(shù)先進(jìn)性來(lái)看，TACS 是列控系統(tǒng)發(fā)展方向，但還處于研發(fā)階段，成熟度較低，且如何與其他系統(tǒng)關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行還處于探索階段，不太適合立即在重慶城軌快線(xiàn)上廣泛應(yīng)用。

4、列控系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)分析

目 前， 應(yīng) 用 于 市 域 范 圍 列 控 系 統(tǒng) 主 要 有CTCS2+ATO 和 CBTC，從系統(tǒng)功能及架構(gòu)上看，二者相似，主要區(qū)別在于正線(xiàn)系統(tǒng)，以及因系統(tǒng)原理差異引起的土建工程和維護(hù)管理定員差異較大。

4.1 系統(tǒng)費(fèi)用分析

CTCS2+ATO 在 CTCS-2 系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加了車(chē)載 ATO 功能，對(duì)于地面正線(xiàn)系統(tǒng)來(lái)講，工程費(fèi)用同 CTCS-2 差別不大。以重慶東環(huán)線(xiàn)機(jī)場(chǎng)支線(xiàn)為例，信號(hào)投資 5500 萬(wàn)元，正線(xiàn)系統(tǒng) (不含無(wú)線(xiàn)通信) 指標(biāo)約 192.98 萬(wàn)元/公里。

鐵四院在總結(jié)國(guó)內(nèi)數(shù)十個(gè)城市軌道交通項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)后，以南京 4 號(hào)線(xiàn)一期工程為例，建立了 CBTC標(biāo)準(zhǔn)模型， 扣 除 無(wú) 線(xiàn) 通 信（WLAN） 部 分 約150 萬(wàn)元 / 公里后，正線(xiàn)系統(tǒng)指標(biāo)約 577.81 萬(wàn)元 /公里。

站間距對(duì)正線(xiàn)系統(tǒng)投資影響較大，通常來(lái)講，站間距越大，指標(biāo)越低，成反比關(guān)系。重慶城軌快線(xiàn)站間距介于國(guó)鐵和城軌之間，按以下公式套用上述 CTCS2+ATO/CBTC 指標(biāo)，結(jié)果如表 1 所示。

正線(xiàn)系統(tǒng)指標(biāo) = 正線(xiàn)系統(tǒng)指標(biāo)（參考）× 站間距（參考）÷ 站間距?

從表 1 可以看出，采用 CTCS2+ATO 正線(xiàn)系統(tǒng)（不含無(wú)線(xiàn)通信）費(fèi)用約為 CBTC 的 1.7 倍。

4.2 土建費(fèi)用分析

CTCS2+ATO 在信號(hào)機(jī)前設(shè)置列車(chē)安全保護(hù)區(qū)段，CBTC 在信號(hào)機(jī)后設(shè)置，控制方式不同，導(dǎo)致土建工程造價(jià)存在差別。保護(hù)區(qū)段按 60 m計(jì)算，CTCS2+ATO 相較于 CBTC，有岔地下站兩端開(kāi)挖斷面增加至少 120 m，按照 25 m 跨度開(kāi)挖 0.86萬(wàn)元 / 平方米指標(biāo)估算，土建工程造價(jià)增加約2580 萬(wàn)元/站。

4.3 維護(hù)管理分析

就 CTCS2+ATO 和 CBTC 維 護(hù) 管 理 內(nèi) 容 而言，主要區(qū)別在于區(qū)間區(qū)段占用檢查設(shè)備不同，CTCS2+ATO 采用軌道電路，而 CBTC 采用計(jì)軸（點(diǎn)式后備模式），進(jìn)而導(dǎo)致維管工作有區(qū)別。

CTCS2+ATO 區(qū) 間 軌 道 電 路 一 般 按 每 雙 線(xiàn)15 km 配置 1 名維護(hù)人員，該標(biāo)準(zhǔn)是按照平均每1.2 km 設(shè)置一段軌道電路制定的，考慮到重慶城軌快線(xiàn)大部分為地下線(xiàn)路，道砟電阻條件較差，為保證軌道電路可靠性，宜按每 0.6 km 設(shè)置一段考慮，約每雙線(xiàn) 7.5 km 配置 1 名維護(hù)人員，即 0.13人 / 公里。

CBTC 按照點(diǎn)式后備模式 6 min 追蹤間隔配置計(jì)軸設(shè)備，約 2.4 km 設(shè)置一處，即雙線(xiàn) 0.83 處 / 公里。參照國(guó)鐵“四顯示自動(dòng)閉塞（主要為軌道電路）年換算道岔組數(shù)為 0.84 組 / 公里，計(jì)軸為 0.75 組 /處”，根據(jù)二者維護(hù)工作量比值，可計(jì)算出計(jì)軸需每 34 處配置 1 名維護(hù)人員，約每雙線(xiàn) 41 km 配置 1 名維護(hù)人員，即 0.024 人 / 公里。

綜上所述，CTCS2+ATO 維管定員約為 CBTC的 5.4 倍。

5、結(jié)論及建議

從系統(tǒng)需求、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等角度分析，均表明CBTC 是重慶城軌快線(xiàn)列控系統(tǒng)最佳選型，既能滿(mǎn)足對(duì)內(nèi)承擔(dān)城市快線(xiàn)服務(wù)功能運(yùn)營(yíng)需要，又能支持軌道交通智能化發(fā)展。但要實(shí)現(xiàn)城軌快線(xiàn)與市域鐵路貫通運(yùn)營(yíng)，推動(dòng)“三鐵”融合，還需研究 CBTC車(chē)載系統(tǒng)兼容 CTCS-0/2 制式技術(shù)。

來(lái)源：RT軌道交通