北京地鐵亦莊線CBTC示范工程的實施

牛英明 黃友能 智國盛 張 揚

(北京交控科技有限公司 北京 100070)

1 研究背景

基于通信的列車控制系統(CBTC)是一種采用先進的通信、計算機技術，可連續控制和監測列車運行。它采用無線數據傳輸實現地面控制系統和列車信息的雙向傳輸，是現代軌道交通的發展方向，是20世紀末期運輸和通信技術高度結合的產物，是提高運輸效率、保證行車安全的重要手段。

自2004年以來，國內新建和改擴建的軌道交通信號控制系統基本都采用了CBTC系統，但信號控制系統的提供方都是國外信號系統供貨商，相應的核心技術也都掌握在國外供貨商手里，給國內的業主在項目實施、過程控制以及質保期間的工作帶來很大的挑戰，急切呼喚有國內自主知識產權的信號系統供貨商來滿足各地快速發展的CBTC系統建設需求。

歷經十幾年的核心技術研發，特別是亦莊示范工程的實施，北京交控科技有限公司采用核心技術研發與實際工程并進的方式，成功研發并實施了一套符合國際最高安全等級——SIL4國際標準的CBTC信號系統，解決了長期困擾國內引進這項技術與裝備的瓶頸問題，創造了2010年12月30日亦莊線全功能開通CBTC國內信號系統的建設奇跡，使中國一舉成為繼德國西門子、法國阿爾斯通、加拿大阿爾卡特后第4個成功掌握軌道交通信號系統CBTC核心技術并順利應用于實際工程的國家。

2 亦莊線信號系統的工期計劃

北京軌道交通亦莊線信號系統示范工程自合同簽訂到開通運營，前后歷時18個月，其中主要節點見表1。

表1 亦莊線信號系統的工期計劃

從表1的工期節點可以看出，整個亦莊示范工程項目節點計劃以天為單位，環環相扣，對亦莊示范工程的開通制訂了明確的工期節點目標，為了保質保量按期完成各項工作，主要從以下幾個方面展開具體工作。

3 亦莊線信號系統的實施過程

3.1 系統設計

在亦莊示范工程的前期，研發人員就需求情況同用戶進行了深入交流，并進行了充分的系統設計工作，這期間形成并優化了多條設計原則:

1)實現了不同控制功能的標準化模塊配置，系統設備接口標準化、模塊化，便于設備間的兼容擴容以及線路延伸。

2)亦莊示范工程信號主系統是移動閉塞，為了增加系統的可用性，同時還配備了點式系統。在兩種控制等級的切換過程中，主體信號顯示可自動轉換，并提出了在轉換過程中保證信號顯示的連續性、唯一性、準確性標準。

3)結合以往的經驗教訓，細化了作業流程，并在作業時間后進行了能力分析。通過對亦莊線的運行能力進行理論分析，組織運營專家進行了討論，調整了測試方案及參數。經過現場能力測試，亦莊示范工程CBTC系統完全能夠滿足2 min追蹤間隔的能力。

4)通過在站內布置無線設備，實現了點式下的屏蔽門聯動。

5)為提高運行能力，在CBTC模式下實現了亦莊火車站站后無人自動折返，司機可以從車內或站臺兩種方式到達另一端駕駛室。在宋家莊站，實現了站前開門折返，列車在進站停車后，先自動打開下車側車門，一段時間后，再自動打開上車側車門，司機按下折返換端按鈕并完成折返流程。保證了司機在折返過程中車門打開不影響乘降作業。

6)在車輛段試車線長度有限的條件下，創新地實現了完整的試車功能。包括點式、CBTC兩種級別的自動轉換、兩端的站前折返、站后折返、無人折返、出入段、校輪、屏蔽門聯動等功能。

3.2 安裝與調試

亦莊示范工程的現場安裝與調試階段歷時8個月，經歷了室內軌旁設備安裝、聯鎖調試開通、分區域動車調試，信號系統現場調試階段，共投入人力137人、累計投入約6 000人/天、調試代碼分析量近千萬條。

地面段波導管在既有線由于熱脹冷縮會引起一定的位移，因此在工程設計時應優化設計，以抵消由于熱脹冷縮造成的位移。

為了保證應答器安裝位置的精準性及線路數據的高精度、高準確性，示范工程使用專業測量儀器做了高質量、反復多次的數據定測。同時，投入人力、物力反復多次地進行CI-LEU-應答器數據一致性的測試，保證了動車調試之前數據的一致性。

車載系統在整個工程調試過程中主要有安裝督導、靜態調試和動態調試等工作，分別在客車廠和車輛段進行了大量的督導和調試工作，確保列車上線后無問題，可以與地面系統進行充分聯調。

3.3 測試工作

通過對CBTC系統需求的研究，結合CTCS3的測試用例生成技術和以往信號系統的經驗，編寫了一套完整的CBTC系統集成測試用例和系統確認測試用例;結合CBTC科研項目一期和二期以及北京地鐵1號線52、53站的通信專項測試的試驗經驗，編制了DCS無線靜態測試和動態大綱;結合用戶、監理、設計等各方面專家的經驗，編制了一套動車調試大綱;根據實際的工程設計圖紙、聯鎖表、系統技術規格書，編制了與之對應的測試表格。

依據“最小系統”架構原則搭建的室內測試平臺，實現靈活的虛實互換和虛實互控，完成設計、研發、工程實施、系統升級等不同階段的系統特定功能及全功能驗證，大大降低了每個階段的風險。所有應用程序和數據發布，到現場前嚴格按照流程完成室內測試，大大提高了現場測試的安全性、高效性。

在緊張的調試測試間隙，研發人員主動聯系了部隊單位，對無線系統進行了安全測試，確保CBTC系統在開放應用環境下的安全、可靠、可用。

3.4 安全管理

為了保證軌道交通系統的運行安全性，亦莊示范工程必須在其投入運行之前進行獨立第三方安全認證，只有取得安全授權部門的驗收審批，才能投入運行使用。參照國外發展成熟的軌道交通系統的標準和認證體系，國內也在逐步發展適合本國開發和運行實際情況的軌道交通安全認證體系框架，從而保證國內線路的運行安全。然而，系統的安全認證并不是一味強調絕對的安全，更為重要的是把安全意識和新理念體現在系統設計開發全過程中。系統安全見證和測試及認證見表2、表3。

表2 7次安全見證和測試

表3 5次安全認證

4 亦莊線信號系統工程運用

亦莊線示范工程于2010年12月30日順利開通試運營，該工程是國內首條一次全功能開通的CBTC信號系統，在開通之初即實現移動閉塞、列車自動駕駛、車門與安全門聯動聯鎖、無人駕駛自動折返等完整的列車自動控制功能，并且向軌道交通網絡中心上傳列車狀態信息，達到了國際先進水平。

自開通以來，亦莊示范工程CBTC系統運行平穩，各項指標優異，與招標合同要求的指標相比，主要體現如表4所示。

表4 系統各項指標與合同要求比較

5 結語

北京地鐵亦莊線是第一條國產CBTC系統示范工程線，該工程的成功開通，標志著在軌道交通信號系統領域，已經打破了國外CBTC系統的技術壟斷，必將為我國軌道交通信號系統實現自主知識產權，降低地鐵建設對國外的技術依賴以及造價起到關鍵作用，對推動我國城市軌道交通運行控制系統的國產化和產業化具有重要意義。

［1］北京市軌道交通建設管理有限公司.通用技術要求—用戶需求書—北京地鐵亦莊線［G］.北京，2008.

［2］北京市軌道交通建設管理有限公司.專用技術要求—用戶需求書—北京地鐵亦莊線［G］.北京，2008.

［3］接口技術要求—用戶需求書—北京地鐵亦莊線［G］.北京，2008.

［4］郜春海.基于通信的軌道交通列車運行控制系統［J］.現代城市軌道交通，2007(2):7-10.

［5］曾小清，王長林，張樹京.基于通信的軌道交通運行控制［M］.上海:同濟大學出版社，2007.