论文|重庆城轨快线列控系统选型分析

注：本文为期刊公众号简版，完整版已发群内自取。

刘实秋，中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司

摘要：从城市规划、行业发展、设计标准等角度，分析重庆城轨快线列控系统需求 ；从技术方面对比分析国铁制式、城轨制式中各可供选择的列控系统的优缺点 ；从经济方面对比分析典型列控系统（CTCS2+ATO、CBTC）在工程造价和维护管理上的差异。根据分析结果，给出重庆城轨快线列控系统选型建议。

关键词 ：城轨快线 ；列控系统 ；CTCS2+ATO ；CBTC

随着城市规模不断扩大，为有效缩短中心城区与外围组团之间的时空距离，城市轨道交通快线（简称“城轨快线”）规划和建设应运而生，在各系统中，列车运行控制系统（简称“列控系统”）制式的选择将直接制约线路运营能力及服务水平。

1、重庆城轨快线线网

2019 年 3 月，重庆市编制了《重庆市城市轨道交通第四期建设规划（2019 ～ 2024 年）》，如图1 所示 , 规划城轨快线线网总长约482 km，远期形成主城区内“两纵四横”、主城区外“三射线”格局，对内承担快速运输服务功能，对外强化环主城地区与中心城区联系。最高运行速度 120 ～140 km/h，平均站间距 3.48 ～ 5.51 km，最小运营间隔 2.5 min，对照站间距与旅行速度的关系，旅行速度大于 65 km/h，可实现机场、火车站等重要门户枢纽设施与城市中心、副中心 30 min 直达。

2、列控系统需求分析

2.1 符合城市规划角度

2019 年 2 月，中华人民共和国国家发展和改革委员会（以下简称 ：国家发展改革委）提出在有条件地区编制都市圈轨道交通规划，推动干线铁路、城际铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通“四网”融合。随即，重庆市提出推动国铁干线、市域铁路、城市轨道交通“三铁”融合，构建全域“一张网、多模式、全覆盖”的轨道交通体系，主城区周边城镇组团构建“一环九射”铁路公交化路网。

从符合城市规划角度，重庆城轨快线处于“三铁”融合承上启下重要地位，应具备与市域铁路过轨运行条件。

2.2 促进行业发展角度

立足智能交通发展战略，国家发展改革委要求轨道交通行业积极发展列车自动控制系统，重点突破轨道交通自动驾驶智能技术。中国国家铁路集团有限公司提出在 2021 ～ 2025 年突破全面感知的列车无人驾驶（GOA3），在 2026 ～ 2035 年，探索全自动无人驾驶（GOA4），实现铁路运营全面自主操控、无人化。

为提升城市轨道交通自动化水平，实现互联互通、全自动运行，中国城市规划协会发布了《城市轨道交通车地综合通信系统（LTE-M）》《城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统（CBTC）互联互通系统》《城市轨道交通全自动运行系统》等系列规范，用以指导城市轨道交通工程设计。

从促进行业发展角度，重庆城轨快线应积极应用 LTE-M 综合承载、CBTC 互联互通、全自动运行（FAO）等新技术，支持轨道交通智能化发展。

2.3 执行设计标准角度

国标《城市轨道交通线网规划标准》规定，适用于快线的系统制式，可以是城轨制式，也可以是铁路制式。

中国土木工程学会编制的《市域快速轨道交通设计规范》规定，适用于最高运行速度在 120 ～160 km/h 范围内的市域快速轨道交通，可采用CBTC、iATC、CTCS2+ATO 等系统。当远期最小运营间隔小于 3 min 时宜采用 CBTC 系统，大于 3 min 时宜采用 iATC 系统。当市域快轨与国家干线铁路网资源共享和互联互通运营时，采用CTCS2+ATO 系统。

中国铁道学会编制的《市域铁路设计规范》规定，设计速度 100 ～ 160 km/h，采用单相工频交流 25 kV 牵引供电的客运专线，可采用国铁 CTCS制式，也可采用城轨 ATC 制式，宜具备列车自动运行（ATO）功能。

从执行设计标准角度，重庆城轨快线兼具国铁和城轨特征，列控系统可选择国铁制式也可选择城轨制式。

重庆城轨快线最高运行速度 120 ～ 140 km/h，采用单相工频交流 25 kV 牵引供电，可选择的列控系统制式有 ：CTCS2/3+ATO、iATC、CBTC、TACS 系统。

3、列控系统技术分析

3.1 CTCS2/3+ATO系统

1）CTCS2+ATO

CTCS2+ATO 在 CTCS-2 系 统 基 础 上， 具 备站间自动运行、车站定点停车、车门 / 站台门防护及联动控制等功能[9]，可与国铁制式（CTCS0/2/3级）线路互联互通。2016 年 3 月，CTCS2+ATO 系统首次在珠三角城际线上运营。

该系统两端车载 ATO 不能信息交互，需要人工换端，只能实现半自动折返作业，时间较长（超过 5 min），无法实现最小运营间隔 2.5 min。

2）CTCS3+ATO

CTCS3+ATO 在 CTCS-3 系统基础上，具备车站自动发车、区间自动运行、车站自动停车、车门自动开门 ( 防护 )、车门 / 站台门联动控制等功能。2019 年 12 月，在京张高铁正式线上运营。

与 CTCS2+ATO 相 比，CTCS3+ATO 车地无线通信交互功能由临时限速服务器（TSRS）实现，站台门防护功能由列控中心（TCC）实现，充分利用 CTCS-3 系统设备，降低了系统复杂度。同CTCS2+ATO 一样，只能实现半自动折返作业，无法实现最小运营间隔 2.5 min。

3.2 iATC系统

点（连）式 ATC 系统（iATC），是在固定闭塞基础上发展起来的列控技术，已在温州市域铁路S1/S2 线、南京 S1 线应用。iATC 可实现列车自动驾驶、精确停车、站台门车门联动、站台区域防护、无人自动折返等功能，适应初、近期中运量运营需求，可平滑升级至 CBTC。

iATC 系统运行调整功能较弱，只能在车站、设有车地通信设备的信号机处实现运营调整，技术相对落后，不适应重庆城轨快线智能化发展。

3.3 CBTC系统

基于无线通信的移动闭塞 ATC 系统（CBTC），已广泛应用于城市轨道交通建设中，理论上可实现 90 s 追踪间隔，实际实现 2 min 最小运营间隔。从 2014 年开始，重庆 4、5、10 号线、环线开展了CBTC 互联互通研究和尝试，至今已取得多项重大技术成果。为进一步加强行车安全、提高运输效率，在 CBTC 基础上实施 FAO 系统，已在国外大量应用。FAO 在 CBTC 基础上新增功能配置，实现系统控制的远程化、自动化，具有较高的安全性和可靠性 。2017 年 12月底，北京燕房线 FAO 系统开通试运营，至今国内北京、上海等多个城市已开展FAO 线路建设或规划，已成为城市轨道交通未来发展趋势。

从满足运营需求、技术先进性及系统成熟度来看，基于 CBTC 的 FAO 系统，符合重庆城轨快线智能化发展方向，宜为首选列控系统制式。

3.4 TACS系统

CBTC 系统技术虽然已十分成熟并广泛应用，但其系统接口过于复杂，不利于维护，且车 - 地通信数据流量较大，难以进一步缩短通信时延，近年来，多家科研单位已开展基于车 - 车通信的新型列控系统—列车自主运行系统（TACS）的研究。

与 CBTC 相比，TACS 系统架构进行了优化，将传统车地两层列控系统与车载网络控制、牵引、制动等系统高度融合，形成以智能列车为中心的分布式控制系统[16]，提高了系统运行效率，同时降低了成本。青岛已建成 5 km 长的 TACS 试验线，并结合青岛 6号线示范工程实施，预期 2022 年开通运营。

从技术先进性来看，TACS 是列控系统发展方向，但还处于研发阶段，成熟度较低，且如何与其他系统关联实现全自动运行还处于探索阶段，不太适合立即在重庆城轨快线上广泛应用。

4、列控系统经济分析

目 前， 应 用 于 市 域 范 围 列 控 系 统 主 要 有CTCS2+ATO 和 CBTC，从系统功能及架构上看，二者相似，主要区别在于正线系统，以及因系统原理差异引起的土建工程和维护管理定员差异较大。

4.1 系统费用分析

CTCS2+ATO 在 CTCS-2 系统基础上，增加了车载 ATO 功能，对于地面正线系统来讲，工程费用同 CTCS-2 差别不大。以重庆东环线机场支线为例，信号投资 5500 万元，正线系统 (不含无线通信) 指标约 192.98 万元/公里。

铁四院在总结国内数十个城市轨道交通项目经验后，以南京 4 号线一期工程为例，建立了 CBTC标准模型， 扣 除 无 线 通 信（WLAN） 部 分 约150 万元 / 公里后，正线系统指标约 577.81 万元 /公里。

站间距对正线系统投资影响较大，通常来讲，站间距越大，指标越低，成反比关系。重庆城轨快线站间距介于国铁和城轨之间，按以下公式套用上述 CTCS2+ATO/CBTC 指标，结果如表 1 所示。

正线系统指标 = 正线系统指标（参考）× 站间距（参考）÷ 站间距 

从表 1 可以看出，采用 CTCS2+ATO 正线系统（不含无线通信）费用约为 CBTC 的 1.7 倍。

4.2 土建费用分析

CTCS2+ATO 在信号机前设置列车安全保护区段，CBTC 在信号机后设置，控制方式不同，导致土建工程造价存在差别。保护区段按 60 m计算，CTCS2+ATO 相较于 CBTC，有岔地下站两端开挖断面增加至少 120 m，按照 25 m 跨度开挖 0.86万元 / 平方米指标估算，土建工程造价增加约2580 万元/站。

4.3 维护管理分析

就 CTCS2+ATO 和 CBTC 维 护 管 理 内 容 而言，主要区别在于区间区段占用检查设备不同，CTCS2+ATO 采用轨道电路，而 CBTC 采用计轴（点式后备模式），进而导致维管工作有区别。

CTCS2+ATO 区 间 轨 道 电 路 一 般 按 每 双 线15 km 配置 1 名维护人员，该标准是按照平均每1.2 km 设置一段轨道电路制定的，考虑到重庆城轨快线大部分为地下线路，道砟电阻条件较差，为保证轨道电路可靠性，宜按每 0.6 km 设置一段考虑，约每双线 7.5 km 配置 1 名维护人员，即 0.13人 / 公里。

CBTC 按照点式后备模式 6 min 追踪间隔配置计轴设备，约 2.4 km 设置一处，即双线 0.83 处 / 公里。参照国铁“四显示自动闭塞（主要为轨道电路）年换算道岔组数为 0.84 组 / 公里，计轴为 0.75 组 /处”，根据二者维护工作量比值，可计算出计轴需每 34 处配置 1 名维护人员，约每双线 41 km 配置 1 名维护人员，即 0.024 人 / 公里。

综上所述，CTCS2+ATO 维管定员约为 CBTC的 5.4 倍。

5、结论及建议

从系统需求、技术、经济等角度分析，均表明CBTC 是重庆城轨快线列控系统最佳选型，既能满足对内承担城市快线服务功能运营需要，又能支持轨道交通智能化发展。但要实现城轨快线与市域铁路贯通运营，推动“三铁”融合，还需研究 CBTC车载系统兼容 CTCS-0/2 制式技术。

来源：RT轨道交通