城市軌道交通延伸線信號工程設計探討

劉秋生

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城市軌道交通延伸線信號工程設計探討

劉秋生

摘 要：根據深圳地鐵2、3、5、6號線延伸線工程的信號設計經驗，對延伸線信號工程設計的貫通運營、共用控制中心、系統設備選型的兼容性、與既有線不停運銜接開通的特點進行了簡要介紹。并對延伸線信號系統擴容方案、系統設備制式、集中站與區域控制器的設置原則、折返能力、國產化方案、調試方案進行了分析，這些是延伸線信號工程設計中需要關注的問題。

關鍵詞：地鐵；延伸線；信號工程；信號設計

劉秋生：深圳市市政設計研究院軌道交通院，工程師，廣東深圳518026

隨著國家發改委近期批復的深圳地鐵第三期建設規劃（2011-2020年）調整方案，深圳市的城市軌道交通建設速度進一步加快。這次審批的規劃項目線路總長85.1 km，除10號線外，均為在建線路或既有運營線路的延伸線路。其中2號線三期、3號線三期、4號線三期、5號線二期為運營線路的延伸線路，6號線二期、9號線二期為在建線路的延長線，這次批復的項目延伸線共計55.2 km。

根據深圳地鐵部分延伸線的信號設計經驗，本文分析和探討延伸線信號工程設計特點和設計要點。

1　延長線信號工程特點

（1）貫通運營。延伸線與既有線貫通運營要求其行車組織模式、司機駕駛模式、信號顯示方式、降級功能模式必須與既有線保持一致。

（2）共用控制中心。延伸線一般利用既有線控制中心，對不滿足延伸線要求的控制中心的列車自動監控系統 （ATS） 進行擴容改造，共用既有線的控制中心。

（3）系統設備選型的兼容性。目前國內主流的地鐵信號系統均采用移動閉塞 CBTC 信號系統，其主要的信號系統供應商有卡斯柯（阿爾斯通）、泰雷茲、龐巴迪、西門子。其信號系統的架構原理及實現方式均存在差異，無法實現互聯互通。因此，對于延伸線信號系統制式的選擇比較單一，主要對既有線 ATS 進行擴容，延伸線車站采用原系統集成商的信號系統設備，其系統制式及結構、功能均與既有線保持一致。

（4）與既有線不停運銜接開通。延伸線部分的設備安裝、單體設備調試、系統集成調試、系統功能確認測試實施完成后，需要將延伸線信號設備納入既有線ATS進行貫通調試。為滿足既有線白天正常的運營需求，此項工作只能利用夜間非運營時間進行。貫通調試完成后，利用非運營時間進行倒接，與既有線實現不停運銜接開通。

2　延長線信號工程設計要點

根據延伸線信號系統的設計特點，其工程設計中需要注意的設計要點有以下幾個方面。

2.1擴容方案

對于延伸線信號系統，因其貫通運營與共用控制中心的特點。一般是對既有信號系統 ATS 擴容，將延伸線納入既有信號系統統一監控。在對延伸線控制中心擴容設計時，一般有更新擴容和改造擴容2種方案可選。

（1）方案1：信號系統控制中心改造擴容。在既有線控制中心，利用既有 ATS 信號系統設備擴容，視需要增加必要的硬件設備。并對 ATS 軟件進行擴容升級。延伸線與既有線貫通運營時 ATS 接管全線的監控。

（2）方案2：信號系統控制中心更新改造。在既有線控制中心重新搭建1套 ATS 信號控制中心設備，新設置服務器、工作站及網絡通信設備，并對既有線 ATS 軟件進行擴容升級，延伸線與既有線貫通運營時 ATS 接管全線的監控。

上述2個方案的比選見表1。

表1　控制中心信號系統擴容方案對比

方案1，改造擴容一般適用于既有線路開通不久，近期無大修計劃或線路延伸較短的工程。對于采取改造擴容方案的 ATS 擴容需要對既有 ATS 信號系統的容量進行調研，結合既有信號系統合同文件和《地鐵設計規范》要求核實系統容量。對于既有系統能滿足延伸線容量要求的線路，其中心 ATS 改造擴容相對簡易，利用既有信號系統預留的容量，對各子系統根據工程范圍內的軌旁條件，進行應用數據的軟件升級改造工作。

方案2，更新擴容適用于延伸線運營時既有系統已經達到大修計劃或延伸線路較長的信號系統。對于采取更新擴容方案的 ATS 系統，需要跟原信號集成商交流，確定更新擴容方案。同時要對既有中央 ATS 系統更新擴容方案的設備安裝位置、電源、線纜敷設等工程條件進行落實。

2.2系統制式

根據行車組織要求，延伸線建成后與既有線貫通運營，因此，延伸線信號系統設備制式的選擇必須保證能與既有線信號系統實現互聯互通，有以下2種方案。

（1）延伸線信號系統設備標準與既有線保持一致。延伸線信號系統設備選擇既有線信號系統供貨商的設備，接入既有線系統，組成完整統一的列車自動控制（ATC）系統，滿足貫通運營需求。

（2）延伸線信號系統設備標準與既有線不一致。延伸線信號系統設備選擇其他集成商的設備，接入既有線信號系統統一監控，組成新的 ATC 系統，滿足貫通運營需求。

信號系統設備制式比選見表2。從互聯互通的技術、工程實施、運營維護的角度分析，延伸線選擇既有線信號系統集成商的信號系統設備，延伸線納入既有線信號系統，組成結構、功能、降級功能模式相同，完整、統一的 ATC 系統的工程方案更可行。

表2　延伸線信號系統設備制式比選

2.3設備集中站及區域控制器的設置

延伸線設備集中站的設置應便于線路延伸后的安裝與調試，設備集中站控制距離宜3～5 km，設備集中站宜設置于延伸線路末端的折返站、車輛基地的銜接站。具體應根據信號系統特點、延伸線路的長度、車站數量及控制距離來確定。為了便于延伸線路的系統安裝與調試，延伸線一般單獨設置區域控制器，其位置宜設置在折返站或與車輛基地銜接的車站，其控制范圍內遠期管理的列車數不宜超過區域控制器的能力。

2.4折返能力分析

根據新的行車組織輸入條件和系統能力要求，以及既有線的實際運行能力，信號專業需要重點核算線路延伸后的系統能力，特別是延伸線折返站的折返能力。對既有線折返站達不到設計折返能力的情況，需要在延伸線的設計中綜合多專業優化設計，避免線路延伸后仍然達不到設計能力。

延伸后全線系統能力待優化和提高的線路，可以提前與信號集成商研究方案，通過優化既有信號系統的參數或者系統改造來提升系統能力，并落實到延伸線招標中，待延伸線擴容改造時一并實施。

2.5國產化方案

首先，需要調研既有線信號系統的國產化方案及國產化率。其次，依據當前國家發改委的國產化政策及城市軌道交通協會信號招標的國產化要求，結合既有線信號系統集成商信號設備的國產化最新進展，分析本工程的國產化方案。隨著國內城市軌道交通信號技術的不斷進步，部分國內信號集成商通過多年的工程實踐，在與國外信號系統集成商的合作中，不斷地吸收、消化國外技術，國產化率在不斷提高，甚至有全國產化并能與國外廠商的信號系統互通互換的產品。

因此，延伸線信號系統國產化方案需在滿足當前相關國產化要求的前提下，根據集成商的最新國產化進展落實國產化方案。

2.6調試方案

延伸線信號設計需要根據延伸線路的長度及擴容改造方案，選擇合適的調試方案。延伸線信號系統的安裝與調試應該遵循與既有線不停運銜接開通的原則。

一般的延伸線調試方案分4個步驟：延伸線調試，邊界區域調試，貫通調試，倒接。

2.6.1延伸線調試

延伸線調試一般可以利用白天進行，不影響既有線運營。

（1）在延伸線設備集中站，搭建臨時調試控制中心，并指定列車用于延伸線調試。

（2）單體設備調試。主要對延伸線各子系統及設備進行調試，包括：計軸調試，聯鎖調試，軌旁 ATC靜態調試，數據通信子系統（DCS）靜態調試，ATS 靜態調試，軌旁電子單元（LEU）靜態調試，信標編程測試等。

（3）系統集成調試。主要對延伸線各子系統及設備的集成調試，包括：聯鎖與軌旁設備、區域控制器、LEU、ATS 的一致性測試；ATS 與區域控制器、線路控制器的一致性測試；無線覆蓋、軌旁數據校核、軌旁低速動態測試、車載設備與屏蔽門（PSD）測試、列車自動運行（ATO）精調及維護監測子系統（MSS）一致性測試；PSD、緊急停車按鈕（ESP）測試等。

（4）系統功能確認測試。主要對延伸線 ATC、計算機聯鎖（CBI）、ATS、MSS 等子系統功能驗收測試。

2.6.2邊界區域調試

邊界區域調試是在既有線和延伸線設備集中站之間調試。由于牽涉到既有線ATS數據及聯鎖站數據更新，因此，需要在非運營時間完成。在調試前需要完成下列工作。

（1）在既有線設備集中站接通與延伸線的通信網絡，對聯鎖數據進行更換，并接入改造的計軸器及信號機。

（2）對中央ATS的數據進行更新。

邊界區域調試的步驟及內容與延伸線調試步驟內容一致。

2.6.3貫通調試

在完成邊界區域調試后，利用夜間非運營期間進行貫通調試。

（1）控制中心服務器倒接，運營控制中心（OCC）數據更換，工作站軟件更換。更新列車數據，用于全線調試。

（2）接駁站的準備工作與邊界區域調試一致。貫通調試的步驟及內容與延伸線調試步驟內容一致，主要對貫通后全線信號系統及性能進行測試。

2.6.4倒接

在完成全線貫通調試后，利用夜間非運營期間進行倒接。其準備工作與貫通調試一致。倒接是在所有的調試完成后，系統進入試運營新階段。

3　結束語

本文針對城市軌道交通延伸線信號系統的設計特點和主要設計要點進行了分析和探討，重點介紹了延伸線信號工程設計中需要注意的擴容方案、系統制式、調試方案。希望能對其他城市軌道交通延伸線工程信號系統設計有一定參考價值。

參考文獻

［1］ GB50157-2013城市軌道交通設計規范［S］.2013.

［2］ 深圳地鐵2、3、5號線延伸線信號工程可行性設計文件［G］. 廣東深圳，2014.

［3］ 深圳地鐵2、3、5號線延伸線信號初步設計文件［G］.廣東深圳，2015.

責任編輯 冒一平

Discussion on Signaling Engineering Design for Transit Extension Line

Liu Qiusheng

Abstract:Based on the signaling design experience of Shenzhen metro extension line, the paper introduces the characteristics of extension line signaling design including through traffic operation, shared control center, system equipment compatibility, and connection with existing lines without traffic interruption. And the extension line signaling design needs to pay attention problems such as signaling system capacity improvement scheme, system equipment compatibility, setting principles for centralized station and regional controller, turnaround capability, localization solution, testing and commissioning scheme, which are also analyzed.

Keywords:metro, extension line, signaling engineering, signaling design

中圖分類號：U284

收稿日期2015-12-04