簡談地鐵運營線信號系統(tǒng)改造相關技術和控制措施

孫希艷

（中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司濟南分公司，濟南 250100）

1969年10月1日，隨著第一條地鐵線路（北京地鐵1號線）的建成通車，使北京成為中國第一個擁有地鐵的城市。經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國內(nèi)地已有22個城市擁有94條建成并正式運營的城市軌道交通線路（地鐵+輕軌），運營總里程達2 886 km，城市軌道交通逐漸成為城市公共交通的主干線，客流運送的大動脈。而信號系統(tǒng)的大修年限一般為15年，國內(nèi)早期建設的地鐵早已經(jīng)過一輪局部改造，各個城市的城軌信號系統(tǒng)也陸續(xù)進入設備大修期。隨著國內(nèi)經(jīng)濟高速發(fā)展和城市化進程不斷加快，城市軌道交通越來越多的承擔起城市公共交通的運送任務，客流壓力也越來越大，同時由于科技的發(fā)展、技術的進步，新系統(tǒng)、新設備相繼研發(fā)并投入使用，新系統(tǒng)具有行車間隔更小、運行更安全、更穩(wěn)定的優(yōu)點，而信號系統(tǒng)的改造也由局部升級改造，發(fā)展為整系統(tǒng)升級改造。國內(nèi)已于2008年成功完成并投入運營第一條地鐵線路（北京地鐵2號線）的信號系統(tǒng)改造，目前北京地鐵1號線信號系統(tǒng)改造基本完成，已經(jīng)進入動車調(diào)試階段、上海地鐵1號線的信號系統(tǒng)改造工程也已開始。筆者參與了北京地鐵2號線的信號系統(tǒng)改造工程，負責北京地鐵1號線的信號系統(tǒng)改造設備安裝工程。為有效推進工程的順利實施，結合在兩個工程中的實際經(jīng)驗，現(xiàn)從地鐵運營線信號系統(tǒng)改造工程的主要特點、技術保障措施、風險控制措施等方面進行簡單闡述。

1 運營線信號系統(tǒng)改造工程的特點

1）運營線改造在不停運情況下進行。由于進入改造期的城市軌道交通線路基本上已成為城市繁華區(qū)域，隨著地鐵路網(wǎng)的發(fā)展已成為城市公共交通的命脈，為保證城市正常運轉，基本都是采用不停運改造施工的方案。

2）系統(tǒng)設備安裝及調(diào)試技術要求高。不同于新線施工，設備安裝后有較長的人機磨合期和調(diào)試期，運營線設備安裝完成后當天就要接受運營安全考驗，調(diào)試期和人機磨合期也非常有限，組織安裝和調(diào)試復雜。

3）安全壓力較大。每天的施工安裝項目既要做好既有設備保護，還要確保每次施工完畢后新設備不能影響第二天的安全運營。

4）有效作業(yè)時間短。軌行區(qū)設備安裝施工均在運營結束并辦理好登記要點手續(xù)后進行，正常有效作業(yè)時間約2.5～3 h，施工準備和結束后的整理檢查時間較長。

5）作業(yè)空間受限。由于既有設備的空間占用，室外新裝設備與既有設備位置沖突時，需要進行臨時安裝，待新系統(tǒng)開通后再進行二次就位；電纜托架及人防門管孔中既有線纜較多，給新敷線纜帶來較大難度。新舊室內(nèi)設備常共用機房，新機柜需穿插臨時安裝，一般不能一次性安裝就位，從而造成新舊機柜間距較近，存在作業(yè)人員誤碰既有設備影響正常運營的危險。

6）協(xié)調(diào)工作量大。改造涉及地鐵供電、通信、線路、房建等多個專業(yè)，要與運營管理相關業(yè)務部門、系統(tǒng)供貨商等開展大量的協(xié)調(diào)配合工作，才能保證項目的順利實施。

2 主要技術保障措施

2.1 室內(nèi)設備安裝

運營線改造室內(nèi)設備安裝一般仍利用既有機房，例如北京地鐵1號線正線共25站，6站是新設機房，其余19站均為既有機房。新設機柜在原機房內(nèi)，由于空間的限制，有些站還存在系統(tǒng)開通后設備二次就位的問題，施工難度較大。在運營線機房進行室內(nèi)設備安裝、配線時多存在的問題有：誤碰既有設備，引起故障，影響運營；在進行機柜安裝時，由于空間限制，易造成機柜設置不合理 ，在進行線纜布放時沒有充分預留余量，造成二次就位難度較大，或無法就位等。

針對室內(nèi)設備安裝存在的問題，首先要在開工前根據(jù)設計圖紙對每個機房內(nèi)的現(xiàn)狀進行詳細的調(diào)查，實際測量新裝機柜的安裝位置，使新裝機柜既能滿足為既有信號系統(tǒng)的正常維護提供操作空間，還能盡量減少或避免設備二次改移所帶來的風險，選出新機柜最優(yōu)布置方案后，報設計批準后實施；機柜配線時，要以設備的最終安裝位置為準進行綜合考慮預留線纜長度；線槽定做時，要充分考慮因改移后較多的線纜余量，尺寸要合適。對既有設備的保護可采取隔離措施，在北京地鐵1號線信號系統(tǒng)改造時，為保障既有設備安全，成功研制了繼電器柜防護罩 ，施工作業(yè)人員即使碰到防護罩，也不會影響到運營設備。該防護罩安裝固定在既有機柜上，上面留有開孔，方便看到既有設備的工作狀態(tài)，又起到散熱作用，一旦設備發(fā)生故障能夠輕松取下，查找故障，該項發(fā)明獲得了2015年度全國工程建設質(zhì)量管理小組一等獎。

2.2 轉轍機及安裝裝置更換

轉轍機是道岔的轉換和鎖閉設備，直接關系到行車安全，相對于整個信號系統(tǒng)，轉轍機和安裝裝置的更新改造相對獨立，是新信號系統(tǒng)與老信號系統(tǒng)的唯一疊加接口。要想達到改造目的，新信號系統(tǒng)的每組新轉轍設備必須提前安裝。

這就要求每組轉轍設備更換后次日就要投入運營使用，因此在施工過程中的任何失誤，都有可能對運營造成影響，所以在實施過程中一定要確保其安裝牢固、尺寸正確、室內(nèi)外一致性、密貼調(diào)整等關鍵技術指標。受隧道內(nèi)限界的影響，在進行安裝裝置長角鋼更換時，需要線路專業(yè)配合抬軌至適當?shù)母叨龋拍馨呀卿摮槌觯谟邢薜淖鳂I(yè)時間內(nèi)對本項工作準備提出更高要求。

角鋼打孔占用時間比較長，本道工序一般放在更換前進行，但必須仔細核對好現(xiàn)場測量尺寸，以避免出現(xiàn)測量錯誤或是偏差過大無法安裝。為此，可采用甲乙兩個班組分別測量，然后對兩組數(shù)據(jù)比對的方式進行，兩組數(shù)據(jù)一致，按照甲組測量數(shù)據(jù)進行加工打孔，若偏差超出范圍需兩組再次進行測量核對，保證現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)的準確性。

轉轍機更換時，由信號樓至終端盒的電纜配線還是用既有電纜，因此在進行電纜終端盒配線時要以既有圖為準進行配線。技術人員要核對轉轍機新配線圖與既有配線圖是否一致。轉轍機的內(nèi)部配線必須在運至現(xiàn)場前提前完成，運到現(xiàn)場更換時，再次核對既有轉轍機內(nèi)部配線，做到圖物一致。為了確保更換的轉轍機配線正確，動作、表示正常，可在施工單位駐地搭建轉轍機動調(diào)試驗平臺，進場前進行動作試驗。確保每個環(huán)節(jié)可控，安裝時不出現(xiàn)任何問題。按照此方法，在北京地鐵1號線改造工程中，轉轍機及安裝裝置的更換及試驗一般都是在2 h內(nèi)完成。

2.3 新信號系統(tǒng)調(diào)試

新的信號系統(tǒng)設備安裝完成后，首先進行子系統(tǒng)調(diào)試，各子系統(tǒng)調(diào)試完成且車載ATO設備安裝完成后，要進行復雜的動車調(diào)試。動車測試是檢驗新信號系統(tǒng)的功能、性能及穩(wěn)定性的重要步驟。需要分別進行單車功能測試、2車追蹤測試、5車追蹤測試、20車測試、30車測試以及60車系統(tǒng)壓力測試等。以驗證系統(tǒng)是否達到預期的要求，實現(xiàn)全部功能。由于列車數(shù)量多、測試時間長、涉及范圍大，需要運營組織相關專業(yè)的協(xié)調(diào)與配合，做好多車測試的準備工作，通過多車測試，發(fā)現(xiàn)并徹底解決系統(tǒng)存在的問題，以保障系統(tǒng)投入正式運營后的運行穩(wěn)定。

由于新的CBTC信號系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試不同于新線系統(tǒng)調(diào)試，利用停運間隙進行調(diào)試周期特別長，同時還要兼顧設備單位的日常維修，調(diào)試時間長達一年多。在每次進行調(diào)試時既要保證調(diào)試的順利進行，還要保證第二天既有信號系統(tǒng)的正常運行，需要采取大量細致而周密的技術措施，以保證系統(tǒng)的順利調(diào)試。

采用CBTC系統(tǒng)替代基于軌道電路的ATC系統(tǒng)，車站和軌旁設備與既有設備相互影響較少，其中計軸、波導管（或自由波天線）、應答器和站臺設備等對舊設備沒有影響，這些設備可以獨立的進行施工及單體調(diào)試，除個別信號機設計位置可能與老信號機的位置存在沖突，安裝時無法就位（可就近安裝并完成單體調(diào)試，需要在開通時拆除老信號機后方可安裝就位）外，其他大部分信號機都能一次安裝在設計位置。在進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及動車測試時，需要對室外道岔進行實際控制，而道岔在運營時段由既有系統(tǒng)控制，如果在系統(tǒng)調(diào)試當晚進行分組倒接后再進行系統(tǒng)調(diào)試，無法滿足調(diào)試時間要求。為此，必須采用對室外轉轍機進行集中切換的方式，也就是用新舊系統(tǒng)倒切開關（安裝在配有本地聯(lián)鎖的設備集中站設備室，即安裝在道岔控制的管轄站）進行控制，在正常運營時，切換開關在舊系統(tǒng)狀態(tài)，由既有系統(tǒng)控制室外道岔；在系統(tǒng)調(diào)試時，切換開關倒至新系統(tǒng)狀態(tài)，由新系統(tǒng)控制室外道岔，這樣就能實現(xiàn)新舊系統(tǒng)對室外轉轍機的交互控制，實現(xiàn)在不影響正常運營的條件下，進行新信號系統(tǒng)的動車調(diào)試。新系統(tǒng)安裝與既有系統(tǒng)并行，兩個系統(tǒng)間的接口僅限于對轉轍機的監(jiān)測和控制。倒切開關在工程開通后逐步要點進行拆除。

倒切開關箱內(nèi)繼電器采用極性保持繼電器，即使斷電也不會造成繼電器掉下引起新舊系統(tǒng)的控制轉換，在開關箱上設有帶鎖的轉換開關、確認開關及相關狀態(tài)表示燈。由于倒切開關直接關系到運營安全，因此在調(diào)試期間需要對倒切開關的使用制定嚴格的專項安全管理措施：新/舊系統(tǒng)開關的啟動必須由授權專人保管鑰匙，運營和試驗雙方共同啟用鑰匙才能轉換。每次動用開關，必須有詳細記錄，動用的人員、時間、調(diào)試轉轍機的號數(shù)、狀態(tài)等。在白天運營時段，任何人都不允許切換開關的位置。

采用倒切開關后，系統(tǒng)切換非常方便，例如在北京地鐵1號線四惠車輛段有80組道岔，只需要10 min就能完成倒接及道岔狀態(tài)確認工作。

3 風險控制措施

1）每日施工執(zhí)行施工工作票制度

為了規(guī)范各項作業(yè)流程，保證作業(yè)安全，執(zhí)行工作票制度。作業(yè)班組每次施工前根據(jù)施工內(nèi)容進行安全風險點預想，工作票中填寫安全風險點和把控措施、檢查內(nèi)容等；作業(yè)完畢后，對施工現(xiàn)場進行回檢，確保設備安裝牢固，不遺留任何施工機具、廢料，做到人走、料凈、場清。經(jīng)回檢確認后，完成當天作業(yè)票填寫內(nèi)容，并經(jīng)相關單位共同簽字確認。

2）對主要作業(yè)進行全程視頻監(jiān)控

對作業(yè)人員在施工過程中不遵守相關規(guī)章制度、不按作業(yè)指導書規(guī)范作業(yè)等問題，各個班組配置視頻記錄設備，設專人對當天作業(yè)過程的重點環(huán)節(jié)進行攝錄，將信息數(shù)據(jù)交給調(diào)度集中存儲、檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時在安全例會上通報，起到對作業(yè)人員的違規(guī)約束作用，減少了違章作業(yè)，也對一旦出現(xiàn)問題進行追溯和調(diào)查提供了依據(jù)。

3）使用限界檢查設備

對于涉及施工范圍較大的工作，如電纜、波導管、軌旁安裝等，每個點若進行簡單限界測量，不但占用時間長，而且測量精度不準，特別是高空安裝的設備，測量比較困難。根據(jù)限界尺寸制造可在鋼軌上推行的限界檢查車，便可以方便的檢查新裝設備是否侵限。施工完畢后，用限界檢查車進行限界回檢，發(fā)現(xiàn)侵限情況時立即進行處理整改。限界檢查車可以根據(jù)不同的工作面分別加工、組合，分為側面、軌底、隧道頂部幾種檢查車。在進行北京地鐵1號線信號系統(tǒng)改造施工時，研制的限界檢查車獲得了2014年度全國工程建設質(zhì)量管理小組二等獎。

4 結束語

保證運營安全是信號系統(tǒng)改造施工的重中之重，在軌道交通運營線施工中稍有疏忽將會發(fā)生各類安全事故。從北京地鐵2號線信號系統(tǒng)改造到目前的北京地鐵1號線信號系統(tǒng)改造施工，通過以上技術及安全措施的有效實施，確保了現(xiàn)場施工及調(diào)試安全。同時設計、建設、施工以及相關配合方等都應加強相互溝通和協(xié)作，并做好現(xiàn)場調(diào)查工作，選用合理的施工方法、方案，并堅持標準化管理，強化施工現(xiàn)場作業(yè)安全技術措施落實及風險控制，不斷優(yōu)化作業(yè)流程、施工方案，以實現(xiàn)確保安全生產(chǎn)，減少事故發(fā)生，從而提高經(jīng)濟效益。