作者 | 劉艷青 上海控安安全測評中心安全測評部測試經理

版塊 | 鑒源論壇 · 觀通

系列簡介：隨著城市軌道交通網的逐步擴大，信號系統在保證行車安全前提下，于提高運輸效率、以及改善和行車有關的技術人員作業條件等方面起到至關重要的作用。為了讓不了解軌交信號系統的技術人員對本領域內專業知識有一定認識，我們編制了軌交信號系統相關系列文章，希望本系列文章可以對讀者在專業知識的積累和補充上有所幫助。本系列文章從軌交信號系統基礎簡介開始，逐步向信號基礎設備細化，梳理軌交安全系統的框架，到聯鎖系統功能解析等深入，從粗到細，從框架再到具體，逐步展開。

01 鐵路設備的分類和組成

鐵路設備通常是由鐵路線路及經過的各個車站，運行在鐵路軌道上的機車車輛及相關車輛整備和修理設備，以及統稱為鐵路通信和鐵路信號的設備組成。

鐵路現場一般分為五大工種：車務、機務、工務、電務和車輛，簡稱車、機、工、電、輛。其中車務是直接負責運輸的部門，機、工、電、輛都是維護單位，為運輸服務。因此，我們所說的作業，通常指車務進行的運輸作業。

鐵路運輸分為“線”和“點”的運輸。“線”上運輸是列車在鐵路路網上運行傳遞，一般是成對傳輸，“線”的運輸能力反映了在單位時間內列車傳遞的車輛對數。另外，“點”上運輸是指對車流的組織控制，主要進行摘掛和解編作業，反映了對列車的編組能力。

“線”運輸就是指列車在車站和區間進行的列車作業，“點”運輸就是指車輛在車站內進行不同股道或不同的軌道區段上進行的調車作業，其中換車頭作業就是調車作業的一種。因此，鐵路上也把這兩種作業類型分為列車作業和調車作業。

指揮列車運行和調車工作的鐵路信號系統有廣義和狹義之分。廣義的信號是指：在鐵路運輸系統中起保證行車和提高作業能力的控制技術的總稱，這種作業能力可以為手動控制、自動運行，也可以為遠程指揮。狹義的（一般是指能連續控制的、自動生成的）信號，主要由電氣集中信號設備組成。

02 城市軌道交通系統組成和分類

2.1 城市軌道交通系統的組成

（1）線路

鐵路線路是機車車輛行走的必要設備，是由路基、鐵軌、橋梁、隧道等共同組成線路的統稱。列車在線路上進行客貨運輸，按照規定的速度，保持平穩運行。列車運行和調車作業所在的車站也是線路的一部分，車站辦理旅客上下客的作業。而停車場是列車、車輛集散和裝備基地。軌道線路也分為有砟軌道和無砟軌道，無砟軌道的道床和鋼軌，以及路基的維護成本較低，城市軌交線路一般采用無砟軌道。

（2）站臺

城市軌道交通的線路中，除了始發站和終到站，也有不含道岔的中間站，叫無岔（道岔）站，也叫非集中站。線路上兩端的始發站和終到站的折返車站，以及只進行調車作業或小交路中途進行折返的中間站上，需要進行不同股道的變道作業，或在不同軌道區段上作業，就必須設置道岔，這些有道岔的車站通常統一稱為有岔站。城市軌道交通系統的車站根據運行需要也都設置上下行站臺，旅客在站臺進行上下客。有岔站聯鎖集中控制道岔（由轉轍機制動）、軌道電路和信號機，所以也會將這些車站統稱為聯鎖集中車站或設備集中站。

（3）供電和電力牽引

軌道交通系統的動力來源是供電和電力牽引，電器集中設備控制，尤其在現代電氣集中化的軌道交通系統中，供電是八大系統之一，軌道交通的任何設備都離不開電力，設備的控制和信息的采集都離不開電力的驅動。

（4）車輛

車輛是軌道交通牽引和運輸旅客的設備，不同線路要求不同的編組數量，根據運能的需要，多個車輛編組為列車。除了正常運行需求，車輛也需要在維護基地進行維護，完整列車車輛的整備（編組和解編作業）和修理作業，為了保持列車車輛的完好且能正常運行使用。在普速鐵路或高速鐵路中，司機室設置在車頭或者車尾位置，而軌交列車一般在車頭和車尾都設置司機室，從而在上行和下行時都可以駕駛列車運行。當然，具備自動駕駛的線路中，不單純依靠司機駕駛列車運行。列車機車的車載設備大多也設置在車頭車尾的司機室或列車車輛的底部。

（5）通信、信號設備

通信信號設備是城市軌道交通系統網的耳目，是用來控制和指揮列車正常運行的大腦。尤其，信號系統是確保行車安全、提高運輸能力和車流效率的專用設備。

軌交信號系統通過信號設備發送給線路和列車命令，指揮列車按照規定速度運行、進站上下客等作業。軌交信號系統通過聯鎖設備保證時間和空間上列車在車站變道、停在規定站臺、降速或越站通過等運行安全。軌交信號系統通過列車站間閉塞設備保證列車在區間的運行安全。

我國城市軌道交通信號系統中，已經普遍采用基于計算機實時控制的列車運行自動控制（ATC）系統，該系統由三個子系統組成：列車自動防護（ATP）子系統、列車自動運行（ATO）子系統和列車自動監控（ATS）子系統。

圖1 城市軌道交通信號系統組成

2.2 城市軌道交通對信號系統的要求

（1）安全性高（行車安全、人身安全）；

（2）列車客運通過能力大；

（3）保證信號正確顯示；

（4）自動化作業程度高；

（5）抗外界不利因素干擾、抗阻能力強；

（6）可靠性高；

（7）限界條件要求苛刻。

圖2 城市軌道交通對信號系統的要求

2.3 城市軌道交通信號系統的分類

城市軌道交通信號系統按照閉塞方式可以分為固定式和移動式。固定式信號系統又可以根據控制方式分為臺階式信號系統和曲線式信號系統，也叫速度碼模式和目標距離碼模式信號系統。

03 城市軌道交通信號系統功能

3.1 保證列車運行（行駛和停止）的安全

列車行進之前，需判斷如下條件：（1）前方的軌道區段無列車占用（軌道區段空閑）；（2）道岔已被搬動到且被鎖閉在規定位置；（3）沒有建立敵對信號和相抵觸的信號等。滿足上述條件才可以允許正在停止狀態的列車或將要運行的列車發出進路鎖閉的狀態，進路才會排路成功，信號才會開放。因此，列車需要嚴格遵守聯鎖條件控制的信號，才能夠確保列車能安全運行。

反而言之，如果列車不按照信號指揮的顯示運行或停止（違反規章運行），將可能導致事故，如：脫軌、擠岔、正面沖突、追尾、側沖等安全事故，確保旅客的旅途安全是城市軌道交通運輸中最重要的環節。信號系統可以避免和減少列車運行發生事故，在不能避免事故發生時，也盡可能降低事故等級、縮小事故影響的范圍。

3.2 提高軌道交通的運行效率和線路通過能力

信號設備在軌交建設中的投入產出比很高。軌交在城市運行過程中，承載著通勤和出行的社會責任，信號設備投入占比較小，僅占總投資的5％，但其產出效益達25%以上。

在城市軌道交通中，有先進的信號系統加持，使得行車密度變大，間隔大大縮短，根據時間空間間隔原則，自動調整設置的列車運行時刻表，ATS系統可自動、安全地指揮列車按列車運行圖運行，既縮短列車停站時間，又保證了行車效率和整個軌交系統網絡的通過能力。

3.3 改善職工作業條件

通過ATO自動運行系統和ATS自動監控系統，有效地降低了司機等技術人員的勞動強度，也保護了各工種的操作安全。

圖3 事故率和扳道效率對比（來自網絡）

3.4 信號系統是軌道交通現代化信息技術綜合應用的集中體現

ATC保證全線列車運行安全，ATP實現全線列車運行自動監視和控制，ATO是自動或輔助實現全線行車調度指揮的行車安全關鍵系統，ATS是全線列車運行及行車調度指揮的大腦，根據軌道電路或軌旁設備采集到的運行位置和設備狀態，根據列車運行圖，制定列車進路序列，從而根據進路序列，實現自動排路。

圖4 ATS系統設備關系圖

04 城市軌道交通信號系統的發展

根據國民經濟和城市發展的需要，軌道交通建設已不再僅限于一線城市專有。軌道交通技術也不僅限于滿足安全和運行的需求，在上海15號線、18號線等線路已運用自動駕駛等先進技術，軌道交通系統信號設備和控制系統也已實現本地化，大大降低了建設軌交系統的成本。在軌交系統結構與規模，新型城際客運專線、輕軌、地鐵網和鐵路網之間的對接等方面，也都在不斷完善優化中，城市建設中的城市軌道交通網逐步往更成熟、經濟、合理、先進的方向發展。

審核編輯：湯梓紅