淺談地鐵列車廠修中的技術改造與探索

于昳琳

（大連地鐵運營有限公司，遼寧 大連 116000）

地鐵列車的廠修也稱“大修”，是列車預防性定期檢修中的最高級別修程，根據《地鐵設計規范（GB50157-2013）》等標準的相關規定，列車廠修的開展時機取決于列車運用時間及行駛里程兩項指標：按標準要求，列車運用時間超過10年或行駛里程超過120萬公里（國家交通運輸部于2019年頒布的《城市軌道交通設施設備運行維護管理辦法》將此指標擴展到了160萬公里）就需進行廠修。

作為列車最高級別的修程，在廠修過程中，要對列車及其所有子系統進行徹底拆解、維修，并依據前期運維情況，提前更換老化的部件，以達到恢復列車性能的目標。同時，在10年的列車運維過程中，隨著科學技術的不斷進步，很多新材料、新技術被應用在列車上，使列車整體性能得到提升。而10年前的設備和技術也在不斷的被淘汰、被替換，使得原有列車系統的可用性、可靠性、可維護性和安全性無法跟上運營單位對列車的需求。因此，很多城市的地鐵運營單位都選擇借助廠修這個深度維修的過程，對現有列車進行技術改造或升級，提升列車性能，使其可以更好的滿足現場運用的需求。

1 大連地鐵3號線列車子系統及其運維情況簡介

作為大連市首條現代城市軌道交通線路，大連地鐵3號線于2003年開始運營，線路南起大連火車站，北至金石灘，總長度49.15km（見圖1）。

圖1 大連地鐵3號線線路示意圖

線路運營初期（2003～2008年）配車20列，均為4編組B2型地鐵列車，2M2T編組形式，設計時速100km/h。列車子系統的設計主要基于當時較為先進的技術平臺，具體情況如表1所示：

表1 大連地鐵3號線部分列車子系統及供應商

在線路運營初期，各系統運行狀況都比較穩定，但伴隨著運用時間和運用里程的不斷增多，各系統在運維方面的問題逐漸暴露出來，其中最主要有以下幾個方面：

（1）系統故障率逐年增高，供應商的售后服務和后續的業務配合表現不佳。

（2）供應商由于轉型或產品升級，不能再提供系統維護所需備件。

（3）原系統技術已經無法滿足線路運營需求或國家相關部門對運營線路的基本要求。

此外，隨著近些年各種智能運維技術的不斷發展，列車對弓網、走行系統的狀態監控和掌握也是保證地鐵線路安全運營的有效手段，而這些關鍵系統在原列車設計時并未被考慮。

2013～2019 年大連地鐵3號線列車陸續進入廠修期，此次廠修對列車各系統都進行了深度維修，同時為了解決列車在前期運維中存在的問題，提升廠修后列車的性能，大連地鐵運營單位與大連機車車輛有限公司合作，在廠修過程中，對列車進行了一系列的技術改造。

2 改造項目

此次列車廠修過程中的改造及技術探索項目涉及到TMS、PIS、受電弓、車門、走行等多個系統，下面簡單介紹幾個重要的改造項目。

2.1 TMS系統改造

3號線列車原TMS系統是日本東芝公司產品，系統以HDLC的通信協議構建列車監控網絡（具體網絡架構圖如圖2所示），可以與牽引、制動、輔助電源等少數幾個關鍵子系統實現通信，從而達到監控系統運行狀態的目標。

圖2 原TMS系統網絡架構圖

但受限于當時的技術水平，這套系統的數據采集、傳輸和存儲能力非常有限，以故障存儲能力來說，這套系統僅能存儲3天的運行信息和120條故障信息，這個數量遠遠無法滿足現有運營的需求。此外，由于這套系統是東芝公司十幾年前的產品，目前該公司已對產品進行升級，無法提供系統維修所需部件，這給列車的運維帶來了很大困難，因此大連地鐵的運營單位在廠修過程中，對TMS系統進行全面的改造，以一套全新TMS系統替代原有系統。新系統在保留原系統所有功能的基礎上，提高了監控網絡的通信速率，增加了對車輛運行及故障狀態的記錄和存儲能力，并更新完善了人機界面，具體情況如下：

（1）新系統網絡架構為列車+車輛的雙層架構（具體架構如圖3所示），采用MVB通信協議進行數據傳輸，可實現1.5Mbit/s的傳輸能力（而原系統采用的HDLC協議的數據傳輸能力僅為9.6Kbit/s）

圖3 新TMS系統網絡架構圖

（2）新系統具有2G的存儲空間，可以列車1個月運行數據以及半年以上的故障數據，數據記錄存儲能力是原系統的10倍。

（3）此外新系統的人機界面更加完善，可以使駕駛員詳細的掌握列車的運行狀態。

總而言之，更新后的TMS系統性能得到了全面提升，可以更好地為列車運行提供支持。

2.2 PIS系統改造

PIS系統是列車與乘客之間的溝通門戶，也是列車各子系統中升級換代速度最快的系統（這主要是因為隨著通信、網絡、多媒體等技術的不斷發展，PIS系統能夠實現的功能不斷增加，進而導致各運營單位對PIS系統的要求也越來越高），目前主流的列車PIS系統具備PA、CCTV以及多媒體等三大功能模塊，而3號線原PIS系統是溫州蘭普公司在15年前生產的，這套PIS系統僅有PA一個功能模塊，且生產商已于數年前轉型，不再生產該系統設備，導致運營單位無法采購部件，也無法維修損壞部件，僅能勉強靠現有的庫存備件，維持運維。此外，由于原廠商沒有提供報站語音及LED信息顯示屏文字的更新軟件，造成系統的報站語音及LED屏顯示的信息無法根據運營需要及時得到更改。

為了走出困境，提升列車的運營服務水平，大連地鐵運營重新選擇了PIS系統供應商，要求其安裝運營需求重新開發一套PIS系統，并借助廠修的機會，將新設備安裝到列車上，替代原有系統（新老系統對比圖如圖3所示）。

新的列車PIS系統主要由控制機柜、廣播控制盒、LED顯示屏、動態地圖、揚聲器、乘客緊急報警器、網絡攝像機、司機室監控觸摸屏、LCD顯示器以及硬盤錄像機等設備構成（具體設備配置見表2），主要可以實現列車的廣播報站功能（包括全自動、半自動、人工廣播、緊急廣播及OCC廣播等），對講功能（包括司機室對講機及客室緊急對講）、信息顯示功能（包括終點站顯示、貫通道信息顯示及動態地圖顯示），多媒體播放功能，CCTV監控攝像、存儲及回放功能。

表2 新PIS系統的設備配置清單

與原系統相比，新系統不僅增加了多媒體視頻播放及CCTV監控等兩大功能模塊，還提供了報站語音庫及LED屏信息編輯及改寫軟件，使運營方能夠按照自己的需求及時對報站信息進行更新。

3 廠修改造后的效果

除了上述兩個系統以外，大連地鐵還借助廠修的契機，對列車進行了一系列改造，包括：對列車的牽引系統和制動系統進行的國產化改造嘗試，對受電弓進行了更新改造(新系統具有ADD自動降弓保護的新功能），嘗試使用變頻空調替代定頻空調，嘗試加裝走行部監控系統以及細水霧滅控火系統等。廠修后的列車，經過上述改造，系統性能得到了進一步提升，加之廠修對列車各系統的全面維修，使車輛在廠修后的運用中的表現更加優良。改造后系統增加的各項功能，提升了列車在運維中的可用性、可維護性及安全性：

（1）通過對PIS系統的改造，使列車的報站語音調整成為可能，根據運營需要，目前大連地鐵采用了中、英、日、韓、俄五國語言的報站形式，成為國內首個五語報站的城市。

（2）ADD自動降弓保護功能可以保證列車在受電弓發生異常時，自動降下，從而有效的減少對接觸網的損傷，降低事故影響和損失。

（3）通過走行在線監測系統和細水霧滅控火系統的試裝，提升了列車在運行中的安全性，降低運營風險，并可做到對關鍵項目的提前預警。

4 結語

目前，國內很多城市地鐵車輛陸續進入廠修期，利用廠修過程對車輛及其子系統進行適當的改造，完善或提升系統性能，將會對車輛廠修后的運營和維護管理提供巨大的幫助，同時也更加有利于車輛在下一個廠修周期的安全運營。