城市軌道交通聯(lián)調(diào)聯(lián)試綜合檢測集成技術(shù)分析

丁文君

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學院軌道交通學院 陜西 西安 710018）

引言

作為我國當前投資的一大熱點，城市軌道（簡稱城軌）交通在我國裝備制造業(yè)發(fā)展、地方經(jīng)濟增長、交通擁堵緩解以及城市形象提升等諸多方面發(fā)揮著強有力的推動與指導作用，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟與社會效益。相較于鐵路線網(wǎng)，城軌交通車次多，站間距短，旅客運送量大及方便快捷等優(yōu)勢突出，現(xiàn)已逐漸發(fā)展為我國多個地區(qū)、城市居民出行的首選交通方式。城軌交通聯(lián)調(diào)聯(lián)試基于各設備系統(tǒng)的安裝與內(nèi)部調(diào)試，借助第三方的組織或參與測試設備系統(tǒng)達到設計規(guī)定的相應功能與性能的具體程度，以此給出客觀評價，得到設備系統(tǒng)的驗收依據(jù)。對于城軌交通運營的安全性與可靠性保證而言，聯(lián)調(diào)聯(lián)試的工作質(zhì)量至關(guān)重要[1]。

當前，我國城軌交通建設面臨著工期壓縮及參建單位眾多的形勢，國家層面關(guān)于聯(lián)調(diào)聯(lián)試尚未建立統(tǒng)一與明確的技術(shù)規(guī)范，地區(qū)間城軌交通建設模式不同，聯(lián)調(diào)聯(lián)試的組織模式與技術(shù)方法也存在差異?；诩夹g(shù)成熟度與經(jīng)驗的限制，我國城軌交通聯(lián)調(diào)聯(lián)試與運營演練存在不少問題，研究城軌交通聯(lián)調(diào)聯(lián)運綜合檢測集成技術(shù)，盡快對這些問題予以解決顯得十分迫切與重要[2]。

1 聯(lián)調(diào)聯(lián)運總體情況

城軌交通建設是一項繁瑣且龐大的綜合性系統(tǒng)工程，有著很高的建設標準且技術(shù)復雜，涉及到工務工程、牽引供電、通信信號、運營調(diào)度以及客運服務等很多子系統(tǒng)，不同子系統(tǒng)通過復雜而獨立的接口建立聯(lián)系，設備的配置必須對整個系統(tǒng)的功能所需予以滿足，這些對城軌交通建設的綜合性大系統(tǒng)調(diào)試亦即聯(lián)調(diào)聯(lián)試提出要求。圖1所示為城軌交通各系統(tǒng)的主要接口關(guān)系框圖。

聯(lián)調(diào)聯(lián)試是對城軌交通各系統(tǒng)間進行的綜合性聯(lián)調(diào)，同時對“調(diào)”與“試”予以涵蓋，亦即調(diào)試全部子系統(tǒng)，以聯(lián)調(diào)聯(lián)試的方式反應并處理經(jīng)由大系統(tǒng)、子系統(tǒng)間的各種反饋及調(diào)整，確保系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的完整性及合理性，最優(yōu)化整體系統(tǒng)功能，符合運輸條件。

聯(lián)調(diào)聯(lián)試的測試項目非常廣，涉及到軌道、接觸網(wǎng)、通信信號等17大項600余子項內(nèi)容[3]。它采用移動檢測設備結(jié)合地面測試設備的測試方式，借助綜合檢測、無線網(wǎng)絡遠程傳輸與控制等技術(shù)以及數(shù)字化系統(tǒng)，以優(yōu)化城軌列車與軌道工程、牽引供電、通信等系統(tǒng)功能以及接口匹配關(guān)系為核心，基于速度與安全原則，逐級提速，全方位測試與調(diào)試城軌交通固定設施及移動裝備，施以閉環(huán)控制。

圖1 城軌交通各系統(tǒng)主要接口關(guān)系框圖

圖2 聯(lián)調(diào)聯(lián)試總體技術(shù)方案框圖

2 城軌交通聯(lián)調(diào)聯(lián)試綜合檢測集成技術(shù)方案

2.1 技術(shù)方案總思路

針對城軌交通中各系統(tǒng)與子系統(tǒng)間的諸多接口，若逐一依次進行測試，既不符合對城軌交通整體性能的把握，又不能確保試驗進度對有限的聯(lián)調(diào)聯(lián)試測試時間的滿足。加之城軌交通系統(tǒng)功能即性能的實現(xiàn)會對列車的順利運營產(chǎn)生差異化影響（如信號系統(tǒng)與車輛系統(tǒng)的接口功能會對列車的運行安全產(chǎn)生直接影響，而信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口功能則主要影響乘客在車站乘降的效率，顯然，前者的功能實現(xiàn)較后者更加重要[4]），故而，聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作應以城軌交通整體系統(tǒng)的最基本功能的檢驗為入手點，首先，檢驗直接影響與顯著影響城軌交通運行的接口功能及性能的實現(xiàn)情況，然后，循序漸進地測試存在顯著影響的主要系統(tǒng)功能，以對整體測試時間約束的滿足為前提，科學考慮測試其他接口功能，最后，對城軌交通對設計所需的達標情況進行檢驗。

2.2 技術(shù)方案

按照總體思路，進行城軌交通聯(lián)調(diào)聯(lián)運總體技術(shù)方案的框圖設計如圖2所示，將整個聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程做3個階段的劃分：分性能參數(shù)類測試、運營場景類測試以及運營參數(shù)類測試。

3 城軌交通聯(lián)調(diào)聯(lián)試綜合檢測集成技術(shù)

在由分性能參數(shù)類測試、運營場景類測試以及運營參數(shù)類測試3階段共同構(gòu)成的整個過程中，城軌交通聯(lián)調(diào)聯(lián)試綜合檢測涉及諸多技術(shù)，如輪軌關(guān)系、弓網(wǎng)關(guān)系、供變電系統(tǒng)性能、空氣動力學、車-線-橋耦合、無線傳輸、列車運行控制、基礎結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動力學性能及環(huán)境影響等[5]（如圖3所示），以下從4方面進行各項技術(shù)的集成分析。

圖3 城軌交通關(guān)鍵技術(shù)

3.1 輪軌關(guān)系關(guān)鍵技術(shù)

輪軌關(guān)系會對列車運營速度、安全性及舒適性產(chǎn)生重要影響?；诘匦螚l件與環(huán)保要求等因素的制約，城軌的軌道曲線半徑比較小，線路坡度較陡，在總線路中高架橋的占比較大，多采用小號碼道岔，在個別地段，還會采用困難條件下的設計標準。如此一來，輪軌之間存在較為復雜的動態(tài)作用，輪軌關(guān)系關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下方面。

3.1.1 列車動力學性能

列車的實際運行面臨諸多工況類型，動力學測試需對不同線路區(qū)段（如路基、道岔等）、不同輪軌接觸狀態(tài)以及交匯等工況下列車的動力學響應特征加以把握。測點布置則要在代表性突出的列車不同位置進行加速度計的安裝，同時，換裝測力輪對。

動力學性能測試采用逐級提速的測試方式，基于對城軌鐵路半徑小，曲線多及客流變化大等特征的考慮，動力學性能的測試等級可定位為40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、80 km/h 以及 88 km/h。

3.1.2 “列車-軌道”系統(tǒng)安全性評判

城軌列車與軌道在輪軌之間的相互作用下會耦合為一個系統(tǒng)，系統(tǒng)安全性評判新方法的提出十分重要。采用基于慣性基準法的軌道幾何狀態(tài)檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)的組成部分有模擬信號處理和數(shù)字信號處理。前者主要包括各路傳感器、信號轉(zhuǎn)接與監(jiān)視裝置、信號處理裝置與系統(tǒng)電源，后者則主要包括數(shù)據(jù)采集與計算機處理、數(shù)據(jù)服務器、數(shù)據(jù)應用與波形顯示計算機及打印機。

3.2 空氣動力學關(guān)鍵技術(shù)

列車運行速度不斷加快之時，列車與附近空氣的動力作用會越來越大，一方面，氣動力對列車本身及列車運行產(chǎn)生影響，另一方面，列車高速運行引起的氣動現(xiàn)象會影響其周圍的環(huán)境。實車空氣動力學試驗對列車高速運行與交匯過程中空氣動力效應影響列車運行安全性與振動的情況進行測試；對列車通過隧道或在隧道內(nèi)進行交匯時產(chǎn)生的瞬變壓力與微氣壓波進行測試，提供依據(jù)于氣壓變化環(huán)境下人體舒適性、列車氣密性以及微氣壓波影響周圍環(huán)境程度的評價；分析列車速度加快及隧道長度增加對微氣壓波激化產(chǎn)生的影響，進行隧道斷面參數(shù)及緩沖結(jié)構(gòu)合理性的驗證等。對城軌隧道的設計及其運營提出相關(guān)措施與建議。

3.3 弓網(wǎng)關(guān)系關(guān)鍵技術(shù)

城軌列車運行過程中，弓網(wǎng)型式的正確選擇對列車的正常取流至關(guān)重要，弓網(wǎng)關(guān)系必須得到深入地研究。城軌交通弓網(wǎng)關(guān)系主要涉及以下關(guān)鍵技術(shù)。

3.3.1 新型弓網(wǎng)系統(tǒng)受流性能

測試弓網(wǎng)動態(tài)接觸力、燃弧、硬點以及接觸線動態(tài)高度，利用圖像監(jiān)視弓網(wǎng)受流，對接觸網(wǎng)張力組合不同的接觸網(wǎng)同受電弓的弓網(wǎng)適應性及運行安全性進行驗證，對各型號受電弓及雙弓運行工況的受流性能以及方向或距離不同的雙受電弓受流性能進行評價。

3.3.2 新型受電弓空氣動力學性能

針對不同列車車頂形狀受電弓在列車雙向運行過程中受電弓導流裝置的位置與角度，進行受電弓的空氣動力學性能測試，明確列車受電弓導流裝置的位置與角度同受電弓空氣動力學性能之間的關(guān)系。

3.4 信號系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

作為列車安全、穩(wěn)定與高效運行的重要保證部分，城軌交通信號系統(tǒng)的功能與性能對列車運營的安全與效率發(fā)揮著直接的影響。對于城軌交通信號系統(tǒng)而言，其功能含列車自動防護（ATP）、自動運行（ATO）與自動監(jiān)護（ATS），若根據(jù)設備位置劃分，信號系統(tǒng)包括車載信號設備（列控設備）、區(qū)間設備、車站設備、控制中心（OCC）設備與車輛段設備等。

城軌交通信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試主要對運營場景類測試技術(shù)[6]予以采用，驗證列車在不同運營場景下ATP、ATO與ATS的功能以及信號系統(tǒng)同相關(guān)系統(tǒng)間接口的實現(xiàn)。表1所示為城軌交通信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)的實施。

表1 城軌交通信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)實施

4 城軌交通聯(lián)調(diào)聯(lián)試綜合檢測集成技術(shù)實施保障

為保證城軌交通聯(lián)調(diào)聯(lián)試綜合檢測工作的順利開展，需建立聯(lián)調(diào)聯(lián)試組織機構(gòu)，對綜合檢測各環(huán)節(jié)的全部工作進行籌備、指揮、管理與協(xié)調(diào)，圖4所示為綜合檢測組織管理架構(gòu)框圖[7]。

圖4 城軌交通聯(lián)調(diào)聯(lián)試綜合檢測組織管理架構(gòu)框圖

1）決策層，組織召開聯(lián)席會議，從總體層面指揮聯(lián)調(diào)工作，協(xié)調(diào)重大問題，批準重大決議；

2）指揮層，總體協(xié)調(diào)與管理聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間的日常事宜，組織協(xié)調(diào)供電、行車、施工等工作，發(fā)布工作指令，協(xié)調(diào)解決影響聯(lián)調(diào)聯(lián)試運行的問題；

3）執(zhí)行層，編制聯(lián)調(diào)聯(lián)試項目實施方案與細則，具體實施聯(lián)調(diào)聯(lián)試項目。

5 結(jié)束語

作為城軌交通整個測試與調(diào)試工作的最后環(huán)節(jié)，聯(lián)調(diào)聯(lián)試是對城軌交通整體系統(tǒng)性能的綜合驗證及確認。綜合檢測集成技術(shù)的分析是對城軌交通聯(lián)調(diào)聯(lián)試測試內(nèi)容及流程的總體把握，可確保聯(lián)調(diào)聯(lián)試在有限時間內(nèi)實現(xiàn)對城軌交通整體系統(tǒng)功能及性能的優(yōu)化。當前，我國城軌聯(lián)調(diào)聯(lián)試管理已積累一定經(jīng)驗，但尚未制定系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)應用與管理準則，另外，聯(lián)調(diào)聯(lián)試持續(xù)時間長，針對性的組織管理規(guī)章制度、基本流程、安全保障措施以及工作重點等管理標準[8]亦不充分。根據(jù)專業(yè)管理、督導、負責以及包保的工作要求，應對聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間諸多專業(yè)的技術(shù)應用進行重點分析，把握設備變化的基本規(guī)律，明確相關(guān)專業(yè)接入的時間節(jié)點與程序，對工作職責及流程予以細化，以城軌交通聯(lián)調(diào)聯(lián)試集成管理及關(guān)鍵技術(shù)實施細則的形成指導聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作順利開展。