城市軌道交通CBTC互聯互通發展趨勢及建議

李中浩

（中國城市軌道交通協會技術裝備專業委員會，100081，北京∥副主任，教授級高級工程師）

《全國城市市政基礎設施規劃建設“十三五”規劃》中明確要求：充分發揮城市軌道交通在城市公共交通中的骨干作用，超大城市和特大城市應積極建設城市軌道交通網絡，優化軌道交通功能層次，符合條件的大城市，應當結合城市發展和交通需求，因地制宜地建設城市軌道交通系統，構建覆蓋主客流走廊的城市軌道交通骨架［1］。截至2016年末，中國大陸地區（不含港澳臺）共有 58座城市（含地方政府批復的14座城市）的城軌建設規劃獲批，可研批復投資累計 34 995.4億元，規劃線路總長達7 305.3 km。在建、規劃線路規模進一步擴大，投資額持續增長，建設速度穩健提升［1-2］。

在新一輪的城市軌道交通建設中，網絡化運營的CBTC（基于通信的列車控制）互聯互通系統是其顯著特點。

1 互聯互通CBTC系統的發展背景

1.1 城市軌道交通建設存在的問題

城市軌道交通經歷上百年的發展，各方面、各專業都已形成體系，且比較成熟，但隨著時間的推移，一些問題也逐漸顯現出來，例如：客流分布不均衡，各條線路獨立運營，線路富余運能無法被利用；乘客只能通過車站換乘，無法滿足快速、直達的出行需求；線網中車站、車輛、信號、供電、車場等資源共享率低，資源未得到充分利用；換乘客流占上下車客流比例高（65%～82%），換乘站客流組織壓力大，存在安全隱患，增大車站規模也難以從根本上解決換乘壓力。

1.2 互聯互通CBTC系統

為了解決目前城市軌道交通的問題，結合國外城市軌道交通的發展經驗，基于網絡化運營設計的互聯互通思想應運而生。該思想既有利于實現資源合理分配，又能系統化提高服務水平；既彌補單線獨立運營帶來的很多不足，又可避免運營后再花時間和精力改造線路和車站［2］。

1.2.1 互聯互通CBTC系統的必要性

從城市規模角度考慮，互聯互通CBTC系統的重要性主要體現在兩個方面：①符合特大城市區域軌道交通發展的要求，特大城市30～70 km圈內，形成了大量的通勤客流，互聯互通CBTC系統可提高線路和設備利用率，形成網絡化行車和客運組織；②符合中小城市軌道交通的要求，城市中心區需要高頻率的服務，市郊需要較高旅行速度和延長運營時間的服務。除此以外，對于城市軌道交通建設單位，互聯互通CBTC系統也很有必要，例如共享車輛段、多線共軌運行、定制運行線路、分段建設和增購車輛、資源共享和調配、降低培訓成本、網間運營等。1.2.2 國內外城市軌道交通互聯互通現狀

互聯互通技術在國內外已進行了幾十年的探索和嘗試，以典型城市為例，北京基本是單線運營，互聯互通還沒有實現；上海、香港實際采用同一家的信號系統平臺來實現共線運營；巴黎軌道交通基本實現了車輛、信號、線路的互聯互通；柏林的S-Ban系統在市區段采用多線共軌運行模式，實現共線運營［2］；紐約至今未達到互聯互通的投運條件。

1.2.3 互聯互通實現途徑

從國內外城市軌道交通互聯互通發展現狀可知，目前世界上實現互聯互通有5種處理方式［4］：

（1）采用同一廠商相同制式的信號系統；

（2）加裝多套信號車載設備；

（3）加裝多套信號地面設備；

（4）采用通用的信號車載設備；

（5）基于統一規范標準的信號互聯互通設備配置。

采用第五種方法，能夠保護各制造商的知識產權與核心技術，有利于形成健康的產業鏈，但這種方式實現起來也是技術難度最大的。

1.2.4 互聯互通關鍵難題

要實現基于統一規范標準的信號互聯互通，面臨三個關鍵技術難題：①各個信號廠商的CBTC系統是獨立開發和設計的；②基于統一接口規范實現互聯互通，無成熟經驗可參考；③不同廠商的CBTC系統互聯互通以后引進新的危險源，如何確保其可靠性。如圖1所示。

1.3 互聯互通工程背景

針對重慶軌道交通第一輪建設過程中存在的問題，重慶軌道交通（集團）有限公司在規劃二期工程4、5、10號線及環線（共 4條線路，長 168 km）時，采用互聯互通標準建設，并向國家發展和改革委員會申請國家示范工程項目。

圖1 關鍵難題示意圖

2 國家示范工程項目

2.1 重慶軌道交通CBTC互聯互通實現方式

國家發展和改革委員會的三年行動計劃將重慶軌道交通互聯互通工程中的難點——CBTC互聯互通列為國家示范工程項目，并要求中國城市軌道交通協會（以下簡為“中城協”）組織編寫CBTC互聯互通規范及LTE-M（LTE for Metro）規范。針對重慶工程項目，重慶軌道交通（集團）有限公司組織編寫了重慶軌道交通列車控制系統標準（CQTCS）。重慶軌道交通二期工程中標的各信號廠商參與了重慶軌道交通CBTC互聯互通規范編寫，并依據行業CBTC互聯互通規范及重慶地方規范，進行具有自主知識產權的互聯互通CBTC信號系統的開發和應用。

2.2 重慶軌道交通CBTC互聯互通示范工程目標

重慶軌道交通二輪建設的CBTC系統采用四條線四家供貨廠商，各線路間可實現共線、跨線運營，提高資源共享水平和網絡化運營水平。示范工程目標分為兩個階段：①2017年5號線、10號線開通，實現共線運營；②2018年4號線和環線開通，實現跨線運營。

重慶軌道交通CBTC互聯互通示范工程肩負4個主要任務：①攻克CBTC互聯互通關鍵技術并研制出4家互聯互通CBTC的產品；②實現自主化信號系統的創新應用、工程示范應用和網絡化運營組織管理；③搭建互聯互通系統測試驗證平臺；④編制CBTC互聯互通技術規范體系并用實際工程驗證。

2.3 重慶軌道交通互聯互通線路和工程條件概述

重慶軌道交通二期工程規劃了4、5、10號線及環線4條線（設置4個聯絡線），4條線路概況如表1所示。

表1 重慶軌道交通二期工程線路條件

2.4 重慶軌道交通CBTC互聯互通技術線路

重慶軌道交通CBTC互聯互通的技術實現是：根據中城協牽頭制定的CBTC互聯互通技術規范，如接口規范、測試規范等，各信號廠家按照互聯互通規范開發產品，并在交叉測試平臺進行交叉測試和反復驗證，測試通過的軟件產品發布到工程項目應用。同時，針對交叉測試或工程項目過程中出現的問題，中城協制定了修訂規范的流程。重慶軌道交通互聯互通技術路線示意圖如圖2所示。

圖2 重慶軌道交通互聯互通技術路線示意圖

2.4.1 重慶軌道交通CBTC互聯互通技術規范

2015年1月至今，為了編制重慶軌道交通互聯互通技術規范，做了大量工作：①組織4家技術專題會共計108次，形成會議紀要任務項200余項；②涉及接口、規范12項，更新各個接口、規范累計300余次；③參與討論的人員累計超過2 300人次。

重慶軌道交通CBTC互聯互通規范由互聯互通技術規范、地方規范、LTE-M規范三部分組成，如圖3所示。

圖3 重慶軌道交通互聯互通規范組成圖

（1）CBTC互聯互通技術規范。CBTC互聯互通系列標準分為系統、接口、測試和工程4個規范，共17個部分。

（2）地方規范。2017年2月，重慶軌道交通（集團）有限公司針對重慶工程發布地方標準DBJ 50/T—250—2016《重慶軌道交通列車控制系統（CQTCS）標準》。

一系列行業CBTC互聯互通技術規范是CBTC互聯互通的上位規范，即必要條件，缺一不可；將其結合地方規范，就成為這個城市CBTC互聯互通的充要條件（如圖4所示）。

圖4 互聯互通規范和地方規范的關系示意圖

（3）LTE-M規范。CBTC互聯互通系統的實現，通信平臺的互聯互通是基礎。在國家無線電管理委員會批準1.8 GHz專用頻段（1 785～1 805 MHz）后，中國城市軌道交通協會啟動了LTE for Metro（LTE-M）的標準編制。LTE-M系統標準分總體、接口、設備、測試、工程5個規范，共19個部分。2017年2月，《重慶市軌道交通CBTC 1.8 GHz車地無線通信系統頻率使用方案》獲市經委批復（渝經信無管（局）［2017］8號），1 785 ～ 1 790 MHz、1 800 ～ 1 805 MHz為互聯互通車地無線通信專用頻段。

2.4.2 重慶軌道交通CBTC互聯互通產品

CBTC互聯互通產品要滿足上述規范，并具備以下功能：①點式功能；②CBTC功能；③支持共線、跨線運營。

2.4.3 重慶軌道交通互聯互通交叉測試

重慶軌道交通互聯互通面臨的挑戰是各信號廠商驗證互聯互通進行的交叉測試。交叉測試的基礎是交叉測試平臺，以驗證互聯互通CBTC功能。交叉測試平臺在工程實施中的技術保障作用如圖5所示。

圖5 工程實施關鍵技術保障環節示意圖

CBTC信號系統交叉測試平臺為工程項目實施提供有力支撐：①驗證是否符合CBTC互聯互通系列標準及重慶軌道交通互聯互通工程的功能需求；②減少對互聯互通線路正常開通的影響；③節省互聯互通線路現場測試時間；④提高系統的安全性、可靠性和可用性。

交叉測試平臺在工程完工后，可建成第三方CBTC互聯互通測試平臺，成為CBTC互聯互通產品認證機構的簽約實驗室，也可作為互聯互通CBTC的產品研發基地和培訓基地。

2.4.4 重慶軌道交通CBTC互聯互通工程項目

重慶軌道交通互聯互通工程項目有4條線，在調試過程中，每條線選取2個集中區作為樣板段，進行室內和現場工作，具體如圖6所示。

圖6 樣板段示意圖

2017年8月28日重慶環線列車在5號線地面（園博園中心集中區）成功升級CBTC，是國家互聯互通示范工程的重要里程碑，標志著國內CBTC互聯互通時代的到來及CBTC互聯互通的關鍵技術已經取得了突破。

3 建議

3.1 大力推廣互聯互通CBTC制式

網絡化運營的互聯互通CBTC系統從規劃、運營等層面都具有重要意義。在規劃層面上，實現城市軌道交通的整體規劃，降低換乘站的建設規模，通過共用降低車輛段建設規模，降低共用路段建設規模等，以降低城市軌道交通的建設成本；在運營層面上，實現更好的網絡化運營，降低培訓和維護成本，減少乘客換乘，有效吸引客流，司機和調度人員的路網內共享等，實現資源共享，更好服務人民出行。

在城市軌道交通信號領域，國家示范工程項目有兩個：一個是重慶的CBTC互聯互通國家示范工程，另一個是北京燕房線全自動運行系統。將這兩個國家級的示范工程有機地結合在一起并加以拓展，就能構成互聯互通的FAO（全自動運行）系統，這是中國城市軌道交通信號系統的發展方向。

城市軌道交通建設大致分為三個階段：網絡規劃階段，招投標階段，同期建設、分期建設。在今后的城市軌道交通建設中，建議如下：

（1）網絡規劃階段：要將網絡化運營互聯互通作為考慮因素。

（2）招投標階段：對各專業提出要優先考慮滿足互聯互通標準要求。

（3）同期建設、分期建設：城市軌道交通可能同期建設多條線，也可能分期建設多條線，一定要采用統一標準，便于可持續發展。

重慶軌道交通互聯互通項目取得的成績，已引起國內其他城市的關注和應用，如北京、青島、長沙、貴陽、烏魯木齊等城市。后續建設網絡化互聯互通的項目，可分為兩種情況：一種為同期建設多條線路，另一種為分期建設多條線路，針對不同情況應該采用不同方法。第一種情況，各條線路在互聯互通建設中要定期交流溝通；第二種情況，先建設線路要為后期項目建設的互聯互通做好充分準備。

3.2 推進網絡化FAO系統

FAO系統已在北京燕房線得到工程驗證，并在2017年年底開通。與此同時，互聯互通CBTC系統也已取得突破性進展。因此，基于網絡化和云平臺的互聯互通FAO系統必將成為將來的發展趨勢。互聯互通的FAO系統應是互聯互通CBTC系統的延伸和升級。

CBTC互聯互通技術規范正在審批過程中。其包含系統、接口、測試和工程4個規范，共17個部分（如表2），在重慶示范工程共線運行得到驗證后，有望在2018年上半年發布。

表2 互聯互通技術規范

關于互聯互通的FAO系統，面臨技術難度更大、系統集成度更高等問題，需要軌道交通公司和信號廠商、車輛供應廠商及各專業應用公司一起，迎難而上、團結合作、奮力進取、持續創新，讓中國城市軌道交通的技術處于世界軌道交通的前列。

4 結語

CBTC互聯互通國家示范工程克服了世界性難題，目前已取得階段性突破進展。中城協將積極推動互聯互通技術規范應用于我國城市軌道交通建設，為“十三五規劃”的貫徹實施做出貢獻。此外，要持續提升我國整體技術裝備水平在國際上的影響力，將中國城市軌道交通CBTC互聯互通技術應用于國際市場。

參考文獻

［1］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家發展改革委.全國城市市政基礎設施規劃建設“十三五”規劃［R］.北京：中華人民共和國住房和城鄉建設部，2017.

［2］ 中國城市軌道交通協會.中國城市軌道交通年度統計和分析報告2016［R］.北京：中國城市軌道交通協會，2017.

［3］ 仲建華.城市軌道交通互聯互通網絡化運營的思考［J］.都市快軌交通，2015（5）：10.

［4］ 金世杰，郜春海.城軌交通信號系統資源共享與互聯互通［J］.都市快軌交通，2007（2）：92.

［5］ 俞光耀.上海軌道交通網絡維護保障策略與網絡統籌管理的實踐與思考［J］.城市軌道交通研究，2014（7）：1.

［6］ 張守芝.青島市軌道交通信號系統互聯互通的思考［J］.現代城市軌道交通，2017（3）：55.

［7］ 郜春海.關于城市軌道交通“走出去”的思考［J］.都市快軌交通，2016（3）：4.

［8］ 王偉.面向互聯互通的全自動運行系統［J］.鐵路技術創新，2016（4）：56.

［9］ 丁樹奎，王燕凱，房霄虹.區域快軌網需求特征及主要技術參數研究［J］.都市快軌交通，2016（2）：16.

［10］ 郜春海，唐濤，寧濱，等.基于通信的互聯互通i-cbtc列車運行控制系統：CN200710063144.1［P］.2007-08-01.