上海軌道交通2號線信號系統改造的難點及應對策略

韓奕瑋

(上海地鐵維護保障有限公司通號分公司， 200235， 上海∥助理工程師)

城市軌道交通信號系統的設計壽命一般為20年。國內多個一線城市的城市軌道交通線路建設較早，現在已經陸續進入大修年限。尤其是北京、上海、廣州等超大城市，城市軌道交通網絡日趨完善，新線建設項目數量逐漸減少，既有線路的大修項目隨著臨近大修時限而陸續展開。為了應對這些大城市日益增加的城市軌道交通運能需求，可以預見,未來信號系統大修疊加更新改造將成為這些大城市軌道交通建設的重中之重。本文以上海軌道交通2號線(以下簡稱“2號線”)正在進行的CBTC(基于通信的列車控制)信號系統改造為例，對其在實施中遇到的難點和應對策略進行分析。

1 信號大修的典型難點分類

進行信號大修更新改造的城市軌道交通線路都是已經運營20年以上的線路，這些線路在當年建設時的設計理念和技術體系都和現在主流的線路設計和技術存在著巨大差異，且這些線路目前大多面臨著巨大的運能壓力，需要依據信號大修項目進行制式改造。在這個實施過程中，各種問題縱橫交錯、數量繁多，本文對其進行歸納總結，將信號大修的典型難點分為3種類型。

1.1 既有線路客觀條件限制大修的設計和施工

在新線建設中某些只需要合理規劃就可以規避的問題，在改造類項目中卻是影響項目的巨大因素。由于既有線路的設計布局是已經存在的，且需要保持白天運營，大刀闊斧式的工作方式是完全行不通的。改造時不能任意改動車站各房間的功能，不能隨意移動既有設備的位置，某些區域甚至無法調整任何1根既有的線纜走線，因而導致大修項目的設計難度大為增加。

在施工過程中，線纜敷設、新增設備安裝等經常會遇到路徑上已有既有設施存在，無法完全按圖施工的情況。除了因為建設時期和現在的標準存在差異外，更多的是由于線路在近20年中，各類專業都經歷了很多次的小型改造，而特異點就是這些小修、小改中造成的。一站一方案甚至一個區域一個方案，在更新改造項目中都是家常便飯。

1.2 新增功能使用后衍生需求難以滿足

項目設計和施工中往往專注于新增功能自身的實現，而忽視了外部的其他需求是否能得到滿足。這些需求不是來自信號本身，甚至不是來自于項目其他配套的專業標段，因而極其容易被忽略。這些需要包括如消防、頻段類資源、車站商業及運營管理等方面，在日常的運營管理中感覺離信號專業比較遠，但又往往事關財產、人身安全甚至法律限制，極難協商溝通。

1.3 配套專業對改造需求的評估不足

1條城市軌道交通線路的誕生是基于多個專業共同設計的基礎，各專業獨立卻又是圍繞著一個目標高度統一，密切相關。因此信號系統的升級改造也不僅僅由信號一個專業就能完成，每個專業對信號需求的理解準確與否，將會影響整個項目的順利實施。

信號大修改造將帶來運能的提升，而運能的提升需要投入新列車和增加供電能力，新列車的投入又對停車場列位數和出庫能力帶來了新的要求，這可謂牽一發而動全身。在這一連串的聯鎖反應下，小到參數錯誤引起更換設備選型，大到漏項造成追加投資并返工，任何的差錯都有可能產生嚴重的后果。

2 信號大修的案例分析

本文以上海軌道交通2號線正在進行的CBTC改造項目為案例進行具體研究。

2.1 正線漏纜安裝問題

在進行信號大修設計時，確定新增的CBTC信號系統采用漏纜來傳輸信號業務。而上海軌道交通2號線全長64 km，按開通時間劃分主要分為3段，分別是2000年開通的首段(龍陽路站—中山公園站)、2006年開通的西延伸段(中山公園站—淞虹路站)以及2010年開通的東西延伸段(龍陽路站—浦東機場站、淞虹路站—徐涇東站)。第1段和第2段的開通時間相隔了10年，導致軌行區管壁上電纜、光纜及設備布置差異很大，漏纜難以確定一個固定的高度進行敷設。此外，本次大修采用的漏纜方案為雙漏纜，軌行區管壁上某些既有設備的分布也讓2根漏纜無法按慣例以30 cm以上的間距予以安裝，從而帶來同頻干擾隱患。

針對上述情況，在對全線進行詳細排摸后，確定采用2個高度交替使用的方式使漏纜順利覆蓋全線，即：優先采用距軌面3 800～4 200 mm的安裝高度，在遇到既有設備遮擋時則采用距軌面700～1 000 mm的安裝高度，如圖1所示。

圖1 隧道區間內漏纜安裝剖面圖Fig.1 Profile of leaky cable installation at tunnel interal

在排摸漏纜安裝高度時，同步統計了全線雙漏纜間距無法滿足30 cm的特異點，并記錄實際的間距值，交由漏纜和RRU(射頻拉遠單元)供應商。供應商評估設備選型和漏纜極化方向是否需要優化，并對該工況進行實驗室模擬，以獲取數據支持。由于該問題在其他城市的軌道交通線路上已有過案例，因此供應商可以直接提供數據供本項目參考。

當然，僅有實驗室數據是不充分的，實驗室數據只是現場實地測試的基礎。當現場安裝到4個RRU時，需進行2根漏纜在不同間距組合下時延、丟包數據、吞吐量數據的實測，并進行實車測試等測試項目。測試通過后，該方案方可正式生效，在全線范圍內安裝。

還需注意的是該漏纜要與列車上的天線交互，故在列車改造或新購時，天線也要同步設計在車頂和車側的相應位置。

2.2 自動化停車場功能的配套需求問題

自動化停車場是本次2號線信號大修更新改造項目的新增內容，其功能是使停車場段內的列車能夠以列車進路和ATO(列車自動運行)/DTO(有人值守的全自動運行)模式出庫，從而使整個停車場段的出庫能力大為增加。這個功能是個非常成熟的產品，在新線建設中有著較為普遍的應用。該功能本身并沒有任何設計或者施工難點，然而在2號線大修項目中，與之相配套的隔離網安裝卻出現了一系列問題，使自動化停車場的設計一度停滯。本次2號線涉及改造的停車場段有3個(龍陽路停車場、北翟路停車場、川沙停車場)，均為雙列位布局。其中，最早建設的龍陽路停車場設計于20年前，車庫內輔房與最近股道限界的走廊寬度約1 m，如強行安裝隔離網，則人員無法從走廊通過，也不能進出輔房(見圖2)。

圖2 龍陽路停車場新增隔離欄后繞行路線示意圖Fig.2 Schematic diagram of detour route after adding isolation fence at Longyang Road Depot

此外，這3個停車場段還有1個共性問題：消防箱位于中間結構柱上，消防撲救范圍可覆蓋其左右兩側的股道。若安裝隔離網,則安裝側的股道內人員無法使用該消防箱內器材，無法滿足消防設置30 m撲救覆蓋范圍的要求。而且,所有自動化停車場為了保障安全，規定列車出庫方向前的平交道都必須封閉(僅留有消防應急門)，既有車庫在設計時無法預見這些新需求，因而沒有設置跨股道的天橋或地道，安裝隔離網后所有人員進出隔離區域都需要通過庫尾門禁處繞行。停車庫內各輔房的功能及位置也無法按照自動化停車場的要求進行布置。如圖2所示，龍陽路停車場的停車庫長度按停放2列8節編組列車進行設計，車庫長約400 m，寬約100 m。信號、車輛的專業人員和列車司機的辦公用房均集中在車庫的A端北面的辦公區。添加隔離網后，工作人員從辦公區S點出發去最遠列位的A端列車頭V點需要繞行至庫尾T點和U點，單程約需走行900 m。工作人員完成工作后，再原路返回至辦公區，來回路程約1 800 m，給日常工作帶來了很大的困難。

為了解決這些問題，經過現場勘察后，擬采用如下設計方案：①將所有輔房原向南打開的門全部封閉，在房間的北向新設門洞。若北向沒有開門條件則采用“窗改門”改造方式(僅龍陽路停車場)；②在消防箱附近的隔離網上安裝小門，供緊急情況時通過；③在運營結束列車全部回庫后，開放庫門外平交道的應急門，為工作人員的夜間集中維護提供便利，其他時段仍采取繞行方案。

這一系列的舉措看似初步解決了矛盾，實際上又引發新的問題。輔房新開門方向的大片綠化需要移除，并修建走道，且新建的走道在室外，為了避免天氣因素影響人員攜帶設備通行，還需要增設雨棚；消防箱附近的小門若不設置門禁，則人員可以從這里橫跨股道，設置隔離網的初衷則完全喪失，而若設置門禁，發生火災等緊急情況時消防設施無法覆蓋；夜間應急門開放供運維人員通行的時間太短；清晨列車出庫突發故障需要維修人員處置時，該時段屬于高危險時段，應急門不可打開，而繞行則耽誤應急處置時間，需要修建跨股道的地道或天橋仍是剛性需求。

因隔離網問題導致龍陽路停車場設計出圖延誤了1個多月，如采用上述解決措施需要進行移除綠化、重新布局消防系統及新建地道/天橋，既耽誤項目進度，還會額外增加巨大的工作量和工程費用。因此，必須重新尋找既有場段建設自動化停車場修建隔離網的解決措施。在和運營各相關部門的專家進行溝通后發現，主要問題在于DTO/ATO模式下列車進出場的車速由5 km/h大幅提高至17 km/h，若有人誤侵入行車路線，司機仍以同樣的反應時間采取緊急制動，因車速的增加將導致制動距離增加，從而導致發生人車碰撞的概率大大增加。因此,隔離網安裝的主要矛盾集中在車庫的室內部分，若此部分信號采用5 km/h的限速設計，則可不再安裝隔離網。列車出庫時，以5 km/h運行至庫門前平交道一度停車，然后再以17 km/h的速度運行至正線，庫外維持正常隔離網設計即可。此設計方案無論在施工難度、經濟性還是在對項目總進度的影響上，都優于之前的方案，也能使各單位的需求都得以滿足。

2.3 用電功率超出原評估方案

在北翟路停車場信號機房進行上電報批流程時，供電專業發現信號側的空開整定值160 A和供電側的空開整定值發生了平配，要求信號專業調低空開整定值。在響應供電專業要求后卻發現，信號空開的下一級整定值約為130 A，無法滿足信號系統自身用電量，只能由供電側將空開整定值調整至175 A。經過核算，原有的供電設計考慮充分，其開關有足夠的余量上調，電纜規格也符合調高后的空開整定值要求。

在新線建設項目的籌備期，供電專業會對信號專業各車站(含停車場)的用電需求進行評估，并以此作為依據對供電設備進行設計。然而在既有線路的信號改造項目中，從設計到實施的全過程信號專業均作為主體，無論是主動的還是被動的，必然會有許多變化因素存在。鑒于北翟路停車場空開整定值的實際案例，2號線信號大修設計時，在對全線所有車站(含停車場)的用電量進行再次復核,發現原定于龍陽路基地的2號線信號維修中心根據規劃要移至新閘路控制中心所在建筑，這將導致該建筑的用電量有較大幅度的增加，因而在提高其供電側整定值的同時，還需要更換對應規格的電纜。

3 信號大修的應對策略

通過上述具體案例的分析，將信號大修改造過程中的具體措施進行總結分析，形成相關應對策略，具體如下：

1) 面對因現場客觀條件限制造成的各類問題，首先一定要加強對現場的勘測，確定設備實際能安裝的位置及特異點的數量。供應商和相關專業的專家共同論證當前設備的規格、型號是否適應大修改造的工況，并制定測試方案，進行實驗室和小范圍的現場實景測試。待測試項目全部通過后，還需考慮方案變化是否對與之相關聯的接口的硬件設備產生影響，確認無誤后才能在項目中批量使用。

2) 對新功能產生的衍生需求，不能一味地予以滿足，特別是不能為了實現1個需求而引申出數個次級需求，這樣周而復始只會使大修改造設計陷入僵局。面對衍生需求，在經過充分努力后發現仍不能解決問題，則就不應該再勉強解決其次級需求，而應抓住衍生需求產生的根本原因，在保證該意圖得以貫徹的情況下，找出功能和需求的平衡點，對功能進行裁剪。

3) 配套專業在評估信號需求時要留有足夠的余量，尤其是和信號有直接接口的線纜和設備，建議選用高于需求一檔的規格，能采用可調的則盡量不用固定的。升級改造項目中不可避免地產生的各類變化，作為信號大修改造項目的牽頭單位，信號專業要及時在各級會議中將變化需求告知其他相關專業，各相關專業也要加強對信息的敏感性，識別出信號專業實施中的變化可能對自身專業造成的影響。

4 結語

運用本文對上海軌道交通2號線信號系統改造的應對策略，可以大大降低類似項目中典型問題發生概率及時間經濟成本。在項目籌備前，應有針對性地對信號大修的3類難點進行充分的實地勘測和風險評估，使后續制定的計劃更加準確，實施更為順暢。