地鐵信號系統改造相關技術方案淺述

馮曉剛

通號城市軌道交通技術有限公司 北京 100070

1 引言

截至2018年底，中國已開通地鐵的城市有39個，運營里程達5376.89km。國內軌道交通建設自2010年便進入投產高峰，按照信號系統20年大修，提前4-5年做改造準備來考慮，未來幾年內國內軌道交通將進入信號系統既有線改造高峰期。既有線改造的關鍵是改造同時既不影響舊線路的正常運營，又可順利完成新舊線路的安全倒切。

2 改造技術特點及原則

現階段國內地鐵線路面臨改造的基本上都是2000年后建成運營的線路，這個階段的地鐵信號系統主要有兩個特點，①以國外系統為主：由于國產信號系統起步較晚，此階段的地鐵信號系統大都采用國外進口設備，其中又以歐標系統為主，如果進行國產系統改造，很多設備可能由于接口標準不同而無法兼容；②信號系統制式存在較大差異：由于最近十年是地鐵建設的高峰期，地鐵的技術發展也日新月異，需要改造的線路可能與當下主流技術相差很多代，以前預留的改造條件可能無法滿足現在的需求。

地鐵信號系統改造方案設計的原則主要有兩點：①避免對既有線路的運營產生影響：為保證城市公共交通正常運行，既有線改造僅能在地鐵停運后的幾個小時內進行，且不能對第二天運營造成影響；②盡量降低改造成本：需要將信號系統改造范圍限定在本系統可控范圍內，避免對外部接入條件如供電電源、設備房間等條件的調整，且既有信號設備盡量利舊。

3 改造技術方案

本文對既有線路改造方案的探討主要涉及到以下3個內容：銜接站的拆分改造、軌旁信號設備改造及數據通信系統（DCS）的改造。

3.1 銜接站拆分改造方案

部分早期建設運營的線路會存在“Y”字型線路，且“Y”字型線路的另外分支（支線）今后還會存在延伸段，并與既有支線貫通運營成為一條新線。如下圖1所示車站上下兩條線路與中間兩條線路需拆解為獨立運營的兩條線路，拆解前信號系統為符合歐洲標準的國外系統，拆解后中間線路采用基于互聯互通的國產CBTC信號系統。

圖1 拆分車站示意圖

圖1 所示車站既為既有主線經過的設備集中站又為改造支線的終端折返站，為避免支線改造對主線正線產生影響，需將該站的聯鎖控制區進行拆分，拆分為主線控制區（由原聯鎖設備控制）和支線控制區（由新設的聯鎖設備控制），拆解后聯鎖區邊界劃分在道岔P2006/P2008以及P2005/P2007渡線之上。

在既有線IBP盤增設轉換按鈕，車站值班人員可通過操作該按鈕及二次確認的方式實現轉線作業。

具體拆分改造方案如下所示：

1)將轉換按鈕的閉合節點串入聯絡線P2006/P2008及P2005/P2007道岔控制電路中，轉換按鈕常態未按下時，轉換按鈕接點接通道岔P2006/P2008及P2005/P2007的定位，在需進行轉線作業時，主線值班員向支線值班員申請，支線值班人員確認轉線條件滿足時按下轉換按鈕，此時轉換按鈕接點接通道岔反位操縱回路，主線在獲得支線同意后，可單操P2006/P2008或P2005/P2007道岔至反位或辦理經聯絡線側向的進路進行轉線作業。

2)圖1中S2010和S2011為支線至正線轉線的始端信號機，該信號機在轉線時歸屬主線控制，其他時間歸屬支線控制，通過轉換按鈕進行切換。如圖1所示，平時S2010和S2011歸屬支線新增聯鎖控制，轉換按鈕未按下，信號機控制電路接通支線聯鎖系統；當進行轉線作業時，支線按下轉換按鈕，轉換按鈕接點接入既有主線聯鎖控制。但需注意，在支線聯鎖控制信號機時，為不影響主線聯鎖信號顯示，需將該信號機的DJ狀態復示給既有主線聯鎖，即兩線聯鎖需同時采集DJ狀態。

3.2 軌旁信號設備改造方案

由于目前國外系統與國產系統無法實現互聯互通，故新系統相關的ATS、CI、軌旁ATP等設備均需新增，但室外通用設備如信號機、轉轍機、計軸、站臺緊急停車按鈕、站臺門等可通過設置倒切開關的方式實現共用。由于新舊線使用兩套不同聯鎖設備，所以共用設備的倒切應在分線柜與組合柜之間進行。

結合作者在北京地鐵8號線的改造經驗，國產應答器也符合歐洲標準相關要求，雙方報文可相互讀取，但由于報文格式不同，雙方車載信號系統均不會處理對方的應答器報文，因此兩套應答器設備不會對新舊線列車的報文接收產生干擾，新線應答器可按國內互聯互通設計要求重新布置有源應答器和無源應答器。新舊系統站臺區應答器布置位置可能與既有線存在沖突，如新系統站臺區精確停車應答器無法滿足安裝要求，可在改造過程中先在站臺端部僅設置1個精確停車應答器，用于調試ATP的停準功能，待既有應答器拆除后再補充布置另一個精確定位應答器，用于調試ATO功能。

3.3 DCS設備改造方案

DCS子系統有線網絡采用基于802.3標準的骨干網絡協議，其網絡擴展非常容易，在改造過程中可利用既有網絡交換設備及備用芯線組網，也可單獨增設網絡交換設備利用備用芯線組網，在新系統開通后，既有系統使用的光纖可作為新系統的備用芯線，但考慮到既有光纖備用芯線存在不可用情況，一般建議有線網組網的光纜單獨敷設。

無線網絡在目前國內新建項目中基本上均采用LTE方案，與既有線采用的WLAN方案頻段相互獨立，互不影響。

4 小結

改造工程不得影響既有線路的正常運營，且改造作業時間短，作業空間受限，在方案設計過程中需要充分考慮既有設備、既有站房、既有接入條件的局限性。隨著國產化率及互聯互通技術的普及，國產互聯互通系統改造國外系統的需求會越來越多，本文的技術方案依托的互聯互通CBTC技術也將具備一定的普適性。