城市軌道交通 UTO 機電系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)方案與實踐

傅康平，田 俊，李江莉

（上海申通軌道交通研究咨詢有限公司，上海 200070）

1 研究背景

目前，國內(nèi)越來越多城市軌道交通開始應(yīng)用全自動無人駕駛（UTO）技術(shù)，伴隨UTO 技術(shù)不斷發(fā)展與完善，機電系統(tǒng)之間接口功能、聯(lián)動關(guān)系也越來越復(fù)雜，對機電系統(tǒng)的可靠性、安全性要求越來越高。2020 年以來，國內(nèi)第一批全自動運行線路進入建設(shè)后期，UTO 機電系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)（以下簡稱“綜合聯(lián)調(diào)”）也成為近期的研究熱點。

綜合聯(lián)調(diào)相較于常規(guī)有人駕駛線路綜合聯(lián)調(diào)側(cè)重點不同，主要區(qū)別如下。

（1）UTO 相關(guān)功能的綜合聯(lián)調(diào)項目是以運營需求為導(dǎo)向，以運營場景分解功能作為主要輸入條件。

（2）UTO 機電各系統(tǒng)間要互相配合完成的各種復(fù)雜功能更多，各個系統(tǒng)之間信息交換量更大，系統(tǒng)之間接口要求更加復(fù)雜和嚴格，因此各專業(yè)系統(tǒng)間聯(lián)調(diào)項目多，涉及的設(shè)備和點位數(shù)量龐大，且調(diào)試程序復(fù)雜，調(diào)試時間更長。

（3）UTO 運行線路綜合聯(lián)調(diào)不僅要完成常規(guī)線路綜合聯(lián)調(diào)側(cè)重的以設(shè)計文件為依據(jù)的功能驗證，還需在此基礎(chǔ)上結(jié)合運營需求開展UTO 運營場景驗證工作。

（4）UTO 運行線路需要開展連續(xù)性測試、壓力測試，進行自上而下的頂層驗證，以此進一步檢驗機電系統(tǒng)全壽命周期的高安全性、可靠性、可用性和可維護性。

以上海市軌道交通為例，綜合聯(lián)調(diào)標準化發(fā)展過程是：2014 年制定企業(yè)標準Q/SD-JGZ-G-TS-2501-2018 《上海軌道交通建設(shè)機電系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試管理規(guī)定》，2018 年進一步更新標準內(nèi)容，從技術(shù)和管理2 個方面強化過程管控和專業(yè)統(tǒng)籌，有序深化機電系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作，綜合驗證工程施工質(zhì)量是否符合驗收標準，驗證系統(tǒng)功能滿足設(shè)計要求，完善運營需求，從而有效提高地鐵建設(shè)水平。

上海市軌道交通10 號線一期機電系統(tǒng)建設(shè)期主要以新加坡東北線為藍本，各相關(guān)系統(tǒng)單位由相對應(yīng)的接口專業(yè)主導(dǎo)方牽頭，自主開展多系統(tǒng)間接口聯(lián)調(diào)工作，聯(lián)調(diào)科目抽測與遍歷相結(jié)合，運營方主要在場景功能驗證時全面介入。上海市軌道交通10 號線二期繼續(xù)以一期方式開展機電系統(tǒng)間的聯(lián)調(diào)工作可能導(dǎo)致系統(tǒng)間聯(lián)調(diào)低效和片面，此類接口關(guān)系錯綜復(fù)雜，牽扯接口項功能眾多，一旦出現(xiàn)接口與運營需求未銜接到位，專業(yè)之間便出現(xiàn)互相推諉，最終引起機電系統(tǒng)建設(shè)一體化、信息化和集成度水平下降，進而嚴重影響到后期系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)和驗收交付的順利開展。同時由承包商、施工單位自行組織對接完成的聯(lián)調(diào)，由于缺乏第三方監(jiān)管，會將許多無法協(xié)調(diào)解決的接口問題隱藏并遺漏到運營階段，無形中增加運營風險，例如信號系統(tǒng)折返能力、追蹤能力與設(shè)計能力不一致，供電系統(tǒng)繼電保護整定值與機電設(shè)備運行工況不匹配等一系列問題。基于此類問題，有必要在建設(shè)初期對綜合聯(lián)調(diào)整體方案進行合理規(guī)劃和設(shè)計。

2 技術(shù)路線

以運營需求為導(dǎo)向的綜合聯(lián)調(diào)技術(shù)路線源于城市軌道交通機電系統(tǒng)“V”字型管理模型，如圖1 所示。首先由運營需求分解出功能需求，以此為輸入條件指導(dǎo)后續(xù)的總體、深化設(shè)計，然后通過單機調(diào)試、單系統(tǒng)調(diào)試、接口調(diào)試確認設(shè)計方案最終實現(xiàn)，最后通過綜合聯(lián)調(diào)、試運行對功能、場景進行全面確認。

圖1 機電系統(tǒng)“V”字型全生命周期管理模型

常規(guī)系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)一般以標準、規(guī)范作為依據(jù)確定科目，不能很好地貼合UTO 運營對于各類正常及故障場景模式下的關(guān)鍵功能、接口驗證。為此，綜合聯(lián)調(diào)從運營模式和規(guī)則出發(fā),在準備階段基于運營場景分解出各個場景所包含的關(guān)鍵單系統(tǒng)功能、多系統(tǒng)聯(lián)動功能以及所要實現(xiàn)的系統(tǒng)設(shè)計能力，以此作為科目進行驗證，這便將UTO 運行線路的建設(shè)與運營無縫銜接起來，確保建設(shè)階段實現(xiàn)運營場景所需的全部功能。

綜合聯(lián)調(diào)在實施階段往往采用“自下而上”與“自上而下”相結(jié)合的方法開展工作，并引入“連續(xù)性測試及壓力測試”。

（1）自下而上驗證方式。即以單個車站、單列電客車為單位驗證其內(nèi)部相關(guān)機電系統(tǒng)的關(guān)鍵單系統(tǒng)功能（如車輛超速保護功能、信號系統(tǒng)安全防護功能、通信系統(tǒng)無線對講功能、供電系統(tǒng)四遙功能等）、接口功能（如信號與車輛休眠、喚醒接口，綜合監(jiān)控與車站風水電設(shè)備接口等）。

（2）自上而下驗證方式。即以控制中心為核心驗證多系統(tǒng)聯(lián)動功能（如電客車在區(qū)間阻塞、火災(zāi)時多系統(tǒng)聯(lián)動等）、中央級模式下發(fā)功能（如信號系統(tǒng)降級模式、綜合監(jiān)控各類車站環(huán)控模式等）。

（3）開展連續(xù)性測試及壓力測試。即在車站、電客車以及控制中心均聯(lián)調(diào)完成的基礎(chǔ)上，按照初期運營時電客車開行對數(shù)開展連續(xù)性跑車，與此同時車站各類負荷也全面開啟（如冷水機組等），以驗證各機電系統(tǒng)的能力是否達到系統(tǒng)設(shè)計要求（如信號系統(tǒng)折返能力、追蹤能力、出入庫能力，環(huán)控系統(tǒng)排煙能力，供電系統(tǒng)牽引供電能力等）。

3 總體策劃

綜合聯(lián)調(diào)在準備階段的總體策劃與有人駕駛線路不同，常規(guī)系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)準備階段主要工作內(nèi)容包括：①建立綜合聯(lián)調(diào)組織機構(gòu)；②制定綜合聯(lián)調(diào)工作大綱；③編制綜合聯(lián)調(diào)實施方案；④確認綜合聯(lián)調(diào)前提條件，并召開啟動大會宣貫大綱、方案等，預(yù)計周期1 個月。

而綜合聯(lián)調(diào)還需在準備階段增加以下內(nèi)容：①對運營場景進行功能分解，并與國家標準、企業(yè)標準對標后確定綜合聯(lián)調(diào)科目；②基于綜合聯(lián)調(diào)科目，通過對各機電系統(tǒng)施工圖紙、點位表開展精細化梳理，最終形成綜合聯(lián)調(diào)臺賬；③建立信息化管理平臺，將綜合聯(lián)調(diào)臺賬導(dǎo)入，以實現(xiàn)對整個綜合聯(lián)調(diào)實施過程的信息化管理。預(yù)計周期3 個月。

綜合聯(lián)調(diào)在實施階段的功能驗證及聯(lián)動測試和常規(guī)系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)也有許多差異，常規(guī)系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)實施階段一般采用自下而上驗證的模式，主要工作內(nèi)容為核心機電系統(tǒng)間接口功能聯(lián)調(diào)，預(yù)計周期4 個月。

而綜合聯(lián)調(diào)還需在實施階段增加自上而下的驗證內(nèi)容，包括：①多系統(tǒng)聯(lián)動功能、中央級模式；②連續(xù)性測試、壓力測試，以確保全自動運行場景所包含的所有關(guān)鍵單系統(tǒng)功能、多系統(tǒng)聯(lián)動功能以及系統(tǒng)設(shè)計能力得到充分驗證，并精細化到每個點位、每個模式。預(yù)計周期6 個月。

在綜合聯(lián)調(diào)最后階段圍繞正常工況、故障工況開展連續(xù)性測試（低密度多天連續(xù)套跑）、壓力測試（高密度多天連續(xù)套跑），連續(xù)性測試、壓力測試后期還會結(jié)合試運行同步開展，圖2 為測試流程。

圖2 不同工況連續(xù)性測試和壓力測試流程圖

綜合聯(lián)調(diào)在總結(jié)階段主要工作包括：①對綜合聯(lián)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行整改與復(fù)查；②根據(jù)綜合聯(lián)調(diào)實施階段的實際情況編制綜合聯(lián)調(diào)評估報告；③配合竣工驗收、初期運營安全評估等工作，并根據(jù)專家意見進一步完善綜合聯(lián)調(diào)工作等。預(yù)計周期2 個月。

4 精細化與信息化管理

在項目管理方面，綜合聯(lián)調(diào)一般設(shè)置工作組 +專業(yè)小組2 級管理機構(gòu)，由工作組負責綜合聯(lián)調(diào)總體管理工作，專業(yè)小組落實綜合聯(lián)調(diào)具體實施工作。綜合聯(lián)調(diào)單位作為第三方協(xié)助建設(shè)方加強聯(lián)調(diào)現(xiàn)場管理，并以精細化管理及信息化管理為突破口，進一步提升綜合聯(lián)調(diào)管理水平，以適應(yīng)UTO 運行線路對綜合聯(lián)調(diào)的新要求。綜合聯(lián)調(diào)執(zhí)行階段通過“功能操作流程圖”實現(xiàn)精細化管理，如圖3 所示，將無形功能轉(zhuǎn)化成為有形圖表，方便調(diào)試人員理解，并按照統(tǒng)一標準執(zhí)行項目。通過“詳細接口矩陣表”，如圖4 所示，將每個設(shè)備的每個功能都統(tǒng)計到位，確保整個綜合聯(lián)調(diào)工作不遺漏任何設(shè)備的每個功能。

圖3 功能操作流程圖

圖4 詳細接口矩陣表（局部）

由于綜合聯(lián)調(diào)精細化管理對象數(shù)量十分龐大，需要通過信息化手段建立適用于全自動運行線路的綜合聯(lián)調(diào)管理平臺，并將驗證樣本與信息化管理平臺的進度管理、接口調(diào)試管理、問題管理等模塊相互關(guān)聯(lián)，如圖5、圖6 所示。從而在后續(xù)實施階段能實時掌握綜合聯(lián)調(diào)進度，以此為抓手確保在后期實施過程中不遺漏任何設(shè)備，不放過任何問題。

圖5 信息化管理平臺接口調(diào)試模塊

圖6 信息化管理平臺問題閉環(huán)管理模塊

綜合聯(lián)調(diào)應(yīng)用信息化管理工具，確保每個設(shè)備的每個點位都得到充分驗證，確保機電系統(tǒng)全功能使用交付；同時綜合聯(lián)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的每個問題都得到有效解決，保證機電系統(tǒng)的可靠性、安全性。

5 驗證與實踐

作為國內(nèi)首條大運量、中心城骨干線的全自動運行線路，上海市軌道交通10 號線二期工程機電系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)主要依據(jù)交運規(guī)[2019]1 號 《城市軌道交通初期運營前安全評估技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《技術(shù)規(guī)范》）、Q/ SD-JGZ-G-TS-2501-2018 《上海軌道交通建設(shè)機電系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試管理規(guī)定》（以下簡稱《管理規(guī)定》），并參考Q/ SD-JS-J-QC-YG0008-2019 《上海軌道交通全自動運行運營場景及功能分配》（以下簡稱《運營場景及功能分配》）確定了聯(lián)調(diào)基本范圍。涵蓋《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的34 個專項測試項目，《管理規(guī)定》要求的7 大專業(yè)100 余項聯(lián)調(diào)科目，以及《運營場景及功能分配》涉及的38 個正常、故障、應(yīng)急場景。

上海市軌道交通10 號線二期工程目前已經(jīng)順利進入試運營。在綜合聯(lián)調(diào)實施階段，綜合監(jiān)控與各機電系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)調(diào)總耗時4 個月；通信信號、車輛行車相關(guān)聯(lián)調(diào)總耗時4 個月。

綜合聯(lián)調(diào)需要驗證全部功能模塊，確保其功能完整性并能達到系統(tǒng)設(shè)計要求能力。以聯(lián)調(diào)過程中的區(qū)間阻塞運營場景為例，通過功能分解該場景可知，綜合聯(lián)調(diào)包含以下3 方面內(nèi)容：①信號系統(tǒng)的區(qū)間停車（超過240 s后）報警功能；② 信號系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)、隧道通風空調(diào)系統(tǒng)的聯(lián)動功能；③設(shè)計對區(qū)間阻塞模式下風速要求（應(yīng)大于2.0 m/s）。通過將運營場景分解、導(dǎo)出的方式，確保需要驗證的系統(tǒng)功能完整性。

6 結(jié)束語

城市軌道交通綜合聯(lián)調(diào)是城市軌道交通建設(shè)過程中“聚沙成塔”的重要環(huán)節(jié)，通過精心組織與管理，可以使城市軌道交通的設(shè)備與設(shè)備、人與設(shè)備、人與人在開通前達到協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，為試運行、初期運營打下堅實基礎(chǔ)。對于UTO 運行線路綜合聯(lián)調(diào)而言，不僅需要遵循國家、行業(yè)、企業(yè)制定的常規(guī)線路綜合聯(lián)調(diào)相關(guān)標準，更應(yīng)以各自項目運營需求為導(dǎo)向，并從精細化、信息化角度加強綜合聯(lián)調(diào)的系統(tǒng)集成管理工作，保證一次性實現(xiàn)UTO 功能。

通過對上海市軌道交通10 號線二期綜合聯(lián)調(diào)進行經(jīng)驗總結(jié)，提出城市軌道交通建設(shè)一次性實現(xiàn)UTO 功能綜合聯(lián)調(diào)的解決方案，包括方法、工具及管理，對行業(yè)內(nèi)以及當下在建的城市軌道交通UTO 運行線路起到一定的借鑒和示范作用。同時，通過項目標準的建立為行業(yè)標準制定提供參考。

機電系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)是機電系統(tǒng)建設(shè)的最后一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于UTO 運行線路，在此階段應(yīng)實現(xiàn)并驗證運營場景所涉及的全部功能。為達成上述目標，僅僅通過綜合聯(lián)調(diào)進行收尾還遠遠不夠，仍需要將綜合聯(lián)調(diào)服務(wù)向前延伸，在機電建設(shè)過程中全面引入總成管理（系統(tǒng)集成、外場測試、運營模式和原則定義（OMPD）、配置管理、電磁兼容（EMC）管理）以及可靠性、可用性、可維修性和安全性（RAMS）管理（運營RAMS 目標及其分配、全過程的RAMS 管理、RAMS 指標的符合性驗證），進一步提升全自動運行線路的機電系統(tǒng)建設(shè)管理水平。