联锁故障情况下的地铁终点站行车组织研究

田亚俊

东莞市轨道交通有限公司

摘 要 本文以东莞地铁2号线为例，通过分析城市轨道交通地铁列车折返作业流程，得出终点站折返能力的影响因素，基于联锁故障情况下的终点站折返能力对终点站行车组织进行深入研究，最终得出符合东莞地铁实际线路情况的联锁故障终点站行车方案，为日后2号线延长段和其他线路的相关研究提供基本的思路和借鉴。

关键词 联锁故障 终点站 折返能力 行车方案

1引言

在城市轨道交通运营组织中，列车所能提供的最大运输能力取决于单位高峰小时的最小行车间隔，而最小行车间隔受限于线路运行节点（终点站）的通过能力。因此，分析联锁故障情况下的终点站折返能力，并基于分析结果研究终点站行车方案，对于联锁故障时终点站行车组织中安全关键点的把握及最大限度地使运能与运量相匹配，实现服务与运营效率的双赢具有极强的现实意义。

2折返能力影响因素分析

2.1东莞地铁2号线终点站线路概况

东莞火车站站台为地下站岛式站台。配线情况（图2-1）：一条站前渡线，两条站后折返线，两条站后存车线。列车可采取站前折返或站后折返，共有8副道岔。

图2-1东莞火车站线路图

虎门火车站站台为高架站侧式站台。配线情况（图2-2）：一条站前渡线，两条站后折返线。列车可采取站前折返或站后折返。共有6副道岔。

图2-2虎门火车站线路图

2.2 折返作业流程分析

2.2.1站前折返

图2-3 虎门火车站站前折返示意图

①进站运行：虎门火车站上行站台列车开出并出清W1503道岔始，准备X1505至虎门火车站上行站台进路，列车运行至虎门火车站上行站台。时间为：列车由展览中心站下行站台开始经单渡线运行至虎门火车站上行站台停稳时止。

②列车停站：列车在虎门火车站上行站台停稳后司机进行站台作业（同时准备上行出站进路），作业完毕后凭道岔开通“好了”信号动车。时间为：列车在上行站台停稳至司机作业完毕关门动车时止；

③出站运行：列车从虎门火车站上行开出。时间为：列车在虎门火车站上行启动至列车出清W1503道岔时止。

2.2.2站后折返

图2-4东莞火车站列车站后折返流程图

图2-5虎门火车站列车站后折返流程图

列车采用折返线1道与采用这返线2道进行折返时的作业流程相同，故下面以列车经折返线1道折返为例，对站后折返作业流程进行分解。如下表：

表2-3-1站后折返作业流程及内容

3终点站折返能力分析

3.1折返能力分析方法简介

折返间隔时间的计算需要拆分列车折返作业每一步骤所耗时间，常用的方法有图解法、解析法及计算机仿真。在解析法中，以站前折返过程中的关键节点划分站前折返流程，最终通过对站前折返每个子流程的作业时间求和，得出相邻两列车的最小站前折返间隔时间；图解法中，通过分析单列车在站后折返每一子流程中的耗时，以长短线段的方式代表所耗时间长短并列在作业流程表上，再分析相邻列车折返作业过程中的相互影响，最后的得出相邻列车的最小折返间隔时间。下文以CTC及ITC模式下的东莞火车站站前折返与站后折返为例，采用解析法和图解法对列车的折返能力进行计算。

3.2站前折返能力

3.2.1东莞火车站

图3-1 联锁故障列车站前折返路径示意图

表3-1 列车最小站前折返间隔参数

3.2.2虎门火车站

图3-2 联锁故障列车站前折返路径示意图

表3-2 联锁故障列车最小站前折返间隔

3.3站后折返能力

3.3.1东莞火车站

图3-3 联锁故障站后折返列车路径示意图

表3-3 站后最小折返间隔时间计算参数

图3-4 联锁故障相邻列车折返间隔图解

联锁故障时，单列车作业总时间为1100s；相邻两列车作业的重合时间为：215+50+305=570s；所以相邻两列车在联锁故障模式下的最小站后折返间隔时间为：1100-570=530s。

3.3.2虎门火车站

图3-5 联锁故障列车站后折返路径示意图

表3-4单列车折返作业时间参数

图3-6 站后最小折返间隔图解

单列车作业总时间为1450s；相邻两列车作业的重合时间为：215+50+305=570s；所以，联锁故障情况下虎门火车站采用站后折返的最小折返间隔为：1450-570=880s。

3.3小结

通过上述方法，可计算出东莞火车站和虎门火车站在联锁故障情况下的站前、站后最小折返间隔及线路最小行车间隔，如下表所示：

表3-5 联锁故障情况下的最小折返间隔时间统计

终点站 折返模式	东莞火车站	虎门火车站	线路最小行车间隔
站前折返	1000s	1380s	1380s
站后折返	530s	880s	880s

4联锁故障情况下的终点站行车分析

联锁故障作为地铁运营中的大型信号故障，对运营安全及线路通过能力将产生极大的影响，因此本节主要从安全风险和行车效率角度出发，以“安全第一，兼顾效率”为原则，研究联锁故障情况下的行车方案。

4.1安全风险

发生联锁故障时，信号系统处于瘫痪状态，整个联锁区域在HMI、CLOW和LOW上全部灰显，中央及车站的信号设备均无法确定列车的具体位置，此时，采用电话闭塞法组织行车。列车运行的安全完全由人工控制，所存在的安全风险来源于控制中心、车站在行车组织过程中的人为因素。同时，因故障发生时有部分你列车停在区间，若不及时组织列车进站，将可能引发乘客解锁车门进入区间等次生事件，故结合联锁故障的处理步骤，对比分析控制中心、车站、司机及乘客在采用站前折返及站后折返时的风险。

（1）控制中心

控制中心所承担的风险主要在于从故障发生至组织列车进站运行的过程中，其中风险最大的主要为定位故障区段的列车（找车）和组织相关列车运行到前方站台（摆车）这两个环节。

表4-1 控制中心风险评价参数

注：X为联锁故障区域以外的列车数。

对比分析：

上线列车数越多，联锁故障情况下故障区域列车数就越多，核对错误的风险及组织列车进站的难度就越大。站前折返比站后折返的上线列车数少一列，故站前折返时行调找车及摆车的难度和风险相对站后折返小。

因此，从控制中心的角度出发，建议采用站前折返。

（2）车站

车站承担的安全风险主要集中在人工准备进路（锁岔）和办理闭塞（办手续）两方面。

①人工准备进路方面：

图4-1 站前折返道岔钩锁示意图

图4-2 站后折返道岔钩锁示意图

由上图可知，组织列车站前折返只须钩锁2副道岔（折返道岔只钩不锁），而站后折返时，东莞火车站须人工准备的进路上涉及6副道岔，虎门火车站涉及4副道岔，道岔的数量越多，出错的概率就越大，因此站后折返在锁岔这一步骤中所存在的安全风险较站前折返大，建议采用站前折返。

②办理闭塞方面：

表4-2 终点站办理闭塞的条件确认（以虎门火车站为例）

由表可见，在每次办理闭塞时，采用站前折返确认的条件更多，出错的概率更大，所以建议采用站后折返，以将确认进路的工作分配给站后调车人员，降低车站行值的工作强度及压力。

（3）乘客

因故障发生时有部分列车停在区间，若不及时组织列车进站，载客列车长时间在区间等候，将可能引发乘客解锁车门进入区间等次生事件。为避免发生次生事件，应尽快组织列车动车进入车站。发生故障后，由行调通知相关车站优先准备区间列车进站进路。列车动车时间的限制主要来源于进路的准备时间，进路准备时间的限制主要在于手摇道岔环节，故为了尽快组织列车进站，应尽量减少手摇道岔次数，换言之，在有选择余地的情况下，应尽量选择进路上道岔位置开通正确的进站进路，方能达到尽快组织区间列车动车进站的目的。基于上述分析，当列车在区间时，从尽快组织列车动车的角度，采用站前或站后折返，需根据道岔开通位置而定。同时可得出在故障发生时，应优先组织区间列车进站的结论。

4.2行车效率

（1）首列折返列车的组织效率

① 乘客候车时间

对于乘客而言，最坏的情况为到达候车站台时，上行站台列车恰好发出，此时发生联锁故障，乘客的候车时间将达到最大值。

根据《2号线运营筹备方案》、《牵引计算报告》及前文计算所得结果，可得CTC及ITC模式时列车在展虎区间运行参数表如下：

表4-3 CTC及ITC模式下的列车运行参数表

参数名称	参数取值
区间长度	5073m
区间平均运行速度	80km/h
区间运行时间	230s
行车间隔	8min
站后全折返时间	280s

通过上表，可推算出前方列车出清虎门火车站那上行站台时后方列车的位置，如图所示：

图4-3 发生联锁故障时相邻两车的位置（最坏情况）

此时，对于前方列车，须展览中心站及虎门火车站人员对W1402、W1408及W1503道岔进行钩锁，钩锁完毕后组织上行列车运行至展览中心站，时间参数如下表所示：

表4-4 故障前期处理时间

注：A.因虎门火车站上行列车开出时W1503开通直股，正常情况下W1501因侧防也开通为直股，故相关道岔只需钩锁即可。

B.采用站前折返组织首列车运行时：

①第3-7项的平行作业：虎门火车站人员完成W1503道岔的钩锁后，即可走行至W1501道岔处（约64米），耗时约40s；手摇道岔至侧股并钩锁，耗时180s；再从W1501走行至W1503道岔处，耗时40s，拆钩锁器、手摇并钩锁W1503，耗时210s，共计470s，而第3-7项的作业总时间为405s，即行调发布电话闭塞法组织行车的命令后，虎门火车站还需要65s（470-405=65s）的进路准备时间。

②第5-7项的平行作业：展览中心站钩锁完W1402道岔后，现场人员走行至W1410道岔，耗时185s；钩锁W1410道岔，耗时30s，共计215s，第5-7项的作业总时间为190s，即行调发布电话闭塞法组织行车的命令后，展览中心站还需要25s（215-190=25）的进路准备时间。

③65>25，故行调发布电话闭塞法组织行车的命令后，还需65s，展览中心下行至虎门火车站上行的进路方准备好，虎门火车站与展览中心站方能办理发车闭塞。

C.采用站后折返组织首列车运行时：

①第3-7项的平行作业：完成W1503道岔的钩锁后，走行至W1501处，耗时40，钩锁道岔在直股，耗时30s，共70s，第3-7项的作业总时间为405s，即在行调发令前虎门火车站接车进路已准备完毕。

②第5-7项的平行作业：与站前折返耗时一致，计算结果为25s。

③所以行调发布电话闭塞法命令后，进路办理剩余时间为25s。

基于上述分析，可算得行调发布电话闭塞法组织行车的命令后，展览中心站下行列车分别采用站前折返和站后折返时，到达虎门火车站上行站台载客时间，分析如下：

列车采用站前折返时：

图4-4站前折返载客路径

表4-5 首列车运行到达站台载客时间参数（站前折返）

通过上表可得，采用站前折返时，自行调发布电话闭塞法组织行车的命令时起，至虎门火车站首列车进站载客的时间为835s。

列车采用站后折返时：

图4-5 站后折返载客路径

表4-6 首列车运行到达站台载客时间参数（站后折返）

通过上表可得，采用站后折返时，自行调发布电话闭塞法组织行车的命令时起，至虎门火车站首列车进站载客的时间为1210s。

行调在中央核对列车的总时间见下表：

表4-7 控制中心前期处理时间参数

结合行调在中央核对列车的总时间、表4-4及表4-5，可算得从故障发生时起，至首列车进站载客的时间（虎门火车站上行站台乘客的候车时间＝故障前期处理时间+首列车运行到达站台载客时间）。

采用站前折返组织列车进站载客时，乘客候车时间为445+835＝1275s；采用站后折返组织列车进站载客时，乘客候车时间为445+1210＝1655s。

② 首趟折返列车的动车时间对比

从上文分析中可以看出，从故障发生时起，经历行调找车、行调组织区间列车动车、准备后续列车进路、办理后续列车动车手续几个阶段后，后续列车可动车。其中采用站前或站后折返的流程区别在于列车进路的准备上。

当采用站前折返时，以表4-4的第2项作业为计时起点，以表4-5的第2项（动车时刻）作为计时终点，可算得自车站人员到达W1503道岔时起至展览中心站下行列车动车时间为740s；采用站后折返时，相同作业的时间跨度为700s。因此，采用站后折返稍优于站前折返，可节省时间约40s。

③ 规律总结

基于以上分析，可分析总结出组织首趟列车折返时的规律如下：

a.W1501、W1503两副道岔因侧防关系，一般开通位置相同。且因CTC、ITC、联锁情况下使用站后折返，绝大多数情况下W1501、W1503两副道岔均开通直股。

b.从乘客候车时间角度分析，当折返列车存在站前和站后折返的选择空间时，选择站后折返的候车时间更长。

c.故障发生时首趟折返列车越接近虎门火车站，当折返列车存在站前和站后折返的选择空间时，若选择站后折返，相比站前折返，则乘客候车时间越长。因站后调车作业的办理可利用列车运行进入虎门火车站下行站台期间平行进行，在最理想的状态下，列车到达虎门火车站下行站台前，办理完毕站后调车的进路时间为4.5分钟（钩锁站后三副道岔+从W1501至站后岔区走行时间），期间列车以NRM模式可运行2634米，换言之，当列车进入虎门火车站下行站台2634米范围内后，平行作业时间大于列车区间运行时间，列车到达虎门火车站下行站台后需在站台等候。

d.不考虑同时存在多趟列车进路冲突的情况，在人员作业效率恒定的前提下，当折返列车存在站前和站后折返的选择空间时，首趟折返列车的动车时间取决于折返进路的选择。当W1501开通右位时，宜选择站后折返；当W1501开通左位时，宜选择站前折返。

④ 综合分析

结合上文分析可知，一般情况下展览中心至虎门火车站上下行区间同时存在两部列车，因此讨论故障情况下的首趟列车的行车组织需结合该情况，考虑列车间隔的不均衡性，运用上文所总结的四条规律以及优先组织区间列车进站的原则，分情况进行分析，具体分析如下表：

表4-8 折返方案的选择表

从上表可以看出，大多数情况下，宜采用站后折返，只有在W1501道岔前方停有列车，同时虎门火车站下行站台被列车占用的情况，为优先组织区间列车进站，宜下采用站前折返。当W1501道岔前方停有列车，而虎门火车站上下行站台均空闲的情况下，为组织区间列车尽快动车，应该根据道岔开通位置选择站前或站后折返。

⑤ 优化分析

结合虎门火车站办理首列车接车的各时间参数可见，乘客候车时间的限制因素主要在于三方面：

a.故障前期准备时间（含行调处理及找车时间）

b.车站办理进路的时间

c.列车的区间运行时间

为有效缩短发生故障时的乘客候车时间，以下针对这三个限制因素提出优化建议：

行调找车时间的优化：可通过技术手段的优化（如信号系统在故障后，相关的显示屏还能显示最后正常显示的画面、运行图还能记录最后的显示画面、通信电台能显示列车的位置等），使得发生联锁故障时行调能快速、准确地了解正线上每列车的位置，从而有效缩短列车的定位时间。

车站办理进路时间的优化：加强车站人员办理进路的实操培训，以提高进路办理速度以及车站与现场人员间、相邻车站间信息传递的准确性和流畅性。同时，可以考虑在故障情况下车站组织协调多组人进行人工进路准备。

列车区间运行时间的优化：建议在确保安全的前提下，采用NRM运行模式且提高有关规章文本中NRM模式下的运行限速，以缩短列车在区间（尤其在长大区间）的运行时间，最终达到缩短乘客候车时间的目的。

（2）通车后的行车间隔

前一章节中所得联锁故障模式下两端终点站的折返能力，可得下图：

图4-6联锁故障相邻列车折返间隔

故障区域通车后，后续列车采用站后折返的行车间隔远小于站前折返，能实现更高的行车效率。

图4-7 虎门火车站折返间隔示意图

由上图可得，虎门火车站站后折返间隔的主要瓶颈在“接车作业时间”，结合表3-4，接车作业时间中列车的区间运行时间共520秒，占接车作业时间的60%。因展虎区间为高架段，视线较为良好，可考虑通过提高列车区间运行速度以缩短列车间隔，测算情况如下：

表4-9 展虎区间运行参数对比表

综合考虑首趟车组织效率及通车后的折返间隔，在联锁故障情况下，列车采用NRM模式运行，终点站灵活采用站前折返或站后折返接入首列车，后续列车采用站后折返，此时行车效率达到最大化。

5总结及建议

综上所述，可得联锁故障的综合评价分析表如下：

表4-10 联锁故障折返路径选择综合评价

在联锁故障情况下，列车采用NRM模式运行，终点站灵活采用站前折返或站后折返接入首列车，后续列车采用站后折返。

前文列举的故障处理的人员标准化作业时间数据（除列车运行时间外）参照了同行地铁的相关经验数据，随着开通后人员水平的不断提高，处理效率会逐步提高。同时，针对首趟列车的到达虎门火车站上行站台的时间研究是基于最恶劣的情况考虑，实际操作中时间要短于上表所述时间。针对文中所述的内容中，如何在确保安全的前提下提高处理效率的问题，建议从以下三个方面入手：

（1）通过技术手段的优化（如信号系统在故障后，相关的显示屏还能显示最后正常显示的画面、运行图还能记录最后的显示画面、通信电台能显示列车的位置等），使得发生联锁故障时行调能快速、准确地了解正线上每列车的位置，从而有效缩短列车的定位时间。

（2）加强车站人员办理进路的实操培训，以提高进路办理速度以及车站与现场人员间、相邻车站间信息传递的准确性和流畅性。同时，可以考虑在故障情况下部分关键车站组织多组人进行人工进路准备。

（3）建议在联锁故障模式下，应采用NRM运行模式，且随着上线列车数量的提高，应适时提高部分区段NRM模式下的运行限速，以缩短列车在区间（尤其在长大区间）的运行时间，最终达到缩短乘客候车时间的目的。