韓奕瑋

(上海地鐵維護(hù)保障有限公司通號(hào)分公司， 200235， 上?！沃砉こ處?

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壽命一般為20年。國(guó)內(nèi)多個(gè)一線(xiàn)城市的城市軌道交通線(xiàn)路建設(shè)較早，現(xiàn)在已經(jīng)陸續(xù)進(jìn)入大修年限。尤其是北京、上海、廣州等超大城市，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)日趨完善，新線(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量逐漸減少，既有線(xiàn)路的大修項(xiàng)目隨著臨近大修時(shí)限而陸續(xù)展開(kāi)。為了應(yīng)對(duì)這些大城市日益增加的城市軌道交通運(yùn)能需求，可以預(yù)見(jiàn),未來(lái)信號(hào)系統(tǒng)大修疊加更新改造將成為這些大城市軌道交通建設(shè)的重中之重。本文以上海軌道交通2號(hào)線(xiàn)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“2號(hào)線(xiàn)”)正在進(jìn)行的CBTC(基于通信的列車(chē)控制)信號(hào)系統(tǒng)改造為例，對(duì)其在實(shí)施中遇到的難點(diǎn)和應(yīng)對(duì)策略進(jìn)行分析。

1 信號(hào)大修的典型難點(diǎn)分類(lèi)

進(jìn)行信號(hào)大修更新改造的城市軌道交通線(xiàn)路都是已經(jīng)運(yùn)營(yíng)20年以上的線(xiàn)路，這些線(xiàn)路在當(dāng)年建設(shè)時(shí)的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)體系都和現(xiàn)在主流的線(xiàn)路設(shè)計(jì)和技術(shù)存在著巨大差異，且這些線(xiàn)路目前大多面臨著巨大的運(yùn)能壓力，需要依據(jù)信號(hào)大修項(xiàng)目進(jìn)行制式改造。在這個(gè)實(shí)施過(guò)程中，各種問(wèn)題縱橫交錯(cuò)、數(shù)量繁多，本文對(duì)其進(jìn)行歸納總結(jié)，將信號(hào)大修的典型難點(diǎn)分為3種類(lèi)型。

1.1 既有線(xiàn)路客觀(guān)條件限制大修的設(shè)計(jì)和施工

在新線(xiàn)建設(shè)中某些只需要合理規(guī)劃就可以規(guī)避的問(wèn)題，在改造類(lèi)項(xiàng)目中卻是影響項(xiàng)目的巨大因素。由于既有線(xiàn)路的設(shè)計(jì)布局是已經(jīng)存在的，且需要保持白天運(yùn)營(yíng)，大刀闊斧式的工作方式是完全行不通的。改造時(shí)不能任意改動(dòng)車(chē)站各房間的功能，不能隨意移動(dòng)既有設(shè)備的位置，某些區(qū)域甚至無(wú)法調(diào)整任何1根既有的線(xiàn)纜走線(xiàn)，因而導(dǎo)致大修項(xiàng)目的設(shè)計(jì)難度大為增加。

在施工過(guò)程中，線(xiàn)纜敷設(shè)、新增設(shè)備安裝等經(jīng)常會(huì)遇到路徑上已有既有設(shè)施存在，無(wú)法完全按圖施工的情況。除了因?yàn)榻ㄔO(shè)時(shí)期和現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)存在差異外，更多的是由于線(xiàn)路在近20年中，各類(lèi)專(zhuān)業(yè)都經(jīng)歷了很多次的小型改造，而特異點(diǎn)就是這些小修、小改中造成的。一站一方案甚至一個(gè)區(qū)域一個(gè)方案，在更新改造項(xiàng)目中都是家常便飯。

1.2 新增功能使用后衍生需求難以滿(mǎn)足

項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工中往往專(zhuān)注于新增功能自身的實(shí)現(xiàn)，而忽視了外部的其他需求是否能得到滿(mǎn)足。這些需求不是來(lái)自信號(hào)本身，甚至不是來(lái)自于項(xiàng)目其他配套的專(zhuān)業(yè)標(biāo)段，因而極其容易被忽略。這些需要包括如消防、頻段類(lèi)資源、車(chē)站商業(yè)及運(yùn)營(yíng)管理等方面，在日常的運(yùn)營(yíng)管理中感覺(jué)離信號(hào)專(zhuān)業(yè)比較遠(yuǎn)，但又往往事關(guān)財(cái)產(chǎn)、人身安全甚至法律限制，極難協(xié)商溝通。

1.3 配套專(zhuān)業(yè)對(duì)改造需求的評(píng)估不足

1條城市軌道交通線(xiàn)路的誕生是基于多個(gè)專(zhuān)業(yè)共同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，各專(zhuān)業(yè)獨(dú)立卻又是圍繞著一個(gè)目標(biāo)高度統(tǒng)一，密切相關(guān)。因此信號(hào)系統(tǒng)的升級(jí)改造也不僅僅由信號(hào)一個(gè)專(zhuān)業(yè)就能完成，每個(gè)專(zhuān)業(yè)對(duì)信號(hào)需求的理解準(zhǔn)確與否，將會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目的順利實(shí)施。

信號(hào)大修改造將帶來(lái)運(yùn)能的提升，而運(yùn)能的提升需要投入新列車(chē)和增加供電能力，新列車(chē)的投入又對(duì)停車(chē)場(chǎng)列位數(shù)和出庫(kù)能力帶來(lái)了新的要求，這可謂牽一發(fā)而動(dòng)全身。在這一連串的聯(lián)鎖反應(yīng)下，小到參數(shù)錯(cuò)誤引起更換設(shè)備選型，大到漏項(xiàng)造成追加投資并返工，任何的差錯(cuò)都有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

2 信號(hào)大修的案例分析

本文以上海軌道交通2號(hào)線(xiàn)正在進(jìn)行的CBTC改造項(xiàng)目為案例進(jìn)行具體研究。

2.1 正線(xiàn)漏纜安裝問(wèn)題

在進(jìn)行信號(hào)大修設(shè)計(jì)時(shí)，確定新增的CBTC信號(hào)系統(tǒng)采用漏纜來(lái)傳輸信號(hào)業(yè)務(wù)。而上海軌道交通2號(hào)線(xiàn)全長(zhǎng)64 km，按開(kāi)通時(shí)間劃分主要分為3段，分別是2000年開(kāi)通的首段(龍陽(yáng)路站—中山公園站)、2006年開(kāi)通的西延伸段(中山公園站—淞虹路站)以及2010年開(kāi)通的東西延伸段(龍陽(yáng)路站—浦東機(jī)場(chǎng)站、淞虹路站—徐涇東站)。第1段和第2段的開(kāi)通時(shí)間相隔了10年，導(dǎo)致軌行區(qū)管壁上電纜、光纜及設(shè)備布置差異很大，漏纜難以確定一個(gè)固定的高度進(jìn)行敷設(shè)。此外，本次大修采用的漏纜方案為雙漏纜，軌行區(qū)管壁上某些既有設(shè)備的分布也讓2根漏纜無(wú)法按慣例以30 cm以上的間距予以安裝，從而帶來(lái)同頻干擾隱患。

針對(duì)上述情況，在對(duì)全線(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)排摸后，確定采用2個(gè)高度交替使用的方式使漏纜順利覆蓋全線(xiàn)，即：優(yōu)先采用距軌面3 800～4 200 mm的安裝高度，在遇到既有設(shè)備遮擋時(shí)則采用距軌面700～1 000 mm的安裝高度，如圖1所示。

圖1 隧道區(qū)間內(nèi)漏纜安裝剖面圖Fig.1 Profile of leaky cable installation at tunnel interal

在排摸漏纜安裝高度時(shí)，同步統(tǒng)計(jì)了全線(xiàn)雙漏纜間距無(wú)法滿(mǎn)足30 cm的特異點(diǎn)，并記錄實(shí)際的間距值，交由漏纜和RRU(射頻拉遠(yuǎn)單元)供應(yīng)商。供應(yīng)商評(píng)估設(shè)備選型和漏纜極化方向是否需要優(yōu)化，并對(duì)該工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬，以獲取數(shù)據(jù)支持。由于該問(wèn)題在其他城市的軌道交通線(xiàn)路上已有過(guò)案例，因此供應(yīng)商可以直接提供數(shù)據(jù)供本項(xiàng)目參考。

當(dāng)然，僅有實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)是不充分的，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)只是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)試的基礎(chǔ)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)安裝到4個(gè)RRU時(shí)，需進(jìn)行2根漏纜在不同間距組合下時(shí)延、丟包數(shù)據(jù)、吞吐量數(shù)據(jù)的實(shí)測(cè)，并進(jìn)行實(shí)車(chē)測(cè)試等測(cè)試項(xiàng)目。測(cè)試通過(guò)后，該方案方可正式生效，在全線(xiàn)范圍內(nèi)安裝。

還需注意的是該漏纜要與列車(chē)上的天線(xiàn)交互，故在列車(chē)改造或新購(gòu)時(shí)，天線(xiàn)也要同步設(shè)計(jì)在車(chē)頂和車(chē)側(cè)的相應(yīng)位置。

2.2 自動(dòng)化停車(chē)場(chǎng)功能的配套需求問(wèn)題

自動(dòng)化停車(chē)場(chǎng)是本次2號(hào)線(xiàn)信號(hào)大修更新改造項(xiàng)目的新增內(nèi)容，其功能是使停車(chē)場(chǎng)段內(nèi)的列車(chē)能夠以列車(chē)進(jìn)路和ATO(列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行)/DTO(有人值守的全自動(dòng)運(yùn)行)模式出庫(kù)，從而使整個(gè)停車(chē)場(chǎng)段的出庫(kù)能力大為增加。這個(gè)功能是個(gè)非常成熟的產(chǎn)品，在新線(xiàn)建設(shè)中有著較為普遍的應(yīng)用。該功能本身并沒(méi)有任何設(shè)計(jì)或者施工難點(diǎn)，然而在2號(hào)線(xiàn)大修項(xiàng)目中，與之相配套的隔離網(wǎng)安裝卻出現(xiàn)了一系列問(wèn)題，使自動(dòng)化停車(chē)場(chǎng)的設(shè)計(jì)一度停滯。本次2號(hào)線(xiàn)涉及改造的停車(chē)場(chǎng)段有3個(gè)(龍陽(yáng)路停車(chē)場(chǎng)、北翟路停車(chē)場(chǎng)、川沙停車(chē)場(chǎng))，均為雙列位布局。其中，最早建設(shè)的龍陽(yáng)路停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)于20年前，車(chē)庫(kù)內(nèi)輔房與最近股道限界的走廊寬度約1 m，如強(qiáng)行安裝隔離網(wǎng)，則人員無(wú)法從走廊通過(guò)，也不能進(jìn)出輔房(見(jiàn)圖2)。

圖2 龍陽(yáng)路停車(chē)場(chǎng)新增隔離欄后繞行路線(xiàn)示意圖Fig.2 Schematic diagram of detour route after adding isolation fence at Longyang Road Depot

此外，這3個(gè)停車(chē)場(chǎng)段還有1個(gè)共性問(wèn)題：消防箱位于中間結(jié)構(gòu)柱上，消防撲救范圍可覆蓋其左右兩側(cè)的股道。若安裝隔離網(wǎng),則安裝側(cè)的股道內(nèi)人員無(wú)法使用該消防箱內(nèi)器材，無(wú)法滿(mǎn)足消防設(shè)置30 m撲救覆蓋范圍的要求。而且,所有自動(dòng)化停車(chē)場(chǎng)為了保障安全，規(guī)定列車(chē)出庫(kù)方向前的平交道都必須封閉(僅留有消防應(yīng)急門(mén))，既有車(chē)庫(kù)在設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法預(yù)見(jiàn)這些新需求，因而沒(méi)有設(shè)置跨股道的天橋或地道，安裝隔離網(wǎng)后所有人員進(jìn)出隔離區(qū)域都需要通過(guò)庫(kù)尾門(mén)禁處繞行。停車(chē)庫(kù)內(nèi)各輔房的功能及位置也無(wú)法按照自動(dòng)化停車(chē)場(chǎng)的要求進(jìn)行布置。如圖2所示，龍陽(yáng)路停車(chē)場(chǎng)的停車(chē)庫(kù)長(zhǎng)度按停放2列8節(jié)編組列車(chē)進(jìn)行設(shè)計(jì)，車(chē)庫(kù)長(zhǎng)約400 m，寬約100 m。信號(hào)、車(chē)輛的專(zhuān)業(yè)人員和列車(chē)司機(jī)的辦公用房均集中在車(chē)庫(kù)的A端北面的辦公區(qū)。添加隔離網(wǎng)后，工作人員從辦公區(qū)S點(diǎn)出發(fā)去最遠(yuǎn)列位的A端列車(chē)頭V點(diǎn)需要繞行至庫(kù)尾T點(diǎn)和U點(diǎn)，單程約需走行900 m。工作人員完成工作后，再原路返回至辦公區(qū)，來(lái)回路程約1 800 m，給日常工作帶來(lái)了很大的困難。

為了解決這些問(wèn)題，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察后，擬采用如下設(shè)計(jì)方案：①將所有輔房原向南打開(kāi)的門(mén)全部封閉，在房間的北向新設(shè)門(mén)洞。若北向沒(méi)有開(kāi)門(mén)條件則采用“窗改門(mén)”改造方式(僅龍陽(yáng)路停車(chē)場(chǎng))；②在消防箱附近的隔離網(wǎng)上安裝小門(mén)，供緊急情況時(shí)通過(guò)；③在運(yùn)營(yíng)結(jié)束列車(chē)全部回庫(kù)后，開(kāi)放庫(kù)門(mén)外平交道的應(yīng)急門(mén)，為工作人員的夜間集中維護(hù)提供便利，其他時(shí)段仍采取繞行方案。

這一系列的舉措看似初步解決了矛盾，實(shí)際上又引發(fā)新的問(wèn)題。輔房新開(kāi)門(mén)方向的大片綠化需要移除，并修建走道，且新建的走道在室外，為了避免天氣因素影響人員攜帶設(shè)備通行，還需要增設(shè)雨棚；消防箱附近的小門(mén)若不設(shè)置門(mén)禁，則人員可以從這里橫跨股道，設(shè)置隔離網(wǎng)的初衷則完全喪失，而若設(shè)置門(mén)禁，發(fā)生火災(zāi)等緊急情況時(shí)消防設(shè)施無(wú)法覆蓋；夜間應(yīng)急門(mén)開(kāi)放供運(yùn)維人員通行的時(shí)間太短；清晨列車(chē)出庫(kù)突發(fā)故障需要維修人員處置時(shí)，該時(shí)段屬于高危險(xiǎn)時(shí)段，應(yīng)急門(mén)不可打開(kāi)，而繞行則耽誤應(yīng)急處置時(shí)間，需要修建跨股道的地道或天橋仍是剛性需求。

因隔離網(wǎng)問(wèn)題導(dǎo)致龍陽(yáng)路停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)出圖延誤了1個(gè)多月，如采用上述解決措施需要進(jìn)行移除綠化、重新布局消防系統(tǒng)及新建地道/天橋，既耽誤項(xiàng)目進(jìn)度，還會(huì)額外增加巨大的工作量和工程費(fèi)用。因此，必須重新尋找既有場(chǎng)段建設(shè)自動(dòng)化停車(chē)場(chǎng)修建隔離網(wǎng)的解決措施。在和運(yùn)營(yíng)各相關(guān)部門(mén)的專(zhuān)家進(jìn)行溝通后發(fā)現(xiàn)，主要問(wèn)題在于DTO/ATO模式下列車(chē)進(jìn)出場(chǎng)的車(chē)速由5 km/h大幅提高至17 km/h，若有人誤侵入行車(chē)路線(xiàn)，司機(jī)仍以同樣的反應(yīng)時(shí)間采取緊急制動(dòng)，因車(chē)速的增加將導(dǎo)致制動(dòng)距離增加，從而導(dǎo)致發(fā)生人車(chē)碰撞的概率大大增加。因此,隔離網(wǎng)安裝的主要矛盾集中在車(chē)庫(kù)的室內(nèi)部分，若此部分信號(hào)采用5 km/h的限速設(shè)計(jì)，則可不再安裝隔離網(wǎng)。列車(chē)出庫(kù)時(shí)，以5 km/h運(yùn)行至庫(kù)門(mén)前平交道一度停車(chē)，然后再以17 km/h的速度運(yùn)行至正線(xiàn)，庫(kù)外維持正常隔離網(wǎng)設(shè)計(jì)即可。此設(shè)計(jì)方案無(wú)論在施工難度、經(jīng)濟(jì)性還是在對(duì)項(xiàng)目總進(jìn)度的影響上，都優(yōu)于之前的方案，也能使各單位的需求都得以滿(mǎn)足。

2.3 用電功率超出原評(píng)估方案

在北翟路停車(chē)場(chǎng)信號(hào)機(jī)房進(jìn)行上電報(bào)批流程時(shí)，供電專(zhuān)業(yè)發(fā)現(xiàn)信號(hào)側(cè)的空開(kāi)整定值160 A和供電側(cè)的空開(kāi)整定值發(fā)生了平配，要求信號(hào)專(zhuān)業(yè)調(diào)低空開(kāi)整定值。在響應(yīng)供電專(zhuān)業(yè)要求后卻發(fā)現(xiàn)，信號(hào)空開(kāi)的下一級(jí)整定值約為130 A，無(wú)法滿(mǎn)足信號(hào)系統(tǒng)自身用電量，只能由供電側(cè)將空開(kāi)整定值調(diào)整至175 A。經(jīng)過(guò)核算，原有的供電設(shè)計(jì)考慮充分，其開(kāi)關(guān)有足夠的余量上調(diào)，電纜規(guī)格也符合調(diào)高后的空開(kāi)整定值要求。

在新線(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的籌備期，供電專(zhuān)業(yè)會(huì)對(duì)信號(hào)專(zhuān)業(yè)各車(chē)站(含停車(chē)場(chǎng))的用電需求進(jìn)行評(píng)估，并以此作為依據(jù)對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而在既有線(xiàn)路的信號(hào)改造項(xiàng)目中，從設(shè)計(jì)到實(shí)施的全過(guò)程信號(hào)專(zhuān)業(yè)均作為主體，無(wú)論是主動(dòng)的還是被動(dòng)的，必然會(huì)有許多變化因素存在。鑒于北翟路停車(chē)場(chǎng)空開(kāi)整定值的實(shí)際案例，2號(hào)線(xiàn)信號(hào)大修設(shè)計(jì)時(shí)，在對(duì)全線(xiàn)所有車(chē)站(含停車(chē)場(chǎng))的用電量進(jìn)行再次復(fù)核,發(fā)現(xiàn)原定于龍陽(yáng)路基地的2號(hào)線(xiàn)信號(hào)維修中心根據(jù)規(guī)劃要移至新閘路控制中心所在建筑，這將導(dǎo)致該建筑的用電量有較大幅度的增加，因而在提高其供電側(cè)整定值的同時(shí)，還需要更換對(duì)應(yīng)規(guī)格的電纜。

3 信號(hào)大修的應(yīng)對(duì)策略

通過(guò)上述具體案例的分析，將信號(hào)大修改造過(guò)程中的具體措施進(jìn)行總結(jié)分析，形成相關(guān)應(yīng)對(duì)策略，具體如下：

1) 面對(duì)因現(xiàn)場(chǎng)客觀(guān)條件限制造成的各類(lèi)問(wèn)題，首先一定要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的勘測(cè)，確定設(shè)備實(shí)際能安裝的位置及特異點(diǎn)的數(shù)量。供應(yīng)商和相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)家共同論證當(dāng)前設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)是否適應(yīng)大修改造的工況，并制定測(cè)試方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室和小范圍的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景測(cè)試。待測(cè)試項(xiàng)目全部通過(guò)后，還需考慮方案變化是否對(duì)與之相關(guān)聯(lián)的接口的硬件設(shè)備產(chǎn)生影響，確認(rèn)無(wú)誤后才能在項(xiàng)目中批量使用。

2) 對(duì)新功能產(chǎn)生的衍生需求，不能一味地予以滿(mǎn)足，特別是不能為了實(shí)現(xiàn)1個(gè)需求而引申出數(shù)個(gè)次級(jí)需求，這樣周而復(fù)始只會(huì)使大修改造設(shè)計(jì)陷入僵局。面對(duì)衍生需求，在經(jīng)過(guò)充分努力后發(fā)現(xiàn)仍不能解決問(wèn)題，則就不應(yīng)該再勉強(qiáng)解決其次級(jí)需求，而應(yīng)抓住衍生需求產(chǎn)生的根本原因，在保證該意圖得以貫徹的情況下，找出功能和需求的平衡點(diǎn)，對(duì)功能進(jìn)行裁剪。

3) 配套專(zhuān)業(yè)在評(píng)估信號(hào)需求時(shí)要留有足夠的余量，尤其是和信號(hào)有直接接口的線(xiàn)纜和設(shè)備，建議選用高于需求一檔的規(guī)格，能采用可調(diào)的則盡量不用固定的。升級(jí)改造項(xiàng)目中不可避免地產(chǎn)生的各類(lèi)變化，作為信號(hào)大修改造項(xiàng)目的牽頭單位，信號(hào)專(zhuān)業(yè)要及時(shí)在各級(jí)會(huì)議中將變化需求告知其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)，各相關(guān)專(zhuān)業(yè)也要加強(qiáng)對(duì)信息的敏感性，識(shí)別出信號(hào)專(zhuān)業(yè)實(shí)施中的變化可能對(duì)自身專(zhuān)業(yè)造成的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用本文對(duì)上海軌道交通2號(hào)線(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)改造的應(yīng)對(duì)策略，可以大大降低類(lèi)似項(xiàng)目中典型問(wèn)題發(fā)生概率及時(shí)間經(jīng)濟(jì)成本。在項(xiàng)目籌備前，應(yīng)有針對(duì)性地對(duì)信號(hào)大修的3類(lèi)難點(diǎn)進(jìn)行充分的實(shí)地勘測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，使后續(xù)制定的計(jì)劃更加準(zhǔn)確，實(shí)施更為順暢。