八通線信號系統改造工程設計關鍵點分析

白艷琴

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

北京地鐵八通線是北京地鐵路網規劃中1號線的東段，路網如圖1所示。全線既有段長18.964 km，共設13座車站（其中高架車站9座、地面車站4座）。八通線南延工程從既有運營的八通線向南延伸至通州區規劃環球影城，南延線工程線路全長約4.47 km，新設地下站2座（施園站和環球影城站）。

全線設置1座車輛段、1條試車線（車輛段內）、1座控制中心（小營）、1座備用控制中心（京通大廈）、1座維修中心（京通大廈）、1座培訓中心（車輛段綜合樓）。配屬列車為37列6輛編組（其中既有列車30列，南延工程新采購7列），均為B型車。全線各站均設置站臺門，供電制式采用DC 750 V接觸軌。

1 方案:系統改造+新建銜接+貫通預留設計

八通線信號系統改造工程將既有速度臺階固定閉塞制式的信號系統改造為基于無線通信的移動閉塞制式的信號系統（CBTC）。本工程在完成系統改造的同時，實現與南延新建線路的銜接，南延兩站設置新的信號系統；并在與1號線的換乘車站（四惠、四惠東）實現與1號線的貫通預留設計。

1.1 系統改造方案

信號全系統改造工程在北京地鐵1、2號線均有成熟的改造經驗，本文只對改造方案進行簡要概述。八通線信號系統改造方案為新建1套完全獨立于既有系統的新信號系統——CBTC系統。信號系統改造實施方案須保證既有信號系統不停運、不降低運輸能力和安全等級；過渡實施方案須保證在過渡過程中，新、舊軌旁設備，車載設備能相對獨立運行，確保過渡過程中的統一行車指揮；過渡倒接時，新、舊系統實現“無縫切換”，包括軌旁設備、控制中心設備、車輛段設備和車載設備。

圖1 北京地鐵八通線路網圖Fig.1 Overview of Batong Line of Beijing Subway

1.2 南延銜接

本工程線路南延，在終端土橋站進行線路改撥線，線路結構變化如圖2、3所示。撥線后，既有信號系統在終端折返站、車輛段將無法正常運營。設計方案首要考慮最大程度的保證運營，須統籌考慮既有信號系統改造風險和改造成本；推薦采用在不改動既有信號系統的設計原則下，實現線路改撥線工程的實施與新建信號系統的開通運營相匹配。

信號系統改造實施采用非撥線區域提前具備開通運營條件；線路撥線實施期間，撥線區域集中施工調試；改造工程一次性開通運營的方案如圖4所示，保證了既有線非撥線區域各站的小交路正常運營。

圖3 延伸后新的線路結構Fig.3 Structure of the extended lines

圖4 撥線實施期間小交路正常運營Fig.4 Normal operation of small routing during implementation of extending line

1.3 貫通預留設計

八通線在四惠、四惠東站與1號線可實現換乘，站場圖如圖5所示。北京地鐵1號線信號系統改造工程于2015年底開通運營，隨著兩線貫通工程（通過新增八組道岔線路貫通）的推進，八通線信號系統改造工程在設計、實施過程中須考慮兩線的兼容性，并為貫通工程預留好切實可行的銜接接口。八通線信號系統改造工程建設時，系統的監控能力及系統容量按貫通全線總能力設計，并預留擴展余地。

為便于全線統一行車指揮，貫通工程推薦采用兩線信號系統進行完全整合，即：兩條線控制中心整合成1套；兩條線換乘車站（四惠、四惠東站）的信號系統設備（包括聯鎖設備、車站ATS、ATP/ATO、DCS、MSS以及電源等設備）分別整合成1套，合并集中站；兩條線車載設備分別進行軟件升級的方案。

圖5 四惠、四惠東站站場圖Fig.5 Layout of Sihui and Sihui East Stations

貫通的關鍵難點在于聯鎖子系統的整合。八通線四惠、四惠東兩站新信號系統通過與1號線進行機房整合設計，在充分利用1號線既有組合等設備的基礎上，對八通線聯鎖子系統考慮預留接入條件進行方案設計。該方案在聯鎖接口架處進行信息倒接，具體實現原理如圖6所示。

圖6 八通線信號聯鎖子系統貫通預留方案Fig.6 Reservation scheme of signal interlocking subsystem for Batong line

2 關鍵電路轉轍機控制電路

本工程土橋站和環球影城站分別新建9號曲尖軌和12號曲尖軌道岔，道岔控制電路采用ZDJ9雙機牽引道岔控制電路。結合以往運營經驗，五線制ZDJ9雙機牽引道岔控制電路中的2DQJ在轉極過程中有拉弧、燒焦現象。

根據有極加強接點繼電器的電壽命，接通為1×105次，斷開為1×103次，通過電流7.5 A。正線折返道岔使用頻率高，容易達到壽命期。根據道岔控制電路繼電器的動作時序，1DQJF先吸起，在2DQJ繼電器還未轉極時，表示線將三相電短暫接通，2DQJ的111/121接點在帶電的情況下轉極，導致拉弧。

本工程結合業主需求，將終端兩站的五線制控制電路改為八線制控制電路，即：將控制電路與表示電路分開設計。

電路實現原理如圖7所示。

3 改造降效、設備定制

改造工程須保證既有線路的正常運營，工程的實施一般只能在夜間停運后進行，并對既有在線運營設備做好防護。待新信號系統開通后，需要對既有信號系統室內、外設備及線纜進行拆除，拆除過程中不得影響新建系統設備的正常運營。根據京建發[2015]245號文，改造工程人工降效增加費按照人工費的65%計列。

改造工程的現場實施條件復雜。機房/列車司機室的新、舊設備機柜均需要擺放于同一機房/司機室內；新系統設備的走線方式須避免與既有設備的走線方式沖突；軌旁設備的安裝位置須避免新、舊相互遮擋；無安裝空間的轉轍機等須設計道岔控制倒接電路等。

信號機柜等產品圖紙設計完，須再進行現場測量，根據具體車站、不同批次列車的實際情況，制定適合于各站/列車的定制產品，方可工廠投產。

4 工程協調的重要性

4.1 專業配套全面

信號系統是軌道交通中涉及安全的設備系統，其接口專業較多。信號系統改造將引起與其接口的相關專業進行配套改造。本工程涉及配套改造專業包括：車輛、線路、低壓供電、牽引供電、機電、通信、機房建筑等。

圖7 ZDJ9八線制道岔控制電路Fig.7 ZDJ9 eight-wire switch control circuits

4.2 輸入資料的準確性，必要時進行勘察、復測

改造工程的基礎資料一般為檔案竣工資料，并結合現場調查、及其他調研資料。由于線路運營十多年后，線路可能會有所沉降、部分設備專業會有局部改造，或使用功能變化等的調整。如基礎資料不足以支撐設計時，需要進行勘察及復測工作，以保證輸入基礎資料的準確性。本工程在實施過程中進行了機房結構承載的勘測，對不滿足同時承載兩套設備機柜的機房進行結構加固設計；對全線線路的平、縱斷面等基礎線路參數進行復測，對線路限速、岔尖、警沖標等基礎數據進行多次現場測量調查。

4.3 各專業實施節點匹配

信號系統改造工程以信號系統改造需求為導向，配套各專業改造進度節點根據信號系統實施進度實現配套改造（其中為實現2 min運行間隔引起的牽引供電系統的改造一般單獨立項）。信號系統實施期間主要節點進展及各專業配套實施節點主要流程如圖8所示。

圖8 各專業實施節點流程圖Fig.8 Flow chart of project implementation

5 結束語

信號系統改造工程在經歷傳統改造方式的基礎上不斷總結經驗。結合目前互聯互通、全自動運行(FAO)等新技術的應用，改造工程也在不斷創新。不同的線路信號系統改造的需求不同，在解決改造實際需求問題的基礎上，設計方案將新技術不斷引入系統更新改造中，將更好地服務于城市發展。