陳 通

(大連地鐵建設(shè)有限公司，116021，大連//工程師)

大連地鐵3號(hào)線全長(zhǎng)48.9 km，設(shè)12座車站、1個(gè)車輛段和1個(gè)控制中心。其現(xiàn)有信號(hào)系統(tǒng)主要包括調(diào)度集中(CTC)系統(tǒng)、列車自動(dòng)防護(hù)(ATP)系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖(CI)系統(tǒng)，自2002年開通至今已運(yùn)行超過15年，達(dá)到規(guī)定的大修周期及信號(hào)設(shè)備壽命周期。

1 大連地鐵3號(hào)線改造基本情況

1.1 改造需求

大連地鐵3號(hào)線為固定閉塞制式ATP 系統(tǒng)，采用階梯式速度曲線控制方式，主要由WG-21A 型無(wú)絕緣移頻軌道電路和車載ATP 系統(tǒng)組成。隨著既有信號(hào)系統(tǒng)使用年限的增加，設(shè)備處于嚴(yán)重老化狀態(tài)，可靠性下降，故障率高發(fā)，已影響到了行車安全和準(zhǔn)點(diǎn)率。同時(shí)，隨著客流量的不斷增長(zhǎng)，現(xiàn)有系統(tǒng)無(wú)法縮短列車追蹤間隔。為此，需要對(duì)其信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行改造，達(dá)到確保運(yùn)營(yíng)安全和縮短運(yùn)營(yíng)間隔的目的。

1.2 改造內(nèi)容

基于通信的列車控制(CBTC)系統(tǒng)在既有線改造中具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，它可獨(dú)立于既有信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行安裝調(diào)試和運(yùn)行。因此，對(duì)大連地鐵3號(hào)線固定閉塞信號(hào)系統(tǒng)的升級(jí)改造設(shè)計(jì)為CBTC系統(tǒng)。

改造的內(nèi)容包括:聯(lián)鎖系統(tǒng)，CTC系統(tǒng)，車載ATPATO設(shè)備，電源設(shè)備，轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)，車地通信設(shè)備材料，控制中心大屏，以及電纜、箱盒和組合設(shè)備等。車輛段聯(lián)鎖、軌道電路等設(shè)備不進(jìn)行改造。

由于既有信號(hào)設(shè)備室面積較小，在升級(jí)階段無(wú)法滿足新、舊設(shè)備并存，因此部分設(shè)備集中站需要重新規(guī)劃設(shè)備室，保證至少有70 m2的場(chǎng)地。同時(shí)，依據(jù)信號(hào)設(shè)備室和區(qū)間設(shè)備位置對(duì)電纜路徑重新規(guī)劃。既有信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.3 改造原則

改造過程需要平滑過渡至CBTC系統(tǒng)。為了安全高效的完成改造內(nèi)容，實(shí)施中應(yīng)遵循如下原則：

1) 新系統(tǒng)設(shè)備的安裝、調(diào)試、系統(tǒng)倒接，以及既有信號(hào)系統(tǒng)后期拆解過程中，不應(yīng)影響線路的正常運(yùn)營(yíng)。

2) 既有列車車載設(shè)備更新改造時(shí)間較長(zhǎng)，改造方案需考慮新、舊系統(tǒng)裝備列車的混合運(yùn)營(yíng)，列車追蹤間隔應(yīng)滿足既有系統(tǒng)的需求。

圖1 既有信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3) 在整個(gè)系統(tǒng)倒接過程中，運(yùn)營(yíng)時(shí)段既有信號(hào)系統(tǒng)的控制不會(huì)被中斷，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率不會(huì)降低。

4) 在改造過渡期間保證現(xiàn)有的安全運(yùn)行程度和運(yùn)行效率，在整個(gè)系統(tǒng)過渡階段所有運(yùn)行列車均有車載ATP防護(hù)。

為盡量不影響線路的日常運(yùn)營(yíng)，涉及到既有設(shè)備和線路的安裝調(diào)試工作都需安排在夜間停運(yùn)后進(jìn)行。所以，改造實(shí)施的基本思路是設(shè)置倒接開關(guān)/設(shè)備，對(duì)新、舊設(shè)備進(jìn)行倒接。白天運(yùn)營(yíng)時(shí)段，倒接開關(guān)/設(shè)備處于“運(yùn)營(yíng)”位置，接通既有信號(hào)設(shè)備，保證線路日常運(yùn)營(yíng)的正常進(jìn)行；在運(yùn)營(yíng)結(jié)束后，倒接開關(guān)/設(shè)備被調(diào)至“調(diào)試”位置，接通新設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，直至最終調(diào)試完成。

2 地鐵信號(hào)系統(tǒng)改造的通常設(shè)計(jì)方案

2.1 軌旁系統(tǒng)與車載系統(tǒng)進(jìn)行倒接(方案一)

軌旁系統(tǒng)倒接(如圖2所示)發(fā)生于既有系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)模式與新系統(tǒng)CBTC模式之間；倒接過程所涉及的所有階段，系統(tǒng)均具備車載ATP防護(hù)。

圖2 軌旁系統(tǒng)倒接方案

車載系統(tǒng)部分調(diào)試期間采用新舊設(shè)備同時(shí)存在的方案，新車載ATP在夜間調(diào)試時(shí)使用，而白天運(yùn)營(yíng)時(shí)段使用舊車載ATP。后期系統(tǒng)開通后，將拆除舊車載ATP系統(tǒng)，僅保留新車載ATP系統(tǒng)。其改造順序如圖3所示。

圖3 車載系統(tǒng)改造順序

2.2 車載系統(tǒng)兼容舊設(shè)備(方案二)

第一階段對(duì)車載系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其兼容既有軌道電路系統(tǒng)，一次性將車載設(shè)備改造安裝；第二階段改造軌旁系統(tǒng)，替換既有ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控)、聯(lián)鎖等設(shè)備，調(diào)試期間進(jìn)行倒接，實(shí)現(xiàn)固定閉塞系統(tǒng)向CBTC移動(dòng)閉塞系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡。

3 大連地鐵3號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)改造方案設(shè)計(jì)

上述方案一是地鐵信號(hào)系統(tǒng)改造過程中經(jīng)常采用的一種方法。它的問題在于車載新、舊設(shè)備同時(shí)存在，需要占用客室的場(chǎng)地較大。同時(shí)這種方案是先移除舊機(jī)柜，騰出位置留給新機(jī)柜，待調(diào)試完成開通后再拆舊，車載設(shè)備需要拆兩次；此外，人機(jī)界面也需要倒切，非調(diào)試時(shí)段如果倒切，管理有問題，也會(huì)影響車輛正常運(yùn)營(yíng)。整個(gè)改造過程中的難點(diǎn)在于車載設(shè)備的更新，因此改造方案應(yīng)盡量減少這一部分的工作內(nèi)容。方案二可以一次性將車載設(shè)備改造安裝，但是問題在于需要兼容舊的軌道電路設(shè)備，這對(duì)于一部分系統(tǒng)設(shè)備工作量非常大。

考慮到如何盡量減少車載設(shè)備的改造工作，同時(shí)現(xiàn)有設(shè)備系統(tǒng)不必要兼容舊的軌道電路設(shè)備，可以采用在既有系統(tǒng)基礎(chǔ)上疊加點(diǎn)式功能的方案：軌旁首先增設(shè)信號(hào)機(jī)及點(diǎn)式信標(biāo)，舊裝備車仍由既有ATP設(shè)備提供防護(hù)，新裝備車由新點(diǎn)式ATP提供防護(hù)；疊加完成后，配有新舊裝備的列車可同時(shí)在線運(yùn)行和混合追蹤，以支持列車和軌旁的同步改造。為方便運(yùn)營(yíng)組織，新、舊裝備車均按信號(hào)顯示行車。既有軌旁和車載系統(tǒng)的更新改造，將按照如圖4所示三階段實(shí)施。

圖4 疊加點(diǎn)式三階段方案

在既有系統(tǒng)基礎(chǔ)上疊加點(diǎn)式ATP系統(tǒng)，舊裝備車仍基于ATP速度碼進(jìn)行防護(hù)，新裝備車以點(diǎn)式ATP模式運(yùn)行(如圖5所示)。運(yùn)行中，既有設(shè)備保持不變，維持舊裝備車的運(yùn)行；新設(shè)定位信標(biāo)和點(diǎn)式信標(biāo)、出站信號(hào)機(jī)和必要的區(qū)間通過信號(hào)機(jī)，以支持新裝備車以點(diǎn)式模式運(yùn)行；利用既有繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)新設(shè)信號(hào)機(jī)和動(dòng)態(tài)信標(biāo)的控制；為統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)組織方式，新、舊裝備車均根據(jù)信號(hào)顯示，以信號(hào)機(jī)-信號(hào)機(jī)閉塞方式運(yùn)行。

圖5 疊加點(diǎn)式系統(tǒng)列車追蹤示意圖

4 大連地鐵3號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)改造實(shí)施設(shè)計(jì)

4.1 改造步驟

1) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段——完成信號(hào)系統(tǒng)改造方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)定測(cè)等內(nèi)容。

2) 安裝調(diào)試階段——完成軌旁和車載設(shè)備的安裝和靜態(tài)調(diào)試工作。

3) 動(dòng)車測(cè)試階段——在夜間接通新的軌旁和車載設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。

4) 新系統(tǒng)試運(yùn)行階段——完成新系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)等各項(xiàng)測(cè)試，具備載客試運(yùn)行條件后，對(duì)舊信號(hào)設(shè)備進(jìn)行拆除。

4.2 實(shí)施設(shè)計(jì)

4.2.1 軌旁及車載設(shè)備改造

軌旁既有信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、室外線纜及箱盒均需要更新，室內(nèi)新設(shè)ZC(區(qū)域控制器)、CI、ATS、維護(hù)監(jiān)測(cè)及DCS(數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；增加倒切裝置，實(shí)現(xiàn)調(diào)試階段室外信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)控制的靈活倒切。

既有舊裝備列車需要分批運(yùn)回車輛廠改造為CBTC裝備列車，然后在非運(yùn)營(yíng)時(shí)間上線完成點(diǎn)式模式的調(diào)試。調(diào)試完成的列車，可上線投入運(yùn)營(yíng)，與舊裝備列車混合編組運(yùn)營(yíng)。

列車改造內(nèi)容包括：

1) 駕駛臺(tái)改造：安裝新的司機(jī)駕駛顯示單元TOD、駕駛模式開關(guān)、發(fā)車按鈕、自動(dòng)折返按鈕。

該APP是一款針對(duì)俄語(yǔ)學(xué)習(xí)的綜合類APP，內(nèi)容廣泛，關(guān)于考試方面的內(nèi)容同樣也很廣泛。該軟件提供高考俄語(yǔ)（2004-2018）、公外俄語(yǔ)四級(jí)（2000-2016）、公外俄語(yǔ)六級(jí)（暫時(shí)未提供任何真題）、俄語(yǔ)專業(yè)四級(jí)（1998-2015）、俄語(yǔ)專業(yè)八級(jí)（2003-2015）的全部單選真題，并未只針對(duì)俄語(yǔ)等級(jí)考試而設(shè)計(jì)。且該APP只能答題，題目下方雖同樣配有解析，但每題的解析需要花費(fèi)5金幣才可查看，且部分考卷僅對(duì)會(huì)員開放。

2) 車載機(jī)柜替換：按照新的車載機(jī)柜尺寸改造底座及固定機(jī)構(gòu)。

3) 增加首、尾端列車線及車端連接器。

4) 換裝新的DF16型6通道速度傳感器。

5) 安裝車、地通信天線及信標(biāo)讀取天線。

6) 修改CC(中央計(jì)算機(jī))與車輛接口電路，如門控電路等。

7) 新設(shè)ATO與車輛管理系統(tǒng)(TMS)接口。

4.2.2 調(diào)試倒接

在既有防雷分線柜側(cè)設(shè)置新、舊聯(lián)鎖設(shè)備控制倒接開關(guān)，實(shí)現(xiàn)既有轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)的控制倒切；在新設(shè)防雷分線柜側(cè)設(shè)置新舊聯(lián)鎖設(shè)備控制倒接開關(guān)，實(shí)現(xiàn)新增信號(hào)機(jī)和點(diǎn)式信標(biāo)控制的倒切。倒切裝置安裝如圖6所示，倒切裝置位置如圖7所示。

圖6 倒切裝置安裝示意圖

圖7 倒切裝置位置示意圖

新、舊室內(nèi)繼電控制電路與室外設(shè)備的切換在室內(nèi)防雷分線柜側(cè)完成。

CBTC全系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束、列車改造完畢后，一次性將全線升級(jí)為CBTC系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)行開通倒接。倒接工作包括：

1) 拆除倒切開關(guān)及相關(guān)連線；

2) 既有轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)控制軟線接入新設(shè)電纜終端盒；

3) 其余既有設(shè)備可在系統(tǒng)倒接開通后逐步拆除。倒接裝置拆除后的系統(tǒng)示意如圖8所示。

圖8 倒切裝置拆除后示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

地鐵既有線信號(hào)系統(tǒng)的改造是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而且通常情況下都要求保證次日線路正常運(yùn)營(yíng)，因此新系統(tǒng)的調(diào)試、割接等只能在夜間完成，這勢(shì)必造成其施工作業(yè)時(shí)間短、安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高的情況。因此，合理的方案設(shè)計(jì)和策劃，是地鐵既有信號(hào)系統(tǒng)改造成功的重要因素。疊加點(diǎn)式功能的改造方案，可以減少工作量、縮短施工周期和降低成本，同時(shí)不影響地鐵既有線的正常運(yùn)營(yíng)。