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摘 要：文章结合南宁市轨道交通1号线分段开通的工程建设情况，基于最小化修改原设计方案及便于后期全线贯通测试为原则，分别从分段开通线路范围的选择、联锁要素的防护和处理、数据通信系统（DCS）骨干网环网设计、自动列车监控（ATS）、临时调度控制中心（OCC）设计及自动列车控制（ATC）边界设计等方面，研究分段开通信号系统的核心要点，为后续其他线路分段开通提供技术参考。
关键词：城市轨道交通;分段开通;信号系统;核心要点
中图分类号： U213.9
0 引言
城市轨道交通信号系统是确保地铁列车安全、高速、准点和舒适运行的关键核心系统，它的正常运行与乘客安全出行息息相关。故当因工程建设中某些原因导致需采用分段方式开通线路时，需对地铁各强、弱电系统，特别是信号系统的原设计方案进行重新设计或在原设计方案基础上采取防护措施，以保障分段开通线路的行车安全。
信号系统分段开通设计的总体原则是在原设计方案基础上，尽量最小化地对原设计方案软硬件进行修改，在保障分段开通线路安全运营的基础上，需兼顾后续开通线路相关施工、调试及系统贯通等工作的开展。
1 南宁市轨道交通1号线分段开通情况
南宁市轨道交通1号线共有25个车站，采用卡斯柯Urbalis 888信号系统和科安达计轴系统（TAZ II/S295）。采用分段开通运营，先期开通的线路为南湖站—火车东站共10站10区间线路（统称“东段”），含控制中心、车辆段和试车线;后期开通的线路为石埠站—麻村站共15站15区间线路（统称“西段”），简化线路图如图1所示。
2 线路分段开通设计
先期分段开通的线路应与车辆段或停车场衔接，确保开通运营后，下线列车具备维护检修及相关调试的场所。其次，在尽可能扩大开通线路里程的基础上，应考虑开通线路的首、终端站应具备折返线路，以确保列车的正常组织运营。
南宁市轨道交通1号线先期分段开通的东段线路与车辆段衔接，且南湖站和火车东站均具备折返功能。
3 联锁系统分段开通设计
分段开通对信号联锁系统影响最大，首要考虑是否需要对设备集中站进行调整。其次需考虑对联锁软件的边界区域进行联锁逻辑修改，调整分段开通边界双向进路联锁表配置，为折返线路联锁配置追踪功能。
3.1 设备集中站调整
在确定分段开通范围后，联锁系统首要考虑的问题是：先期分段开通范围内的室外轨旁设备是否完全受控于先期分段开通范围内的设备集中站，若完全受控，则对应的设备集中站可不做改变。否则，需将该联锁集中站设备调整至先期分段开通范围之内的其他车站设备房中（前提条件是车站设备房的房间面积及供电容量须满足设备集中站的相关要求）。
南宁市轨道交通1号线中涉及东段开通所需控制的南湖-麻村区间室外信号设备均受控于南湖站设备集中站，故不需进行设备集中站的调整。
3.2 计轴區段防护处理
由于后期分段开通的轨旁设备未正式投入使用，故在分段开通分界处，先期分段开通范围内的信号系统把分界处当做“红光带”（即有列车占用）进行处理，区域控制器（ZC）认定该区域存有非受控列车。ZC对非受控列车进行特定的安全防护，主要有2类。
（1）安全包络。ZC无法判定被认定为非受控列车的具体位置，故在相应的分界计轴区段上形成安全包络，并在相邻的空闲计轴区段上各形成一定范围的防护包络（从区段空闲到列车占用计轴区段这一过程，会存在信息传输延时），如图2所示。
（2）安全防护区域。ZC无法获取列车的行为信息，ZC认定该列车是非受控列车（如存在以限制人工模式速度闯红灯等危险行为），为了保护其他基于通信的列车控制（CBTC）受控列车不碰撞该非受控列车，而在该非受控列车周围（以计轴为边界）形成一定距离的安全防护区域，如图3所示。
基于上述计轴区段安全防护原理，为了避免列车在南湖站进站停车及折返运行造成影响，东段线路的计轴点从南湖站往麻村站方向上下行至少安装到AC02E1/AC02E2以及AC01E1/AC01E2，如图4所示。
若分界处的计轴区段G01E/G03E、G02E/G04E区段出现“红光带”，就会影响南湖站列车的正常折返，其中“红光带”的含义为计轴区段被联锁报告占用，但ATS未收到ZC报告占用信息（如非通信列车的占用、非CBTC模式计轴故障等）。而现场安装了AC01E1、AC02E1、AC03E1、AC04E1，西段麻村站附近存在施工作业，极易造成上述计轴设备干扰，进而造成计轴区段出现红光带。为此，需对计轴AC01E1、AC02E1、AC03E1、AC04E1采取模拟出清的措施。同时需要采取相关安全防护措施，如在麻村站站台区域轨行区设置红闪灯、设置停车挡及安保人员值班防护等，确保运营期间没有人员及车辆进入南湖站。
根据科安达计轴工作机制分析可知，要使室外计轴保持处于出清状态，可通过在计轴主机柜的室外磁头接入点接入等效于室外计轴磁头处于出清状态时的电子电路。当室外计轴磁头处于出清状态时，室外计轴磁头电路等效于一个300Ω的负载电阻。故在室内计轴机柜侧接入负载电阻，可使得G01E、G03E、G02E、G04E保持永久出清状态。另外还需在防雷分线盘处断开连接室外计轴磁头的计轴电缆。在正常运营时，需要人工确保没有列车及人员进入到G01E、G03E、G02E、G04E轨道区段内。
3.3 边界进路处理
由于联锁软件把分界处当做红光带进行处理，以下进路在ATS软件层面将被禁止使用：X1614_S1602、X1606_S1602、X1608_S1604、X1616_S1604、S1602_X1606、S1602_X1614、S1604_X1608和S1604_X1616。上述进路待全线贯通后，在新的ATS软件开放使用。
3.4 道岔处理
由于列车运营至终端南湖站后，需在南湖站后的折返线进行折返，故可在室外用钩锁器将道岔P1618、P1620钩锁在反位，并须在ATS工作站上将此道岔电子单锁在反位。需进行道岔电子单锁操作，是因为根据卡斯柯信号联锁关系，对正线道岔设置有保护区段（OVERLAP），OVERLAP区段可分为：
（1）不锁闭道岔的保护区段（NOT Interlocked），即保护区段的道岔不需锁闭;
（2）道岔必须锁闭在定位的保护区段（Critical Normal），即保护区段的道岔必须锁闭在定位，进路信号方能开放;
（3）道岔必须锁闭在反位的保护区段（Critical Reverse），即保护区段的道岔必须锁闭在反位，进路信号方能开放;
（4）道岔优先锁在定位的保护区段（Preferred Normal），即当保护区段的触发区段被占用后，联锁优先将保护区段的道岔锁闭在定位，若道岔被单锁在反位，进路信号亦能开放;
（5）道岔优先锁在反位的保护区段（Preferred Reverse），即当保护区段的触发区段被占用后，联锁优先将保护区段的道岔锁闭在定位，若道岔被单锁在反位，进路信号亦能开放。
由于道岔P1618、P1620保护区段在联锁内被设置为Preferred Normal，当列车占用其触发区段时，联锁系统将向道岔P1618、P1620发出转向定位的命令，而此时道岔正钩锁在反位状态，极易造成转辙机及杆件损坏。
此外，为了对进入存车线列车进行安全防护，可在室外将道岔P1602_P1604、P1608_P1606用钩锁器钩锁在定位，并在ATS工作站上将此道岔电子单锁在定位。
3.5 信号机处理
涉及东西段线路衔接的信号机有X1614、X1616、S1602、S1604、X1606和X1608。上述信号机应满足以下分段设计要求：
（1）X1614、X1616应禁止开放通往直向进路的信号;
（2）S1602、S1604应显示禁止信号，室外亮红灯;
（3）X1606和X1608的信号应禁止开放。
由于ATS软件禁用进路X1614_S1602、X1616_S1604、X1606_S1602和X1608_S1604，故X1614和
X1616无法开通直向进路的信号，X1606和X1608无法开放信号，即通过ATS软件改造即可满足上述分段设计要求的第一点和第三点。
由于联锁软件把分界处当做红光带进行处理，ZC把该区域认定为存在有非通信列车，故S1602、S1604在室外处于亮灯状态，且由于进路条件无法满足，如P1602_P1604、P1608_P1606均单锁在定位和P1618、P1620均单锁在反位，故以S1602、S1604为始端信号机的进路无法排出，故S1602、S1604在室外亮红灯。
4 DCS系统的分段开通设计
4.1 骨干网分段开通设计
如图5所示，原设计方案中的DCS由A-B-C-D-E-F-G-H-I骨干网组成，分段开通的骨干网增加了南湖站至百花岭的2段骨干网光缆，如图5中的J和K。全线骨干网络分割成2个相交的环形，一段用于东段的网络环网C-D-E-K-J，一段用于西段的网络环网B-A-I-H-G-F。
在东段正常运营阶段，需将南湖站的B骨干网光缆和百花岭站的F骨干网光缆断开，确保从物理层面断开东、西段DCS网络，保障了行车安全;当夜间需开展全线贯通测试试验时，需将上述2个骨干网光缆接入相关骨干网节点机。
4.2 室外无线接入点（AP）点分段开通设计
一般地铁区间内的AP供电电源采用交叉供电方式，以提高冗余。如图6为南湖-麻村区间AP分布及供电情况，为了满足列车在南湖站的折返，至少需要安装AP13E、AP14E、AP16E的室外AP，并提供相应的电源。由于采用交叉供电，需要从南湖站临时加2对电缆为AP13E、AP14E供电，而在全线贯通调试时，此部分AP点的供电由麻村站提供。
5 ATS系统的分段开通设计
为了确保信号数据传输的安全性，需将先期分段开通线路的信号数据传输网和后期还处于安装调试阶段的信号数据传输网从物理层面相互分开，且为了保证先期分段开通线路的正常运营和后期开通线路的安装调试能够同步进行，需设置2个OCC。其中，一个用于先期开通线路的正常运营，另一个用于后期线路调试。因此，若先期分段开通的线路包含有控制中心，则后期开通线路需搭建临时OCC;若先期分段开通的线路中不包含有控制中心，则先期分段开通线路需搭建临时OCC。
在南宁市轨道交通1号线东段试运营线路中，包含有控制中心，为了确保在白天东段试运营时间段内能够开展西段信号调试等工作，需在西段车站设置用于西段调试的临时调试OCC。
1号线临时OCC设置在西段的设备集中站广西大学站，设备主要有2台ATS网关计算机、1台ATS维护台和1臺DCS维护台、1台LC、3台主交换机、2台电交换机。组网方式为从原广西大学站主交换机通过网线连接红网、蓝网的临时主交换机，ATS网关红蓝网接临时红蓝网主交换机相关端口，深灰浅灰网接广西大学站深灰浅灰交换机相关端口。
6 ATC系统的分段开通设计
为了保证线路数据的准确性及安全性，避免西段还处于调试阶段的线路数据接入东段正式运营的设备，东段ZC、LC及列车等设备只保存经安全认证后正式发布的东段数据，故东段的ZC无法与西段的ZC进行相互信息通信。同时，为了确保西段的顺利调试，需在西段设置单独的LC，用于西段数据管理和临时限速管理等，1号线在西段的广西大学站单独设置了1台LC用于西段调试，待全线正式贯通后再拆除该LC。
由于ZC具备区域封锁功能，即在ZC管辖区域内，当出现列车发送给ZC的位置报告信息中指示的列车位置超出了本ZC所授权的该列车防护包络时，ZC将给管辖区域内所有CBTC列车发送无效移动授权，使区域内所有列车停车。故为了确保东段列车的正常运营，避免西段调试列车对东段运营列车的影响，需对图6中的AP05E-AP14E进行断电处理，确保西段列车信息无法接入东段ZC。
7 结束语
由于分段开通有利于尽早地缓解城市交通压力，目前不少城市采用该种方式建设轨道交通线路，但相对于整条线路开通，分段开通给建设带来不少难点，特别是涉及行车安全的信号系统，在方案设计方面存在很大的变动。本文通过南宁市轨道交通1号线分段开通建设的经验，重点梳理了分段开通信号系统在联锁、ATS、DCS和ATC等子系统上的核心要点，为后续各城市轨道交通分段开通提供技术参考。
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收稿日期 2019-03-13
责任编辑 王宏强