摘要：本文的研究基于西门子闭塞ATC信号系统，按照信号系统可实现的行车指挥功能，将研究的前提条件分为CTC模式、ITC模式、IXLC（联锁）模式及联锁故障四类，从安全风险、客运需求、经济成本、行车组织等方面进行比较分析，得出不同信号控制模式下的列车终点站折返方案。
关键词：安全风险；客运需求；经济成本；行车组织；折返方案
1 绪论
1.1 研究背景及意义
大量研究表明，地铁线路的通过能力主要取决于列车在终点站的折返能力，因此，分析各模式以及信号系统故障情况下的终点站折返能力，并基于相应的分析结果研究终点站行车方法，对于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客运需求相匹配，实现安全与效率的双赢具有极强的现实意义，也为地铁线路在开通初期组织终点站折返方式的选择提供指引。
1.2 研究方法及目标
首先，通过查阅相关资料文献及规章文本对终点站折返作业流程进行了详细的了解，总结出了不同折返方式下的折返能力影响因素。然后，提出终点站折返能力的计算方法，并结合东莞轨道2号线两端终点站进行具体计算，并基于此对终点站行车方法进行研究，最终得出不同信号级别下适用的行车组织方法，为地铁终点站行车方法的选择提供基本的研究思路和借鉴。
2 终点站折返能力计算
2.1 折返能力影响因素
采用站前折返时，在车站位置、列车尺寸、线路参数固定的情况下，站前折返能力的主要影响因素为信号系统可实现的行车指挥功能、列车驾驶模式的选择、司机站台作业的速度。
采用站后折返时，列车站后折返能力受以下几方面因素的制约：
一、信号条件：不同信号条件下列车起始控制点不同，列车由控制点运行进站的距离也不一样，使得各信号条件下的列车进站运行时间存在差异。
二、驾驶模式：驾驶模式取决于信号条件，并且决定了列车的运行速度，驾驶模式不同，列车在折返作业流程中的走行时间也不一样。
三、司机作业速度：属于人为可变因素。一方面，不同司机在折返作业过程中的操作速度存在差异；另一方面，信号条件决定了折返模式的选择，不同的折返模式对司机在折返作业流程中的操作要求不同，进而影响了司机作业时间。
四、车站人员清客速度：属于人为可变因素。车站人员的清客速度影响着列车在清客站台的停站时间，不同的清客速度导致终点站接车作业时间不同。
综上所述，相比于站前折返，站后折返能力除了受信号条件、列车驾驶模式的选择、司机站台作业速度因素制约外，还受到车站人员清客速度的影响，所以在分析站后折返能力时，要将清客的时间加以考虑，并对人为可变因素留有足够的冗余时间，使得分析所得结果更为合理与切合实际。
2.2 折返能力基本计算方法
本文将折返能力定义为折返站在单位小时内能够折返的最大列车数量。
折返能力通常由以下公式计算得出：
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，本章采用解析法和图解法对列车的折返间隔时间进行计算。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进行计算并求和，得出不同信号制式下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。
折返能力计算所涉及的相关参数如下：
注：全折返时间：自列车进终点站停稳时始，至从终点站发出的整个折返过程所用时间。
注：①全折返时间定义为自列车进终点站停稳时始，至从终点站发出的整个折返过程所用时间。
②乘客上下车时间与接车司机进入司机室及交接时间重合。
线路可实现的最小行车间隔计算参照公式：
I线路=max{min东莞火车站（I站前折返，I站后折返），min虎门火车站
（I站前折返，I站后折返）} （2）
I线路——线路可实现的最小行车间隔；
max（a，b）——取a，b之间最大值的函数；
min（a，b）——取a，b之间最小值的函数；
I站前折返——不同信号制式所对应的站前最小折返间隔；
I站后折返——不同信号制式所对应的站后最小折返间隔。
2.3 以东莞轨道2号线为例的折返能力计算
以虎门火车站为例，进行折返能力计算。
一、站前折返能力分析
以CTC及ITC模式为例。
单列车站后折返作业总时间为290s；相邻两列车折返作业的重合时间为：45+50+65=160s；所以相邻两列车在CTC及ITC模式下的最小站后折返间隔时间为：305-160=145s。
联锁故障时需考虑人工办理进路时间。
3 基于折返能力的终点站行车方法分析
本章对终点站行车方案的研究，基于前一章节分析所得的折返能力，从安全风险、客运需求、经济成本（人力、设备等）、行车组织及列车检修五个角度出发，最终得出列车在终点站合理的折返路径选择及相应的行车方案。
3.1 CTC及ITC模式情况下的终点站行车方法
一、安全风险
CTC模式下列车运行的安全由信号系统完全控制，因此安全风险主要集中于信号调试的不完善；ITC模式下列车运行的安全由信号系统及人工共同控制。人工主要负责对人和车的冲突进行防护，具体体现在对站台安全的确认。由于在ITC模式下，车门与屏蔽门不能联动，且列车的移动授权由始端信号机前的可变应答器直接提供至进路终端信号机，一旦列车越过始端信号机，站台紧停功能将失效。在客流高峰时段，发生车门、屏蔽门夹人及屏蔽门故障突然打开时，存在很大的人车冲突风险。
站前折返时列车进站速度低，在站台发生因屏蔽门故障突然打开导致人员坠落轨行区等紧急情况下，列车紧急制动停稳所需时间少；站后折返时列车进站运行速度高，紧急制动时列车的制动距离长，且列车需在终点站2次进站及开关车门与屏蔽门作业，故相对站前折返而言存在较大的安全风险。
因此，从安全风险的角度出发，在CTC及ITC模式下采用站前折返更优。
二、客运需求
客运需求需结合线路客流量实际情况进行计算。在此假设两种折返方式均能满足客运需求。
三、行车组织
故障处理冗余时间指前方列车因故造成的、不影响后方列车正常运行的最大延误时间，故障处理冗余时间越大，行车组织的灵活性越大。计算公式为：
通过上文计算，站后折返的最小行车间隔较小，即具有较大的冗余时间，较灵活的行车组织灵活性。
在正线优先使用站后折返的情况下，当出现正线列车因故晚点时，除可采取缩短司机站台作业时间外，还可通过变更列车折返路径的方法，以缩短单列车的全折返时间，达到追点的效果。
综上，CTC及ITC模式下，采用站后折返具有更大的故障处理冗余时间，使得行车中处理中小型故障的时间更充足，减小了故障的影响范围及程度，同时站后折返还能提供有效的追点手段，较站前折返具有更高的行车组织灵活性，因此，单从行车组织角度考虑，列车采用站后折返更具优越性。
四、经济成本
经济成本可分为人力成本及运行成本，具体体现在站台及乘务运作所需人数及正线上线运营列车数。
站台人员配置：采用站后折返时，考虑到列车正线因故晚点的情况可能造成局部行车间隔较密，终点站可能存在接发车作业同时进行的情况，因此站后折返需要站台岗更多。司机方面，采用站后折返时，接车司机跟车进入折返线，此时接车站台必须保证有1人候乘，须比站前折返多配置1名司机，以防无人接车。
列车运行周期计算方法：
通过以上公式计算，站前折返最大上线列车数较少。
综上，从成本的角度分析，站前折返可节约1名站务人员和司机；同时上线列车数量少，节约电能及其他资源。综合考虑两种折返方式的经济成本，采用站前折返具有更高的经济效益。
五、列车检修
通过上述计算，在少供车的情况下，站前折返能实现与站后折返相同的行车间隔，减少了车厂信号楼的出车压力、节省了司机出车前检车的总时间及降低了维修人员对列车进行日检的劳动强度，有助于保障正线列车的运行质量，降低运营过程中故障发生的概率。
3.2 联锁模式情况下的终点站行车方法
一、安全风险
联锁模式下，正线采用区段进路行车法组织行车，列车的运行以“人控为主，信号为辅”，故人为因素为该模式行车组织中的主要风险因素。下文主要对站前折返及站后折返由人为因素所导致的行车风险进行分析。
1、站台安全风险
联锁模式下的站台安全风险及控制措施与ITC模式相同，在此不进行详述。
2、区间安全风险
（1）冒进信号：联锁模式列车的运行完全由司机控制，不排除其精神不佳等原因而出现冲灯的可能性。可考虑采用双人驾驶方式避免此问题。
（2）超速运行：列车在辅助线上运行时，限速25km/h，当列车的驾驶模式为NRM（限速40km/h）时，使用站前折返有可能出现司机没有及时降至规定速度运行便走行进入单渡线，从而导致超速运行的风险。可考虑采用双司机方式避免此问题。
此外，采用站前折返时，列车应以RM模式运行，以减少站前单渡线上列车超速运行的可能性；而站后折返时列车进站前不需要经侧股进入辅助线，此时列车超速运行的可能性较小，所以，为提高终点站的折返能力，站后折返时应以NRM模式运行。
综上，从安全风险角度考虑，联锁模式下终点站采用站后折返（NRM模式驾驶列车）的优越性更高。
二、行车组织
与CTC及ITC模式的分析一致，采用站后折返的行车组织灵活性较站前折返高，从该角度出发优先选择站后折返。
三、经济成本
人员成本同CTC及ITC情况下。
车场供车数一定的情况下，正线采用站前折返，并且列车以NRM模式运行时，周期最短，即此时行车间隔最小，在资源有限的前提下，最大限度地满足了客运需求，实现资源的最大化利用。
因此，联锁模式下，正线采用站前折返，列车以NRM模式运行时，整体的经济效益更大。
四、列车检修
联锁模式下，采用站前折返及站后折返的上线列车数一致，所以在相同的检修条件下，两种折返方式在列车的检修时间和检修质量不存在差别，所以采用站前折返或站后折返均可。
3.3 信号联锁故障情况下的终点站行车方法
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，研究信号联锁故障情况的行车方案。
一、安全风险
发生联锁故障时，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、车站和司机在行车组织与实施过程中的人为因素。联锁故障的主要处理流程为：判断-控车-找车-锁岔-摆车-发令-办手续-控间隔，以下针对流程中的各步骤，对比分析控制中心、车站及司机在采用站前折返及站后折返时的风险。
1、控制中心
上线列车数越多，联锁故障情况下行调所须核对的故障区域列车数就越多，核对错误的风险就越大。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的风险相对站后折返稍小，建议采用站前折返。
论文作者:谢桂盛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/23
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