信號機房施工工廠化預制技術要點探究

劉佳欣

(通號工程局集團有限公司，北京 100070）

1 概述

鐵路信號機房集中布設大量設備，資產價值高，對列車運行控制和行車指揮影響大。鐵路信號機房施工工點位置相對較少，主要分布在車站、中繼站、線路所、基站、所亭等，然而信號機房施工占弱電工程總體施工量約35%，傳統施工模式下，信號設備房屋具備安裝條件后，安裝機柜、配線、導通、安裝設備、單機調試、室內模擬試驗等，一般需45 ～60 天。主要原因是機房施工中包括大量線纜布放和焊線工藝，機房施工對整體工程質量控制要求高、份量重、現場用工量大、施工人員密集、安全風險高及技術難度大。尤其在既有線改造工程、海外工程、惡劣環境工程施工中存在工期緊、用工難、物資匱乏、施工環境差等施工難題。

2 信號機房施工制約因素分析

信號機房施工包含機柜組立、走線架安裝、線纜布放和機柜配線， 施工完成后進行導通測試和聯鎖試驗。在工程建設中，往往存在以下幾個問題。

1）現場布線配線工作量繁重。信號機房現場布線配線需耗費大量的技術人工，尤其組合柜配線采用焊線工藝，技術難度高、用工量大、施工周期較長。

2）施工工期易受機房條件制約。新建鐵路面臨交房滯后的風險，既有線改造受天窗點制約，外界因素嚴重影響工期節點。

3）施工質量對現場環境和技能水平依賴高。組合柜焊線操作技能門檻高，雖然可以通過加大力度培養高技能人員，但施工現場條件較差，手工焊線質量難以保證，可能存在一定的質量隱患。

4）施工安全存在風險隱患。新建機房室內施工中，焊線工藝需要連接臨時電源或使用發電機，存在火災隱患，作業人員使用烙鐵存在燙傷風險。

5）設備調試驗證受制約。設備調試和聯鎖試驗現場工作量大，驗證時間長，設備加電調試必須使用正式電源，受新建鐵路送電時間影響，可能會影響設備調試和聯鎖試驗的正常進行。

3 信號機房施工工廠化技術應用目標

適當改變現有工程設計思路，以工廠化預裝預配、裝配式現場施工為目標，在不改變既有聯鎖關系和控制電路的基礎上，通過調整組合排布和配線節點，改裝機柜設備布線方式。以機柜為單元進行定型生產，施工現場進行柜間集束化和插接化施工，最終建立一套涵蓋設備選型、工程設計、施工安裝、設備調試和運營維護等完整流程的信號機房施工工廠化預制新模式。極大簡化施工現場配線、調試工作量，提高信號機房施工安裝和運營維護質量和效率，為中國鐵路高質量發展和高鐵“走出去”倡議提供技術支撐。

4 信號機房施工工廠化技術要點

信號機房施工工廠化技術要點主要包括組合柜模塊化、移頻柜接口插接化、綜合柜接口插接化、取消接口柜、電源屏輸出分路設置、布線工藝與BIM 應用等。

4.1 組合柜“模塊化”

組合柜是信號機房內設備最多、配線最多、施工工藝最難、工程量最大的設備。一般分為站內組合柜、區間組合柜、監測組合柜、接口柜4 種組合柜，分別應用于聯鎖、自閉、監測和連接功能。

4.1.1 組合柜布局優化

組合柜可視為組合的“容器”，通常以組合為單位對其進行填充，根據填充后的主要功能綜合使用。傳統施工根據組合需求數量盡可能利用充足組合柜空間，多種不同組合在一個組合柜，繼電器、變壓器等設備非常集中。工廠化施工形成定型組合柜，不同組合柜有著定型的組合，設備分類清晰。研究設置定型組合柜，配套零散組合柜用以滿足零散電路多變的需求。

4.1.2 取消組合側面端子

傳統施工由組合內部配線通過繼電器接點引至本層組合側面端子背部，施工單位從側面端子的正面進行配線連接；電路圖、配線圖均有側面端子號標識。工廠化施工中不再需要組合側面端子，通過組合內部配線由繼電器接點引至另一處繼電器接點。組合柜內部配線圖、電路圖直接顯示配線繼電器接點號。需測量或導通時，可直接測試繼電器接點，如圖1 所示。

圖1 組合柜配線及架間配線對比Fig.1 Comparison of wiring of combination cabinet and between racks

4.1.3 組合柜架間配線插接化

組合柜架間配線主要為電源配線、電路條件傳輸配線，其配線工作量最大、施工工藝質量最難控制。傳統施工中電源線配線組合柜端采用冷壓線環、纏繞線環、萬可端子插接方式連接。工廠化施工中新設接口層，取消側面端子，如圖1 所示。依據配線技術要求和數量，選取合適的插接裝置和集束線纜。

4.1.4 改擴建預留

信號工程改擴建時，室內設備增減引起相應電路修改。傳統施工改擴建時按需增減組合或組合柜，增減柜內、架間相關配線。工廠化施工中增加軌道、道岔、信號機時適當利用預留空位，當插接裝置滿配時，可通過電纜空余芯線滿足架間通道需求。如圖2 所示。組合柜預留適當插接空位，當插接裝置預留芯不滿足時，可增加柜間電纜實現改擴建電路需求。

圖2 插接裝置預留示意Fig.2 Schematic diagram of reservation of plug device

4.1.5 屏蔽線接地設置

ZPW-2000A 傳輸通道采用雙芯扭絞屏蔽線纜，其屏蔽層應進行單端接地連接。屏蔽線連接為“綜合柜→組合柜→移頻柜”，因此一般在組合柜端進行屏蔽層接地連接。傳統施工中組合柜側屏蔽線內屏蔽網開剝后，留2 ～3 cm 內屏蔽網使用綠黃地線環連后接至組合柜柜體。工廠化施工中集束屏蔽線電纜制作成端，留2 ～3 cm 內屏蔽網使用綠黃地線引出，所有集束屏蔽線環連后接至組合柜柜體。

4.2 移頻柜接口插接化

區間、站內移頻柜主要應用于ZPW-2000A 軌道電路，并監測軌道電路數據。移頻柜架間配線有組合柜配線、電源配線、熔絲報警配線、列控數據CAN 線、接地連接等。

4.2.1 移頻柜至組合柜配線

傳統施工中移頻柜至組合柜配線主要有兩種配線。一種是用于軌道電路傳輸通道的屏蔽線，使用雙芯扭絞屏蔽線，移頻柜側為萬可配線端子。另一種是用于GJ、FQJ、熔絲報警的配線，移頻柜側為萬可端子。工廠化施工中采用集束雙芯扭絞屏蔽線電纜并新增插接件，采取插接式連接方式，屏蔽線內屏蔽網接地在組合柜配線側接地，如圖3 所示。

圖3 移頻柜對比示意Fig.3 Schematic diagram of comparison of frequency shift cabinets

4.2.2 移頻柜至列控機柜配線

傳統施工中移頻柜至列控機柜CAN 線，列控機柜端采用兩芯圓型插接件，移頻柜側采用萬可端子配線方式。工廠化施工中雙端均采用圓型插接件連接，如圖4 所示。

4.3 綜合柜接口插接化

區間、站內綜合柜主要應用于ZPW-2000A 軌道電路傳輸，并監測軌道電路數據。綜合柜相關連接配線有室外電纜、組合柜配線、信號集中監測配線、熔絲報警配線、數據監測CAN 線、數據監測電源配線和接地連接等。

4.3.1 綜合柜設備布局

傳統施工綜合柜設模擬網絡9 層，每層安裝3個區段的設備，整柜體設置1 個零層。工廠化施工綜合柜設模擬網絡8 層，每層結構不變，整柜體設置1 個零層和1 個接口層。

4.3.2 綜合柜至組合柜配線

傳統施工采用雙芯扭絞屏蔽線，JS 與FS 分色分把布放，綜合柜側零層配線端子為18 孔萬可配線端子。工廠化施工采用集束雙芯扭絞屏蔽線電纜，在新增接口層（J）設置插接件，采取插接式連接方式。屏蔽線內屏蔽網接地在組合柜配線側接地，如圖5 所示。

圖5 綜合柜配線接口層對比Fig.5 Comparison of wiring interface layer of combination cabinet

4.3.3 綜合柜至排架燈和列控機柜配線

傳統施工采用冷壓插針或纏繞線環，配線至斷路器底座背部和綜合柜零層萬可端子板。工廠化施工分別設置排架報警和CAN 線插接接口，采用插接連接器進行連接，如圖6 所示。

圖6 綜合柜連接對比Fig.6 Comparison of connection of combination cabinets

4.4 節省接口柜

接口柜主要有聯鎖接口層、列控接口層，一般合并設置在一個接口柜，用于聯鎖列控驅動和采集。傳統施工中聯鎖、列控驅采機柜機籠處通過驅采纜插接方式連接至接口柜，接口柜正面采用航空插頭插接方式連接聯鎖列控驅采機柜。工廠化施工重新排列驅采表，使聯鎖列控機柜每塊驅采板對應的組合柜相對集中，節省接口柜，如圖7 所示。

圖7 接口柜對比Fig.7 Comparison ofinterface cabinets

4.5 機柜內置接地端子

室內設備接地主要分為電纜金屬護套接地、電源防雷接地、傳輸通道防雷接地、安全保護接地4種。傳統施工中各機柜根據不同用途，設置不同樣式、不同規格的接地排或接地螺栓。工廠化施工根據接地分類及機柜需求，增設統一規格、材質接地端子。柜內接地統一設置對外接口，實現柜內、柜外接地線區分。

4.6 BIM應用于線纜預制和布線規劃

信號機房配線徑路錯綜復雜，線纜規格型號繁多。傳統施工利用CAD 圖規劃機柜擺放位置，繪制走線示意圖。工廠化施工利用BIM 技術建造真實、準確機房環境模型，機房內所有專業設備統籌建模規劃，通過BIM 進行技術交底，明確關鍵施工控制點。

4.7 集束電纜和插接件的應用

各類機柜工廠化后，柜間配線相對較為穩定，針對柜間配線少的情況，設置小芯數集束電纜和插接件。根據柜間配線技術要求，設置不同芯數集束電纜。依據配線用途，對線纜外護套區分不同顏色。根據柜間配線數量、配線的線徑、去向不同，設置一對一、一對多形式分歧線纜插接件。

5 結束語

新時代鐵路建設逐步從規模速度向質量效益轉變，對鐵路信號機房施工開展工廠化預制技術研究。以工廠化預裝預配、裝配式現場施工為目標，不改變原有電路原理及設備性能，通過模塊化、統一化、插接化、集束化、裝配式等工程設計創新、工程施工工序創新、工藝創新，研究將傳統施工現場作業中勞動密集度高、風險隱患高的作業（如焊線、線纜布放、成端等）取消、優化或盡量多地前置到工廠化預制階段固化工藝，通過機柜改裝，柜內配線優化設計，BIM 指導下精準機房布局、線纜預制和工藝規劃，采用設備機柜與應用系統分離布局的模式等一系列技術革新。能夠顯著化解當前機房施工中的質量安全風險，通過技術革新，大幅縮短現場工期，提高工程施工效率，穩定固化施工工藝，保障工程安全質量，同時，改善后的預配施工作業環境，為進一步推行建筑工業化和智能建造奠定基礎。