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城市軌道交通信號系統升級改造項目方案研究

2022-11-25 21:17:25張賽
科學與信息化 2022年9期
關鍵詞:設備

張賽

北京市軌道交通建設管理有限公司 北京 100037

引言

當前我國的私人汽車保有量和公共的交通工具的存在數量急劇上升,這一現狀導致了我國交通情況并不樂觀,近些年交通事故也成逐年上升的狀態,為了更好地維護我們國家的交通秩序,更好地進行交通建設,更大程度上避免交通問題和交通問題給城市帶來的不良影響,需要對我國現行階段交通現狀,軌道交通信號的模式進行分析,并且針對現狀有針對性地改進,充分利用交通信號系統,進一步緩解城市交通問題,讓交通信號最大程度的發揮作用,并且對現行的交通信號系統進行進一步的管理和完善,在對我國現在交通現狀科學分析的前提下,對我國的交通運輸特點進行總結,并且有效利用這些特點建設更加科學合理的交通信號系統。

1 城市軌道交通信號系統

1.1 城市軌道交通信號系統的基本功能

1.1.1 自動防護功能。地面制動承載設備及列車自身的設備組成了軌道交通的列車自動防護系統,在列車始終對于列車的安全情況進行更加準確及時的把握,軌道交通信號系統可以讓列車行駛在更安全的環境當中,自動防護功能的另一個巨大的作用是在于對列車進行限速控制,如果列車的行駛速度過快,在行駛過程中已經超過了限定速度,軌道交通信號系統中的地面設備就會搭配其他的車載設備進行運作,子系統可以自行啟動使列車的速度能夠及時控制列車進行減速或者停靠,減少甚至避免交通安全事故的發生。

除了限速功能,交通信號系統還可以對列車的位置進行有效的監測,在運行過程中,漏防護子系統可以隨時對列車進行定位和檢測,而且監測的過程具有連續性和自動性,這種監測功能可以更加有效地保證列車的安全運行,避免了因為速度過快而導致事故問題出現的問題,能夠為自己提供更加安全的駕駛環境,為乘客提供更加安全的服務,也為城市的軌道交通提供了更加安全可靠的信息[1]。

1.1.2 自動駕駛功能。城市軌道交通信號系統第二個重要的功能就是自動駕駛功能,城市軌道交通信號系統具備自動駕駛功能,可以自主控制駕駛系統,自動駕駛功能通過自動控制分析系統對列車進行控制,根據路況自動選擇最好的方案進行調整,讓行駛過程更安全,還可以自動調節列車車門,使整個行駛過程更加的安全高效。

1.1.3 自動監控功能。城市軌道交通信號系統另外一個非常重要的功能是自動監控功能,城市軌道交通信號系統必須要具備自動監控功能,自動監控功能主要由核心控制中心﹑車站以及車載設備組成,自動監控功能主要負責收集各種列車運行時候所需要的數據和信息,并進一步對信息進行分析處理,生成重要的控制資料,通過跟蹤識別對交通情況進行一個認知并進行自主調控[2]。

1.2 常見的城市軌道交通信號系統運行方式

1.2.1 調度列車出入。列車司機根據列車運行情況觀察并記錄列車運行計劃,對列車運行計劃進行排序,制定城市鐵路交通的運行整頓,上傳到通信信號系統的控制中心。任務人員必須調整路線信息以滿足列車運行條件。

1.2.2 自動監控。在列車運行過程中,通信信號系統將在網上監控,并在完全保護列車運行安全的基礎上,隨時向列車發出路線指示,以保證列車及時運行。

1.2.3 人工介入。在手動解除列車運行質量的過程中,為了確保列車運行的全線﹑線路變更和列車的數量,將進行列車運行的全程。

1.2.4 車站現地控制。通信信號系統的設備集中站被設計為列車行駛控制的過程。自動監控系統發生列車故障時,人事負責人會報告情況,并采用車站的本地控制。

2 當前城市軌道交通信號系統現狀及存在問題

2.1 信號兼容存在問題

目前,我國引進的通信信號系統大多是先應用于科技水平相對發達的城市,再應用于相對發達的大中城市。雖然可以在一定程度上節約引入成本,但不能保證區域間信號系統的互聯互通,從而導致區域間列車運行出現問題,列車運行時間出現偏差,直接導致區域通信的困難。國內信號兼容問題直接導致列車區間運行速度無法得到合理控制,導致列車運行過程中發生安全事故。區域內的城市軌道交通可以得到有效控制,但無法有效開展區域合作,信號不兼容問題也直接導致系統維護困難。通信和信號系統維護難度大,直接導致維護工作效率低,更嚴重影響各區域的統一管理[3]。

2.2 城市軌道交通信號系統建設成本過高

城市鐵路交通信號系統的建設需要非常高的成本。例如,在被開發的城市上海,每棟建筑都需要5億以上,恢復初期投資成本的最短時間是30年。其高建設成本的主要原因是,中國建設的城市鐵路運輸通信和信號系統大部分依賴外國先進技術,系統設備大部分依賴外國進口,外國商人在中國市場占據商業機會。這對中國經濟施加了巨大壓力,在建設過程中需要階段性地實施通信和信號系統。這會導致城市鐵路運輸通信信號系統后的維修和維護對外國企業的過度依賴。而且,這不僅影響了中國的城市鐵路運輸安全性,也影響了中國的經濟發展。

2.3 核心技術掌握仍然需要時間

然而,隨著中國交通需求的不斷增長,中國城市軌道交通的通信和信號技術大多由外國企業承包。中國制造商缺乏實際的生產場地和有效的研發理論和技術指導;信號材料和核心技術的差異,導致產品與實際應用不一致。因此,使中國的研發,接近研發的通信信號技術距離國外的水平還有差距。

3 城市軌道交通信號系統改造升級策略

到目前為止,全國已有16個城市開通了城市軌道交通線路(地鐵和輕軌)。隨著城市化進程和經濟發展,未來將有更多城市擁有自己的軌道交通線路。根據“十二五”綜合交通體系規劃,到2015年,全國將新建3000公里線路。特別是在北京﹑上海﹑廣州﹑深圳等城市,軌道交通將形成網絡化系統。

為了滿足城市軌道交通聯網的要求,除新建線路外,既有線路的升級改造也是一項重要內容。

3.1 改造因素

由于不同的建設時間,中國的城市鐵路運輸信號系統完全不同。其中存在服務期屆滿﹑運輸能力不足﹑社會公共安全要求增大等問題。在城市鐵路運輸線的爆炸性建設期間,我們需要更多的關注其下一個升級和轉變戰略,故作以下考慮。

3.1.1 由于城市軌道的運輸線路建成時間有先后區別,開通時間也各有不同,所以后期建設開通的線路通常都會增加前期線路,交匯客運量,使得前期線路不能適應這種變化。通常在形成路網后,沿線會帶動房地產﹑商業圈等區域發展,客觀上總會超出規劃客運量的預期,線路運營壓力將更加突出。

3.1.2 城市鐵路運輸線的信號機的壽命通常是20年。如果信號設備被服務的時候很多的行車線路被廢止再構筑,那個會影響城市交通狀況,給城市的財政帶來沉重的負擔。

3.1.3 城軌既有線信號系統和設備的升級﹑改造有不同的目的和規模。

3.1.4 倘若采取系統和設備超期服役的策略,將會帶來嚴重的安全隱患和公共安全風險,這是運營商和社會公眾都不可容忍的。

以北京地鐵一號線為例。這是中國第一條地鐵運營線。它建于20世紀70年代。最初,它是為了備戰。信號系統采用基于國產絕緣移頻軌道電路設備的固定閉塞聯鎖控制方式。改革開放后,該線已逐漸轉變為不可或缺的城市交通基礎設施。1993年,對線路﹑信號﹑車輛﹑車站和控制中心的系統和設備進行了改造,引進了國外先進的無絕緣軌道電路和ATP系統。在此基礎上,建設了滿足當時交通需求的固定閉塞聯鎖控制信號系統。然而,隨著2003年底巴東線的延伸線開通,以及5號線﹑13號線和10號線的相繼開通,在2號線運營能力提高后,換乘和換乘的客流顯著增加。目前,該線已成為北京最擁擠的運營線路之一,日均客流量110萬人次。為了進一步提高運營能力,該線再次面臨升級改造的問題。

我國城市軌道交通信號系統設備壽命周期為20年,若以此服役期限估算,未來15年內,每年國內城市軌道交通運輸線的升級改造項目將會逐步增加,對比新線建設,既有線升級改造將占據1/4至1/3規模,并且于2025年左右達到頂峰。

3.2 改造方案

中國城市軌道交通信號系統的發展經歷了自主引進﹑吸收﹑消化﹑比較創新的過程。一開始引入國外信號系統,進入共同設計﹑關鍵技術研發和系統強化的發展階段。ATP﹑ATO﹑ATS﹑CI﹑DCS等重要ATC信號系統實現了基本信號技術和設備的國產化或自主化,標準統一,種類齊全。基于軌道傳輸的固定閉塞和準移動閉塞信號模式(TBC)和基于無線通信的移動閉塞信號模式(CBTC)都具有自主知識產權產品,為城市軌道交通信號系統和設備的改造提供了良好的技術和物質基礎,降低了改造成本提高系統性能和基礎設施水平,及時方便,周到的服務。

城市鐵路線路的信號系統的主要課題是確保列車運行的安全性。所有類型的復興計劃都必須首先保證列車運行的安全性。應該認識到,在城市鐵路運輸的發展,“尋求革新和速度比較”的決定所帶來的風險,結果可能會對可用性和安全性產生重大影響。

如果選擇城市鐵路運輸信號系統和裝置的轉換方式,最好采用階段性和局部性的方法,比較成熟﹑可靠性高﹑合適國內的獨立技術。通過滿足功能要求并有效地管理成本,基于小步高速行走和連續改進的戰略,結合性能和ram的改進,可以有效地降低對現有線路操作的影響。根據信號系統的變換目標,必須對升級和轉換尺度進行不同的控制,并對轉換方案進行綜合性制定。根據現有城市鐵路線路的信號系統及裝置的高度化及變換的目標及規模,通常分為6種,以下舉例說明:

3.2.1 為提高既有線公共安全的升級﹑改造,加裝站臺安全屏蔽工程。

3.2.2 為提高既有線可靠性,可升級﹑改造兼容信號系統或設備,例如:車載 ATP控用性﹑可維修性和安全性制器﹑軌道電路設備﹑聯鎖的升級﹑改造軟件﹑安全繼電器等。

3.2.3 為提高既有線節能減排,升級車載ATO系統軟件,優化列車運行和制動升級。

3.2.4 為提高既有線旅客舒適度,升級車載ATO系統軟件,改造優化運行圖和時刻表,提高列車端頭線折返能。

3.2.5 為提高既有線運營能力,可縮短列車運行追蹤升級,改造間隔時間,增加編組列車數量等。

3.2.6 為替換壽命周期臨近服役,應用適合的信號系統,不限制升級改造影響正常運行。

4 結束語

隨著經濟和科技的不斷發展,我國的城市軌道交通信號在不斷完善﹑更新,更好地保障運行過程中的安全,并且針對現有缺陷進行改正,在信號系統中,目前已經可以做到對列車的安全做出較好的保障,并對列車運用數據做出科學的分析,但是目前還有較多的問題亟待解決,需要進一步更新。

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