城市軌道交通試車線設(shè)計(jì)思路及資源共享分析

董 俊

(廈門軌道交通集團(tuán)有限公司，361004，廈門//工程師)

目前，我國城市軌道交通正進(jìn)入高速發(fā)展階段，由于征地拆遷、現(xiàn)場條件等因素的制約，部分城市軌道交通線路試車線條件相對較差，不同程度地存在諸如長度不足、不平直等情況，無法在試車線完成列車部分動(dòng)態(tài)調(diào)試工作。因此，在城市軌道交通建設(shè)過程中，各地根據(jù)城市線網(wǎng)規(guī)劃及具體實(shí)施情況，提出了不同的試車線設(shè)計(jì)和資源共享方案，并付諸實(shí)踐。本文結(jié)合國內(nèi)城市軌道交通已建及在建線路的實(shí)際情況，在信號系統(tǒng)均選用CBTC(基于通信的列車控制)系統(tǒng)、車輛均選擇B型車(6節(jié)編組)以及列車運(yùn)行時(shí)速均為80 km這一特定前提下，對試車線設(shè)計(jì)及資源共享方案進(jìn)行了分析。

1 試車線功能

試車線通常配置與正線相同的信號系統(tǒng)設(shè)備，用以完成列車在正線運(yùn)行前的動(dòng)態(tài)測試和試驗(yàn)。

1.1 車輛調(diào)試

根據(jù)城市軌道交通系統(tǒng)車輛運(yùn)營維護(hù)的要求，所有新裝車載信號設(shè)備的車輛，或經(jīng)過定修、大架修后的車輛，上線運(yùn)營前均需進(jìn)行靜態(tài)檢查和試驗(yàn)，并在試車線(特殊情況在正線指定區(qū)段)上進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)態(tài)測試和試驗(yàn)，以驗(yàn)證車輛及車載信號設(shè)備安裝是否正確、車載信號設(shè)備與車輛控制系統(tǒng)的接口性能是否符合設(shè)計(jì)要求，以及車載信號設(shè)備對車輛的控制精度是否滿足上線運(yùn)營要求等。

此外，在車輛的日常檢修過程中，對影響運(yùn)營安全的設(shè)備或部件進(jìn)行檢修后，也應(yīng)根據(jù)相應(yīng)檢修規(guī)程對其進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，從而驗(yàn)證該列車的狀態(tài)是否滿足上線運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 信號調(diào)試

信號系統(tǒng)中的車載信號子系統(tǒng)試車作業(yè)分為靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試兩個(gè)階段。

(1) 靜態(tài)調(diào)試。車載信號設(shè)備的靜態(tài)調(diào)試是在車輛段的靜調(diào)庫內(nèi)或在試車線上進(jìn)行，調(diào)試期間列車處于靜止?fàn)顟B(tài)。其主要測試內(nèi)容包括：檢查軟件版本及硬件配置，檢查車載信號至車輛接口的ATO(列車自動(dòng)運(yùn)行)輸出、車載控制單元啟動(dòng)中的故障-安全性能表現(xiàn)、車載控制單元的報(bào)警和登錄以及診斷測試等。

(2) 動(dòng)態(tài)調(diào)試。列車上正線運(yùn)行前的車載信號設(shè)備動(dòng)態(tài)調(diào)試在車輛段的試車線上進(jìn)行，調(diào)試期間列車處于運(yùn)行狀態(tài)。其主要測試內(nèi)容如下：啟動(dòng)列車及列車初始化測試、輪徑校準(zhǔn)、定位測試、車地通信測試、駕駛模式及模式轉(zhuǎn)換功能測試、緊急制動(dòng)試驗(yàn)(包括制動(dòng)距離)、列車保護(hù)距離測試、點(diǎn)式 ATP(列車自動(dòng)保護(hù))/ATO的功能試驗(yàn)、折返作業(yè)(包括ATO無人/有人自動(dòng)折返、ATP監(jiān)督下的人工駕駛折返)測試、不同運(yùn)行等級的ATP功能試驗(yàn)、ATO自動(dòng)駕駛試驗(yàn)、ATO精確停車試驗(yàn)、車門試驗(yàn)，允許開左側(cè)/右側(cè)/雙側(cè)車門、站臺(tái)門開關(guān)門試驗(yàn)(模擬試驗(yàn)條件)，以及臨時(shí)限速試驗(yàn)等。

2 對試車線的要求

從信號、車輛及其接口功能動(dòng)態(tài)調(diào)試所需的測試場景來看，試車線應(yīng)滿足以下要求：①試車線應(yīng)是平直的線路，不宜有彎道和坡道；②試車線應(yīng)能測試和驗(yàn)證車輛的牽引制動(dòng)性能及相應(yīng)技術(shù)參數(shù)，以滿足列車在各種速度下的啟動(dòng)、制動(dòng)、緊急制動(dòng)和測試精度的需求；③試車線應(yīng)能正確模擬列車的折返作業(yè)、在站作業(yè)及區(qū)間運(yùn)行等場景，且其長度應(yīng)至少能滿足模擬1個(gè)正線區(qū)間、2個(gè)車站(含站臺(tái))以及1段折返路徑的要求。

結(jié)合以上要求，針對于6節(jié)編組B型車輛、車速為80 km/h的列車，其試車線的長度一般不小于1 374 m，且線路應(yīng)平直。

3 試車線設(shè)計(jì)思路分析

目前，在我國城市軌道交通建設(shè)領(lǐng)域，滿足本文所述前提條件下的試車線設(shè)計(jì)主要存在以下3種思路：

(1) 在城市軌道交通線路條件許可的情況下，配置長度不小于1 374 m的試車線能滿足該線路車輛及車載信號系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測試的要求。

(2) 在城市軌道交通線路條件不允許的情況下，配置長度不小于1 169 m的試車線能滿足該線路車輛動(dòng)態(tài)調(diào)試，同時(shí)車載信號系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試可借助正線完成。

(3) 基于線網(wǎng)大架修資源共享，集中配置大架修資源于某條線路，并在大架修段配置滿足與其直接銜接線路的車輛動(dòng)態(tài)測試和車載信號系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測試要求的試車線。在其他與其共享大架修資源的線路配置定修段，且配置滿足定修需求的試車線，試車線長度不小于800 m。共享其他線路大架修資源的列車在大架修段試車線上完成車輛動(dòng)態(tài)測試，同時(shí)利用定修段的試車線和符合條件的正線區(qū)段完成車載信號動(dòng)態(tài)調(diào)試。

上述3種設(shè)計(jì)思路，在我國已建的城市軌道交通系統(tǒng)中均有案例。實(shí)踐表明，3種設(shè)計(jì)思路均能滿足運(yùn)營需求。

4 試車線資源共享分析

從上述試車線設(shè)計(jì)思路分析來看，前兩種設(shè)計(jì)思路基本不考慮共用試車線，車輛及信號相關(guān)測試和調(diào)試僅借助于城市軌道交通線路既有試車線及正線資源；而第三種設(shè)計(jì)思路則需考慮對條件較好的試車線資源進(jìn)行共用。為了更加切合實(shí)際，本文對上述3種試車線設(shè)計(jì)思路在特定條件和場景下進(jìn)行了分析。

4.1 條件設(shè)定

假設(shè)某城市1號線車輛段為大架修段，2號線車輛段為定修段，在3號線開通運(yùn)營初期，1、2、3號線共享1號線大架修資源；1號線車輛段配試車線1條，長度約1 400 m，線路平直，能滿足列車動(dòng)態(tài)測試和調(diào)試需求；2、3號線試車線條件較差，難以滿足高速試車需求；3條線路信號系統(tǒng)均選用CBTC系統(tǒng)，車輛均為B型車(6節(jié)偏組)，行車速度均為80 km/h。

4.2 功能需求分析

對信號系統(tǒng)車載設(shè)備的動(dòng)態(tài)調(diào)試內(nèi)容所需測試條件而言，除少數(shù)與列車運(yùn)行性能參數(shù)相關(guān)的測試項(xiàng)，如“緊急制動(dòng)試驗(yàn)(包括制動(dòng)距離)”測試項(xiàng)需在列車最高速度運(yùn)行狀態(tài)下取得相關(guān)技術(shù)參數(shù)外，其余測試項(xiàng)均不需要列車運(yùn)行至最高速的條件下就可以進(jìn)行測試。且車載信號設(shè)備的動(dòng)態(tài)調(diào)試一般是在車輛動(dòng)態(tài)調(diào)試完成且車輛的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。而車輛在試車線上的動(dòng)態(tài)調(diào)試，不需要試車線信號系統(tǒng)的支持。

因此，只要車輛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)?zāi)苷鎸?shí)準(zhǔn)確地測試出車輛的各種運(yùn)行參數(shù)，信號系統(tǒng)車載設(shè)備即使不經(jīng)過列車高速運(yùn)行，也能通過測算以及正線試驗(yàn)和驗(yàn)證獲得所需的技術(shù)參數(shù)，如車載信號設(shè)備支持下的列車緊急制動(dòng)距離參數(shù)等。

4.3 資源共享方案設(shè)計(jì)

4.3.1 信號系統(tǒng)廠家相同

如果2號線(或3號線)與1號線采用相同廠家的信號系統(tǒng)，故應(yīng)考慮共用1號線試車線資源，以滿足1號線與2號線(或3號線)列車的車輛及車載信號動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。即1號線試車線在完成本線試車需求的同時(shí)，還應(yīng)在盡量不增加硬件配置的前提下，通過在1號線試車線信號系統(tǒng)硬件中配置2號線(或3號線)試車線信號系統(tǒng)的軟件或數(shù)據(jù)等手段，來滿足2號線(或3號線)的列車在1號線完成大架修之后的車輛和車載信號動(dòng)態(tài)調(diào)試需求。同時(shí)，運(yùn)營單位也應(yīng)據(jù)此建立相應(yīng)的運(yùn)營管理規(guī)程，以避免在此情況下可能導(dǎo)致的操作混亂、管理責(zé)任劃分不清等問題。

4.3.2 信號系統(tǒng)廠家不同

在2號線(或3號線)的信號系統(tǒng)廠家與1號線不同的情況下，結(jié)合上述分析，1號線試車線能滿足2、3號線列車車輛動(dòng)態(tài)測試和調(diào)試的需求，但在1條試車線配置多套信號系統(tǒng)設(shè)備成本高昂且設(shè)計(jì)難度較大。因此，僅需在2號線(或3號線)試車線上配置與其正線信號系統(tǒng)匹配的試車線信號系統(tǒng)設(shè)備，同時(shí)利用1號線試車線資源進(jìn)行2號線(或3號線)列車在1號線完成大架修之后的車輛動(dòng)態(tài)調(diào)試。

此外，考慮到2、3號線配置的車輛段為定修段，試車線的長度應(yīng)滿足定修試車作業(yè)的需求，即試車線長度應(yīng)不小于800 m。

4.4 方案可行性分析

4.4.1 信號系統(tǒng)廠家相同

信號系統(tǒng)廠家相同時(shí)，由于其信號系統(tǒng)硬件平臺(tái)基本相同，2號線(或3號線)共用1號線試車線資源僅需在1號線的試車線信號系統(tǒng)硬件平臺(tái)上配置2號線(或3號線)試車線信號系統(tǒng)軟件或數(shù)據(jù)，并采用相同虛擬站臺(tái)設(shè)計(jì)即可。故在此基礎(chǔ)上，運(yùn)營單位可針對多線共用同一試車線信號系統(tǒng)硬件平臺(tái)(即試車線室內(nèi)外信號系統(tǒng)設(shè)備)，并在設(shè)備維護(hù)和操作人員可能相同的情況下制定相應(yīng)的管理規(guī)程，同時(shí)理清工作流程和責(zé)任界面。總而言之，該情形下的共用試車線方案實(shí)施難度不大，且資源共享程度較高。

4.4.2 信號系統(tǒng)廠家不同

根據(jù)第三種設(shè)計(jì)思路的理念，在1號線與2號線共享大架修資源(1號線與3號線共享大架修資源與此類似)的前提下，以車載信號系統(tǒng)緊急制動(dòng)距離參數(shù)測試為例，大架修后的2號線列車完成車載信號系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試的過程如下：

(1) 利用1號線試車線完成2號線列車車輛動(dòng)態(tài)測試，測試出2號線列車在不同速度(速度范圍為20～80 km/h)下的列車緊急制動(dòng)距離，并由此推算出2號線車輛的制動(dòng)率；評估其與車輛在新車驗(yàn)收時(shí)的數(shù)據(jù)是否吻合，不吻合則作進(jìn)一步調(diào)整。

(2) 完成車輛動(dòng)態(tài)調(diào)試后，該列車到達(dá)2號線試車線。在2號線信號系統(tǒng)的支持下，測試列車在不同速度等級(列車速度由20 km/h至試車線能支持的最大速度)下的列車緊急制動(dòng)距離。結(jié)合相應(yīng)速度級別下車輛動(dòng)態(tài)測試數(shù)據(jù)，得到2號線列車在其信號系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間t內(nèi)的走行距離，進(jìn)而測算出t值；將t值與其設(shè)計(jì)初始值比較，不吻合則作進(jìn)一步調(diào)整。

(3) 測算列車在最高速度下、t內(nèi)的走行距離，加上車輛動(dòng)態(tài)調(diào)試過程中測得的最高速度下的緊急制動(dòng)距離，即可獲得信號系統(tǒng)控制下的列車在最高速度運(yùn)行狀態(tài)下的緊急制動(dòng)距離。

(4) 將該列車運(yùn)行至2號線正線平直的線路區(qū)段，以最高速度運(yùn)行后緊急制動(dòng)，測量緊急制動(dòng)距離，并與測算結(jié)果進(jìn)行比對，如吻合，即獲得了2號線信號系統(tǒng)緊急制動(dòng)距離參數(shù)。

由上可知，1、2、3號線通過共享大架修資源，在1號線完成了各線車輛動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的前提下，利用本線試車線、輔以正線來完成車載信號動(dòng)態(tài)調(diào)試方案是可行的。

5 結(jié)語

綜上所述，在城市軌道交通線路試車線條件較差、且與其他線路共享大架修資源時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況有選擇性地采用本文所述方式進(jìn)行試車線設(shè)計(jì)，以達(dá)到試車線資源共享的目的。