城市軌道交通基于通信的列車控制信號系統設備的現場調試

閆學祥

（深圳市中興系統集成技術有限公司，518055，深圳∥工程師）

城市軌道交通基于通信的列車控制信號系統設備的現場調試

閆學祥

（深圳市中興系統集成技術有限公司，518055，深圳∥工程師）

相對傳統的列車自動控制系統，基于通信的列車控制（CBTC）信號系統設備的現場調試工作量較小，但對安裝工藝的要求較高，因此在設備送電調試之前的現場定測、安裝督導、檢查與測量等工作異常重要。根據CBTC信號系統設備調試人員的實際工作過程，提出了廣義的現場調試概念，將達到設備正常運行所需的、除設備安裝之外的現場各項相關工作都納入調試工作范圍內。CBTC系統設備現場調試工作分為現場定測、安裝督導、檢查與測量、測試與調試、設備試運行五個步驟，并需強化調試與安裝之間的密切銜接，以縮短現場調試時間，盡早使設備投入使用。

城市軌道交通；CBTC信號系統；現場調試

Author's address ZTE Solution Corporation，518055，Shenzhen，China

基于通信的列車控制（CBTC）系統通過車地雙向實時大容量信息安全傳輸通信技術，以及列車測速、定位技術，使列車定位更加精確，控制更加靈活。CBTC可將列車最小行車間隔時間縮短至90 s以內，且能夠達到最高安全等級SIL4的產品安全認證，而軌旁設備的減少則降低了運營和維護成本。因此，CBTC能夠更好地適應高密度、小間隔、安全運輸的城市軌道交通列車控制系統的需要。

與傳統的列車控制系統相比，CBTC系統具有一些明顯的特點：系統主要由軟件構成，重大的測試可在設備出廠前的仿真器上實現；在軌旁安裝的設備更少，安裝后的測試和調試工作較少。但現場的安裝和調試仍然是CBTC系統投入使用前的重要階段，且直接影響著設備啟用的時間和設備運行的穩定性。在運營線改造工程中，現場安裝和調試工作都需要在夜間停運時段內完成，其中調試工作對設備投入運營的時間影響更大，而工程實施對設備現場調試工作的時間要求更高。因此，提高現場調試工作效率、確保調試工作的全面和完整，是CBTC系統工程實施的關鍵步驟之一。

1　CBTC系統設備現場調試的主要工作內容和流程

1999年9月，IEEE將CBTC定義為：利用高精度的列車定位（不依賴于軌道電路），雙向連續、大容量的車地數據通信，以及車載、地面的安全功能處理器，實現連續自動列車控制的一種系統。CBTC系統能夠基于通信對列車進行定位進而實現移動閉塞的功能［1］。城市軌道交通CBTC系統通常包括ATP/ATO（列車自動保護/運行）、ATS（列車自動監視）、CI（聯鎖）、DCS（數據通信）等子系統，但不同的設備廠商對子系統的劃分稍有區別。

全面模擬現場設備的工程測試手段將使現場調試工作量顯著減少。最小系統實物仿真可實現系統原理驗證、功能測試、系統集成測試、現場故障數據回放、分析與處理以及后期系統升級與維護［2］。對仿真器進行故障注入，可以驗證整體解決方案中極端情況下的處理能力［2］。對于列車自動控制系統來說，安全可靠處于第一位置，現場的安裝和調試工作都需要經過嚴格的安全認證。現場的調試工作與設備安裝之間的關系更加密切，受現場環境的制約更加明顯。

CBTC系統的現場調試地點通常在列車上、軌旁、車站和控制中心。圖1為CBTC各子系統設備的安裝位置和功能連接關系示意圖。

圖1　CBTC各子系統設備連接示意圖

車載設備中包含ATO、ATP、DCS、車輛接口等功能模塊，其調試過程可分為靜態調試和動態調試。靜態調試除需要完成信號系統車載設備的靜態測試外，還要對信號系統與車輛接口之間的聯動功能進行測試。動態調試需要相關設備模擬調試，在車載設備的靜態調試完成后進行。通常先在試車線進行動態調試，之后到正線針對某一種列車控制模式進行單車調試。單車調試完成后再進行多車追蹤功能的調試。動車調試的第一步是對現場設備（主要是信標）和車載電子地圖進行核對，并同步完成有源信標碼位與信號機顯示一致性的核對，之后進行點式ATP控制模式的調試。在DCS子系統設備調試完成后，再進行CBTC模式的調試，最后進行ATO功能的調試。

車站和軌旁設備通常先進行單體設備的調試，即對每一種類的每一件設備進行詳細、全面的調試；之后對各子系統的設備進行調試，再進行系統設備的調試和系統間聯合調試。單體設備的調試工作通常隨安裝進度進行。送電調試前，首先完成機房電源設備的調試，然后對機房內的各子系統設備送電進行模擬調試，同時對軌旁設備進行單送電模擬調試；在機房設備模擬調試完成后，通過機房設備對軌旁設備進行送電調試。站臺設備的調試根據安裝進度，采取與軌旁設備調試相同的方式進行。

軌旁設備的調試工作，首先完成CI設備和點式ATP設備的調試，以便地鐵列車可以根據信號指示進行點式ATP功能的相關試驗（非信號系統的試驗可采取區間封閉、不看信號指示的方式進行），開始進行動車調試。控制中心ATS設備的調試分為單體調試、系統調試、系統間聯調。系統調試通常隨動車調試過程完成。

圖2為CBTC系統設備現場調試主要流程示意圖。各工程受現場環境限制，調試的先后順序會相應調整，部分設備可以通過模擬的方式緩后再進行調試。由于DCS子系統的調試完成時間通常較晚，所以經常是首先完成作為后備模式的點式ATP功能的調試工作，再進行CBTC功能的調試。ATS的系統調試通常是與正線的動車調試工作同步完成。各車站的ATS子系統一部分功能的調試工作與聯鎖系統的模擬調試同步完成，其余功能的調試工作在CBTC系統調試過程中再完成。

圖2　CBTC系統設備的調試流程

從圖2中還可以看出，所有的調試工作都需要設備安裝完畢且外部電源工作正常后方可開始。現場設備的安裝工作是完成現場調試的重點。信標設備在安裝完畢后不需要進行單體設備的調試，直接進入動車調試階段與電子地圖進行核對。因此，設備供貨商和集成商都十分重視安裝前的定測、安裝過程的督導、安裝后的檢查與測量等相關工作。這些與安裝密切相關的工作已經成為現場調試工作的重要組成部分。

2　CBTC系統設備現場調試工作的步驟

圖3　CBTC系統設備的現場調試工作步驟

根據現場調試人員的實際工作過程，本文提出廣義上的現場調試工作概念，將調試人員的現場工作分為現場定測、安裝督導、檢查與測量、測試與調試、設備試運行等五個步驟（見圖3）。這五個步驟對調試人員的知識和技能有不同的需求，故參加調試的人員可能會有所不同。調試組織者應安排好調試人員之間的交接，將前一道工序中發現的問題、處理的過程以及可能的影響向下一工序的調試人員說明。每個子系統都需要進行這五個步驟的現場調試后才能交付使用。有些設備對安裝的要求不是太嚴格，在實際的現場調試過程中可能簡化個別步驟，但對于整個系統或子系統來說，這五個步驟是必不可少的。現場定測是設備現場安裝前的第一步，需要輸入設計圖紙、安裝手冊等技術文件。工廠的設備制造和測試也需要相關的技術文件輸入。設備到貨檢查合格是現場設備安裝前的一個必要輸入。現場調試人員要了解設備的包裝和運輸情況，完成設備的到貨檢查和開箱檢驗工作，部分設備在到貨后還需要由調試人員對其進行數據配置或在試驗室進行詳細測試。工廠和現場的各項工作，如果在某一步驟存在問題，則追溯到上一步驟，只有正常完成一個步驟后才能開始下一步驟。CBTC系統設備的現場調試工作主要步驟的相關內容如下：

（1）現場定測：依據設計圖紙和安裝手冊等技術文件和相關標準，對設備安裝現場進行踏勘并確定準確的設備安裝位置和安裝方式。由于現場環境復雜，而且存在交叉作業，確定的設備安裝位置和安裝方式應在現場做好標志；同時在圖紙上或定測記錄上做好記錄，并將特殊地點的安裝位置、安裝方式等相關信息報設計人員。現場定測工作通常需要設計人員、調試人員、安裝人員等參加，以便現場解決問題，提高定測效率。定測情況應向安裝人員現場交底。

（2）安裝督導：對安裝過程進行的監督和指導工作通常包括以下內容：對首件設備安裝的詳細步驟進行示范，并指導后續的安裝工作；對設備搬運和安裝工作進行監督。不正確的安裝不僅會給設備調試帶來麻煩，還有可能對設備性能造成不可恢復的破壞。因此，安裝人員需要學習安裝手冊，并經現場實際操作培訓后方可開展安裝工作。對于安裝和調試人員不熟悉的新設備和新工藝，應由設備廠商到現場進行跟蹤培訓，并根據現場實際環境確定安裝方案。督導工作應做到施工安裝符合設備的相關技術要求，嚴格規范設備的安裝工藝；應將設備的布置原理介紹給施工人員，使施工人員充分了解設備的現場安裝技術要求；并結合現場環境條件制定具有針對性的施工組織方案，報相關單位審批后再執行，以杜絕返工現象，縮短安裝和調試的時間。針對現場安裝中出現的特殊難點，應協調各方的技術專家共同確定可行的技術方案，并對安裝的工序、工藝進行重點監督。

（3）檢查與測量：依據設計圖紙、定測紀要，以及相關的技術文件和標準等，對設備安裝完畢的狀況進行檢查和測量，以確保設備能夠在送電后正常運行。檢查內容通常包括設備外觀、安裝環境、設備緊固件是否齊全且全部緊固、配線完成情況、安裝輔材是否符合技術要求等。發現不符合相關技術文件和規范要求的現象，立即提出整改，并將出現問題的原因告知所有安裝人員，以避免再次出現類似問題。測量是指在設備送電前對準確度要求高的設備的相關數據，如螺栓緊固程度（天線饋線等設備的緊固程度有明確的扭力數值上下限要求）、光纜熔接后的詳細參數、配線的正確程度、設備間距離等進行復核。

（4）測試和調試：是狹義上的現場調試的主要內容。測試是對設計的功能和技術參數在現場安裝后的驗證與確認；調試則是對存在的問題進行處理的過程，解決現場安裝完畢后測試參數與設計要求不一致的各種問題，以便使設備可以正常運行。這個步驟需要對設備安裝完成的電氣部分技術參數（如設備送電前電源狀況、設備絕緣狀況、設備運行狀況等）進行復核，要按照詳細的功能列表進行逐項測試、記錄，以確定現場安裝過程的正確性和設計參數與現場情況的符合程度；對未達到設計要求的參數，應進行現場調整并再次進行測試。車載設備的動態測試中，ATP功能測試是基礎內容之一。它對現場安裝后的各種數據變化詳細情況進行記錄后報設計人員，由其確認是否符合設計要求和使用要求。在本步驟如果發現設備安裝有問題，則返回安裝檢查與測量步驟去處理；如果是設備有問題，則返回設備配置及試驗室測試步驟或工廠去處理。

（5）設備試運行：通常在各項測試數據正常后進行。測試工作畢竟是在模擬或部分模擬條件的狀態下進行的，要準確地驗證并確認所有設計功能都已經在現場的真實環境中實現，只有進行試運行工作。調試人員在設備試運行過程中需要詳細測試和記錄相關數據，并對數據進行分析和比對，對不能滿足設計要求的設備進行重新測試和調試。此階段包括多列車追蹤運行、通信列車和非通信列車同時在線運行等行車組織方面的調試內容。

通過以上分析可知，CBTC系統對現場安裝工藝的要求較高，且現場安裝環境對設備正常運行的限制和影響較大。現場調試時，安裝前現場定測、安裝過程督導、安裝后的檢查與測量工作量較大；后期的測試和調試以及試運行，是對設備在現場安裝后的功能與性能的驗證和確認，工作量較小。每一個步驟發現問題都可以返回上一步驟去處理。對于現場調試來說，前三個步驟是后兩個步驟的基礎，是能否順利完成現場調試工作的關鍵。

3　CBTC系統設備現場調試工作的重要原則

現場安裝及調試工作遵循首件定標、首站定標、首段定標的工作模式。為順利完成現場調試工作，還需要遵循如下一些重要原則。

（1）重視送電測試前的各項工作。要對定測人員、督導人員、檢查和測量人員進行全面培訓，使其掌握相關設備的技術參數和要求；強化調試人員的技能和經驗，以及調試人員之間的經驗交流和知識分享。讓安裝人員接受設備供貨商或集成商舉辦的培訓。由專業的技術人員對安裝后的設備狀況進行檢查、測量，對發現的各種異常情況盡早處理。重視對每一件設備的工廠單體試驗。在試驗室搭建調試平臺對關鍵設備進行全面調試后再運輸到現場安裝。

（2）重視調試參加人員之間的相互配合。強化調試人員與其他配合人員之間的相互配合，從較高的層面重視各單位人員間的現場配合。調試工作前三個步驟的參加人員，需要具有豐富的技術知識和工作經驗，并在與安裝人員的協作中仔細、認真地對每一件設備完成這三個步驟；而后期的測試和調試則需要經常與設計人員、供貨商、車輛維護人員、車輛司機、設備維護人員、設備使用人員等的相互配合才能完成。在調試工作中，重視與各方人員之間的溝通與協作，能有效保證調試工作的準確、全面、高效。

（3）重視調試流程和調試記錄。調試工作是一個重復性很強的、相對比較枯燥的工作，需要調試人員具有很強的責任心，對每一件設備進行所有設計功能的完整驗證和確認，并對測試過程進行詳細記錄，避免任何遺漏。調試流程設計中，還要針對分段測試的功能進行整體測試，逐步擴大設備測試的范圍，以避免分段調試或模擬調試中可能存在的盲點影響系統或子系統的整體調試工作。調試流程應根據現場環境適時調整、優化，以盡早完成CBTC各功能的完整測試。

（4）盡早開始各個步驟的調試工作。自動控制系統軌旁設備的調試工作，應隨地鐵建設中確定的樣板車站進行，以盡早發現設計與現場實施中可能存在的問題。同樣，車輛廠通常也會較早交付前幾組車，供現場各專業調試或測試使用。CBTC系統設備的各步驟調試工作也應隨之完成，為后續車輛的車載設備調試積累經驗，盡早發現可能存在的問題。

現場調試工作受工作環境限制，工作效率相對較低，遵循以上原則將有利于提高現場調試的整體效率，確保調試工作的全面、準確。

4　結語

對于直接影響地鐵列車運行安全的CBTC系統，現場調試工作是確保設計功能在設備啟用前經驗證與確認后達到設計要求和使用要求的過程，應用廣義上的調試概念做好調試工作，將有利于提高整體調試工作效率，并降低調試成本。在地鐵建設中，CBTC系統設備現場調試工作所需時間在一定范圍內是有彈性的，供貨商或集成商應遵循調試工作的重要原則，提早做好調試人員的培訓、機具設備的準備、調試計劃和調試流程的編制等工作，以在縮短調試時間的同時，全面、準確地完成列車控制系統的現場調試工作，保證地鐵列車可靠、安全運行。

［1］ 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.

［2］ 丁樹奎.城軌交通自主化CBTC技術與工程管理創新［J］.現代城市軌道交通，2011（3）：1.

［3］ 趙曉峰.無線CBTC信號系統移動授權功能分析［J］.城市軌道交通研究，2013（5）：80.

On-site Debugging of Urban Rail Transit Signal System Equipment Based on CBTC

Yan Xuexiang

Compared to the previous automatic train control system，the on-site debugging workload of CBTCsignal system equipment installed in urban rail transit vehicle is smaller，but it requires higher quality in the installation process. So，the on-site location survey，installation supervision，inspection and surveying work prior to powering the debugging has become extremely important.In this paper，a broad concept of debugging，classifying and all the related on-site work are presented to implement a normal operation of equipment in addition to equipment installation.The scope of the on-site debugging work includes 5 steps as mentioned above，so as to ensure close links between debugging and installation，reduce on-site commissioning time，and put the equipment into use as quickly as possible.

urban rail transit；CBTCsignal systems；on-site debugging

U 231.7

10.16037/j.1007-869x.2015.07.033

2013-09-09）