城市轨道交通信号系统分段式改造方案研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：李谋刚（1986），男，汉族，四川内江人，本科，工程师，研究方向为信号系统维护、升级及运营管理。-132-城市轨道交通信号系统分段式改造方案研究 李谋刚 陈 晔 重庆市轨道交通集团有限公司，重庆 400015 摘要：摘要：城市轨道交通信号系统的改造是一项复杂的系统工程，涉及到城市轨道交通信号系统与控制、通信、车辆、车辆段等专业的交叉协调，还与城市轨道交通的建设进度有密切关系。本文对目前国内部分城市轨道交通信号系统改造方案进行研究，提出了采用分段式改造方案的思路，并从建设条件、施工影响、运营管理、安全保障等方面进行分析，论证了分段式改造方案的可行性。关键词：关键词：城市轨道；交通信号系统；分段式 中图分类号：中图分类号：U284 随着我国经济社会的快速发展，城市轨道交通迎来了建设和运营高峰期，全国各大城市陆续开展轨道交通信号系统的改造。目前国内尚未形成完整成熟的信号系统分段式改造方案，所以在对信号系统进行分段改造后，应及时组织各专业之间进行联调联试，保证各系统之间接口关系的正确性，为信号系统后期升级和改造打下基础。1 现状及改造需求分析 目前，我国城市轨道交通信号系统主要包括基于通信的列车自动控制（CBTC）系统-人工驾驶、基于通信的列车自动控制（CBTC）系统的-自动驾驶、基于车车通信的列车自主控制（TACS）系统等，其中，CBTC系统-人工驾驶在国内城市轨道交通中应用较多，部分城市如北京、上海、广州、重庆等已成为国内第一批 CBTC 试点城市。随着城市轨道交通线路建设和运营里程的不断增长，现有的信号系统已经无法满足地铁运营和安全管理的要求，信号系统改造势在必行。目前，国内大部分城市对于信号系统改造主要采取以下几种方式：1.1 将现有信号系统进行升级改造 部分地铁线路已在运营线路上安装了 CBTC 设备，可以采用升级改造方式进行信号系统升级改造。但由于设备性能、接口标准等各方面的差异，现有信号系统升级改造难度较大。另外，地铁信号系统涉及专业多、专业接口多、施工难度大、周期长，不利于地铁的快速建设和开通运营。因此，在目前阶段，部分城市采用了将现有信号系统升级改造成新一代的基于通信的列车自动控制（CBTC）系统的-自动驾驶，并通过 CBTC 改造来完成信号系统的升级改造。这种方式在一定程度上节约了前期工程费用，缩短了工程周期，但目前也存在一些问题：（1）CBTC（基于通信的列车自动控制）设备一般采用独立、封闭的设备箱部署方式，当信号系统升级改造时需拆除或迁移现有设备箱，无法做到对现有设备箱不破坏；（2）CBTC（基于通信的列车自动控制）设备涉及到车辆、通信、信号等多个专业交叉设计及施工协调问题，不利于对施工质量控制；（3）在信号系统升级改造过程中需对既有线进行运营维护，需要与既有运营线路协调一致；（4）目前国内城市轨道交通信号系统中部分设备仍未实现国产化，存在一定安全风险1。1.2 采用基于车车通信的列车自主控制（TACS）系统设备进行升级改造 基于车车通信的列车自主控制（TACS）系统与既有 CBTC 系统相比，不仅具有更高的安全性、可靠性、灵活性和智能化水平，而且摒弃了基于车地通信的CBTC 系统的 ZC、联锁双核心架构，将轨旁联锁及 ZC功能在车载系统中集成，轨旁仅保留目标控制器及必要基础地面设备。同时对系统功能进行再分配，由车载系统实现移动授权计算，线路资源管理和进路控制。根据目前国内城市轨道交通信号系统的升级改造需求，对于采用基于车车通信的列车自主控制（TACS）系统升级改造时需重点考虑以下几个方面：（1）对既有信号系统的影响：需要对既有信号系统进行拆除或迁移；（2）对既有轨道电路及控制中心的影响：需要拆除或迁移旧有轨道电路及控制中心；（3）对既有列车运行控制模式的影响：需要对既有列车运行控制模式进行中国科技期刊数据库 工业 A 更换；（4）基于车车通信的列车自主控制系统目前工程实例较少。2 列车自主运行系统 列车自主运行系统（以下简称 ATC）是一种用于保证列车在轨道电路失效或中断时仍能安全运行的先进的列车控制技术。ATC 可以提供地面轨道电路和列车通信之间的数据接口，使得地面轨道电路可以向列车传输信息，而不需要依赖于列车内部的通信系统。ATC可以在地面轨道电路失效时提供安全的运行方式，避免了传统通信系统在切换地面轨道电路后造成的安全问题，如列车停车、安全停车等。ATC 功能包括：自动进路控制、自动闭塞、ATP 防护等功能；具备与调度集中系统（TDCS）进行数据交互和通讯的能力。地面设备作为基础平台，为信号系统提供通信接口；列车作为移动闭塞设备，通过车载设备获取地面信息。ATC系统主要功能包括：自动进路控制、ATP 防护、ATO 监控、ATP 与 TDCS 数据交互等。其中，ATP 为列车提供防护功能，ATO 监控列车运行情况，一旦出现故障或通信中断，可实现自动停车；ATO 监控列车运行状态和车载设备故障信息。此外，ATC 系统还具有故障监测与诊断功能。ATC 系统对信号系统的改造主要包括：地面设备改造、通信功能改造等2。3 方案研究 3.1 方案设计（1）传统的改造方案是将原有设备全部拆除，重新进行设计、采购和安装，这种方案具有工期短、投资小、技术先进等特点。但在施工期间会影响既有线路的运营，增加运营风险，也会导致线路运力降低。在城市轨道交通建设与改造中，对既有线路影响最小的方案是将所有设备拆除后重新设计安装。（2）分段式改造方案是在既有信号系统不改变的前提下，对其进行部分设备更换或增加新设备，主要适用于一些建设条件允许、工期紧、影响大的城市轨道交通项目。分段式改造方案具有以下优点：1）不会对既有线路的运营造成影响；2）可以保证施工期间既有线路的正常运营；3）能够有效降低项目投资；4）能够确保控制中心、车载设备、列控系统、通信系统等各专业的同步实施；5）能够最大限度地缩短工期，提高运营效率。（3）轨道交通信号系统改造是一项复杂的系统工程，涉及到信号系统与控制、通信、车辆、车辆段等专业的交叉协调，还与城市轨道交通的建设进度有密切关系。因此，在城市轨道交通建设和改造过程中，必须高度重视信号系统改造工作。（4）对于一些重要城市轨道交通线路或重大民生工程项目，信号系统改造往往需要与地铁建设同步进行，同时采取相应措施降低对既有线路的影响。因此，信号系统改造必须与地铁建设进度保持同步，采用分段式改造方案时必须同时考虑地铁建设进度和信号系统改造进度，力争做到建设和改造同时进行。3.2 车载设备改造阶段 目前，大部分城市已完成信号系统的改造，但仍有部分城市信号系统改造仍在进行中，具体包括以下几个方面：（1）车辆段内的车载设备改造。由于城市轨道交通车辆段内的设备与城市轨道交通线路上的设备存在接口关系，因此在车辆段内进行车载设备改造时，需要同步对车辆段内的其他专业设备进行改造，包括：信号系统、通信系统、供电、牵引、空调系统、给排水等。因工程建设原因需要临时停车的，还需要对临时停车区域内的其他专业设备进行改造。（2）列车上线前车载设备升级。当城市轨道交通信号系统需要改造时，车载信号设备的升级改造是一项重要内容。目前国内大部分城市已完成了列车上线前车载设备的升级工作。由于城市轨道交通车辆上线前需要进行全面彻底的清洁消毒工作，因此对列车上线前车载设备升级提出了更高要求。为保障车辆上线运行时的行车安全和行车秩序，一般要求对车载设备进行全面彻底的清洗消毒，并需要对车载设备进行在线升级。目前国内已有城市开始对新造列车上线前车载设备进行升级，升级主要包括以下内容：在信号系统、通信系统、供电系统等车载设备上加装在线检测装置和在线监测装置等，保证信号系统和车辆段内其他专业设备之间的接口关系，使信号系统能够实现与车辆段内其他专业设备之间的联动控制，提高信号系统对车辆段内其他专业设备的控制能力。改造后车辆段内其他专业设备可以通过在线监测装置对车载设备进行在线监测。3在线监测装置主要包括以下内容：将传统列车上线前车载信号系统和相关通信、供电、空调等专业设施进行在线监测，实时获取车载信号系统和相关专业设施在运行过程中的各项数据；将车载信号系统和相关通133中国科技期刊数据库 工业 A 信、空调等专业设施在运行过程中的各项数据通过通信线路实时传输到控制中心。当故障发生时，通过控制中心接收到故障信息后，根据故障信息判断是否需要对车辆段内其他专业设施进行升级或改造。由于城市轨道交通列车上线前的车载设备改造工作涉及到车辆段内其他专业、通信、供电、空调等专业，且各个专业之间存在一定的交叉关系，因此需要对既有列车上线前车载设备进行改造。由于城市轨道交通线路一般为地下线路，且既有线的信号系统和通信、供电等专业设施均在既有线上，因此只能进行线路部分区间信号系统和相关通信、供电等专业设施的改造工作。具体包括：在既有线信号系统上加装在线监测装置；在既有线通信和供电等专业设施上加装在线监测装置；在既有线信号系统上加装在线监测装置等4。3.3 地面设备改造阶段 地面设备改造阶段的主要工作内容是将原联锁设备改为新联锁设备，即从列车运行的安全角度考虑，将列车运行的控制模式由人工控制改为计算机控制；对原联锁系统的故障代码进行修改，以满足新联锁设备的功能要求；对联锁系统的逻辑电路进行修改，以适应新联锁设备的功能要求。此阶段工作内容繁多、复杂，涉及到信号系统与控制、通信、车辆、车辆段等专业，是整个改造工程中的重点和难点。具体工作内容包括：（1）按照新联锁设备需求制定联锁系统改造方案，确定联锁系统升级改造后满足新功能要求；（2）根据新联锁设备功能要求，编写新联锁系统相关软件的升级方案；（3）根据新联锁设备需求，编制新联锁路由图。此阶段工作内容是整个信号系统改造工程中最重要的一部分，各专业对此阶段工作进行了充分讨论并达成一致意见。4 可行性分析 4.1 建设条件 本方案仅需对既有线上的部分车站、区间信号系统进行改造，改造后的信号系统与既有线运营列车行车相关，且列车运行间隔小于 2 min，不涉及列车安全运行影响，可以在不影响运营的情况下进行施工。而全线统一改造时，需要对轨道电路、通信、信号等设施设备进行迁移或更换，需要重新埋设地下电缆及相关设施设备。由于施工作业面狭小，无法同时开展多个区段的信号系统改造，这也是本方案不适用于全线统一改造的原因。4.2 施工影响 本方案在既有线上进行施工，并不会对运营安全产生影响；而全线统一改造时，由于需更换大量设备及线缆、拆除大量电缆、更换联锁等系统软件，不仅会影响列车运行安全，还可能造成大量设备损坏和影响运营安全。4.3 运营管理 本方案只需对既有线路上的部分车站、区间进行信号系统改造；而对既有线上的车站时，还需在改造前进行联锁等系统软件的迁移或更换，影响运营安全。因此，在本方案中不宜采用分段式改造方案。4.4 安全保障（1）行车安全保障：对既有线路信号系统进行改造，目的是为运营安全提供保障。因此，在保证施工过程中对列车运行不产生影响的前提下，通过对信号系统进行改造，满足运营安全需求。例如，在既有线上的车站进行信号系统改造时，可利用现有站厅、站台和站房等现有设备，增加安装列车运行状态信息显示、紧急制动距离显示和报警、自动停车装置等相关设备。既有线路上的信号系统改造完成后，应确保能满足运营安全要求。此外，还应满足以下要求：1）改造后的信号系统与既有线运营列车行车相关；2）改造后的信号系统在既有线上运营期间不影响既有线运营安全；3）改造后的信号系统应与既有线路运营线路信号系统进行有效隔离；4）改造后的信号系统应具有故障安全防护能力；5）改造后的信号系统不应对既有线运营产生影响5。（2）人身安全保障：1）信号系统分段式改造时，需要拆除或更换部分既有线路设备及相关线缆，可能会对既有线列车的运行产生影响。因此，需制定科学合理的施工方案和安全应急预案，明确施工组织安排、应急处理流程等。2）在既有线上进行信号系统改造时，需严格执行相关技术标准和规范，制定施工组织设计及施工方案，并严格执行；同时，还应制定相应的安全应急预案并组织演练。施工前，应对既有线设备进行详细的勘察和调查，对相关设备进行必要的调试；在既有线上进行信号系统改造时，应对现场环境、天气等情况进行勘察和评估，根据现场实际情况确定施工方案和应急预案。3）在既有线上进行信号系统改造134中国科技期刊数据库 工业 A 时，还需要加强与既有线相关部门的沟通协调、安全管理等工作。对于涉及到既有线路、设备的改造工程，需要与运营管理部门、安全监管部门等单位协调沟通、取得支持和配合；对于涉及到既有线相关设备的改造工程，需要加强对施工作业人员的安全培训和监管。此外，还应严格执行相关法律法规和行业标准规定，加强对施工人员的管理和监督。5 结束语 通过对国内部分城市轨道交通信号系统改造方案进行研究，提出了采用分段式改造方案的思路，并从建设条件、施工影响、运营管理、安全保障等方面进行了论证，从分析了分段式改造方案的可行性。分段式改造方案相对于信号系统直接升级方式具有施工方便、成本较低的优势，有利于保障城市轨道交通的正常运营。城市轨道交通信号系统的分段改造还应考虑城市轨道交通的建设规模和实际施工进度，同时也要考虑城市轨道交通运营管理的需求。分段式改造方案应在充分考虑各专业之间相互协调和运营管理需求的基础上进行选择，并在确定后尽快实施。参考文献 1谈思韵.城市轨道交通信号系统线路数据自动生成系统研究J.现代城市轨道交通,2023(11):36-40.2丁青.城市轨道交通信号系统车地多重无线冗余方案应用研究J.科学技术创新,2023(25):112-115.3李洁,辛鑫.城市轨道交通信号系统分段式改造方案J.铁路通信信号工程技术,2023,20(10):80-85.4郑生全.市郊轨道交通信号系统方案研究市郊轨道交通信号系统方案研J.现代城市轨道交通,2011(4):4.5邓志翔.城市轨道交通信号电源系统配置方案研究J.城市轨道交通研究,2012,15(6):4.135