摘要：地铁作为现代化城市的交通工具，由于其具有环境污染小、旅行速度快、运行密度大、能够有效缓解城市交通拥挤等诸多优点，越来越受到世界各国的重视和发展。随着城市经济的快速发展和人口及汽车的急剧增长，城市交通拥挤和大气污染等问题日益突出，建设一个高效的城市轨道交通网已成为一个亟待解决的问题。通常情况下，折返站的折返能力是地铁运营当中行车间隔的限制点，要提高轨道线路的通过能力，必须先提高折返站的折返能力。所以，有效合理的折返方案，对于提高线路的运营效率和缓解城市交通压力有重要的意义。本文在此基础上对2号线终点站行车方法进行研究，最终得出符合东莞地铁实际线路情况的终点站行车方案，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：地铁；折返能力；方案
1研究背景及意义
东莞地铁2号线计划于2015年6月30日开通试运营。该线路北起东莞火车站，南至虎门火车站，纵贯西北、西南两大片区，将人口最密集、经济最发达和交通最繁忙的主城中心区和厚街虎门两个中心联系为一个整体，定位为客流导向型线路。
根据《东莞市快速轨道交通2号线客流预测》，2015年东莞地铁开通初期早、晚高峰单线最大断面客流量分别达到10148人次/h和8934人次/h，上线运营列车为B型车，列车编组数为6节，额定载客量为1250人/列（按5人/m2计算），由此可得出高峰时运量所决定的线路通过能力分别为9列/h（早高峰）和8列/h（晚高峰），对应的行车间隔400s和450s。
在运营中，提高最小行车间隔主要受限于线路运行节点的通过能力和信号系统通行能力，而线路终点站是正常运营时线路主要运行节点，其折返能力往往决定线路的最小行车间隔。东莞轨道交通2号线信号系统采用了西门子移动闭塞系统，按照信号系统所能实现的梯度降级功能，分为CTC（连续式ATP）、ITC（点式ATP）及联锁模式，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，实现服务与运营效率的双赢具有很强的现实意义，也为东莞轨道交通2号线在开通初期组织终点站折返提供良好的参考。
2基于折返能力的终点站行车方案
2.1 信号系统可用情况下的终点站行车方案研究
一、CTC及ITC模式下的行车方案
1.安全风险
（1）站前折返：单渡线上的折返道岔转换频繁，故障几率增大，而一旦出现站前折返道岔（W1503）故障或列车出现故障时，则会严重阻塞后续列车正常运行，而且需要人工下线路钩锁道岔，在新线开通各岗位人员较新、工作经验较少的情况下，容易因人为操作的失误而衍生叠加故障，同时也存在列车在区间停车、挤岔甚至脱轨等风险。
（2）站后折返：单渡线上的折返道岔单独锁定在正线位置，故障几率极少，当列车在站后折返的过程中出现道岔故障或者列车出现故障时，可以及时组织后续列车变更折返进路（采用站前折返），保障了后续列车的正常运营，而且站后折返为空车折返，出现故障对乘客没有影响，也最大限度的保障了故障情况下的行车间隔。
综上，从安全风险的角度分析，在CTC及ITC模式下，建议优先采用站后折返。
2.客运需求
2号线列车的定员载荷为1250人/列（5人/m2），若要满足运量的需求，初期早、晚高峰单位小时的行车密度分别为9列/h和8列/h，行车间隔为400s和450s。
分析可知，CTC及ITC模式下，虽然2号线两端终点站站后最小折返间隔均小于站前折返，但无论是站前折返还是站后折返都能使地铁开通运营初期的运能和运量较好地相匹配，所以从该角度分析，两种折返方式均可采用。
3.行车组织
在地铁日常运营的行车组织过程中，采用不同的折返方式，其行车组织的灵活性也不相同，除前述在道岔故障情况下两种折返方式灵活性的对比外，还可以从故障处理冗余时间和全折返时间对站前折返及站后折返行车组织的灵活性进行分析，通过对比初期早、晚高峰故障处理冗余时间，可以发现站后折返相比于站前折返具有更大故障处理冗余时间。通过对比站前站后的全折返时间，也可以发现站后全折返时间大概会比站前全折返时间多出3分钟左右。综上，CTC及ITC模式下，站后折返较站前折返具有更高的行车组织灵活性，因此，从行车组织角度考虑，列车采用站后折返更具优越性。
4.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。从人力成本的角度分析，列车采用站前折返比采用站后折返能节省2个站台岗和1个司机岗的岗位成本；从列车运行成本的角度分析，采用站前折返能节省1列车的供车成本，且减少了列车在站后折返线上空车运行的里程，从而降低了列车运行的单日总里程及总能耗。因此，综合考虑两种折返方式的经济成本，采用站前折返对2号线开通初期站前折返的行车间隔能满足运营需要的前提下，此种方式具有更高的经济效益。
二、联锁模式的行车方案
考虑到2号线开通前，信号联调时间较紧迫，故线路开通后信号系统存在仅实现联锁功能的可能性，本节以此为分析前提及背景，依旧从上文所述的5个角度出发，研究联锁模式下终点站的折返路径选择及相应的行车方法。
1.安全风险
（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）折返安全风险
为了应对列车冒进信号现象的发生，一般可将虎门火车站后方列车的起始控制点设置在X1501信号机前方（距离虎门下行站台约2500米），这样做既提高了行车效率，缩短了折返间隔，又通过两台信号机的双重防护，降低列车冒进信号的可能性。此外，车站行车值班员还应加强对W1501道岔所在的计轴区段加强监控，发现列车冒进信号及时与司机联系。
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进入单渡线，从而导致超速运行的风险。为了解决这一问题，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，所以列车超速运行的可能性较小，而且为了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。
2.客运需求
通过对联锁模式下的运能与运量需求进行分析可知，列车以RM模式运行时，均不能满足客流需求，而当列车以NRM模式运行并且采用站后折返方式时，运能方可与运量相匹配。所以，只考虑客运需求时，NRM模式的站后折返更优。
3.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。
4.经济成本
车场供车数一定的情况下，正线采用站前折返，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。
2.2信号联锁故障情况下的终点站行车方案研究
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。
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，故障区域内的所有列车产生紧急制动，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、车站和司机在行车组织与实施过程中的人为因素。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1控制中心风险评价参数
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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。
组织列车站前折返只须钩锁1副道岔（折返道岔只钩不锁），而站后折返时，东莞火车站须钩锁6副道岔，虎门火车站须钩锁4副道岔，道岔手摇并钩锁的次数越多，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。
办理闭塞方面：
由于采用站前折返时，行值所须确认的条件为列车进路空闲、接/发车站台空闲及列车进路准备好；采用站后折返时，所须确认的条件只有区间空闲及接/发车站台空闲。所要确认的条件越多，出错的几率越大，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）司机
整个组织实施过程中，司机主要负责列车的驾驶、行车凭证及运行进路的确认。采用站前折返时，列车在终点站所需确认的道岔较少一定程度上减轻了司机的驾驶压力，因此从司机角度考虑，建议采用站前折返。
（4）乘客
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，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，为了尽快组织列车进站，应尽量减少手摇道岔次数。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。
2.行车效率
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2折返方案的选择表
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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。
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。
2结论与建议
本文从安全风险、客运需求、经济成本、行车组织等角度对CTC及ITC模式、联锁模式及联锁故障下的行车方案进行分析，对比了站前折返和站后折返的优劣，最终得出了以下结论：
2.1 CTC及ITC模式
安全风险方面：考虑了站前折返和站后折返存在的风险，通过对比两者的可控性，得出了站后折返风险可控性较站前折返高，因此建议采用站后折返。
客运需求方面：两种折返方式均能较好的满足运量的要求，所以采用站前折返及站后折返均可。
经济成本方面：站前折返相比站后折返更能减少人力成本和列车的运行成本，故站前折返更符合新线开通的运营实际。
行车组织方面：采用站后折返时的行车调整手段比站前折返更多，行车组织灵活性更高。
最终，通过综合评价表，得出在CTC及ITC模式下，终点站采用站后折返的综合评价更优，建议在此信号制式下选择站后折返。前期行车间隔较大，可以采用站前折返进以达到节约运营成本的目标。同时，为避免设备磨损，可考虑周期性交替使用站后折返股道。
2.2联锁模式
安全风险方面：终点站采用站前折返时，列车如果冒进信号将对行车秩序将造成较大的影响，且列车在辅助线上限速25km/h，若采用NRM模式，列车存在超速运行的风险，若采用RM模式，则降低了列车的折返效率，所以采用站后折返，列车以NRM模式运行更具有可行性。
客运需求方面：仅当两端终点站均采用站后折返时，行车间隔方能满足客运量的需求，所以单从满足客运需求的角度考虑，两端终点站应采用站后折返。
经济成本方面：站前折返相比站后折返更能减少人力成本和列车的运行成本，并考虑到联锁模式下列车的运行周期增加较多，要达到客运量所要求的行车间隔时，所需列车数超过了车厂所能供的列车数，而站前折返周期比站后折返小，在供车数相同的情况下能实现更小的行车间隔，且站前折返与站后折返相比运营总里程数少，所以采用站前折返更为合理。
行车组织方面：采用站后折返时的行车调整手段比站前折返更多，行车组织灵活性更高。
同时，因目前《2号线行车组织规范》中未明确联锁模式下列车采用何种驾驶模式，建议采用NRM模式。
2.3联锁故障
对联锁故障情况下的行车方案研究，以“安全第一，兼顾效率”的原则，分别从安全风险及行车效率两方面进行分析，对比站前折返与站后折返的优劣，最终明确联锁故障下折返路径的选择。
即终点站发生信号联锁故障时，后续列车采用站后折返的综合评价更优，而首趟列车的组织需根据实际情况采用站前或站后折返。
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。
参考文献：
[1] 天津市市政工程设计研究院.天津地铁6号线初步设计[R].天津：天津市市政工程设计研究院，2009.
[2] 欧阳全裕.地铁轻轨线路设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[3] 张国宝，于涛.关于城轨列车折返能力计算与加强的研究[J].都市快轨交通，2006（4）：55-58.
[4］张国宝．城市轨道交通运输组织［M］．北京：中国铁道出版社，2000．
[5］梁九彪．城市轨道交通站前折返能力分析与计算［J］．都市快轨交通，2008（5）：27－30．
[6] 蔺增良.终点站两种折返方式的利弊分析及折返能力计算[J].地铁与轻轨，2002（4）：32-33.
论文作者:侯玉祥
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/25
标签：列车论文; 联锁论文; 行车论文; 组织论文; 故障论文; 终点站论文; 道岔论文; 《基层建设》2019年第29期论文;