牛英明 黃友能 智國盛 張 揚

(北京交控科技有限公司 北京 100070)

1 研究背景

基于通信的列車控制系統(tǒng)(CBTC)是一種采用先進的通信、計算機技術(shù)，可連續(xù)控制和監(jiān)測列車運行。它采用無線數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)地面控制系統(tǒng)和列車信息的雙向傳輸，是現(xiàn)代軌道交通的發(fā)展方向，是20世紀(jì)末期運輸和通信技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物，是提高運輸效率、保證行車安全的重要手段。

自2004年以來，國內(nèi)新建和改擴建的軌道交通信號控制系統(tǒng)基本都采用了CBTC系統(tǒng)，但信號控制系統(tǒng)的提供方都是國外信號系統(tǒng)供貨商，相應(yīng)的核心技術(shù)也都掌握在國外供貨商手里，給國內(nèi)的業(yè)主在項目實施、過程控制以及質(zhì)保期間的工作帶來很大的挑戰(zhàn)，急切呼喚有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的信號系統(tǒng)供貨商來滿足各地快速發(fā)展的CBTC系統(tǒng)建設(shè)需求。

歷經(jīng)十幾年的核心技術(shù)研發(fā)，特別是亦莊示范工程的實施，北京交控科技有限公司采用核心技術(shù)研發(fā)與實際工程并進的方式，成功研發(fā)并實施了一套符合國際最高安全等級——SIL4國際標(biāo)準(zhǔn)的CBTC信號系統(tǒng)，解決了長期困擾國內(nèi)引進這項技術(shù)與裝備的瓶頸問題，創(chuàng)造了2010年12月30日亦莊線全功能開通CBTC國內(nèi)信號系統(tǒng)的建設(shè)奇跡，使中國一舉成為繼德國西門子、法國阿爾斯通、加拿大阿爾卡特后第4個成功掌握軌道交通信號系統(tǒng)CBTC核心技術(shù)并順利應(yīng)用于實際工程的國家。

2 亦莊線信號系統(tǒng)的工期計劃

北京軌道交通亦莊線信號系統(tǒng)示范工程自合同簽訂到開通運營，前后歷時18個月，其中主要節(jié)點見表1。

表1 亦莊線信號系統(tǒng)的工期計劃

從表1的工期節(jié)點可以看出，整個亦莊示范工程項目節(jié)點計劃以天為單位，環(huán)環(huán)相扣，對亦莊示范工程的開通制訂了明確的工期節(jié)點目標(biāo)，為了保質(zhì)保量按期完成各項工作，主要從以下幾個方面展開具體工作。

3 亦莊線信號系統(tǒng)的實施過程

3.1 系統(tǒng)設(shè)計

在亦莊示范工程的前期，研發(fā)人員就需求情況同用戶進行了深入交流，并進行了充分的系統(tǒng)設(shè)計工作，這期間形成并優(yōu)化了多條設(shè)計原則:

1)實現(xiàn)了不同控制功能的標(biāo)準(zhǔn)化模塊配置，系統(tǒng)設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，便于設(shè)備間的兼容擴容以及線路延伸。

2)亦莊示范工程信號主系統(tǒng)是移動閉塞，為了增加系統(tǒng)的可用性，同時還配備了點式系統(tǒng)。在兩種控制等級的切換過程中，主體信號顯示可自動轉(zhuǎn)換，并提出了在轉(zhuǎn)換過程中保證信號顯示的連續(xù)性、唯一性、準(zhǔn)確性標(biāo)準(zhǔn)。

3)結(jié)合以往的經(jīng)驗教訓(xùn)，細(xì)化了作業(yè)流程，并在作業(yè)時間后進行了能力分析。通過對亦莊線的運行能力進行理論分析，組織運營專家進行了討論，調(diào)整了測試方案及參數(shù)。經(jīng)過現(xiàn)場能力測試，亦莊示范工程CBTC系統(tǒng)完全能夠滿足2 min追蹤間隔的能力。

4)通過在站內(nèi)布置無線設(shè)備，實現(xiàn)了點式下的屏蔽門聯(lián)動。

5)為提高運行能力，在CBTC模式下實現(xiàn)了亦莊火車站站后無人自動折返，司機可以從車內(nèi)或站臺兩種方式到達(dá)另一端駕駛室。在宋家莊站，實現(xiàn)了站前開門折返，列車在進站停車后，先自動打開下車側(cè)車門，一段時間后，再自動打開上車側(cè)車門，司機按下折返換端按鈕并完成折返流程。保證了司機在折返過程中車門打開不影響乘降作業(yè)。

6)在車輛段試車線長度有限的條件下，創(chuàng)新地實現(xiàn)了完整的試車功能。包括點式、CBTC兩種級別的自動轉(zhuǎn)換、兩端的站前折返、站后折返、無人折返、出入段、校輪、屏蔽門聯(lián)動等功能。

3.2 安裝與調(diào)試

亦莊示范工程的現(xiàn)場安裝與調(diào)試階段歷時8個月，經(jīng)歷了室內(nèi)軌旁設(shè)備安裝、聯(lián)鎖調(diào)試開通、分區(qū)域動車調(diào)試，信號系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試階段，共投入人力137人、累計投入約6 000人/天、調(diào)試代碼分析量近千萬條。

地面段波導(dǎo)管在既有線由于熱脹冷縮會引起一定的位移，因此在工程設(shè)計時應(yīng)優(yōu)化設(shè)計，以抵消由于熱脹冷縮造成的位移。

為了保證應(yīng)答器安裝位置的精準(zhǔn)性及線路數(shù)據(jù)的高精度、高準(zhǔn)確性，示范工程使用專業(yè)測量儀器做了高質(zhì)量、反復(fù)多次的數(shù)據(jù)定測。同時，投入人力、物力反復(fù)多次地進行CI-LEU-應(yīng)答器數(shù)據(jù)一致性的測試，保證了動車調(diào)試之前數(shù)據(jù)的一致性。

車載系統(tǒng)在整個工程調(diào)試過程中主要有安裝督導(dǎo)、靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試等工作，分別在客車廠和車輛段進行了大量的督導(dǎo)和調(diào)試工作，確保列車上線后無問題，可以與地面系統(tǒng)進行充分聯(lián)調(diào)。

3.3 測試工作

通過對CBTC系統(tǒng)需求的研究，結(jié)合CTCS3的測試用例生成技術(shù)和以往信號系統(tǒng)的經(jīng)驗，編寫了一套完整的CBTC系統(tǒng)集成測試用例和系統(tǒng)確認(rèn)測試用例;結(jié)合CBTC科研項目一期和二期以及北京地鐵1號線52、53站的通信專項測試的試驗經(jīng)驗，編制了DCS無線靜態(tài)測試和動態(tài)大綱;結(jié)合用戶、監(jiān)理、設(shè)計等各方面專家的經(jīng)驗，編制了一套動車調(diào)試大綱;根據(jù)實際的工程設(shè)計圖紙、聯(lián)鎖表、系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格書，編制了與之對應(yīng)的測試表格。

依據(jù)“最小系統(tǒng)”架構(gòu)原則搭建的室內(nèi)測試平臺，實現(xiàn)靈活的虛實互換和虛實互控，完成設(shè)計、研發(fā)、工程實施、系統(tǒng)升級等不同階段的系統(tǒng)特定功能及全功能驗證，大大降低了每個階段的風(fēng)險。所有應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)發(fā)布，到現(xiàn)場前嚴(yán)格按照流程完成室內(nèi)測試，大大提高了現(xiàn)場測試的安全性、高效性。

在緊張的調(diào)試測試間隙，研發(fā)人員主動聯(lián)系了部隊單位，對無線系統(tǒng)進行了安全測試，確保CBTC系統(tǒng)在開放應(yīng)用環(huán)境下的安全、可靠、可用。

3.4 安全管理

為了保證軌道交通系統(tǒng)的運行安全性，亦莊示范工程必須在其投入運行之前進行獨立第三方安全認(rèn)證，只有取得安全授權(quán)部門的驗收審批，才能投入運行使用。參照國外發(fā)展成熟的軌道交通系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系，國內(nèi)也在逐步發(fā)展適合本國開發(fā)和運行實際情況的軌道交通安全認(rèn)證體系框架，從而保證國內(nèi)線路的運行安全。然而，系統(tǒng)的安全認(rèn)證并不是一味強調(diào)絕對的安全，更為重要的是把安全意識和新理念體現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)全過程中。系統(tǒng)安全見證和測試及認(rèn)證見表2、表3。

表2 7次安全見證和測試

表3 5次安全認(rèn)證

4 亦莊線信號系統(tǒng)工程運用

亦莊線示范工程于2010年12月30日順利開通試運營，該工程是國內(nèi)首條一次全功能開通的CBTC信號系統(tǒng)，在開通之初即實現(xiàn)移動閉塞、列車自動駕駛、車門與安全門聯(lián)動聯(lián)鎖、無人駕駛自動折返等完整的列車自動控制功能，并且向軌道交通網(wǎng)絡(luò)中心上傳列車狀態(tài)信息，達(dá)到了國際先進水平。

自開通以來，亦莊示范工程CBTC系統(tǒng)運行平穩(wěn)，各項指標(biāo)優(yōu)異，與招標(biāo)合同要求的指標(biāo)相比，主要體現(xiàn)如表4所示。

表4 系統(tǒng)各項指標(biāo)與合同要求比較

5 結(jié)語

北京地鐵亦莊線是第一條國產(chǎn)CBTC系統(tǒng)示范工程線，該工程的成功開通，標(biāo)志著在軌道交通信號系統(tǒng)領(lǐng)域，已經(jīng)打破了國外CBTC系統(tǒng)的技術(shù)壟斷，必將為我國軌道交通信號系統(tǒng)實現(xiàn)自主知識產(chǎn)權(quán)，降低地鐵建設(shè)對國外的技術(shù)依賴以及造價起到關(guān)鍵作用，對推動我國城市軌道交通運行控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。

［1］北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司.通用技術(shù)要求—用戶需求書—北京地鐵亦莊線［G］.北京，2008.

［2］北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司.專用技術(shù)要求—用戶需求書—北京地鐵亦莊線［G］.北京，2008.

［3］接口技術(shù)要求—用戶需求書—北京地鐵亦莊線［G］.北京，2008.

［4］郜春海.基于通信的軌道交通列車運行控制系統(tǒng)［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2007(2):7-10.

［5］曾小清，王長林，張樹京.基于通信的軌道交通運行控制［M］.上海:同濟大學(xué)出版社，2007.