城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)改造項(xiàng)目方案研究

張賽

北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司 北京 100037

引言

當(dāng)前我國(guó)的私人汽車保有量和公共的交通工具的存在數(shù)量急劇上升，這一現(xiàn)狀導(dǎo)致了我國(guó)交通情況并不樂(lè)觀，近些年交通事故也成逐年上升的狀態(tài)，為了更好地維護(hù)我們國(guó)家的交通秩序，更好地進(jìn)行交通建設(shè)，更大程度上避免交通問(wèn)題和交通問(wèn)題給城市帶來(lái)的不良影響，需要對(duì)我國(guó)現(xiàn)行階段交通現(xiàn)狀，軌道交通信號(hào)的模式進(jìn)行分析，并且針對(duì)現(xiàn)狀有針對(duì)性地改進(jìn)，充分利用交通信號(hào)系統(tǒng)，進(jìn)一步緩解城市交通問(wèn)題，讓交通信號(hào)最大程度的發(fā)揮作用，并且對(duì)現(xiàn)行的交通信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的管理和完善，在對(duì)我國(guó)現(xiàn)在交通現(xiàn)狀科學(xué)分析的前提下，對(duì)我國(guó)的交通運(yùn)輸特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，并且有效利用這些特點(diǎn)建設(shè)更加科學(xué)合理的交通信號(hào)系統(tǒng)。

1 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)

1.1 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的基本功能

1.1.1 自動(dòng)防護(hù)功能。地面制動(dòng)承載設(shè)備及列車自身的設(shè)備組成了軌道交通的列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，在列車始終對(duì)于列車的安全情況進(jìn)行更加準(zhǔn)確及時(shí)的把握，軌道交通信號(hào)系統(tǒng)可以讓列車行駛在更安全的環(huán)境當(dāng)中，自動(dòng)防護(hù)功能的另一個(gè)巨大的作用是在于對(duì)列車進(jìn)行限速控制，如果列車的行駛速度過(guò)快，在行駛過(guò)程中已經(jīng)超過(guò)了限定速度，軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的地面設(shè)備就會(huì)搭配其他的車載設(shè)備進(jìn)行運(yùn)作，子系統(tǒng)可以自行啟動(dòng)使列車的速度能夠及時(shí)控制列車進(jìn)行減速或者?？浚瑴p少甚至避免交通安全事故的發(fā)生。

除了限速功能，交通信號(hào)系統(tǒng)還可以對(duì)列車的位置進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，在運(yùn)行過(guò)程中，漏防護(hù)子系統(tǒng)可以隨時(shí)對(duì)列車進(jìn)行定位和檢測(cè)，而且監(jiān)測(cè)的過(guò)程具有連續(xù)性和自動(dòng)性，這種監(jiān)測(cè)功能可以更加有效地保證列車的安全運(yùn)行，避免了因?yàn)樗俣冗^(guò)快而導(dǎo)致事故問(wèn)題出現(xiàn)的問(wèn)題，能夠?yàn)樽约禾峁└影踩鸟{駛環(huán)境，為乘客提供更加安全的服務(wù)，也為城市的軌道交通提供了更加安全可靠的信息[1]。

1.1.2 自動(dòng)駕駛功能。城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)第二個(gè)重要的功能就是自動(dòng)駕駛功能，城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)具備自動(dòng)駕駛功能，可以自主控制駕駛系統(tǒng)，自動(dòng)駕駛功能通過(guò)自動(dòng)控制分析系統(tǒng)對(duì)列車進(jìn)行控制，根據(jù)路況自動(dòng)選擇最好的方案進(jìn)行調(diào)整，讓行駛過(guò)程更安全，還可以自動(dòng)調(diào)節(jié)列車車門，使整個(gè)行駛過(guò)程更加的安全高效。

1.1.3 自動(dòng)監(jiān)控功能。城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)另外一個(gè)非常重要的功能是自動(dòng)監(jiān)控功能，城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)必須要具備自動(dòng)監(jiān)控功能，自動(dòng)監(jiān)控功能主要由核心控制中心﹑車站以及車載設(shè)備組成，自動(dòng)監(jiān)控功能主要負(fù)責(zé)收集各種列車運(yùn)行時(shí)候所需要的數(shù)據(jù)和信息，并進(jìn)一步對(duì)信息進(jìn)行分析處理，生成重要的控制資料，通過(guò)跟蹤識(shí)別對(duì)交通情況進(jìn)行一個(gè)認(rèn)知并進(jìn)行自主調(diào)控[2]。

1.2 常見(jiàn)的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行方式

1.2.1 調(diào)度列車出入。列車司機(jī)根據(jù)列車運(yùn)行情況觀察并記錄列車運(yùn)行計(jì)劃，對(duì)列車運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行排序，制定城市鐵路交通的運(yùn)行整頓，上傳到通信信號(hào)系統(tǒng)的控制中心。任務(wù)人員必須調(diào)整路線信息以滿足列車運(yùn)行條件。

1.2.2 自動(dòng)監(jiān)控。在列車運(yùn)行過(guò)程中，通信信號(hào)系統(tǒng)將在網(wǎng)上監(jiān)控，并在完全保護(hù)列車運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上，隨時(shí)向列車發(fā)出路線指示，以保證列車及時(shí)運(yùn)行。

1.2.3 人工介入。在手動(dòng)解除列車運(yùn)行質(zhì)量的過(guò)程中，為了確保列車運(yùn)行的全線﹑線路變更和列車的數(shù)量，將進(jìn)行列車運(yùn)行的全程。

1.2.4 車站現(xiàn)地控制。通信信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)備集中站被設(shè)計(jì)為列車行駛控制的過(guò)程。自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生列車故障時(shí)，人事負(fù)責(zé)人會(huì)報(bào)告情況，并采用車站的本地控制。

2 當(dāng)前城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

2.1 信號(hào)兼容存在問(wèn)題

目前，我國(guó)引進(jìn)的通信信號(hào)系統(tǒng)大多是先應(yīng)用于科技水平相對(duì)發(fā)達(dá)的城市，再應(yīng)用于相對(duì)發(fā)達(dá)的大中城市。雖然可以在一定程度上節(jié)約引入成本，但不能保證區(qū)域間信號(hào)系統(tǒng)的互聯(lián)互通，從而導(dǎo)致區(qū)域間列車運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題，列車運(yùn)行時(shí)間出現(xiàn)偏差，直接導(dǎo)致區(qū)域通信的困難。國(guó)內(nèi)信號(hào)兼容問(wèn)題直接導(dǎo)致列車區(qū)間運(yùn)行速度無(wú)法得到合理控制，導(dǎo)致列車運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生安全事故。區(qū)域內(nèi)的城市軌道交通可以得到有效控制，但無(wú)法有效開展區(qū)域合作，信號(hào)不兼容問(wèn)題也直接導(dǎo)致系統(tǒng)維護(hù)困難。通信和信號(hào)系統(tǒng)維護(hù)難度大，直接導(dǎo)致維護(hù)工作效率低，更嚴(yán)重影響各區(qū)域的統(tǒng)一管理[3]。

2.2 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)建設(shè)成本過(guò)高

城市鐵路交通信號(hào)系統(tǒng)的建設(shè)需要非常高的成本。例如，在被開發(fā)的城市上海，每棟建筑都需要5億以上，恢復(fù)初期投資成本的最短時(shí)間是30年。其高建設(shè)成本的主要原因是，中國(guó)建設(shè)的城市鐵路運(yùn)輸通信和信號(hào)系統(tǒng)大部分依賴外國(guó)先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)備大部分依賴外國(guó)進(jìn)口，外國(guó)商人在中國(guó)市場(chǎng)占據(jù)商業(yè)機(jī)會(huì)。這對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)施加了巨大壓力，在建設(shè)過(guò)程中需要階段性地實(shí)施通信和信號(hào)系統(tǒng)。這會(huì)導(dǎo)致城市鐵路運(yùn)輸通信信號(hào)系統(tǒng)后的維修和維護(hù)對(duì)外國(guó)企業(yè)的過(guò)度依賴。而且，這不僅影響了中國(guó)的城市鐵路運(yùn)輸安全性，也影響了中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.3 核心技術(shù)掌握仍然需要時(shí)間

然而，隨著中國(guó)交通需求的不斷增長(zhǎng)，中國(guó)城市軌道交通的通信和信號(hào)技術(shù)大多由外國(guó)企業(yè)承包。中國(guó)制造商缺乏實(shí)際的生產(chǎn)場(chǎng)地和有效的研發(fā)理論和技術(shù)指導(dǎo)；信號(hào)材料和核心技術(shù)的差異，導(dǎo)致產(chǎn)品與實(shí)際應(yīng)用不一致。因此，使中國(guó)的研發(fā)，接近研發(fā)的通信信號(hào)技術(shù)距離國(guó)外的水平還有差距。

3 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)改造升級(jí)策略

到目前為止，全國(guó)已有16個(gè)城市開通了城市軌道交通線路（地鐵和輕軌）。隨著城市化進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，未來(lái)將有更多城市擁有自己的軌道交通線路。根據(jù)“十二五”綜合交通體系規(guī)劃，到2015年，全國(guó)將新建3000公里線路。特別是在北京﹑上海﹑廣州﹑深圳等城市，軌道交通將形成網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。

為了滿足城市軌道交通聯(lián)網(wǎng)的要求，除新建線路外，既有線路的升級(jí)改造也是一項(xiàng)重要內(nèi)容。

3.1 改造因素

由于不同的建設(shè)時(shí)間，中國(guó)的城市鐵路運(yùn)輸信號(hào)系統(tǒng)完全不同。其中存在服務(wù)期屆滿﹑運(yùn)輸能力不足﹑社會(huì)公共安全要求增大等問(wèn)題。在城市鐵路運(yùn)輸線的爆炸性建設(shè)期間，我們需要更多的關(guān)注其下一個(gè)升級(jí)和轉(zhuǎn)變戰(zhàn)略，故作以下考慮。

3.1.1 由于城市軌道的運(yùn)輸線路建成時(shí)間有先后區(qū)別，開通時(shí)間也各有不同，所以后期建設(shè)開通的線路通常都會(huì)增加前期線路，交匯客運(yùn)量，使得前期線路不能適應(yīng)這種變化。通常在形成路網(wǎng)后，沿線會(huì)帶動(dòng)房地產(chǎn)﹑商業(yè)圈等區(qū)域發(fā)展，客觀上總會(huì)超出規(guī)劃客運(yùn)量的預(yù)期，線路運(yùn)營(yíng)壓力將更加突出。

3.1.2 城市鐵路運(yùn)輸線的信號(hào)機(jī)的壽命通常是20年。如果信號(hào)設(shè)備被服務(wù)的時(shí)候很多的行車線路被廢止再構(gòu)筑，那個(gè)會(huì)影響城市交通狀況，給城市的財(cái)政帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。

3.1.3 城軌既有線信號(hào)系統(tǒng)和設(shè)備的升級(jí)﹑改造有不同的目的和規(guī)模。

3.1.4 倘若采取系統(tǒng)和設(shè)備超期服役的策略，將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患和公共安全風(fēng)險(xiǎn)，這是運(yùn)營(yíng)商和社會(huì)公眾都不可容忍的。

以北京地鐵一號(hào)線為例。這是中國(guó)第一條地鐵運(yùn)營(yíng)線。它建于20世紀(jì)70年代。最初，它是為了備戰(zhàn)。信號(hào)系統(tǒng)采用基于國(guó)產(chǎn)絕緣移頻軌道電路設(shè)備的固定閉塞聯(lián)鎖控制方式。改革開放后，該線已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢苫蛉钡某鞘薪煌ɑA(chǔ)設(shè)施。1993年，對(duì)線路﹑信號(hào)﹑車輛﹑車站和控制中心的系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行了改造，引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的無(wú)絕緣軌道電路和ATP系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，建設(shè)了滿足當(dāng)時(shí)交通需求的固定閉塞聯(lián)鎖控制信號(hào)系統(tǒng)。然而，隨著2003年底巴東線的延伸線開通，以及5號(hào)線﹑13號(hào)線和10號(hào)線的相繼開通，在2號(hào)線運(yùn)營(yíng)能力提高后，換乘和換乘的客流顯著增加。目前，該線已成為北京最擁擠的運(yùn)營(yíng)線路之一，日均客流量110萬(wàn)人次。為了進(jìn)一步提高運(yùn)營(yíng)能力，該線再次面臨升級(jí)改造的問(wèn)題。

我國(guó)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備壽命周期為20年，若以此服役期限估算，未來(lái)15年內(nèi)，每年國(guó)內(nèi)城市軌道交通運(yùn)輸線的升級(jí)改造項(xiàng)目將會(huì)逐步增加，對(duì)比新線建設(shè)，既有線升級(jí)改造將占據(jù)1/4至1/3規(guī)模，并且于2025年左右達(dá)到頂峰。

3.2 改造方案

中國(guó)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了自主引進(jìn)﹑吸收﹑消化﹑比較創(chuàng)新的過(guò)程。一開始引入國(guó)外信號(hào)系統(tǒng)，進(jìn)入共同設(shè)計(jì)﹑關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和系統(tǒng)強(qiáng)化的發(fā)展階段。ATP﹑ATO﹑ATS﹑CI﹑DCS等重要ATC信號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本信號(hào)技術(shù)和設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化或自主化，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，種類齊全?；谲壍纻鬏?shù)墓潭ㄩ]塞和準(zhǔn)移動(dòng)閉塞信號(hào)模式（TBC）和基于無(wú)線通信的移動(dòng)閉塞信號(hào)模式（CBTC）都具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品，為城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)和設(shè)備的改造提供了良好的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)，降低了改造成本提高系統(tǒng)性能和基礎(chǔ)設(shè)施水平，及時(shí)方便，周到的服務(wù)。

城市鐵路線路的信號(hào)系統(tǒng)的主要課題是確保列車運(yùn)行的安全性。所有類型的復(fù)興計(jì)劃都必須首先保證列車運(yùn)行的安全性。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在城市鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，“尋求革新和速度比較”的決定所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果可能會(huì)對(duì)可用性和安全性產(chǎn)生重大影響。

如果選擇城市鐵路運(yùn)輸信號(hào)系統(tǒng)和裝置的轉(zhuǎn)換方式，最好采用階段性和局部性的方法，比較成熟﹑可靠性高﹑合適國(guó)內(nèi)的獨(dú)立技術(shù)。通過(guò)滿足功能要求并有效地管理成本，基于小步高速行走和連續(xù)改進(jìn)的戰(zhàn)略，結(jié)合性能和ram的改進(jìn)，可以有效地降低對(duì)現(xiàn)有線路操作的影響。根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)的變換目標(biāo)，必須對(duì)升級(jí)和轉(zhuǎn)換尺度進(jìn)行不同的控制，并對(duì)轉(zhuǎn)換方案進(jìn)行綜合性制定。根據(jù)現(xiàn)有城市鐵路線路的信號(hào)系統(tǒng)及裝置的高度化及變換的目標(biāo)及規(guī)模，通常分為6種，以下舉例說(shuō)明：

3.2.1 為提高既有線公共安全的升級(jí)﹑改造，加裝站臺(tái)安全屏蔽工程。

3.2.2 為提高既有線可靠性，可升級(jí)﹑改造兼容信號(hào)系統(tǒng)或設(shè)備，例如：車載 ATP控用性﹑可維修性和安全性制器﹑軌道電路設(shè)備﹑聯(lián)鎖的升級(jí)﹑改造軟件﹑安全繼電器等。

3.2.3 為提高既有線節(jié)能減排，升級(jí)車載ATO系統(tǒng)軟件，優(yōu)化列車運(yùn)行和制動(dòng)升級(jí)。

3.2.4 為提高既有線旅客舒適度，升級(jí)車載ATO系統(tǒng)軟件，改造優(yōu)化運(yùn)行圖和時(shí)刻表，提高列車端頭線折返能。

3.2.5 為提高既有線運(yùn)營(yíng)能力，可縮短列車運(yùn)行追蹤升級(jí)，改造間隔時(shí)間，增加編組列車數(shù)量等。

3.2.6 為替換壽命周期臨近服役，應(yīng)用適合的信號(hào)系統(tǒng)，不限制升級(jí)改造影響正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，我國(guó)的城市軌道交通信號(hào)在不斷完善﹑更新，更好地保障運(yùn)行過(guò)程中的安全，并且針對(duì)現(xiàn)有缺陷進(jìn)行改正，在信號(hào)系統(tǒng)中，目前已經(jīng)可以做到對(duì)列車的安全做出較好的保障，并對(duì)列車運(yùn)用數(shù)據(jù)做出科學(xué)的分析，但是目前還有較多的問(wèn)題亟待解決，需要進(jìn)一步更新。