張 惺

自上世紀(jì)九十年代末，我國(guó)城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展期，城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用壽命周期一般為15～20 年［1］，因此早期線路信號(hào)系統(tǒng)在近幾年逐步達(dá)到使用壽命周期年限，進(jìn)入大修改造環(huán)節(jié)［2］。例如，已完成改造的北京市軌道交通1、2 號(hào)線，上海市軌道交通1 號(hào)線，以及正在實(shí)施改造的廣州市軌道交通1 號(hào)線。

與一般新線建設(shè)不同，設(shè)計(jì)既有線信號(hào)系統(tǒng)改造方案時(shí)，需要額外考慮既有線運(yùn)營(yíng)情況、既有信號(hào)系統(tǒng)情況、既有運(yùn)營(yíng)維護(hù)情況和既有線環(huán)境現(xiàn)狀等多方面內(nèi)容。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)既有線信號(hào)系統(tǒng)改造實(shí)施情況，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)大修改造方案進(jìn)行分析。

1 信號(hào)系統(tǒng)改造原則

信號(hào)系統(tǒng)改造是將運(yùn)行時(shí)間達(dá)到壽命周期年限的舊信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備用新系統(tǒng)設(shè)備替換，包括控制中心、車站、區(qū)間以及車載設(shè)備，消除因設(shè)備老化存在的系統(tǒng)性能下降、可用性降低和安全隱患等因素。除主系統(tǒng)設(shè)備外，改造范圍還包括電源設(shè)備、信號(hào)機(jī)、軌旁光電纜等配套設(shè)備設(shè)施。對(duì)于日常運(yùn)營(yíng)中已按固定的檢修期進(jìn)行了更換的設(shè)備，如道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)，則改造時(shí)可根據(jù)具體情況不進(jìn)行全部更換。

由于信號(hào)系統(tǒng)是確保列車安全、有序運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)，且涉及改造的軌道交通線路均是已長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)、客流成熟穩(wěn)定的既有線路，因此改造方案的設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮改造期間線路的安全、正常運(yùn)營(yíng)，應(yīng)遵循以下主要設(shè)計(jì)原則［3］。

1）新系統(tǒng)設(shè)備的安裝和調(diào)試不影響既有信號(hào)系統(tǒng)安全、正常運(yùn)行。

2）新、舊系統(tǒng)切換應(yīng)在線路不停運(yùn)、不降低運(yùn)輸能力和安全等級(jí)的條件下進(jìn)行。

3）控制改造影響范圍，不造成與信號(hào)系統(tǒng)相關(guān)的其他專業(yè)或條件的重大變化。

4）新信號(hào)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能和運(yùn)營(yíng)指標(biāo)不低于舊信號(hào)系統(tǒng)。

2 信號(hào)系統(tǒng)改造方案

針對(duì)國(guó)內(nèi)軌道交通建設(shè)情況，需要進(jìn)行大修改造的信號(hào)系統(tǒng)主要有早期采用的基于軌道電路的固定閉塞/準(zhǔn)移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)和后續(xù)主流的基于通信的移動(dòng)閉塞CBTC 信號(hào)系統(tǒng)，但多數(shù)為基于軌道電路的固定閉塞/準(zhǔn)移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)［4］。

結(jié)合改造設(shè)計(jì)原則，信號(hào)系統(tǒng)改造可采取維持既有系統(tǒng)制式和完全新建系統(tǒng)2 種方案。

1）維持既有系統(tǒng)制式的改造方案是基于既有制式的信號(hào)系統(tǒng)改造后，在新的壽命周期內(nèi)仍能滿足線路運(yùn)能、服務(wù)水平、維護(hù)維修等各項(xiàng)運(yùn)營(yíng)需求。改造的主要內(nèi)容是將既有信號(hào)系統(tǒng)硬件全部更換；由于系統(tǒng)制式維持一致，因此系統(tǒng)核心軟件將維持一致，僅對(duì)相關(guān)工程軟件隨硬件更新進(jìn)行必要的更新升級(jí)。新信號(hào)系統(tǒng)將按照改造期新的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)在系統(tǒng)配置上進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。

2）完全新建系統(tǒng)的改造方案是重新配置1 套采用目前主流技術(shù)的信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備替代既有信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備，即新信號(hào)系統(tǒng)采用基于通信的移動(dòng)閉塞CBTC 信號(hào)系統(tǒng)。由于新、舊系統(tǒng)不能相互兼容，因此須將新信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備全部安裝調(diào)試完成后，一次性從既有信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備倒切至新信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備投入運(yùn)營(yíng)。

2 種改造方案在技術(shù)上和工程實(shí)施上均可行，但由于各自的技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)施難易程度不同，因此主要在工程投資、工程實(shí)施、改造后的系統(tǒng)性能及運(yùn)營(yíng)需求等方面存在差異。

2.1 工程投資方面

維持既有系統(tǒng)制式改造方案的系統(tǒng)設(shè)備只能限定選擇既有信號(hào)系統(tǒng)供貨商，不利于控制系統(tǒng)設(shè)備采購(gòu)價(jià)格，但該方案有利于控制改造引起的土建、車站機(jī)電及車輛等的改造范圍，產(chǎn)生的配套專業(yè)改造費(fèi)用相對(duì)較低。

完全新建系統(tǒng)改造方案的系統(tǒng)設(shè)備選擇不受既有信號(hào)系統(tǒng)供貨商的限制，有利于控制信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備采購(gòu)價(jià)格。但由于新系統(tǒng)設(shè)備安裝對(duì)車站設(shè)備房空間需求較大、相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)接口變化等因素，因此增加了土建、車站機(jī)電、系統(tǒng)接口及車輛的改造工程量和影響面，會(huì)產(chǎn)生較高的配套專業(yè)改造費(fèi)用。

如果將系統(tǒng)設(shè)備采購(gòu)價(jià)格控制在正常水平，則維持既有系統(tǒng)制式改造方案的工程建設(shè)投資相對(duì)較低，但因使用了早期技術(shù)，改造后系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)全壽命周期的維保費(fèi)用將超過(guò)完全新建系統(tǒng)改造方案的維保費(fèi)用。

2.2 工程實(shí)施方面

維持既有系統(tǒng)制式改造方案的工程實(shí)施以硬件更新為主，主要系統(tǒng)配置、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)參數(shù)等基本不做重新設(shè)計(jì)，實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)單；同時(shí)該方案可以較大程度上利用新、舊設(shè)備的相互兼容性，采取逐個(gè)子系統(tǒng)、逐個(gè)聯(lián)鎖控區(qū)甚至逐個(gè)設(shè)備進(jìn)行替換的方式進(jìn)行改造實(shí)施，包括車載設(shè)備的改造也可采取逐列車退出運(yùn)營(yíng)改造、改造完即可上線投入運(yùn)營(yíng)的實(shí)施方案，可最大限度地縮小過(guò)渡調(diào)試范圍，控制對(duì)既有正常運(yùn)營(yíng)造成影響的風(fēng)險(xiǎn)。但在改造過(guò)渡期間新、舊設(shè)備過(guò)渡倒切調(diào)試工作量較大，且會(huì)存在投入運(yùn)營(yíng)的系統(tǒng)中新、舊設(shè)備共存情況，需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性做充分驗(yàn)證。

完全新建系統(tǒng)改造方案需要針對(duì)既有線路重新做系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要對(duì)線路、軌道、車輛等大量關(guān)鍵基礎(chǔ)參數(shù)重新搜集和驗(yàn)證［5］，系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度較高。新建系統(tǒng)設(shè)備的施工及單項(xiàng)調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)可在不影響既有運(yùn)營(yíng)的情況下單獨(dú)進(jìn)行，但與軌旁的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)以及與車輛等其他專業(yè)系統(tǒng)的接口，需通過(guò)倒切進(jìn)行控制和調(diào)試，尤其是與車輛的接口調(diào)試均需在運(yùn)營(yíng)時(shí)段和非運(yùn)營(yíng)時(shí)段頻繁倒切進(jìn)行［6］，對(duì)既有正常運(yùn)營(yíng)造成影響的風(fēng)險(xiǎn)較大。同時(shí)新系統(tǒng)最終投入運(yùn)營(yíng)的一次性倒切范圍涉及全線，倒切工作量較大，需停運(yùn)倒切的可能性高。

整體上維持既有系統(tǒng)制式改造方案的工程實(shí)施難度側(cè)重于軌旁設(shè)備的改造，完全新建系統(tǒng)改造方案的工程實(shí)施難度更側(cè)重于車載設(shè)備的改造。

2.3 改造后的系統(tǒng)性能及運(yùn)營(yíng)需求方面

維持既有系統(tǒng)制式改造方案可確保改造后的系統(tǒng)性能不低于既有系統(tǒng)，且可通過(guò)逐個(gè)子系統(tǒng)、逐個(gè)聯(lián)鎖控區(qū)甚至逐個(gè)設(shè)備進(jìn)行替換的分階段實(shí)施，達(dá)到短期內(nèi)改善系統(tǒng)性能，一定程度上提高線路運(yùn)能的目的。例如廣州地鐵1 號(hào)線正線信號(hào)系統(tǒng)改造，在車站設(shè)備尚未完成改造時(shí)，于2018 年12 月首先完成中央ATS 系統(tǒng)設(shè)備改造，與既有車站設(shè)備完全兼容運(yùn)行，消除了既有ATS 系統(tǒng)長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行的運(yùn)營(yíng)安全隱患，也將上線運(yùn)營(yíng)列車數(shù)從26 對(duì)/h 提高到了29 對(duì)/h。但該方案需考慮供貨商對(duì)設(shè)備維護(hù)維修技術(shù)支持和備品備件的長(zhǎng)期供應(yīng)。

完全新建系統(tǒng)改造方案采用當(dāng)前主流的CBTC信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)，改造完成后可提供比既有系統(tǒng)更高的運(yùn)能和運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平，且能夠保證設(shè)備維護(hù)維修技術(shù)支持和備品備件的長(zhǎng)期供應(yīng)。

2 種方案的綜合分析比較見表1。

綜上，從表1 可以看出2 種改造方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目中需要考慮的方面很多，應(yīng)結(jié)合改造線路既有信號(hào)系統(tǒng)的具體情況，改造線路所在城市軌道交通線網(wǎng)信號(hào)系統(tǒng)整體建設(shè)情況，以及改造的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件等確定最終改造方案。

表1 改造方案綜合比較

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要分析了城市軌道交通線路正線信號(hào)系統(tǒng)的大修改造方案，對(duì)于車輛段/停車場(chǎng)信號(hào)系統(tǒng)的改造，由于其相對(duì)正線獨(dú)立且非載客運(yùn)營(yíng)，可視信號(hào)系統(tǒng)壽命周期、實(shí)際使用情況和技術(shù)發(fā)展情況等因素單獨(dú)立項(xiàng)改造。改造方案重點(diǎn)考慮保持與正線信號(hào)系統(tǒng)的正常接口功能，滿足不停運(yùn)的運(yùn)營(yíng)需求。

對(duì)于改造線路運(yùn)營(yíng)期內(nèi)增購(gòu)車部分的信號(hào)車載設(shè)備，由于其運(yùn)行時(shí)間未達(dá)到使用壽命周期，若要繼續(xù)沿用，可以通過(guò)一定的維護(hù)手段并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格認(rèn)證后延長(zhǎng)其使用壽命，使其壽命周期與改造后新信號(hào)系統(tǒng)同步。

由于城市軌道交通各機(jī)電系統(tǒng)和車輛的使用壽命周期相近，信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行大修改造時(shí)，其他相關(guān)機(jī)電系統(tǒng)和車輛大概率也在同步進(jìn)行改造實(shí)施，因此應(yīng)考慮將信號(hào)系統(tǒng)改造和車輛、相關(guān)機(jī)電系統(tǒng)等的改造統(tǒng)籌規(guī)劃，做到一次設(shè)計(jì)、一次實(shí)施，避免重復(fù)建設(shè)、投資浪費(fèi)［10］。

對(duì)于一些建設(shè)時(shí)間較早，因新的規(guī)劃需進(jìn)行延伸的線路，雖然既有線路信號(hào)系統(tǒng)未達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命年限，但考慮技術(shù)進(jìn)步和運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平提高的需求，在對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益充分論證的基礎(chǔ)上，既有線路信號(hào)系統(tǒng)也可以隨著延伸線的建設(shè)同步進(jìn)行改造，其改造方案要根據(jù)延伸線信號(hào)系統(tǒng)確定的技術(shù)方案而定。