新建高鐵引入既有樞紐信號系統工程方案優化與實踐

袁衛東， 賈華強， 高建， 于長洪， 王繼星， 柳志鹍

（1. 鄭萬鐵路客運專線河南有限責任公司，河南鄭州 450015；2. 通號工程局集團有限公司，北京 100070；3. 北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070）

1 工程概況與計劃方案

1.1 鄭萬鐵路引入鄭州東樞紐

鄭萬鐵路、鄭徐客專、京廣高鐵、鄭西高鐵、鄭濟客專（預留）、鄭開城際和鄭機城際交匯于鄭州東樞紐，其中鄭開城際和鄭機城際采用CTCS-2 級列控系統，其余鐵路均采用CTCS-3級列控系統。

鄭萬鐵路正線接入鄭州東徐蘭場（臨時限速納入鄭徐臨時限速服務器1（TSRS1）管轄），新設鄭萬高鐵臺及鄭萬TSRS1。鄭萬鐵路引入鄭州東樞紐線路和站場布置示意見圖1。

1.2 商合杭鐵路引入商丘樞紐

商合杭鐵路、鄭徐客專、京九高鐵（預留）、隴海線（普速）和京九線（普速）交匯于商丘樞紐，其中商合杭鐵路、鄭徐客專和京九高鐵采用CTCS-3 級列控系統。

商合杭鐵路新建商合杭場經商丘商合杭上、下行聯絡線與鄭徐客專正線銜接，商合杭鐵路河南段調度指揮納入既有鄭徐高鐵臺，臨時限速納入既有鄭徐臨時限速服務器。商合杭場納入商合杭無線閉塞中心1（RBC1）管轄，商丘鄭徐場由鄭徐無線閉塞中心2（RBC2）控制，鄭徐RBC2與商合杭RBC1在商合杭上、下行聯絡線區間信號點實現無線閉塞中心（RBC）通信切換。商合杭鐵路引入商丘樞紐線路和站場布置示意見圖2。

圖1 鄭萬鐵路引入鄭州東樞紐線路和站場布置示意圖

圖2 商合杭鐵路引入商丘樞紐線路和站場布置示意圖

1.3 涉及既有信號系統軟件的修改情況

鄭萬、商合杭鐵路引入樞紐共涉及中國鐵路鄭州局集團有限公司調度所（簡稱鄭州局調度所）調度集中（CTC）系統擴容及軟件修改；鄭州東RBC 中心徐蘭場RBC、鄭徐RBC2、鄭徐TSRS1 軟件修改；鄭州東徐蘭場、曹古寺線路所、商丘鄭徐場、商丘西線路所等的計算機聯鎖、列控中心、CTC 站機、微機監測軟件修改；鄭徐中繼13～中繼16 列控中心軟件修改，相關車站CTC 站間透明軟件修改［1]。信號系統軟件主要修改內容見表1。

1.4 計劃方案

鄭萬鐵路計劃2019年5月20日完成信號各系統軟件發布，6月19日前完成各系統軟件仿真測試，開始樞紐軟件換裝施工，7月25日前完成鄭州樞紐軟件換裝試驗具備動態驗證條件。商合杭鐵路河南段計劃2019年6月20日完成信號各系統軟件發布，7月24日前完成各系統軟件仿真測試，開始樞紐軟件換裝施工，8月29日前完成商丘樞紐軟件換裝試驗具備動態驗證條件。引入樞紐工程分現場施工安裝、軟件換裝2個施工階段，其中軟件換裝階段按照安全數據網及CTC 網絡接入改造、各系統軟件兼容性試驗、中心配合車站站機軟件換裝試驗、車站站機配合中心軟件換裝試驗及動態驗證5 個步驟進行［2-3]。軟件換裝階段計劃實施進度及安排見表2。

2 優化方案

2.1 難點分析

（1）鄭萬、商合杭鐵路引入樞紐均需要修改鄭州局調度所鄭徐高鐵臺和鄭徐Tsrs1 軟件。因2 條鐵路工期相差1個月，商合杭鐵路引入樞紐信號軟件換裝相應要滯后鄭萬鐵路1個月，因此需前后針對同一設備編制2版軟件，軟件編制工作量大、電務仿真試驗量大，工期和質量很難保證。

表1 信號系統軟件主要修改內容

（2）從表2 可知，每次引入樞紐軟件換裝施工需5個步驟，每一步的天窗數量及每次天窗時長又必須確保兌現。因2條鐵路工期相鄰，鄭萬鐵路完成后，緊接著就要開展商合杭鐵路引入樞紐的現場軟件換裝施工，1個月內要完成全部天窗點施工任務，周期長且天窗時間安排緊密，無論是施工計劃的安排、運輸方案的制定，還是現場施工及驗收配合人員的資源配備，都存在較大困難，對商合杭鐵路的工期以及既有高鐵的運輸安全均存在較大風險［4]。

（3）鄭萬鐵路引入鄭州東樞紐軟件換裝試驗完成后即進行動態驗證及聯調聯試，期間需同步實施商合杭引入商丘樞紐軟件換裝試驗。在此期間，鐵路局集團公司及參建單位要同時承擔鄭州東樞紐動態試驗和商丘樞紐軟件換裝施工雙重任務，施工組織難度很大。

由上述分析可知，在確保2條鐵路工期目標的前提下，各線單獨分開實施難度大，存在安全和工期的風險。因此提出鄭萬鐵路引入鄭州東樞紐與商合杭鐵路引入商丘樞紐軟件換裝及動態驗證同步換裝、共享天窗的優化方案。

2.22 條鐵路同步換裝軟件的可行性分析

（1）2條鐵路引入樞紐的軟件換裝施工及動態驗證采取同步換裝、共享天窗的方案，可整體減少一輪軟件換裝施工天窗，有利于高鐵的運輸及維護，鐵路局集團公司運輸和電務部門有這方面需求，也為方案的研究和審批創造了有利條件［5]。

（2）在優化方案確定前，鄭萬鐵路引入鄭州東樞紐、商合杭鐵路引入商丘樞紐技術方案已提早穩定并得到鐵路局集團公司的審批，2條線各系統設備軟件編制進度基本同步，中心關鍵設備具備2條線軟件一次整合的條件。

（3）商合杭鐵路提前與鄭萬鐵路同步換裝后，商合杭鐵路河南段信號系統將提前啟用，需與既有鄭徐客專設備通信，而商合杭鐵路河南段南段（不同建設主體）工期晚，信號設備還不具備啟用條件，局間邊界接口條件不具備，將造成商合杭鐵路河南段部分信號設備輸出信息不完整，引起鄭徐客專部分既有設備信息報警，經研究，報警信息不影響既有鄭徐客專信號設備的正常使用，可采取屏蔽報警信息的臨時過渡處理措施［6]。

由以上分析可知，2條鐵路引入樞紐信號軟件換裝同步實施、一次修改到位的方案可行，特別是2條鐵路歸屬同一項目管理機構（建設單位由鄭西鐵路客運專線有限責任公司與鄭萬鐵路客運專線河南有限責任公司合并）、同一接管維修單位、同一施工單位，為進一步優化方案、科學組織提供了有利條件。該方案在得到鐵路局集團公司復函同意后，報中國國家鐵路集團有限公司同意后組織實施。

2.3 同步實施軟件換裝步驟

表2 軟件換裝階段計劃實施進度及安排

鄭州東樞紐和商丘樞紐共用天窗點，按照軟件換裝階段5個步驟同步實施，具體實施情況見表3。

2.4 動態驗證方案

對信號系統設備軟件修改范圍內的列控系統相關功能進行測試和驗證。測試范圍如下：鄭萬鐵路引入鄭州東樞紐涉及的鄭州東站周邊接發及通過進路C2/C3拉通測試，商合杭鐵路引入商丘樞紐涉及的商丘鄭徐場和商丘西線路所C2/C3進路測試，鄭州西站—鄭州東徐蘭場—碭山南站（局界）區間正線正反向C2/C3拉通測試［7]。

表3 鄭萬、商合杭鐵路引入鄭州東、商丘樞紐優化方案實施情況

動態驗證利用3 個300 min 天窗點，其中第1、2 個天窗點動態驗證完成后軟件回退，第3個天窗點軟件動態試驗完畢確認全部軟件無問題后，軟件不回退啟用新軟件?？紤]到鄭州西站經鄭州東站—碭山南站試驗區段線路較長，動車單程運行超過70 min，為確保在有限的時間內完成全部動車測試序列，通過調整運輸組織，采取增加上線試驗動車（最多達6 輛）小圈套跑、分段試驗的方案［8]。

2.5 實施效果

在5個天窗點無法兌現的情況下，鄭州東樞紐和商丘樞紐于2019年8月9日利用18 個天窗點時間完成了軟件換裝試驗及動態驗證，為鄭萬和商合杭鐵路如期開展聯調聯試奠定了堅實基礎（商合杭鐵路較原定工期提前22 d）。

本次軟件換裝試驗及動態驗證共使用18個天窗點，比原計劃2 條線路單獨實施方案的35 個天窗點大大減少，極大地減少了對既有運輸及維修作業的影響。若2 條線路分開實施，商合杭鐵路至少要遲后鄭萬鐵路1個月，將造成商合杭鐵路工期目標無法兌現，無法實現商合杭鐵路當年開通、當年投產、當年釋放京滬高鐵運輸能力的目標［9]。由于天窗點數量的有效結合，使工程本身工期緊張和天窗點數量不足等問題得到了有效解決，確保了2 條線路如期開展聯調聯試。而且，該方案的實施大大減少了對調度集中系統和臨時限速服務器過渡軟件的編制任務，以及各系統軟件仿真場景搭建和鐵路局集團公司電務段對系統軟件的仿真測試任務，極大地降低了軟件編制人員和電務仿真人員的工作量以及相關成本。

3 結束語

隨著高速鐵路的不斷建設，樞紐接入方案及施工組織的優化研究，對高鐵項目的順利推進以及優質、高效、安全地交付運營至關重要。結合新建鄭萬鐵路引入鄭州東樞紐、商合杭鐵路引入商丘樞紐2個工期不同的信號系統工程引入樞紐的實例，提出多個新建高鐵信號系統同步引入樞紐的實施方案。在具體實施過程中，需要嚴格把控和落實施工圖提交、列控工程數據發布、各系統接口資料提交、設備軟件發布、仿真模擬試驗、方案提報和批復、要點計劃批復等各關鍵環節［10]。在多個項目同步實施時，要統籌考慮上述關鍵環節的實施節點。不同項目的建設工期要接近，在關健工程工期及軟件編制進度方面，不同項目要具備同步的條件，并需要經過嚴格科學的論證分析，否則會帶來設備供應、軟件發布及施工組織等方面的問題。同時，要充分研究外部不利因素或突發事件對實施過程的影響，各環節均應考慮時間余量和應急補救措施［11]。在上述實例中，軟件換裝階段的5 個天窗點沒有兌現，2 次動態驗證試驗點分別晚點10 min 和4 min，動態驗證試驗點又延長進入90 min 預留時段，存在打亂運輸秩序的風險，說明安排300 min 天窗冗余不足，應在今后同類工況下引起注意。