廣州18及22號線快慢車運營模式研究

葉富智，范永華，蘇 航，林保羅

（1.廣州地鐵集團有限公司，廣州 510010；2.廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣州 510010；3.廣州鐵科智控有限公司，廣州 510010）

廣州軌道交通18及22號線（首通段18號線的萬頃沙―冼村，22號線的番禺廣場―陳頭崗）的線路條件、運營需求和運營方式特殊，信號系統需同時滿足島式越行站、Y型交路、快慢車等多方面的運營需求。本文著重研究適配于廣州18及22號線快慢車運營的信號系統解決方案，通過利用列車運行仿真測試系統，分析、測試和模擬快慢車的運行情況，從而為優化信號系統設計提供有效的技術支持。

1 廣州18及22號線概況

廣州市軌道交通18號線全長61.4 km，均為地下線，共設站9座，其中換乘站8座，平均站間距7.6 km；最大站間距25.9 km，為橫瀝至番禺廣場站區間；最小站間距2.3 km，為石榴崗至琶洲西區區間。

廣州市軌道交通22號線全長30.4 km，初期萬頃沙至番禺廣場段與18號線共線。作為廣州市域快線，18及22號線構建了廣州南部地區的快速聯系通道，對于帶動沿線周邊地區城市發展與經濟建設起到舉足輕重作用。

廣州18及22號線對于將南沙新區打造為珠三角世界級城市群的樞紐型城市，為國家級新區建設起著舉足輕重的作用。對于支持南沙自貿區國家戰略，將南沙打造成為粵港澳全面合作示范區，傾力打造世界級大都會起著至關重要的作用。

2 廣州18及22號線特征分析

廣州18及22號線（首通段18號線的萬頃沙―冼村，22號線的番禺廣場―陳頭崗）的線路條件、運營需求和運營方式具有以下一些特征。

廣州18及22號線首通段共有客運車站11座，其中越行站6座，越行站占比超過50%，適配快慢車運營條件好；

廣州18及22號線所有的越行站，除了22號線的陳頭崗站是雙島式四線越行站以外，其他的越行站都是單島式四線越行站。慢車在陳頭崗站側線（避讓線）和正線都可停車上下客；

廣州18及22號線快車?？空?，除了22號線的陳頭崗站是越行站以外，其他快車?？空径际请p線非越行車站；

慢車?？克熊囌荆ǔ耸枭⒕仍c1站和疏散救援點2站以外，在此二站快慢運營列車皆通過不停車）；

所有單島式四線越行站，避讓線（側股）的運營正向方向終端都有可開通定位直股的道岔作為保護區段，從而在避讓慢車進站過程中，進站進路保護區段未解鎖的情況下，減少對通過進路排列的干擾。

廣州18及22號線在番禺廣場站匯合。番禺廣場站滿足跨線運營條件，廣州18及22號線可行成萬頃沙―番禺廣場，以及萬頃沙―番禺廣場―白鵝潭的Y字形交路運營。

3 信號系統解決方案

信號系統通過各子系統協調配合支持快、慢車運營?？梢愿鶕\行圖自動實現快車在車站跳停，以及在有條件的車站快車越行、慢車待避?？梢宰詣咏o乘客信息系統（PIS）及廣播系統發送預告，使乘客可以獲知每一條股道的下一趟列車是否停車、是否為快車?？梢栽诶L制基本圖時標記快、慢車屬性，如果需要，可以對快、慢車的運行圖和車次窗做顏色或其他形式的區分，方便調度指揮。

3.1 快慢車運行圖研究

ATS系統要適配快、慢車運營，運行圖子系統需要能夠調整區間運行時間，對于通過列車，區間運行時間應予以適當減少。

對通過列車統一減少一定時間。這種方法適用于線路上各站通過線路條件大致相同，列車通過速度大體一致的情況。如果每個會讓站的通過速度差異很多，可以測試各站通過和到開的時間差值。

減少區間運行時間分為3種情況。

出發站通過、到達站通過，這種情況減少的時間為t1。

出發站到開、到達站通過，這種情況減少的時間為t2。

出發站通過、到達站到開，這種情況減少的時間為t3。

要精確測試某一區間的快、慢車區間運行時間差值，需要按上述3種情況分別測試。

1）首先測試出發站和到達站都到開的區間運行時間T，從列車出發站啟動開始計時，至列車在到達站停穩計時終止。

2）測試出發站通過、到達站通過的區間運行時間T1，從列車頭部離開出發站臺軌道計軸區段開始計時，至列車在到達站頭部離開站臺軌道計軸區段計時終止。

3）測試出發站到開、到達站通過的區間運行時間T2，從列車出發站啟動開始計時，至列車在到達站頭部離開站臺軌道計軸區段計時終止。

4）測試出發站通過、到達站到開的區間運行時間T3，從列車頭部離開出發站臺軌道計軸區段開始計時，至列車在到達站停穩計時終止。

對應的減少時間如公式（1）、（2）、（3）所示。

當普通列車到達避讓站臺時，就是快車越行的最佳時機?？燔囃ㄐ泻?，普通列車繼續追蹤，也恰好能夠滿足最小追蹤間隔的需求。其避讓的時序關系如圖1所示。

圖1 快慢車避讓時機Fig.1 Coordinated timing foravoiding collisions between fast and slow trains

可以得出，在避讓站1快車C與普通車B之間的關系如公式 （ 4）、（5）所示。

由此得出，要實現最佳的越行時機，快車與普通車發車間隔和快車節約時間如公式（6）所示。

為實現整體開行方案的均勻間隔，快車需要周期性的變化?？梢圆扇煞N方式維持這種周期性變化：第一種，替換運行方式，即在普通車發車間隔不變的基礎上，用快車替換普通車。第二種， 插入運行方式，即在普通車發車間隔不變的基礎上，將快車插入普通車之中。開行方案的優缺點比較如表1所示。

表1 開行方案的優缺點比較Tab.1 Comparison of the advantages and disadvantages of train operation plans

快慢車越行主要受以下兩個因素影響。

1）行車間隔：如果采用插入運行，快車插入點的行車間隔是原間隔的一半，需要在線路最小追蹤間隔滿足的前提下進行。

2）越行站臺分布位置：在慢車到達越行的站時，快車需要滿足越行慢車的條件，且不能讓慢車避讓時間超長、避讓次數過多。

需對越行站和越行次數的各種組合方案進行可行性分析和實驗，才能確定最佳的越行方案。為了達到平衡，可能減小快車在某些區間的旅行速度，或增加慢車的避讓時間等。

3.2 快慢車交匯點管理策略

3.2.1 交匯點避讓策略研究

在快慢車線路中，交匯點管理策略設置的目的在于使快慢車按照設定的順序通過越行站，并使列車停在站臺外的幾率最小。目前，實際應用中比較常見的交匯點管理策略包括：按到達時間優先、按路徑優先及按晚點列車優先等方式。

按照上述某一種方式，由ATS系統自動控制避讓方式，對于18及22號線的運營是不合適的。一旦圖定順序被打亂，為恢復運營秩序，必然會交換車組擔當服務。由于18及22號線是兩條線路按Y字形交路運營，且共有1個車輛段和2個停車場，如果車組擔當服務被替換，高峰期結束以及運營結束收車時調度車組回到相應的場段，以及司機派班調度等都會帶來很多的麻煩。

3.2.2 交匯點避讓方案選擇

廣州18及22號線快慢車運營需要采取一種更靈活且需要人工確認避讓策略的調整方式。

系統具備越行避讓管理功能，能夠使快慢車按照預先設定好的順序通過越行站。在兼顧停站和避讓的前提下，快車越行慢車。如果發現異常，系統會自動計算相應的避讓時間，如果造成的延誤不長，快車會優先通過；如果造成的延誤較大，系統會提示操作人員人工處理。

3.2.3 廣州18及22號線交匯點管理方案

在交匯點車站，如果待避列車到達進路觸發時刻，但是計劃前行通過列車晚點未達到的情況時，彈出對話框提示。

系統根據廣州地鐵企業標準規定的最長待避時間5 min原則，對交匯點管理進行優化設計。

1）交匯點進路請求對話框顯示待避列車等待前行列車通過的情況下預計總共停站時間 。

2）如果通過列車晚點情況不多，預計待避列車停站時間不會超過5 min的情況下，交匯點進路請求對話框默認選項為等待直至計劃前行列車通過。

3）如果通過列車晚點較多或位置不可知（列車下線等情況），預計待避列車會發生超時，如果列車運行前方仍然有車站可以交匯避讓，交匯點進路請求對話框默認選項為立即排列進路；如果列車運行前方沒有車站可以交匯避讓，交匯點進路請求對話框默認選項為等待直至計劃前行列車通過。

4）列車運行前方仍然有車站可以交匯避讓，ATS支持多次自動交匯避讓。

5）同時支持“先來先走”的交匯點管理策略：信號機可以設置停用交匯沖突檢測操作，操作成功后，ATS不再檢查該信號機所有進路的交匯沖突，先來的列車優先排列進路，不再做出沖突提示。

6）可以靈活配置每條進路的自動進路提前排列時間量，避免早提示、多提示，在列車準點運行的情況下盡量沒有彈框干擾。時間量可以根據現場使用情況隨時修改。

4 仿真與驗證

4.1 仿真交路

采用廣州18及22號線初期運營交路進行仿真實驗，初期運營采用獨立交路。

廣州18號線共上線15列車，其中13列為普通車，2列為大站快車，廣州18號線全部列車運營交路為萬頃沙至冼村。

廣州22號線上線5列車，全部是普通車，全部列車運營交路為番禺廣場至陳頭崗。

4.2 仿真結果

依據現場實際仿真測試結果如下。

1）正常運行期間列車沒有2 min以上的早晚點情況。

2）始發全部正點。

3）其他區間ATO自動調整精確，基本圖運行線和實際運行線幾乎貼合。

4）慢車平均避讓時間小于3 min，相比慢車最長?？繒r間5 min指標尚有大幅裕量。

5）快車跟蹤慢車、慢車跟蹤快車的最小追蹤間隔時間小于90 s。

5 結束語

廣州地鐵18及22號線按照最高速度160 km/h設計，設置了多個越行站，適宜采用快慢車運營。針對快慢車和Y字形交路運營，ATS系統須能夠支持靈活地生成、編輯運行圖，滿足不同運營要求。ATS系統須區分顯示快慢車圖標、運行線，并提供便捷的快慢車轉換手段，在運營秩序出現異常后，能快速地恢復按快運行圖快慢車運營?？炻囖D換建議在始發站進行操作。本文提供的仿真數據可以作為相應研究結果的支撐。