黃 蔚

(北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，北京 100070)

我國近十幾年來已經(jīng)成為世界上高速鐵路發(fā)展較快的國家。在高速鐵路建設(shè)過程中，經(jīng)過實踐逐步形成了一套標準化的中國信號系統(tǒng)，信號裝備也隨之進入到高速發(fā)展的時期。隨著裝備的不斷進步和發(fā)展，企業(yè)也在不斷尋求海外鐵路市場的機遇。

對于信號系統(tǒng)來說，要進入海外鐵路市場，首先就要了解海外市場信號系統(tǒng)的需求有什么不同。幾年來對海外鐵路項目的摸索陸陸續(xù)續(xù)開展，先后接觸了亞洲、非洲、獨聯(lián)體、南美、北美及歐洲等地區(qū)部分國家鐵路的招投標項目。從技術(shù)要求的角度看，共通點很多，但差異性也很明顯，主要可以歸類為英標（歐標）、美標、以及獨聯(lián)體標準等。另外，除了技術(shù)體制的不同外，在這些工程項目的招投標以及現(xiàn)場調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)雖然運營概念類似，技術(shù)發(fā)展趨勢一致，基礎(chǔ)系統(tǒng)組成相同，但在管理體制、技術(shù)標準的關(guān)注點、設(shè)計理念等方面的需求與國內(nèi)存在諸多的差異。本文主要從海外鐵路發(fā)展、海外項目特點、設(shè)計理念等方面進行分析。

1 海外鐵路及信號裝備發(fā)展

1.1 普速鐵路

世界鐵路的發(fā)展已有百余年的歷史。從19 世紀下半葉至20 世紀初，是海外鐵路建設(shè)的高潮階段，這個階段的鐵路主要集中在英國、美國、俄羅斯，以及德國、法國等幾個國家。20 世紀20 ～60年代，由于公路、航空運輸發(fā)展，英國、美國、及法國等歐美國家鐵路營運線路均有大幅萎縮。與此同時，殖民地及發(fā)展中國家鐵路營運里程呈快速上升態(tài)勢。至20 世紀60 年代，世界各國鐵路運營里程已達到130 余萬km，其中歐美占比超過70%。

這個時期，鐵路信號裝備主要是保證列車基本運行安全的繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)和閉塞系統(tǒng)，軌旁裝配軌道電路、信號機、轉(zhuǎn)轍機等設(shè)備，列車安裝機車信號或自停設(shè)備。英國、美國、俄羅斯等國家在早期鐵路建設(shè)中先后形成了各自的技術(shù)體系，并在實踐中不斷完善，殖民地半殖民地國家鐵路信號則承襲上述國家的技術(shù)體系，如：南亞印度、孟加拉等國家采用英國技術(shù)標準。上述信號系統(tǒng)技術(shù)體系之間的差異除聯(lián)鎖電路差異外，信號顯示、軌道電路制式等方面均存在差異。

1.2 高速鐵路

20 世紀60 ～80 年代，日本、法國、德國先后建成了各自早期的高速鐵路。21 世紀初，我國的高速鐵路建設(shè)使世界高速鐵路營運里程迅速增長，至2018 年，我國高速鐵路營運里程已占全球總里程的60%之多。

這個階段是計算機高速發(fā)展的階段，傳統(tǒng)信號系統(tǒng)中的一個最大變化就是計算機聯(lián)鎖的出現(xiàn)，并逐漸在新建和改造項目中取代既有繼電聯(lián)鎖。

此外，傳統(tǒng)的地面信號已無法滿足高速列車的運行安全，因此出現(xiàn)了高速列控系統(tǒng)以實現(xiàn)對高速列車的超速防護，保證列車運行安全。

海外主要市場列控技術(shù)的發(fā)展如圖1 所示。

圖1 海外列控技術(shù)的發(fā)展Fig.1 Ovreseas train control technology development

當前互聯(lián)互通的需求已經(jīng)成為各國鐵路的共識，基于互聯(lián)互通建設(shè)的成熟列控系統(tǒng)主要有ETCS、我國的CTCS 系統(tǒng)。

2 海外項目的特點

2.1 項目特點

海外鐵路招投標項目新建較少，主要為既有線改造項目，包括線路及裝備改造，部分增建復(fù)線，部分進行電氣化改造。在這些既有路網(wǎng)的改造項目中，有些裝備是20 世紀70 ～90 年代建設(shè)的，有些裝備的年代更為久遠。

由于國外人口密度不大，經(jīng)濟發(fā)展平緩，無論是客運還是貨運量需求都不高，因此對速度的要求也不高。低運量、低速度的特點決定了海外鐵路項目招標多以保障運輸安全的基礎(chǔ)裝備為主，包括聯(lián)鎖、轉(zhuǎn)轍機、信號機、列車占用檢查設(shè)備，以及提高道口通過車輛和行人安全的道口控制系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上要求實現(xiàn)CTC 調(diào)度集中控制。部分地區(qū)的既有線路有機車信號的需求。

由以上招標內(nèi)容可以看出，海外項目重點在基礎(chǔ)設(shè)備。

2.2 技術(shù)要求特征

如前所述，海外很多國家具有相當長的鐵路發(fā)展史，有自己的運輸管理體制和工程應(yīng)用習慣，技術(shù)體系受英國（歐洲）影響最大，其次美國和俄羅斯技術(shù)體系覆蓋面也較廣。

海外招投標主要技術(shù)特征如下。

1）符合既有運營習慣以及工程應(yīng)用習慣，滿足既有技術(shù)體系要求。

2）與既有系統(tǒng)兼容，比如：獨聯(lián)體國家的鐵路項目，無論新建還是改造，都需要兼容既有機車信號；英聯(lián)邦或過去的英殖民地國家的鐵路項目，需要與TPWS（一種英制的列車防護系統(tǒng)）系統(tǒng)接口；美國聯(lián)鎖設(shè)備需包含與其既有軌道電路兼容的軌道電路及其控制模塊。

3）經(jīng)濟性改造的需求，這是海外項目的一個重要特征，在滿足基本安全保障前提下，不僅要求建設(shè)成本低，而且要求低運營維護成本，即系統(tǒng)的全生命周期成本要有競爭力。

4）設(shè)備運行環(huán)境差異大，維護人員技術(shù)素質(zhì)不同，對產(chǎn)品可靠性要求高，免維護、少維護要求高。

由以上技術(shù)特征可以看出，信號設(shè)計應(yīng)對既有的工程進行深入調(diào)查，基礎(chǔ)產(chǎn)品應(yīng)具有可靠性高、適應(yīng)性強和低成本的特點，以滿足海外市場需求。

3 信號設(shè)計理念

海外項目設(shè)計最根本的設(shè)計理念是按需求設(shè)計，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 標準和技術(shù)體系的符合性

符合標準是所有項目的基本要求。

招投標中提出的信號系統(tǒng)符合性標準主要有兩個方面：產(chǎn)品設(shè)計的通用國際標準，以及應(yīng)用設(shè)計標準。

通用國際標準主要包括電子設(shè)備設(shè)計中要遵循的環(huán)境和防雷電磁兼容等電氣標準、信號安全標準、工業(yè)制造標準等，關(guān)于電氣和安全的通用標準主要見于IEEE、EN 等國際性標準。此類標準國內(nèi)有對應(yīng)的國標，要求是等同的。

應(yīng)用設(shè)計標準內(nèi)容比較寬泛，例如國際性標準ETCS 互聯(lián)互通規(guī)范。但對于聯(lián)鎖等基礎(chǔ)設(shè)備，不同地區(qū)或國家通常有各自的標準或者文件規(guī)定。

應(yīng)用設(shè)計標準來源于工程實踐的經(jīng)驗總結(jié)，這類標準典型的如北美的AREMA 標準，英標BS 的部分標準等。與國內(nèi)的XX 技術(shù)條件類似，標準通常包含了產(chǎn)品的通用標準符合性要求，也包含了信號設(shè)計規(guī)定、產(chǎn)品技術(shù)條件和安裝等的專用要求。以北美的AREMA 標準為例，標準對信號設(shè)計、安裝、測試、安全保證等各方面做了詳細規(guī)定：

1）工程設(shè)計規(guī)定：包括信號設(shè)計原則、電路設(shè)計、安裝設(shè)計；

2）各系統(tǒng)功能、設(shè)計原則、技術(shù)條件，包含聯(lián)鎖繼電電路；

3）主要器材材料的電氣、機械特性和安裝要求，包括：繼電器、信號機、軌道電路相關(guān)器材、道岔轉(zhuǎn)換、機械安裝裝置等；

4）計算機產(chǎn)品的軟硬件設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、電子接口設(shè)計，電路防護要求、安裝及測試要求；

5）電源設(shè)計，包括蓄電池、充電裝置等的設(shè)計、安裝、測試要求；

6）安全保證程序及技術(shù)要求

……

由于應(yīng)用設(shè)計標準內(nèi)容多，涵蓋范圍廣，因此海外主要技術(shù)體系的應(yīng)用標準需要細致對標，并在實施中嚴格執(zhí)行。

3.2 成本最優(yōu)設(shè)計

成本最優(yōu)控制是海外項目的重要設(shè)計理念。降低成本涉及多方面，包括信號系統(tǒng)本身的設(shè)計，也包括房屋配套要求，電源能耗，還有后期維護成本等等，需要綜合考量。

信號設(shè)計應(yīng)在滿足用戶運營習慣的前提下，實現(xiàn)最優(yōu)配置。產(chǎn)品設(shè)計對信號成本優(yōu)化有很大影響，如：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、安裝方式等。通過方案優(yōu)化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化、安裝方式優(yōu)化以及配置優(yōu)化以達到降低成本的目的。

1)軌旁安裝方式設(shè)計

目前海外項目的聯(lián)鎖系統(tǒng)招標均要求對軌旁控制對象的控制接口取消繼電器，即采用全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)。全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用可以大大減小設(shè)備房的空間要求。同時由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟應(yīng)用，智能化網(wǎng)絡(luò)化的目標控制器可方便的支持分布式軌旁安裝方式。小站以及線路所，采用軌旁安裝方式，可節(jié)省設(shè)備用房投資。在控制對象集中區(qū)域采用軌旁控制箱，可有效減少電纜使用量，信號項目中電纜及其敷設(shè)投資占比是很大的，減少電纜用量是降低成本的一個重要手段。

另外在幾乎每個海外項目中都存在大量道口，且道口一般沒有設(shè)備用房，因此道口控制設(shè)備需適應(yīng)軌旁安裝方式。

2)增強的環(huán)境適應(yīng)性需求

提高設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性是成本優(yōu)化設(shè)計要考慮的一項重要內(nèi)容。

海外項目地域分布廣，不同地區(qū)溫度差異大，且聯(lián)鎖設(shè)備用房通常不設(shè)空調(diào)等機房設(shè)施，這樣做一方面減少建設(shè)投資，另一方面降低運營能耗，減少設(shè)備維護成本。因此海外項目對聯(lián)鎖設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性要求較高，需要設(shè)備能適應(yīng)更寬的工作溫度范圍。

與聯(lián)鎖位于同一設(shè)備房內(nèi)的其他設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性需求容易被忽視，典型的如區(qū)間點的維護監(jiān)測顯示器，在沒有空調(diào)且環(huán)境溫度條件很差的情況下，就需要考慮替代方案。

3)配置優(yōu)化

在海外項目招投標中，信號系統(tǒng)的設(shè)計、供貨是作為整包發(fā)包的，這給在設(shè)計時進行配置優(yōu)化提供了可能。

以監(jiān)測為例，目前各系統(tǒng)設(shè)備均配置監(jiān)測設(shè)備，同時還有信號集中監(jiān)測系統(tǒng)，每個系統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)備都可以提供圖表形式的功能完善的監(jiān)測查詢，車站機械室可能同時存在多個監(jiān)測終端設(shè)備。如果采用綜合維修監(jiān)測替代，既實現(xiàn)了配置優(yōu)化，同時也降低了能耗，如圖2 所示。

圖2 多個監(jiān)測終端設(shè)備與綜合維修監(jiān)測對比圖Fig.2 Comparison of maintenance equipment configuration

4)產(chǎn)品工廠化安裝調(diào)試設(shè)計

海外項目由于有雇傭當?shù)毓と耸┕さ囊?，所以施工的人工成本很高，有些還面臨不可控的風險，因此減少施工量、采用標準化施工，以降低對施工人員技術(shù)要求，是降低成本的一個重要方面。

海外出差成本很高，工廠化測試調(diào)試可有效減少現(xiàn)場人員需要。

3.3 符合運營需求的設(shè)計

與信號系統(tǒng)相關(guān)的運營需求主要包括：功能性需求、操作性需求，以及運營和維護體制。

1)與運營需求相適應(yīng)的設(shè)計

從設(shè)備配置角度看，在成本最優(yōu)的前提下，提供超出基本運營需求的增強功能是好的設(shè)計，反之應(yīng)避免提供非招標要求的功能而造成成本上升。

信號設(shè)計應(yīng)與運營體制和運營人員配置相適應(yīng)。

以CTC 系統(tǒng)為例，國內(nèi)采用分散自律CTC 系統(tǒng)，與車站設(shè)置行車人員是相適應(yīng)的。海外由于人工成本較高，很多地區(qū)或項目只有集中控制，在車站沒有本地運營控制操作，只有應(yīng)急操作。兩種方式對比如圖3 所示。這種情況下，自律機的配置將導(dǎo)致項目成本的上升。

圖3 自律方式和集中控制方式對比圖Fig.3 Comparison of decentralized autonomous CTC and centralized CTC equipment configuration

另如聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計，海外項目很多中間站規(guī)模很小，有些中間站沒有配置生活設(shè)施，當運營方?jīng)]有本地操作控制要求的情況下，可以優(yōu)化設(shè)計，采用集中控制，方便運營的同時，減少設(shè)備投入，降低后期維護成本。

2)與維修體制相適應(yīng)的設(shè)計

海外大部分地區(qū)的鐵路維護人員配置很少，多數(shù)車站內(nèi)沒有維護人員。這種情況下，集中維護監(jiān)測就顯得很重要，車站則以數(shù)據(jù)記錄功能為主。維護終端應(yīng)僅在維修人員的工作點進行配置，減少車站維護工作。

除集中維護監(jiān)測，產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)考慮維護人員的現(xiàn)場維護操作需要，提供方便的故障報警提示，使板件更換操作一目了然。

4 結(jié)束語

海外市場對企業(yè)充滿機會，也充滿挑戰(zhàn)。在向世界力推中國標準的同時，只有深入了解海外市場需求，適應(yīng)需求變化，才能在海外市場走得更遠。