簡談地鐵運營線信號系統改造相關技術和控制措施

孫希艷

（中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司濟南分公司，濟南 250100）

1969年10月1日，隨著第一條地鐵線路（北京地鐵1號線）的建成通車，使北京成為中國第一個擁有地鐵的城市。經過30多年的發展，中國內地已有22個城市擁有94條建成并正式運營的城市軌道交通線路（地鐵+輕軌），運營總里程達2 886 km，城市軌道交通逐漸成為城市公共交通的主干線，客流運送的大動脈。而信號系統的大修年限一般為15年，國內早期建設的地鐵早已經過一輪局部改造，各個城市的城軌信號系統也陸續進入設備大修期。隨著國內經濟高速發展和城市化進程不斷加快，城市軌道交通越來越多的承擔起城市公共交通的運送任務，客流壓力也越來越大，同時由于科技的發展、技術的進步，新系統、新設備相繼研發并投入使用，新系統具有行車間隔更小、運行更安全、更穩定的優點，而信號系統的改造也由局部升級改造，發展為整系統升級改造。國內已于2008年成功完成并投入運營第一條地鐵線路（北京地鐵2號線）的信號系統改造，目前北京地鐵1號線信號系統改造基本完成，已經進入動車調試階段、上海地鐵1號線的信號系統改造工程也已開始。筆者參與了北京地鐵2號線的信號系統改造工程，負責北京地鐵1號線的信號系統改造設備安裝工程。為有效推進工程的順利實施，結合在兩個工程中的實際經驗，現從地鐵運營線信號系統改造工程的主要特點、技術保障措施、風險控制措施等方面進行簡單闡述。

1 運營線信號系統改造工程的特點

1）運營線改造在不停運情況下進行。由于進入改造期的城市軌道交通線路基本上已成為城市繁華區域，隨著地鐵路網的發展已成為城市公共交通的命脈，為保證城市正常運轉，基本都是采用不停運改造施工的方案。

2）系統設備安裝及調試技術要求高。不同于新線施工，設備安裝后有較長的人機磨合期和調試期，運營線設備安裝完成后當天就要接受運營安全考驗，調試期和人機磨合期也非常有限，組織安裝和調試復雜。

3）安全壓力較大。每天的施工安裝項目既要做好既有設備保護，還要確保每次施工完畢后新設備不能影響第二天的安全運營。

4）有效作業時間短。軌行區設備安裝施工均在運營結束并辦理好登記要點手續后進行，正常有效作業時間約2.5～3 h，施工準備和結束后的整理檢查時間較長。

5）作業空間受限。由于既有設備的空間占用，室外新裝設備與既有設備位置沖突時，需要進行臨時安裝，待新系統開通后再進行二次就位；電纜托架及人防門管孔中既有線纜較多，給新敷線纜帶來較大難度。新舊室內設備常共用機房，新機柜需穿插臨時安裝，一般不能一次性安裝就位，從而造成新舊機柜間距較近，存在作業人員誤碰既有設備影響正常運營的危險。

6）協調工作量大。改造涉及地鐵供電、通信、線路、房建等多個專業，要與運營管理相關業務部門、系統供貨商等開展大量的協調配合工作，才能保證項目的順利實施。

2 主要技術保障措施

2.1 室內設備安裝

運營線改造室內設備安裝一般仍利用既有機房，例如北京地鐵1號線正線共25站，6站是新設機房，其余19站均為既有機房。新設機柜在原機房內，由于空間的限制，有些站還存在系統開通后設備二次就位的問題，施工難度較大。在運營線機房進行室內設備安裝、配線時多存在的問題有：誤碰既有設備，引起故障，影響運營；在進行機柜安裝時，由于空間限制，易造成機柜設置不合理 ，在進行線纜布放時沒有充分預留余量，造成二次就位難度較大，或無法就位等。

針對室內設備安裝存在的問題，首先要在開工前根據設計圖紙對每個機房內的現狀進行詳細的調查，實際測量新裝機柜的安裝位置，使新裝機柜既能滿足為既有信號系統的正常維護提供操作空間，還能盡量減少或避免設備二次改移所帶來的風險，選出新機柜最優布置方案后，報設計批準后實施；機柜配線時，要以設備的最終安裝位置為準進行綜合考慮預留線纜長度；線槽定做時，要充分考慮因改移后較多的線纜余量，尺寸要合適。對既有設備的保護可采取隔離措施，在北京地鐵1號線信號系統改造時，為保障既有設備安全，成功研制了繼電器柜防護罩 ，施工作業人員即使碰到防護罩，也不會影響到運營設備。該防護罩安裝固定在既有機柜上，上面留有開孔，方便看到既有設備的工作狀態，又起到散熱作用，一旦設備發生故障能夠輕松取下，查找故障，該項發明獲得了2015年度全國工程建設質量管理小組一等獎。

2.2 轉轍機及安裝裝置更換

轉轍機是道岔的轉換和鎖閉設備，直接關系到行車安全，相對于整個信號系統，轉轍機和安裝裝置的更新改造相對獨立，是新信號系統與老信號系統的唯一疊加接口。要想達到改造目的，新信號系統的每組新轉轍設備必須提前安裝。

這就要求每組轉轍設備更換后次日就要投入運營使用，因此在施工過程中的任何失誤，都有可能對運營造成影響，所以在實施過程中一定要確保其安裝牢固、尺寸正確、室內外一致性、密貼調整等關鍵技術指標。受隧道內限界的影響，在進行安裝裝置長角鋼更換時，需要線路專業配合抬軌至適當的高度，才能把角鋼抽出，在有限的作業時間內對本項工作準備提出更高要求。

角鋼打孔占用時間比較長，本道工序一般放在更換前進行，但必須仔細核對好現場測量尺寸，以避免出現測量錯誤或是偏差過大無法安裝。為此，可采用甲乙兩個班組分別測量，然后對兩組數據比對的方式進行，兩組數據一致，按照甲組測量數據進行加工打孔，若偏差超出范圍需兩組再次進行測量核對，保證現場測量數據的準確性。

轉轍機更換時，由信號樓至終端盒的電纜配線還是用既有電纜，因此在進行電纜終端盒配線時要以既有圖為準進行配線。技術人員要核對轉轍機新配線圖與既有配線圖是否一致。轉轍機的內部配線必須在運至現場前提前完成，運到現場更換時，再次核對既有轉轍機內部配線，做到圖物一致。為了確保更換的轉轍機配線正確，動作、表示正常，可在施工單位駐地搭建轉轍機動調試驗平臺，進場前進行動作試驗。確保每個環節可控，安裝時不出現任何問題。按照此方法，在北京地鐵1號線改造工程中，轉轍機及安裝裝置的更換及試驗一般都是在2 h內完成。

2.3 新信號系統調試

新的信號系統設備安裝完成后，首先進行子系統調試，各子系統調試完成且車載ATO設備安裝完成后，要進行復雜的動車調試。動車測試是檢驗新信號系統的功能、性能及穩定性的重要步驟。需要分別進行單車功能測試、2車追蹤測試、5車追蹤測試、20車測試、30車測試以及60車系統壓力測試等。以驗證系統是否達到預期的要求，實現全部功能。由于列車數量多、測試時間長、涉及范圍大，需要運營組織相關專業的協調與配合，做好多車測試的準備工作，通過多車測試，發現并徹底解決系統存在的問題，以保障系統投入正式運營后的運行穩定。

由于新的CBTC信號系統的聯調聯試不同于新線系統調試，利用停運間隙進行調試周期特別長，同時還要兼顧設備單位的日常維修，調試時間長達一年多。在每次進行調試時既要保證調試的順利進行，還要保證第二天既有信號系統的正常運行，需要采取大量細致而周密的技術措施，以保證系統的順利調試。

采用CBTC系統替代基于軌道電路的ATC系統，車站和軌旁設備與既有設備相互影響較少，其中計軸、波導管（或自由波天線）、應答器和站臺設備等對舊設備沒有影響，這些設備可以獨立的進行施工及單體調試，除個別信號機設計位置可能與老信號機的位置存在沖突，安裝時無法就位（可就近安裝并完成單體調試，需要在開通時拆除老信號機后方可安裝就位）外，其他大部分信號機都能一次安裝在設計位置。在進行系統聯調及動車測試時，需要對室外道岔進行實際控制，而道岔在運營時段由既有系統控制，如果在系統調試當晚進行分組倒接后再進行系統調試，無法滿足調試時間要求。為此，必須采用對室外轉轍機進行集中切換的方式，也就是用新舊系統倒切開關（安裝在配有本地聯鎖的設備集中站設備室，即安裝在道岔控制的管轄站）進行控制，在正常運營時，切換開關在舊系統狀態，由既有系統控制室外道岔；在系統調試時，切換開關倒至新系統狀態，由新系統控制室外道岔，這樣就能實現新舊系統對室外轉轍機的交互控制，實現在不影響正常運營的條件下，進行新信號系統的動車調試。新系統安裝與既有系統并行，兩個系統間的接口僅限于對轉轍機的監測和控制。倒切開關在工程開通后逐步要點進行拆除。

倒切開關箱內繼電器采用極性保持繼電器，即使斷電也不會造成繼電器掉下引起新舊系統的控制轉換，在開關箱上設有帶鎖的轉換開關、確認開關及相關狀態表示燈。由于倒切開關直接關系到運營安全，因此在調試期間需要對倒切開關的使用制定嚴格的專項安全管理措施：新/舊系統開關的啟動必須由授權專人保管鑰匙，運營和試驗雙方共同啟用鑰匙才能轉換。每次動用開關，必須有詳細記錄，動用的人員、時間、調試轉轍機的號數、狀態等。在白天運營時段，任何人都不允許切換開關的位置。

采用倒切開關后，系統切換非常方便，例如在北京地鐵1號線四惠車輛段有80組道岔，只需要10 min就能完成倒接及道岔狀態確認工作。

3 風險控制措施

1）每日施工執行施工工作票制度

為了規范各項作業流程，保證作業安全，執行工作票制度。作業班組每次施工前根據施工內容進行安全風險點預想，工作票中填寫安全風險點和把控措施、檢查內容等；作業完畢后，對施工現場進行回檢，確保設備安裝牢固，不遺留任何施工機具、廢料，做到人走、料凈、場清。經回檢確認后，完成當天作業票填寫內容，并經相關單位共同簽字確認。

2）對主要作業進行全程視頻監控

對作業人員在施工過程中不遵守相關規章制度、不按作業指導書規范作業等問題，各個班組配置視頻記錄設備，設專人對當天作業過程的重點環節進行攝錄，將信息數據交給調度集中存儲、檢查，發現問題及時在安全例會上通報，起到對作業人員的違規約束作用，減少了違章作業，也對一旦出現問題進行追溯和調查提供了依據。

3）使用限界檢查設備

對于涉及施工范圍較大的工作，如電纜、波導管、軌旁安裝等，每個點若進行簡單限界測量，不但占用時間長，而且測量精度不準，特別是高空安裝的設備，測量比較困難。根據限界尺寸制造可在鋼軌上推行的限界檢查車，便可以方便的檢查新裝設備是否侵限。施工完畢后，用限界檢查車進行限界回檢，發現侵限情況時立即進行處理整改。限界檢查車可以根據不同的工作面分別加工、組合，分為側面、軌底、隧道頂部幾種檢查車。在進行北京地鐵1號線信號系統改造施工時，研制的限界檢查車獲得了2014年度全國工程建設質量管理小組二等獎。

4 結束語

保證運營安全是信號系統改造施工的重中之重，在軌道交通運營線施工中稍有疏忽將會發生各類安全事故。從北京地鐵2號線信號系統改造到目前的北京地鐵1號線信號系統改造施工，通過以上技術及安全措施的有效實施，確保了現場施工及調試安全。同時設計、建設、施工以及相關配合方等都應加強相互溝通和協作，并做好現場調查工作，選用合理的施工方法、方案，并堅持標準化管理，強化施工現場作業安全技術措施落實及風險控制，不斷優化作業流程、施工方案，以實現確保安全生產，減少事故發生，從而提高經濟效益。