上海軌道交通1號線信號大修項目后評估研究

龔 臣

(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)

上海軌道交通1號線(以下簡稱“1號線”)是上海首條建成的城市軌道交通線路，該線于1993年開始投入運營。2015年5月開始，該線進行信號大修改造項目，改造區段為上海火車站站—莘莊站。該改造項目已于2019年2月完成信號系統割接。此次信號大修項目是上海城市軌道交通運營設備維護單位在項目全壽命周期的首次嘗試。本文通過對項目在決策階段及實施階段的目標控制效果對1號線信號大修進行后評估分析。

1 1號線信號系統大修的背景簡述

上海自1958年8月開始籌建城市軌道交通1號線，1983年8月政府批復立項，1993年試運營段開通時采用人工閉塞模式，1994年12月開始信號系統設備分多次進行了投用。該線的信號設備是引進美國GRS公司(現ALSTOM公司)的ATC(列車自動控制)系統，與國內聯鎖設備配套使用。

1號線全長37.8 km，共有28座車站。如表1所示，1號線分多次進行延伸建設，因此，不同延伸段的信號系統設備間存在一定的差異。

表1 上海軌道交通1號線分段開通運營年限表Tab.1 Service life of Shanghai rail transit line 1

上海火車站站—莘莊站(上海南站站除外，該站在2004年已改為微機聯鎖)區段的聯鎖采用中國標準6502電氣集中聯鎖控制系統，并按照城市軌道交通的特點予以改進。該集中聯鎖控制系統為1號線的信號系統實現進路控制，并通過繼電電路與ATP(列車自動防護)、ATO(列車自動運行)、DTM(數據傳輸模塊)接口，與這些子系統交換必要的表示信息和控制信號。1993—2008年，1號線的信號設備基本能滿足當時的客運量需求，可確保行車安全、行車密度等方面的要求，但由于其中的一些系統設備使用已超過設計壽命(15年)，以及6502電氣集中聯鎖技術的局限性，在經過多次運能升級后，1號線信號系統的故障率略有上升。2010年， 1號線的上海火車站站出現了因DTM導致設備性能限制的問題，該問題無法通過修改內部邏輯予以解決，出現了進路無法自動排列等問題。

1號線的上海南站站于2004年進行了改造，其聯鎖模式與1號線的北延伸段(上海火車站站—共富新村站)、北北延伸段(共富新村站—富錦路站)保持一致，采用國產計算機聯鎖的VPI(Vital Process Interlocking,重要處理器聯鎖)系統。VPI的應用簡化了各信號子系統間的接口，降低了工程建設和設備維護的難度。在上海南站站、上海火車站站—富錦路站的線路上采用了新型的ATP軌道電路模塊，實現了聯鎖和ATP之間的數字接口。新型的ATP軌道電路模塊采用了AF_CPU(音頻中央處理單元)的音頻軌道電路插箱，原來由繼電電路執行的速度選擇功能改為由VPI布爾邏輯實現。通過聯鎖和ATP之間的接口，將速度選擇信息發送給軌道電路，由軌道電路向列車發送正確的速度命令。

在1號線信號大修項目的前期策劃階段，在結合設備實際情況及經濟因素考量后，將大修改造范圍定為莘莊站—上海火車站站區段。項目目標定位為基于既有的信號系統進行升級改造，改造后的ATP、ATO、閉塞設計和軌道電路分割、頻率分配等與1號線上海火車站站—富錦路站區段基本保持一致，將6502繼電聯鎖模式升級為計算機聯鎖模式。

2 1號線信號大修項目組織和管理后評估

建設性項目都具有差異性，不存在2個完全相同的項目。與城市軌道交通的新線建設相比，老線改造有很多實際存在的問題，現場情況相對更為復雜。在改造項目的策劃前期就需要對目標進行分析和論證，制定完善的改造方案，并配套相應的組織關系和管理措施。

2.1 項目進度管理

1號線作為上海第1條城市軌道交通線路。該線連通2個大型火車站，沿線途經上海市中心的商業區及大型住宅區，因此1號線莘莊站—上海火車站站區段的信號設備大修改造確定以不間斷正常運營為改造原則。該項目自2015年5月開工至2019年2月全線割接完成，歷時3年多，超出了原計劃工期。究其原因，主要是為了保障既有線正常運營，頻繁的施工準備及復原工作嚴重影響了施工功效，造成施工效率降低。

2.1.1 施工點資源不足

因為1號線已運營多年，設備老舊，各設備系統都存在著維護及大修的需求，這使得原本就十分緊張的夜間維修時間變得極其稀缺。而大修常態化的夜間施工不僅會影響本項目的施工效率，在時間上也會對其他各專業的維護及施工作業產生制約。因此，在前期工程策劃階段需要統籌考慮整個施工期的計劃安排，并在施工階段與其他各專業協商，對施工點的資源進行合理的協調配置。如可利用項目管理軟件(Project等)繪制甘特圖，對項目進行動態跟蹤及糾偏，對關鍵節點偏差進行及時的預警；還可采用管理結構圖、工作任務分工表等對組織關系和任務界面進行分解，以有效提高項目的組織和管理水平。

2.1.2 施工利用率偏低

為保障日間的正常運營，1號線信號大修施工只能利用夜間線路停運窗口期實施。施工調試前后的準備及調試后的復原工作在整個施工時長中占比較大，造成每日的施工利用率偏低。碎片化的施工時間不僅影響了整個工程的進度，對施工流暢性的破壞也在一定程度上造成施工質量的下降。如圖1所示，以區間內的安裝調試工作為例，施工前的現場準備和施工后的收工清場共需1 h，在此情況下單次過短的施工總時長會造成施工無法開展，而隨著施工總時長的增加，施工的有效利用率也呈現顯著增加的變化趨勢。

圖1 施工有效利用率與施工總時長的關系曲線

工時安排應盡量保障每次施工所需時間。在無法改變施工總時長的情況下，制定充分的施工準備與資源配置方案，可有效提高施工有效利用率，具體的措施如圖2 所示。

圖2 施工準備方案的具體措施Fig.2 Specific measures for construction preparation scheme

充分合理的技術方案、技能熟練的施工人員、先進配套的施工器械、完善的設備及軟件，以及施工前充分交底，能最大程度地減少試錯成本，提高施工效率。在設備安裝調試前，應先組織用戶單位、監理等人員進行廠驗；軟件在新版軟件升級前進行實驗室模擬試驗，試驗成功后利用夜間施工點進行驗證。驗證無誤后將軟件備份，并進行組織安全交底，方可實施軟件的升級及割接。此外，施工前對技術方案、施工人員及工器具進行交底，也是提高施工效率的有效手段。

2.1.3 施工環境管控

從設計到施工的全過程，應在滿足工程目標的情況下盡可能減少對周邊環境的影響。城市軌道交通是一個相對封閉的環境，且面臨大修的既有軌道交通線路的環境相對比較復雜，因此在大修改造的設計初期就要對現場進行詳細的勘察。在改造項目實施的同時，還必須竭力保障線路日常運營的安全，減少對空間及環境的影響。為了避免施工過程受到制約，以及不影響既有設備的正常運行，應盡量在既有機房周邊設置獨立的新機房。若受制于環境、只能在既有機房進行施工，應設置有效的隔離措施，以創造較為有利的施工條件。暴露于公共部位的施工應設立臨時幕墻，以有效降低粉塵、噪聲的污染，避免對過往人員造成意外傷害。

2.2 項目風險控制

項目在實施過程中會面臨著許多不可預估的因素，因此風險是客觀存在、不以人為意志而轉移的。建立項目的質量及安全控制管理體系、落實質量安全制度，是項目風險控制的有效手段之一。由于1號線的信號大修改造項目是上海首次進行信號大修的項目，面臨著風險識別困難、在風險評價中無施工經驗可借鑒等難題。雖然信號專業的維保單位內部已有相對完善的質量安全管理體系，為了進一步規避風險，該項目通過工程咨詢服務的方式對風險進行轉移。例如，在項目初期簽訂了初步設計咨詢合同，請專家對項目前期的規劃及設計方案進行評估；在實施過程中簽訂了工程監理合同和投資監理合同等，利用其專業優勢對項目實施過程的進度、安全、質量及資金進行有效的管控。

1號線信號大修的風險主要體現在決策風險和實施風險方面。因在項目前期決策保留1號線原美國GRS公司(現ALSTOM公司)的信號制式，因此在中美貿易戰及全球新冠疫情爆發時面臨著政治風險：在項目的實施過程中，美方頒布的限制出口清單造成該線的進口設備大批次延誤，嚴重影響了改造的進度。

2.2.1 決策風險

1號線因設備壽命周期不同，采用了保留原信號制式、區段性大修的改造方案，此方案的優點體現在：投資費用少；原有信號制式不變，用戶及維護單位的適應期較短。但是，該方案存在著下列問題：未實現設備全國產化，面臨政治風險，后期的維護受到制約；設備性能提升不大，舊的接口制式在城市軌道交通線網中不易形成統一；智能化程度相對較低；設備兼容性差等。如圖3所示，自2015年1號線信號大修改造工程開展以來，信號系統的故障接報次數較大修前有所減少。但在2020年全球新冠疫情爆發后，美國累計感染者超過千萬，成為了重災區，系統供應商缺少了ALSTOM的技術支持，導致信號故障無法在短時期內排除，信號故障的接報次數又呈現為上升態勢。

圖3 上海軌道交通1號線信號故障接報數量統計

2.2.2 實施風險

在項目實施時風險通常具有隱蔽性，而人們常常容易被一些表面現象所迷惑。在實踐中，風險主要有3種存在形式：真風險、潛伏風險和假風險。在項目管理中首先應正確識別風險，對風險進行全面的識別，然后制定與之相應的管理措施。此外，可通過有效的項目溝通(如定期的項目例會)來識別、評估風險并解決這些問題。

2.3 項目質量安全管理

在項目壽命周期的不同階段對項目質量都有不同的作用，并且在不同階段影響質量的因素也有所不同，而項目往往具有多目標性。各目標之間是對立統一的關系，如質量、時間和費用之間的三角制約關系，需要用系統的思想來對待。作為建設單位不僅需要考慮決策及實施階段的質量安全，更應通過決策及實施階段的質量安全控制來提高運營階段的安全性及穩定性，以減少后期的維護成本。1號線作為上海首條信號大修的城市軌道交通線路，其信號大修項目存在分項工程多、隱蔽工程多、接口單位多等特點，沒有可參考的程序化過程來對照執行，而施工過程是不可逆的，因此項目質量很容易產生波動和變異。盡管在項目定義和設計階段對項目質量提出了具體的要求，但幾乎沒有哪個項目是完全按照項目定義和設計階段確定的項目質量完成的，大多會在實施過程中對項目質量進行變更、修訂和更新。所以，在1號線信號大修項目執行過程中，可利用TQC(全面質量管理)思想進行管理，利用PDCA(計劃-執行-檢查-處理)循環原理來促進項目質量及安全的不斷完善與提高。總結得到的經驗和教訓可為將來其他的信號改造項目提供重要的參考和依據。

3 結語

與新線建設相比，城市軌道交通老線的改造面臨著施工風險大、有效施工利用率低、組織協調困難等問題。如何在工程項目全壽命周期通過科學的管理理論進行組織項目的具體實施，滿足成本、進度、質量、安全及合同的目標控制和健康持續發展，是項目管理的首要目標。具體的措施包括：一是需要加大前期準備工作的深度，完備的決策方案是保障后期實施階段順利的前提；二是重視工程籌劃的可實施性和靈活性；三是強化工程管理職能，充分調度各單位的積極性；四是預判、識別項目風險，通過科技方法與組織手段攻堅克難；五是在確保質量與安全的前提下，抓好進度管理，通過編制管理結構圖、工作任務分工表等對組織關系和任務界面進行分解，有效提高組織管理水平；六是注重統籌兼顧各系統、各專業，協同推進工程，保證信號與其他相關專業接口施工的順利實施。