王 勇，李東亮，朱文平

(1．北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070；3．中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司，北京 100860)

1 項(xiàng)目概述

1.1 線路概況

京津城際鐵路為連接北京、天津兩大直轄市的客運(yùn)通道，起點(diǎn)為北京南城際場，終點(diǎn)為天津城際場，與京滬高鐵、津秦客專、京津城際延伸線連接，正線全長約118.3 km。全線共設(shè)5 個車站、1 個線路所、5 個中繼站，其中北京南城際場和天津城際場為端站，亦莊站、永樂站和武清站為中間站，08中繼站、34 中繼站、58 中繼站、73 中繼站和94 中繼站；線路通過北京南城際場與京滬高鐵銜接，經(jīng)動走線連接至北京動車段；通過南倉線路所經(jīng)城際聯(lián)線路所與京滬高鐵天津西城際場銜接；通過天津城際場與天津津秦場間的聯(lián)絡(luò)道岔與津秦客專銜接，正線與京津城際延伸線連接。

1.2 既有現(xiàn)狀

京津城際鐵路采用CTCS-3D 列控系統(tǒng)，主要包含西門子股份公司的TrainGuard 型和國內(nèi)CTCS-2 等級列控設(shè)備，系統(tǒng)滿足ETCS-1 級動車組、CTCS-2 級動車組和后備CTCS-2 級的CTCS-3級動車組運(yùn)行。信號系統(tǒng)由運(yùn)輸調(diào)度指揮系統(tǒng)、列車運(yùn)行控制系統(tǒng)、車站聯(lián)鎖系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。

1）運(yùn)輸調(diào)度指揮系統(tǒng)

調(diào)度集中系統(tǒng)由VICOS CTC 系統(tǒng)和國內(nèi)的CTC 協(xié)議轉(zhuǎn)換器組成，VICOS CTC 系統(tǒng)完成調(diào)度集中系統(tǒng)的主要功能，CTC 協(xié)議轉(zhuǎn)換器用作VICOS CTC 系統(tǒng)通信協(xié)議與中國標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。

2）列車運(yùn)行控制系統(tǒng)

CTCS-3D 列控系統(tǒng)包括ETCS-1 級和CTCS-2級列控系統(tǒng)，兩系統(tǒng)共用聯(lián)鎖設(shè)備、應(yīng)答器、軌道電路、通用現(xiàn)場單元控制器（MSTT）等設(shè)備。

ETCS-1 級列控系統(tǒng)與CTCS-2 級列控系統(tǒng)的主要差異為地面系統(tǒng)為車載設(shè)備提供運(yùn)行許可（目標(biāo)距離、目標(biāo)速度）信息途徑不同：ETCS-1 級列控系統(tǒng)是通過在每個閉塞分區(qū)入口處設(shè)置有源應(yīng)答器向列車傳送[ETCS-12]包報文，以點(diǎn)式傳送的形式實(shí)現(xiàn)；CTCS-2 級列控系統(tǒng)是通過軌道電路連續(xù)向列車傳送列車運(yùn)行前方空閑閉塞分區(qū)數(shù)量，同時通過應(yīng)答器以[CTCS-2]包報文的形式提供各閉塞分區(qū)長度，再由車載設(shè)備實(shí)時計算出與ETCS-1 級列控系統(tǒng)[ETCS-12]包報文等效的運(yùn)行許可信息，兩系統(tǒng)其余工作是基本相同的。

3）車站聯(lián)鎖系統(tǒng)

聯(lián)鎖系統(tǒng)包括Simis W 聯(lián)鎖設(shè)備和國產(chǎn)DS6-K5B 聯(lián)鎖設(shè)備。兩端站采用國產(chǎn)DS6-K5B 聯(lián)鎖設(shè)備，中間站和線路所采用Simis W 聯(lián)鎖設(shè)備，中繼站采用區(qū)域控制計算機(jī)（ACC）。

4）其他系統(tǒng)

全線采用TJWX-2006 型信號集中監(jiān)測系統(tǒng)，由綜合維修中心系統(tǒng)、車站系統(tǒng)和中繼站系統(tǒng)組成。

兩端站采用國產(chǎn)智能電源屏（含UPS），中間站、線路所和中繼站采用西門子公司的電源屏和UPS 不間斷電源。

信號系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由列控中心與DS6-K5B 聯(lián)鎖系統(tǒng)構(gòu)成的125 M LAN 數(shù)據(jù)網(wǎng)、Simis W 聯(lián)鎖總線、CTC 數(shù)據(jù)通信以太網(wǎng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)通信以太網(wǎng)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖、列控、CTC、監(jiān)測系統(tǒng)及系統(tǒng)間的安全數(shù)據(jù)通信和非安全數(shù)據(jù)通信。

2 必要性研究

按照中國國家鐵路集團(tuán)有限公司關(guān)于京津城際鐵路標(biāo)準(zhǔn)線建設(shè)的部署要求，以及隨著京滬高鐵、津秦客專和京津城際延伸線等線路的開通運(yùn)營，早期建設(shè)的京津城際鐵路信號系統(tǒng)在互聯(lián)互通、維修維護(hù)等方面暴露出其短板，主要問題如下。

1）當(dāng)前信號制式對互聯(lián)互通形成制約

既有列控系統(tǒng)采用ETCS-1 級疊加CTCS-2級列控系統(tǒng)，跨線動車組和在本線運(yùn)行的裝備CTCS-3 級車載設(shè)備的動車組只能降級為CTCS-2級，才能在京津城際鐵路上運(yùn)行。

2）維修維護(hù)成本逐年遞增

自2008 年開通運(yùn)營以來，隨著電子設(shè)備使用時間的增長，其故障率呈逐年遞增趨勢；由于ETCS-1 級列控設(shè)備為西門子股份公司設(shè)備，其每年的維修維護(hù)成本不菲且呈逐年遞增趨勢，同時部分設(shè)備也已經(jīng)停產(chǎn)，備品備件的供應(yīng)也受到制約。

3）改造升級受外方制約

由于西門子股份公司對京津城際鐵路ETCS-1級列控系統(tǒng)未進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓，歷次升級和接口改造的方案、費(fèi)用、工期均受外方制約。

4）固有缺陷無法得到解決，影響行車組織管理

既有行車指揮系統(tǒng)采用西門子股份公司的CTC設(shè)備，與京津城際延伸線、津秦客專等線路CTC 系統(tǒng)存在接口限制，導(dǎo)致調(diào)度命令、運(yùn)行圖調(diào)整等雙向傳輸功能無法在系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)，以及列車晚點(diǎn)時不能自動觸發(fā)進(jìn)路等問題，因此給行車組織管理帶來相當(dāng)大的困難。同時元素封鎖、LEU 瞬間報警等問題已成為慣性問題。

綜上所述，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)線建設(shè)對京津城際鐵路信號系統(tǒng)進(jìn)行的技術(shù)改造，可以克服固有缺陷，有利于實(shí)現(xiàn)與其他接軌線路的互聯(lián)互通、減少維修維護(hù)成本、改善動車組運(yùn)行條件、提高改造的自主性。

3 技術(shù)方案

京津城際鐵路既有采用西門子股份公司CTC 系統(tǒng)設(shè)備和ETCS-1 級疊加CTCS-2 級列控系統(tǒng)，相鄰線路均為CTCS-3 級列控系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)行車組織的統(tǒng)一管理和不同動車組在相鄰線路互聯(lián)互通運(yùn)行等需求，需在現(xiàn)有信號設(shè)備基礎(chǔ)上升級改造為國產(chǎn)CTCS-3 級列控系統(tǒng)。

3.1 運(yùn)輸調(diào)度指揮系統(tǒng)

京津城際鐵路采用國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC），全線各車站和區(qū)間納入已建成的京津城際延伸線調(diào)度臺統(tǒng)一管理，在北京局調(diào)度所內(nèi)通過局接口服務(wù)器與其他線路或系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，京津城際延伸線調(diào)度臺進(jìn)行配套修改。

在各車站和線路所新設(shè)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的CTC 車站分機(jī)（3.0）及通信質(zhì)量監(jiān)督設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備（2.0），相鄰車站CTC 站機(jī)配套修改。

3.2 列車運(yùn)行控制系統(tǒng)

信號系統(tǒng)升級改造為CTCS-3 級列控系統(tǒng)。其中京津城際鐵路正線改造為CTCS-3 級列控系統(tǒng)；北京南城際場至北京動車段間動走線改造為國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)CTCS-2 級列控系統(tǒng)；天津城際場至天津津秦場間維持既有CTCS-2 級列控系統(tǒng)；京津城際鐵路經(jīng)南倉線路所和城際聯(lián)線路所至天津西城際場維持CTCS-2 級列控系統(tǒng)，在聯(lián)絡(luò)線增加級間轉(zhuǎn)換點(diǎn)。

1）新設(shè)置1 套RBC 設(shè)備，與京津城際延伸線RBC 設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)京津城際鐵路正線（北京南城際場（不含）—天津城際場）CTCS-3 級列控系統(tǒng)功能，其他相關(guān)RBC 設(shè)備配套修改。

2）不單獨(dú)設(shè)置TSRS 設(shè)備，延長京津城際延伸線TSRS 設(shè)備臨時限速管轄范圍，管轄北京南城際場—天津城際場—于家堡站段線路臨時限速，僅進(jìn)行接入修改。

3）僅天津城際場的TCC 設(shè)備和安全數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備利舊改造，其余車站、線路所和中繼站分別新設(shè)滿足國內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的TCC 設(shè)備和安全數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備，相關(guān)車站TCC 設(shè)備配套修改。不單獨(dú)設(shè)置網(wǎng)管系統(tǒng)，由京津城際延伸線的線路EMS 網(wǎng)管服務(wù)器統(tǒng)一管理，僅考慮本線接入引起的適應(yīng)性修改。

4）按《CTCS-3 級列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》要求重新布置應(yīng)答器和敷設(shè)有源應(yīng)答器電纜，拆除既有應(yīng)答器；應(yīng)答器組設(shè)置冰雪擊打防護(hù)裝置。新設(shè)LEU 設(shè)備，并在線路所設(shè)置大號碼道岔室外LEU 設(shè)備。

區(qū)間軌道電路改造方案如下。

1）全線閉塞分區(qū)劃分不變。

2）區(qū)間軌道區(qū)段的劃分、橫向連接維持既有不變。

3）區(qū)間ZPW-2000A 移頻軌道電路室外設(shè)備及電纜利舊，新設(shè)軌道電路室內(nèi)設(shè)備。

4）拆除既有帶燈停車標(biāo)SMB，在動走線設(shè)置矮型區(qū)間通過信號機(jī)，正線設(shè)置區(qū)間信號標(biāo)志牌。

3.3 車站聯(lián)鎖系統(tǒng)

中間站和線路所均新設(shè)硬件安全冗余結(jié)構(gòu)的計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)；兩端站利用既有計算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備改造，并增加以太網(wǎng)接口板，實(shí)現(xiàn)與RBC 設(shè)備和鄰站聯(lián)鎖設(shè)備接口；相關(guān)車站聯(lián)鎖設(shè)備配套修改。

所有車站原位置更換列車信號機(jī)及其信號電纜。

道岔轉(zhuǎn)轍設(shè)備改造方案如下。

1）中間站和線路所更換與既有安裝裝置配套的同類型的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)，并新敷設(shè)轉(zhuǎn)轍機(jī)用電纜和新設(shè)室內(nèi)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路組合。兩端站道岔轉(zhuǎn)轍設(shè)備的室內(nèi)外設(shè)備及電纜利舊。

2）既有道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)安裝裝置、外鎖閉裝置和密貼檢查器利舊。

3）道岔融雪設(shè)備利舊。

4）拆除既有下拉裝置。

站內(nèi)軌道電路改造方案如下。

1）站內(nèi)軌道區(qū)段的劃分維持既有不變。

2）站內(nèi)軌道電路室外設(shè)備及其電纜利舊。

3）新設(shè)北京南城際場、中間站和線路所的站內(nèi)ZPW-2000A 移頻軌道電路室內(nèi)設(shè)備，其余區(qū)段和車站的站內(nèi)軌道電路室內(nèi)設(shè)備利舊。

4）站內(nèi)股道的軌道電路采用絕緣破損信號越區(qū)干擾防護(hù)措施。

3.4 其他信號系統(tǒng)

全線車站、線路所和中繼站新設(shè)信號集中監(jiān)測站機(jī)設(shè)備，納入既有北京電務(wù)段和天津電務(wù)段信號集中監(jiān)測總機(jī)系統(tǒng)，相關(guān)車站監(jiān)測設(shè)備配套修改。

兩端站利用既有智能電源屏設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)容改造，中間站、線路所和中繼站均新設(shè)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的智能電源屏（含UPS），新設(shè)RBC 設(shè)備用智能電源屏（含UPS）。

4 施工組織

京津城際鐵路信號系統(tǒng)改造范圍廣、銜接線路多、影響面大，且改造前后信號系統(tǒng)不完全兼容、不具備回退條件，通過對改造范圍、改造影響、改造步驟、保障措施及改造后的系統(tǒng)驗(yàn)證等工作進(jìn)行系統(tǒng)的研究，遵循“整體設(shè)計，系統(tǒng)建設(shè)，優(yōu)質(zhì)高效，一次建成”的建設(shè)方針，貫徹“統(tǒng)籌安排、科學(xué)組織，控制重點(diǎn)、分段展開，均衡生產(chǎn)、有序推進(jìn)”的組織原則，全線以室外電纜敷設(shè)、室外設(shè)備安裝、動態(tài)檢測為建設(shè)的關(guān)鍵線路，制定合理可行的施工組織方案，確保每一步改造工作正確、可行、可控、可靠。

1）總體原則

在既有運(yùn)營高速鐵路上施工，需在天窗點(diǎn)時間內(nèi)實(shí)施，并且天窗點(diǎn)施工之后，應(yīng)保證動車組列車正常運(yùn)行，施工內(nèi)容主要有沿線區(qū)間光纜和電纜敷設(shè)、室外箱盒和基礎(chǔ)安裝、室外信號機(jī)和基礎(chǔ)安裝等作業(yè)，需要施工場地較大、施工人員較多、施工機(jī)具較多，因此重點(diǎn)要加強(qiáng)施工作業(yè)現(xiàn)場的施工組織，避免超范圍施工和現(xiàn)場施工材料侵限等問題。

2）重點(diǎn)卡控

列控工程數(shù)據(jù)表是列控系統(tǒng)設(shè)備（列控中心、臨時限速服務(wù)器、無線閉塞中心和應(yīng)答器等）軟件編制的基礎(chǔ)，在“大天窗”前后信號系統(tǒng)不完全兼容、不具備回退條件，因此在列控工程數(shù)據(jù)編制前，需各部門對列控基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次，并且采用不同措施進(jìn)行測量和驗(yàn)證，保證列控數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

3）人員組織

由于工期安排因素，不同工種可能在同一時間、同一區(qū)域進(jìn)行交叉作業(yè)，需統(tǒng)一總體協(xié)調(diào)。

4）應(yīng)急處理

為降低現(xiàn)場各類不利因素造成的施工延時，須制定應(yīng)急預(yù)案，以保證準(zhǔn)確、迅速地恢復(fù)設(shè)備正常使用，減少對鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的影響。

5 動態(tài)檢測

京津城際鐵路信號改造范圍大、涉及設(shè)備多、改造方案復(fù)雜，需根據(jù)改造方案的內(nèi)容進(jìn)行針對性、有效性、高效性動態(tài)測試。信號系統(tǒng)測試方案分為4 個階段。

第一階段：北京南樞紐和天津樞紐列控系統(tǒng)功能測試。

本階段僅驗(yàn)證北京南樞紐和天津樞紐CTCS-2級列控系統(tǒng)功能，以及京滬高鐵、津秦客專相關(guān)影響范圍的列控系統(tǒng)功能測試。

測試方案：測試工作在夜間常規(guī)天窗點(diǎn)進(jìn)行，天窗時間扣除列控軟件升級和回退時間后剩約180 min 左右，測試序列要充分考慮測試效率，測試動車組安排需在考慮安全和互不干擾的情況下盡量多擺放。

測試范圍如下。

1）北京南城際場1～7 股道至ST、STN 進(jìn)站信號機(jī)和SL6 進(jìn)路信號機(jī)所有接發(fā)車基本進(jìn)路；北京南高速場至SL6 信號機(jī)接發(fā)車基本進(jìn)路（抽測）的CTCS-2 級列控系統(tǒng)功能（不含臨時限速）進(jìn)行測試。

2）對天津城際場I1～I(xiàn)7股道所有接發(fā)車及通過基本進(jìn)路的CTCS-2 級列控系統(tǒng)功能（不含臨時限速）進(jìn)行測試。

3）對京滬高鐵RBC2、京滬高鐵TSRS1、津秦客專RBC1 的影響范圍內(nèi)的CTCS-2 級列控系統(tǒng)功能進(jìn)行測試。

第二階段：線路封鎖、設(shè)備倒替、功能試驗(yàn)后全線CTCS-2 級列控系統(tǒng)功能測試。

本階段是京津城際鐵路列控系統(tǒng)改造的核心階段，對全線進(jìn)行CTCS-2 級列控系統(tǒng)功能檢測。

測試方案：在“大天窗”時間內(nèi)，完成室內(nèi)外信號設(shè)備施工、全線信號設(shè)備靜態(tài)試驗(yàn)、系統(tǒng)集成商SCT 測試和全線動態(tài)檢測。將改造內(nèi)容劃分為影響開通和不影響開通的測試內(nèi)容，影響開通的測試內(nèi)容必須完成（如正向運(yùn)行測試），不影響開通的測試內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場情況有條件進(jìn)行測試（如反向運(yùn)行可在“大天窗”后的常規(guī)天窗點(diǎn)進(jìn)行測試）。

測試范圍如下。

1）京津城際鐵路至京津城際延伸線CTCS-2 級正向貫通：北京南城際場至軍糧城北城際場。

2）京津城際鐵路正線車站：武清站側(cè)線正向接發(fā)車及臨時限速測試。

3）京津城際鐵路至京津城際延伸線正向TSRS測試：北京南城際場至于家堡站。

4）南倉城際高速聯(lián)絡(luò)線：南倉線路所至天津西城際場。

5）津秦連接渡線：天津城際場至天津津秦場。

6）北京南普速場24 股道測試。

第三階段：京津城際鐵路至京津城際延伸線正線、南倉城際高速聯(lián)絡(luò)線、津秦連接渡線等CTCS-3 級列控系統(tǒng)功能測試。

測試方案：在常規(guī)天窗點(diǎn)對正線及銜接線路的CTCS-3 級列控系統(tǒng)功能進(jìn)行動態(tài)檢測及場景試驗(yàn)。

測試范圍如下。

1）京津城際鐵路至京津城際延伸線CTCS-3 貫通：北京南城際場至于家堡。

2）京津城際鐵路正線車站：北京南城際場、亦莊站、永樂站、武清站、天津城際場。

3）京津城際鐵路至京津城際延伸線TSRS 測試：北京南城際場至于家堡站。

4）津秦連接渡線：天津城際場至天津津秦場。

5）各站反向進(jìn)站RBC 呼叫信息驗(yàn)證。

第四階段：北京動車段、動車走行線、北京南高速場和城際場配套修改的功能測試。

測試方案：鑒于北京動車段股道多、對應(yīng)天窗時間短、測試工作組織較難等特點(diǎn)，通過對廠家軟件變更說明和廠家自測說明充分分析及研究，按照抽測的方式進(jìn)行測試，若在抽測過程中發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)一步擴(kuò)大抽測范圍或改為全面測試。

測試范圍如下。

1）北京動車段I 場影響范圍測試。

2）北京動車走行線：北京動車段I 場至北京南高速場。

3）北京南城際場影響范圍測試。

4）北京南高速場影響范圍測試。

5）京滬高鐵RBC1 影響范圍測試。

6 結(jié)束語

京津城際鐵路是國內(nèi)第一條時速350 km 列控系統(tǒng)升級改造的高速鐵路，在既有無成熟經(jīng)驗(yàn)可循的情況下，通過研究京津城際鐵路既有信號系統(tǒng)現(xiàn)狀和存在的問題，提出信號系統(tǒng)技術(shù)方案、施工組織原則和動態(tài)驗(yàn)證測試技術(shù)，有力支撐京津城際鐵路標(biāo)準(zhǔn)線建設(shè)，形成信號系統(tǒng)升級改造的成套技術(shù)也對我國高速鐵路列控系統(tǒng)更新改造具有借鑒意義。