城市軌道交通信號系統(tǒng)改造工程解決方案

白艷琴（北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073）

隨著地鐵工程的不斷發(fā)展，為滿足軌道交通的發(fā)展規(guī)劃、客流需求、及系統(tǒng)的更新?lián)Q代等，信號系統(tǒng)改造工程項目日益增多。信號系統(tǒng)是一個安全級別較高的系統(tǒng)，對于改造工程而言，需要考慮對運營的影響，任何細(xì)小的故障都有可能給運營帶來影響，為保證工程的順利實施，系統(tǒng)的改造方案、倒接過渡方案已經(jīng)成為改造項目實施的重點和難點，本文針對北京地鐵改造工程項目的特點和難點，提出信號系統(tǒng)改造工程的設(shè)計實施方案及倒接過渡思路。

白艷琴，女,畢業(yè)于蘭州交通大學(xué),工程師。研究方向地鐵信號，參與北京地鐵改造項目。

1 北京地鐵八通線加裝屏蔽門工程

八通線既有信號系統(tǒng)未預(yù)留與屏蔽門的接口條件，在加裝屏蔽門的改造過程中，為了實現(xiàn)屏蔽門、列車門與信號系統(tǒng)的聯(lián)動及聯(lián)鎖，需要加裝屏蔽門聯(lián)動控制子系統(tǒng)，并對既有信號系統(tǒng)（計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)、調(diào)度集中子系統(tǒng)等）的硬件進(jìn)行改造，軟件進(jìn)行升級。

1.1 工程特點和難點

北京地鐵八通線開通運營近10年，其信號系統(tǒng)制式采用速度階梯式固定閉塞ATC系統(tǒng)，包括調(diào)度集中（CTC）子系統(tǒng)、計算機聯(lián)鎖（CBI）子系統(tǒng)及列車自動防護(hù)（ATP）子系統(tǒng)。該ATC信號系統(tǒng)以軌道電路檢測列車位置和列車間距，ATP根據(jù)每個閉塞分區(qū)的限速指令，監(jiān)控列車的速度。

由于既有信號車載系統(tǒng)沒有A TO功能，加裝屏蔽門后，需要通過加裝屏蔽門聯(lián)動子系統(tǒng)，實現(xiàn)信號系統(tǒng)與車輛的接口，進(jìn)行列車進(jìn)站停穩(wěn)、停準(zhǔn)的判斷，從而實現(xiàn)屏蔽門、列車門與信號系統(tǒng)的聯(lián)動及聯(lián)鎖功能。

1.2 設(shè)計思路

加裝屏蔽門后，為保證乘客安全，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)能夠根據(jù)屏蔽門的開/關(guān)狀態(tài)，控制出站信號機的關(guān)閉/開放，并驅(qū)動地面ATP軌道電路編、發(fā)碼的變化。

1）列車進(jìn)站停穩(wěn)、停準(zhǔn)后，司機按下開門命令，屏蔽門正常打開時，關(guān)閉出站信號機；驅(qū)動站臺區(qū)段的地面ATP軌道電路發(fā)0/0速度碼。

2）司機按下關(guān)門命令，屏蔽門正常關(guān)閉后，開放出站信號機；同時驅(qū)動站臺區(qū)段的地面ATP軌道電路發(fā)正常速度碼。

3）屏蔽門非正常打開時，計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)關(guān)閉進(jìn)、出站信號機；并驅(qū)動站臺區(qū)段、一接近區(qū)段、一離去區(qū)段的地面ATP軌道電路均發(fā)0/0速度碼。

4）屏蔽門旁路后，接收屏蔽門旁路信息，條件滿足后，開放出站信號機；站臺區(qū)段地面A TP軌道電路發(fā)正常速度碼。

1.3 接口原理

為保證正常運營，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)與屏蔽門的接口，通過在新增的屏蔽門聯(lián)動控制系統(tǒng)機柜內(nèi)集成，既有信號系統(tǒng)設(shè)備、組合等的布置及連接關(guān)系不進(jìn)行改動。原理示意圖如圖1所示。

1.4 室內(nèi)聯(lián)鎖軟件過渡倒接方案

本工程既有信號系統(tǒng)的改造主要涉及到室內(nèi)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件的升級過渡。為保證不影響正常運營，工程在實施過程中，需要對軟件進(jìn)行充分的聯(lián)鎖試驗、模擬試驗及現(xiàn)場驗證。對于系統(tǒng)軟件的升級改造，采取在夜間停運期間進(jìn)行新、舊系統(tǒng)軟件的一次性倒接，實現(xiàn)升級開通。

2 北京城鐵13號線加站工程

城鐵13號線隨著線路沿線土地的開發(fā)利用，客流穩(wěn)步增加，為緩解既有車站的客流壓力，將其中預(yù)留車站付諸實施。

2.1 工程特點和難點

新增建材城東站位于霍營站和立水橋站區(qū)間，與回龍觀車輛段有聯(lián)絡(luò)線，為有道岔車站，包含3組道岔。新加車站后，需要拆除既有站聯(lián)、場聯(lián)關(guān)系，重新建立新的站聯(lián)、場聯(lián)關(guān)系；室外軌旁設(shè)備需要重新劃分管轄范圍；需對既有相鄰車站、相鄰車輛段、控制中心、維修車間等的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行升級改造；需要對相關(guān)專業(yè)的接口進(jìn)行更新升級。新增車站平面示意圖如圖2所示。

2.2 設(shè)計思路

根據(jù)新增車站站址，對新增車站及相關(guān)區(qū)間重新進(jìn)行牽引計算，根據(jù)計算結(jié)果，調(diào)整區(qū)間分界點位置，確定新增車站的管轄范圍，調(diào)整與新增車站相鄰的既有車站的管轄范圍。

設(shè)計時，原則上為不影響正常運營，對新增車站管轄范圍內(nèi)的軌旁設(shè)備進(jìn)行新設(shè)，對于室外轉(zhuǎn)轍機、牽引計算后不需要改移的信號機、軌道電路等設(shè)備考慮利舊。

2.3 軌旁利舊設(shè)備的過渡倒接方案

對于室外利舊設(shè)備（如轉(zhuǎn)轍機等），白天運營時連接至既有管轄車站，夜間調(diào)試時需要倒接至新設(shè)管轄車站。

調(diào)試過渡期間，可通過由新建車站向既有相鄰車站信號繼電器室敷設(shè)倒接電纜；在既有車站信號繼電器室分線盤處設(shè)置倒接開關(guān)；白天運營時，室外利舊的設(shè)備連接至既有管轄車站的分線盤；夜間調(diào)試時，由倒接開關(guān)倒接至新設(shè)車站信號繼電器室的分線盤，與新設(shè)車站室內(nèi)設(shè)備連接，進(jìn)行調(diào)試。倒接示意圖如圖3所示。

倒接開關(guān)設(shè)備的設(shè)計考慮由繼電器控制電路、轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成。作為信號系統(tǒng)設(shè)備的一部分，倒接繼電器安全等級應(yīng)達(dá)到SIL4級。倒接原理示意圖如圖4所示。

調(diào)試完成后，敷設(shè)室外利舊設(shè)備至新增車站信號繼電器室的電纜，實現(xiàn)新、舊設(shè)備的一次性倒接開通。

3 北京地鐵一號線改造工程

3.1 工程特點和難點

北京地鐵一號線改造工程是繼北京地鐵環(huán)線改造以來第二條全線信號系統(tǒng)更新改造的線路。一號線西段1965年動工，1974年開通；90年代初進(jìn)行技術(shù)改造，引進(jìn)英國西屋公司的無絕緣軌道電路，1994年地面設(shè)備投入使用，1996年完成技術(shù)改造；其延伸線（復(fù)興門—四惠站）1999年通車運營。

由于本次改造為信號系統(tǒng)的更新改造，相關(guān)專業(yè)僅僅為配合改造，信號系統(tǒng)在設(shè)計過程中不僅需要跟相關(guān)專業(yè)討論接口的解決方案（如調(diào)試過程中兩套設(shè)備都要運行，新系統(tǒng)設(shè)備的供電問題、土建結(jié)構(gòu)加固、車載設(shè)備安裝倒接等問題），還需要考慮綜合管線等相關(guān)的設(shè)計問題。

一號線由于建設(shè)年代較早，各車站的信號設(shè)備室、行車綜合控制室等設(shè)備用房面積緊張，需考慮新設(shè)系統(tǒng)設(shè)備的擺放位置及新系統(tǒng)設(shè)備的最終就位方案。

由于是既有線改造，新設(shè)備施工安裝難度大，主要工作必須在夜間非運營時間進(jìn)行，有效的工程實施時間短，工期長。

3.2 設(shè)計思路

一號線是北京運營壓力較大的一條地鐵線路，為不影響列車的正常運營，業(yè)主對改造工程的改造方案、過渡設(shè)備的要求也越來越高。

由于系統(tǒng)設(shè)備全部更新，實施過程中需分別考慮室內(nèi)設(shè)備、軌旁設(shè)備、車載設(shè)備的倒接過渡方案。

在過渡過程中，新、舊室內(nèi)設(shè)備、軌旁設(shè)備、車載設(shè)備必須相對獨立運行，以確保過渡過程中的統(tǒng)一行車指揮。

室內(nèi)設(shè)備、軌旁設(shè)備、車載設(shè)備分別在夜間非運營時間進(jìn)行多次倒接實驗，待系統(tǒng)聯(lián)調(diào)完成后，新、舊信號系統(tǒng)進(jìn)行一次性全功能倒接。

3.3 室內(nèi)設(shè)備的過渡倒接方案

室內(nèi)設(shè)置全新的信號系統(tǒng)設(shè)備，室內(nèi)設(shè)備的倒接主要是新、舊系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)合調(diào)試完成后，一次性將舊系統(tǒng)控制切換至新系統(tǒng)控制。

3.4 軌旁設(shè)備過渡倒接方案

軌旁新設(shè)設(shè)備（轉(zhuǎn)轍機）安裝到位后，在夜間調(diào)試和白天運營期間，以分線盤作為倒接節(jié)點，分別接通室內(nèi)的新、舊系統(tǒng)設(shè)備，過渡倒接原理同上述圖3、圖 4。

3.5 車載設(shè)備過渡倒接方案

新信號車載設(shè)備需要安裝在既有車輛上，為了保證既有列車車載系統(tǒng)的正常運營，并保證新信號車載系統(tǒng)的順利調(diào)試、實施，車載倒接設(shè)備須技術(shù)成熟可靠，且核心部件安全等級要求達(dá)到SIL4級。倒接設(shè)備的安裝、調(diào)試及現(xiàn)場操作都將按照指定的嚴(yán)格操作規(guī)程進(jìn)行，保證倒接階段新、老設(shè)備的無縫連接和整個信號系統(tǒng)的正常運行。

車載倒接設(shè)備主要針對改造過程中舊車上同時裝配新、舊兩套信號車載子系統(tǒng)的切換倒接問題提出解決方案，以實現(xiàn)車載子系統(tǒng)的安全快速切換，保證調(diào)試期間新車載系統(tǒng)不影響正常運營，同時也能贏得更多的調(diào)試時間。新、舊車載系統(tǒng)倒接原理示意圖如圖5所示。

過渡過程中，采用影子模式用來監(jiān)視新系統(tǒng)的運行情況。在此階段，新車載系統(tǒng)已經(jīng)安裝調(diào)試完畢，但并不控制列車運行，新車載系統(tǒng)的運行將被安全的監(jiān)視，新車載系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)將被記錄，并給系統(tǒng)的升級提供充裕的分析數(shù)據(jù)和升級時間。

當(dāng)選擇開關(guān)位于“舊系統(tǒng)”位置時，倒接開關(guān)的舊車載子系統(tǒng)輸出接點與車輛側(cè)接通，實現(xiàn)舊車載子系統(tǒng)的輸出控制；同樣，當(dāng)選擇開關(guān)位于“新系統(tǒng)”位置時，倒接開關(guān)的新車載子系統(tǒng)輸出接點與車輛側(cè)接通可實現(xiàn)新車載子系統(tǒng)的輸出控制。

轉(zhuǎn)換開關(guān)安裝在新系統(tǒng)的車載機柜中，并被鉛封。機柜在非調(diào)試階段鎖閉，確保非調(diào)試階段的任何可能發(fā)生的情況都不會誤碰轉(zhuǎn)換開關(guān)。

4 總 結(jié)

改造工程中，改造方案的設(shè)計必須安全可靠，過渡平穩(wěn)，針對局部改造和系統(tǒng)更新改造的不同特點，進(jìn)行必要的過渡方案設(shè)計。過渡設(shè)備作為信號設(shè)備的一部分要符合故障-安全原則，滿足信號系統(tǒng)的安全等級，具有高的安全性、可靠性，且操作簡單。

改造工程有很多不可預(yù)見性，設(shè)計過程要充分考慮既有設(shè)備、既有站房、既有接入條件的局限性；在工程投資估算、方案設(shè)計過程中均需要綜合全面，避免遺漏。

改造工程不能影響既有線路的正常運營，不能降低運輸能力和安全等級；隨著信號系統(tǒng)的不斷更新?lián)Q代，改造項目將不斷增多，改造工程的過渡倒接方案必將成為新的設(shè)計突破點。