一站多场的动车段(所)跨场接发车作业管控方案研究

Research on the Control Scheme of Cross-Field Train Operation in EMU Depots for One Station with Multiple Fields

摘要

随着高速铁路网的发展，在既有动车段(所)布局的基础上扩建站场，形成一站多场模式，成为纾解检修需求的主要方式。在一站多场模式下，因动车组实时技术状态、检修设备运用情况变化等，造成重新调整动车组检修场地的情况时有发生，需多个业务部门协调处理，效率较低，且存在安全隐患。基于现场作业现状，结合不同岗位作业人员间存在的需求冲突，从不同层面对需要解决的问题进行分析研究。同时，基于动车段(所)控制集中系统，结合动车段(所)接发车和调车作业特点，提出适用于一站多场模式的跨场接发车作业管控方案。从计划管理、进路控制、人机交互3方面对管控方案进行研究。跨场接发车作业管控方案的提出对动车段(所)接发车作业安全、效率及自动化水平的提升具有重要意义。

Abstract

With the development of the high speed railway network, the expansion of the existing EMU Depots has become the main way to relieve the maintenance demand. In the mode of one station with multiple fields, readjustment of the EMU maintenance site occurs frequently due to the changes in the EMU real-time technical status and the use of maintenance equipment, which calls for multiple departments' cooperation that is inefficient and carries potential security risks. Based on the status quo of on-site operation, considering the demand conflicts between operation personnel in different positions, the problems that need to be solved were analyzed and studied from different perspectives. At the same time, based on the Control Centralized System (CCS) and combined with the characteristics of train dispatching & receiving and shunting operation, this paper proposed the control scheme of cross-field train dispatching & receiving applicable to the mode of one station with multiple fields. The control scheme was studied in three aspects: plan management, route control and human-computer interaction. The cross-field dispatching & receiving operation control scheme proposed is of great significance to improving safety, efficiency and automation of train dispatching & receiving operation of EMU Depots.

Graphical abstract

关键词

动车段(所)控制集中系统(CCS) / 一站多场 / 动车段(所) / 跨场接发车作业 / 管控方案

Key words

Control Centralized System (CCS) / One Station with Multiple Fields / EMU Depots / Cross-Field Train Dispatching & Receiving / Control Scheme

0　引言

动车段(所)作为动车组检修、养护的重要基地，对确保动车组安全稳定运行起到重要作用^[1]。随着高速铁路网的发展，动车组检修作业需求不断增加，越来越多的动车段(所)原设计检修能力受到挑战。在既有动车段(所)布局的基础上扩建，形成一站多场模式，成为纾解检修压力的主要方式之一^[2]。

在一站多场的站场布局下，存在多个站场共用同一咽喉进行跨场接发车作业的情况，即动车组进出动车段(所)，需要途经他场信号设备^[3]。动车组在动车段(所)内接发车作业的指挥涉及列车调度员、动车段(所)调度员与车站值班员等多个调度岗位人员。当实际条件变化，需要调整动车组在动车段(所)内到达、出发场区时，将需要多个业务部门调度人员进行协调处理，存在效率较低、留有安全隐患的问题。

动车段(所)一般装备动车段(所)控制集中系统(CCS)，CCS系统主要实现动车段(所)作业计划管理、动车组位置追踪、进路自动控制等功能，是管控结合的关键环节^[4]。通过对动车段(所)跨场接发车作业现状进行分析，研究基于CCS的动车段(所)跨场接发车作业管控方案，依据列车运行计划调整的决策因素自动应对外部条件变化，以进一步提升动车段(所)接发车作业效率，减轻人员劳动强度，保障作业安全。

1　研究现状与问题分析

1.1　研究现状

动车组在动车段(所)的各项作业，主要由出入动车段(所)的列车运行计划和所内调车计划提供行车作业计划保障。其中列车调度员负责编制下达动车组的出入段(所)列车运行计划，动车段(所)调度负责依据动车组检修需求提出站(场)内调车建议，即调车建议计划，动车段(所)车站值班员负责办理动车组在段(所)的接发车及调车作业。

一站多场模式的动车段(所)站场分布示意图如图1所示，其不同场区的底层信号设备由独立的计算机联锁控制，按照场区分别设置车站值班员岗位，CCS依据岗位配置操作终端。对于动车段(所)Ⅱ场始发或终到的列车，列车运行通过动车段(所)Ⅰ场，从而形成了动车段(所)的跨场接发车作业，目前主要存在以下2种作业方式。

（1）列车调度员采用逐站落点画线方式在运行图上编制列车运行计划，逐站落点画线方式示意图如图2所示。列车调度员将列车运行计划分别下达至动车段(所)不同场区的车站值班员岗位，由车站值班员根据办理顺序，依次触发进路，完成跨场接发车作业^[5]。

上述作业方式流程合理，作业安全卡控有保障，但在实际作业中因动车组实时技术状态、检修设备运用情况等条件变化时有发生，需变更检修作业场区。虽然不同场区属于同一个动车段(所)管理，但由于在运输组织上归属不同站场，变更动车组检修作业场区，需要列车调度员随之调整运行图，改变相应列车运行计划的落点站场。该变更涉及多个业务部门调度人员协调处理，过程较为繁琐，影响运输效率。

（2）在某些业务繁忙的枢纽，列车调度员无法做到实时关注动车组的目的检修场区变化，没有采用逐站落点的画线方式，而是选取动车段(所)其中一个场区作为固定落点，忽略动车组目的检修场区变化，减少沟通协调和计划调整。但该方式导致动车段(所)另一个场区缺少列车运行计划，需要车站值班员人工办理进路，产生进路错办的安全风险。

由上述作业现状可以看到，一站多场模式下，列车调度员期望将动车段(所)的多场区视为整体进行列车运行计划编制，以减少检修计划变更对列车运行计划的干扰，列车调度员需求的画线方式示意图如图3所示。对于不同场区的车站值班员，其需要及时接收到完整的列车作业计划，且能够依靠系统设备实现进路自动办理和安全卡控，从而保障列车准点出入动车段(所)，规避错办风险。

此外，文献[6]针对客运专线的同站分场、共用股道跨线的特殊站场布局，提出了对应的包含联锁控制、信号显示、列车控制及临时限速在内的信号设计方案。该方案考虑了信号控制层面对共用股道跨线的实现方式，缺少对共用道岔跨线场景的研究，同时缺少对运输作业层面的深入研究。文献[7]针对婺源站的接、发车跨场转线作业分析，提出了计算机联锁的设计方法。文献[8]针对一站多场场景下，站场共用无岔区段或共用道岔的特殊布局情况，提出CTC系统的进路触发解决方案。文献[7]与文献[8]均提到采用设置“同意动岔”按钮方式，实现共用道岔场景下的进路控制触发。上述文献^[6-8]主要研究跨场作业场景下，信号控制方面的适应性方案，对于一站多场布局引起的运输调度层面的作业人员需求冲突尚未研究探讨。

1.2　问题分析

根据上述研究现状，针对一站多场模式下的动车段(所)，不同岗位作业人员间的需求冲突，需解决以下方面的问题。

（1）跨场接发车计划生成及管理问题。列车调度员将动车段(所)视为整体编制列车运行计划的需求，将导致动车组在动车段(所)内的途经、到达或出发场区无法明确，同时各场区车站值班员对同一条列车运行计划的管控权限无法明确。因而，需要提供适用于一站多场模式站型的跨场接发车计划生成及管理技术方案，用以向车站值班员提供详尽的列车运行计划，保证其既有的作业方式。

（2）跨场接发车计划进路控制问题。进路指令方案是对计划的具象描述，也是车站值班员控制场区信号设备，完成接发车作业的重要依据。目前，车站值班员接收到的列车运行计划仅涉及本场区作业，其对应的进路指令方案仅控制本场区的信号设备。列车运行计划简化后，一条跨场列车计划涉及多场区作业，需解决一条跨场接发车计划控制多场区进路及信号设备的问题，这对进路指令方案分解与进路指令执行控制提出新的技术要求。

（3）跨场接发车计划人机交互问题。动车组在动车段(所)内的接发车作业主要集中在夜间及次日凌晨时段，该时段作业频繁，现场人员需保持高度集中，确保接发车作业安全高效有序。区别于一般列车运行计划，跨场接发车计划需要多场区车站值班员共同配合完成作业，因此应对人机界面做出新设计，以确保界面便于现场人员直接区分跨场计划、人员操作管控权限。

2　跨场接发车作业管控方案研究

为同时满足列车调度员与车站值班员的作业需求，安全高效地完成动车段(所)跨场接发车作业，保障动车组有序检修，准点上线运行，提出基于CCS的动车段(所)跨场接发车作业管控方案，围绕跨场接发车计划管理、进路控制、人机交互3个关键点开展研究^[9-10]。

2.1　跨场接发车计划生成管理技术方案

跨场接发车计划生成管理技术方案需要完成对列车运行计划涉及跨场作业的情况进行自动识别，生成跨场计划并下发至对应场区的车站值班员岗位；同时明确跨场计划所涉场区及其管控权限，完成接发车股道的自动匹配。

2.1.1　跨场计划自动识别功能

调车建议计划一般包含当日班次出入动车段(所)的车次、车组、检修及停放股道等信息，其中的检修股道是出入动车段(所)目的场区的决定性因素，也是跨场计划自动识别的重要依据。

系统融合列车运行计划和调车建议计划信息，将动车段(所)各场区的接发车股道、检修股道及出入口线别进行一体化管理，按照归属场区设置场号。当列车运行计划下达后，系统自动从调车建议计划中查找相同车次动车组的检修股道，通过比对检修股道与出入口线别场号的一致性，实现跨场计划的自动识别。为实现跨场计划动态识别，系统周期性监测调车建议计划中检修股道的变更情况，以确保计划识别的实时性。

2.1.2　到发股道自动匹配功能

结合动车组在动车段(所)的主要作业流程，跨场接发车计划与调车建议计划存在以下关系：动车组在动车段(所)的接入或始发股道与调车建议计划中动车组初始停放或等待备开的股道分别对应。为实现跨场接发车计划由简化向详尽的转换，系统从调车建议计划获取跨场接发车计划的股道信息。

系统对接收的计划信息进行解析，以表结构的形式存于数据库。系统采用关键字快速搜索算法，提取数据库列车与调车计划中的计划车次与计划时间作为关键信息。当关键信息一致时，将调车建议计划中的股道信息自动填写至跨场接发车计划的股道信息，实现到发股道的自动匹配。同时，系统动态监测调车建议计划变更情况，当计划变更时，实现自动更新关联。

CCS根据跨场接发车计划涉及的场区，将计划下发至对应车站值班员岗位。系统依据动车组目的检修场区，遵循“谁检修，谁管理”的原则划分跨场计划管理权限。具备计划管理权限的车站值班员可根据现场实际检修情况，进行股道修改确认、闭塞手续办理、计划人工报点等操作。跨场接发车计划生成管理技术方案如图4所示。

2.2　跨场接发车计划进路控制技术方案

跨场接发车计划的进路指令方案涉及多套计算机联锁系统控制的场区，因此进路控制需从进路指令方案分解功能与进路指令触发控制功能2方面进行实现^[11]。

2.2.1　进路指令方案分解功能

跨场接发列车时，动车组的进路路径涉及多场区，不同场区的信号设备归属不同的计算机联锁系统控制。为兼容既有计划进路指令方案分解方式，CCS对跨场计划采用先分解再组合的总体思路进行进路指令方案分解。从基础数据层增加对计算机联锁系统控制分界点标识，将两场区间的连接设备即场联区段与场联信号机进行单独配置，以便后续计划拆分的自动处理。系统收到跨场接发车计划后，将跨场计划拆分为出入口线别至场联区段、场联区段至接发车股道2个子计划。系统通过搜索各子计划的进路，形成子计划进路指令，并将其组合成完整的跨场列车计划进路指令方案。

系统结合无向图理论，利用深度优先搜索算法(DFS)实现对计划进路的搜索^[12-13]。首先，系统对整个站场拓扑结构进行抽象，利用图论表现形式，将站场内的信号机、道岔、轨道电路抽象为节点，其连接关系抽象为边。将站场拓扑结构进行无向图建模，并将各节点以邻接表结构形式存储，站场无向图模型如图5所示。

为实现进路的快速搜索，系统对站场无向图模型中的节点设置坐标值。按照接车方向对无向图模型中节点的横向坐标值从小到大依次设置，按照从上到下对节点的纵向坐标值从小到大依次设置^[14]。由此，始端节点的坐标值设为(x_n,y_n)，终端节点的坐标值设为(x_m,y_m)，进路中的节点坐标值设为(x_k,y_k)。对于跨场接车计划应满足：

（1） 。

（2）若则；若则；若y_n=y_m则y_n=y_k=y_m。

对于跨场发车计划应满足：

（1） 。

（2）若则；若则；若y_n=y_m则y_n=y_k=y_m。

通常，道岔所处位置默认为定位。因此，当进路搜索至道岔节点时，系统将道岔节点的定位设置为优先搜索方向，先沿着道岔定位进行搜索，当无法搜索到终端节点，再返回依照道岔反位进行搜索。根据上述搜索原则，结合DFS算法，系统完成进路搜索流程。

跨场接发车计划进路指令方案包含不同场区的多条进路指令，为保证各场区的车站值班员依旧保持既有作业方式，CCS在跨场计划进路指令方案分解时，增加进路指令归属判断，以明确车站值班员是否具有进路指令控制权。具有进路控制权的作业人员可对进路指令进行触发方式修改及进路触发下达等操作。

2.2.2　进路指令触发控制功能

由于跨场接发车作业由多场区车站值班员共同配合完成，车站值班员对跨场计划的触发对象由既有的控制计划触发转变为控制进路触发。为此CCS依据场区之间的信号关系设置，动车组行车方向，按照由远及近的触发原则对跨场计划的进路指令进行梳理。系统除检查既有信号联锁关系、分路不良条件、接触网状态等基本约束条件外，还增设远端进路执行状态条件卡控。待基本约束条件满足且远端进路信号开放后，系统自动下达近端进路指令，确保后续进路成功建立。

2.3　人机交互方案

针对跨场接发车计划的特殊性，系统在人机交互设计时重点考虑跨场计划的区别显示、计划及进路指令控制权限标识、进路指令状态共享展示等方面，以方便车站值班员识别及操作，跨场接发车计划及进路指令显示界面如图6所示。系统主要采用增加背景颜色及特殊符号标注来区分显示，采用屏蔽菜单的方式来对无权限的操作进行卡控，以确保显示清晰，操作无误^[15]。

2.4　现场应用

上海虹桥动车所配备有检修库、镟轮库与临修库，由沪杭场、京沪场2个存车场，共计70余条存车线组成。虹桥动车所既有跨场接发车作业方式为列车调度员采用固定落点画线方式下达计划，途经场区进路由车站值班员人工排列建立。目前，基于CCS的跨场接发车作业管控方案已在上海虹桥动车所应用实施，用以实现相邻车站至虹桥动车所之间的动车组跨场接发车作业。

跨场接发车作业管控方案依据作业特点，从计划管理、人机交互与进路控制3个层面共同作用，保障跨场接发车作业的安全高效办理。基于CCS的跨场接车作业流程如图7所示，其中计划管理层实现了跨场计划的自动识别、生成、接发车股道的自动匹配，人机交互层实现跨场计划和指令方案的展示、交互操作，进路控制层完成指令方案的自动分解、权限划分、自动触发。

以虹桥综合场至虹桥动车所沪杭场终到为例。列车调度员下发动车组由虹桥综合场方向接入虹桥动车所进行检修作业的列车运行计划。动车段(所)调度依据动车组检修规程，为动车组制定沪杭场停放、检修的调车建议计划。CCS根据接收的列车运行计划与调车建议计划，生成动车组跨场接车计划并分别下发至京沪场与沪杭场的车站值班员，同时分配沪杭场车站值班员具备计划修改权限。上述两场将按照接车规则，分别自动触发下达各自进路。进路成功开放信号后，动车组将依照信号显示接入虹桥动车所沪杭场。跨场发车作业应用场景类似，不再详述。跨场接发车作业管控方案在虹桥动车所的成功应用，不但解决了既有作业方式存在的接发车作业效率低、人工建立进路存在安全隐患等问题，而且保持了既有列车调度员作业方式不变。同时，接发车作业过程中涉及的列车调度员、车站值班员等人员，无需再因跨场作业引发的计划变更进行交互，确保了作业办理过程在系统的安全卡控下高效完成。

3　结束语

动车段(所)跨场接发车作业管控方案将系统控制范围内的多个动车段(所)场区在行车上抽象为一个整体，解除列车计划编制对检修细节的依赖，通过CCS管理多站作业的能力，将确定计划具体落点的时机后置，实现行车调度抽象计划与列车作业具体办理的适配，突破列车计划与车站列车作业的一一映射关系，以一个列车计划办理多站场列车作业。该方案适用于一站多场模式的动车段(所)，满足列车调度员以动车段(所)某一场区作为固定落点的作业方式，解决了途经场区车站值班员因缺少列车计划需要人工排列进路的问题，目前已在上海虹桥动车所实施应用，显著降低了现场多业务部门调度人员之间的沟通频率，避免了人工排列进路带来的安全隐患，降低了现场作业人员的劳动强度，全面提升了一站多场模式动车段(所)的接发车作业效率与自动化水平。本方案的提出对动车组在动车段(所)安全、可靠、高效作业提供了有力的技术支撑，对于动车段(所)的后续扩建，具有较好的通用性。

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基金资助

中国铁道科学研究院集团有限公司科研项目(2022YJ187)