城市轨道交通信号系统升级改造项目方案研究

案研究

摘要：为了安全、高效地实现城市轨道交通信号系统的升级改造，从信号系统改造面临的形势和任务、相关设计标准、总体技术原则、主要难点和制约因素等方面出发，为适应不同的项目情况制定了3个技术方案；针对信号系统升级改造过程中遇到的车载信号适应性难题，以及延伸线路与既有线路设备的寿命差异问题进行了剖析，指出需加快互联互通车载信号系统的研发和推广，以及信号系统升级改造标准的制定。

关键词：城市轨道；交通信号系统；升级改造；项目方案；研究 1总体原则

1）升级改造应在尽可能保证既有信号系统不停运、不降低运输能力和安全等级的条件下进行。在过渡时期，新、旧轨旁设备、车载设备等应能相对独立运行，以确保实现统一行车指挥。2）应有利于具体项目的行车组织和运营管理，实现行车指挥和列车运行管理的自动化、科学化，以及城市轨道交通服务的现代化。3）应尽可能适应项目内其他专业及其他联络线预留的接口条件，包括现有的土建结构、线路、限界、车辆、通信、供电、站台门等现场条件。4）改造后信号系统的能力应满足正线最小运行间隔2min要求，正线追踪间隔按90s设计，在折返站的折返能力应留有余量，端站折返能力及车辆段/停车场的出入段能力应与正线行车间隔相适应，并留有一定余量。5）在满足总体目标的前提下，应尽量节约投资。

2改造方案

2.1CBTC替代既有TBTC

新系统采用基于通信的移动闭塞列车自动控制系统（CBTC），既有系统为基于数字轨道电路的准移动闭塞信号系统（TBTC），新、旧系统在系统架构上分别独立，在控制对象上需要复用。现场复用的设备主要包括转辙机、信号机、站台门控制接点和站台紧急关闭控制接点。

新增CBTC为主用信号系统，增设计轴和有源应答器设备，与计算机联锁系统共同构建成具备ATO/ATP功能的降级系统。车载设备同时具备在CBTC和TBTC系统下的列车控制功能，仅在过渡期间使用TBTC系统功能。待CBTC系统倒接完成后，拆除兼容的TBTC车载接口设备和轨旁的轨道电路设备。如果有足够的新车，车载设备可同时实现既有TBTC系统和CBTC系统功能，满足最优工程条件，从而降低系统的复杂度。使用室内倒切设备的前提条件为：①若室外共用设备的电路一致，采用倒切柜的方式进行室内设备的倒切，将复用设备电缆由既有组合柜引接至倒切柜相应的控制接点，倒切柜采用旋钮式开关控制既有系统与试验系统的倒切；②若室外共用设备的电路不一致，在室内的防雷分线柜接向室内侧设置倒切柜，与不同系统的室内组合柜和联锁机柜等设备连接，以实现通过旋钮式开关控制既有系统与试验系统的倒切。该方案在天津地铁1号线、北京地铁1、2号线等改造项目中均有实践，取得了较高的工程应用业绩。

2.2既有TBTC系统叠加CBTC系统

新增CBTC作为主用信号系统，并与既有TBTC系统兼容，保留部分既有TBTC系统设备，升级既有数字轨道电路设备，作为降级系统使用。新设计算机联锁设备和ATS子系统设备，与既有TBTC系统设备相兼容。该方案解决了既有线路由于设备老化导致信号系统设备故障率明显升高的问题；消除了由于既有信号系统供货商的技术支持和服务水平日益降低而影响正常运营的安全隐患；保留了既有信号系统作为降级系统，提高了主/备系统切换的及时性，避免了前期投资的浪费，降级运行时依旧可以保证既有线正常的运行间隔；轨旁改造和列车改造可以同步进行，不会相互制约，倒接风险小，项目可实施性强，灵活性大，对日常运营的影响可降低到最小，更有利于控制整体工期。目前，上海地铁2号线改造正按照此方案开展工作。

2.3基于车车通信的列车控制系统（TACS）叠加既有CBTC系统

TACS系统是以“车车”通信为基础，将传统的车地2层分布式列车控制系统与车载网络、牵引、制动系统深度融合，以车载控制平台为核心，实现列车自主进路、自主防护、自主调整，从而实现列车自主运行。从系统的架构、对工程资源的要求、轨旁设备的分布上来讲，改造项目具有较大的优势，同时能够突破系统能力的瓶颈。TACS系统架构示意见图2。与传统CBTC相比，TACS系统的信号集中站设备，室内不再配置传统的区域控制器（ZC）与计算机联锁主机系统，而是配置目标控制器（OC）系统，真正实现以列车为主体配置资源，随着前车的移动，通过车车通信，实现资源的释放与重新分配。ATS向列车下达时刻表信息指挥行车，列车之间通过无线通信和车载控制器（OBC）进行车车信息交互，以计算移动授权，从而实现列车的自主防护。岔区的转辙机动作通过目标控制器来实现。TACS系统是城市轨道交通中实现列车高效控制的先进系统，具有安全、高效、灵活、经济、易部署等特点。相对于传统CBTC系统，TACS系统设备更加精简，从信号系统升级改造的难点和主要制约因素来看，采用车车通信能够避免部分时间和空间上的矛盾。

3难点问题

3.1车载信号对线路的适应与匹配

以CBTC系统替代TBTC系统的改造方案为例，该方案符合信号技术发展方向，解决了既有信号系统供应商技术服务水平低、备品备件提供困难的问题。但车载信号系统在过渡实施期间，需同时配备TBTC和CBTC2套信号车载设备，或者兼容TBTC和CBTC的1套信号车载设备，并通过倒接装置实现与车辆接口的切换。该方案中既有列车均需进行改造及调试，时间周期较长，割接风险大。车载倒接装置的长期使用对运营安全存在一定的风险。而既有TBTC系统叠加CBTC系统的方案和基于车车通信的列车控制系统叠加既有CBTC系统的方案存在双套系统，且同时运行，系统的冗余度进一步增强，但一定程度上也增加了系统的复杂度，其运营和维护的工作量增大。

3.2延伸线路与既有线路设备生命周期的差异

一条线路的建设往往会出现分段建设的情况，存在设计和建设标准不相同、运行列车类型不统一等因素，使得信号系统升级改造技术方案的制定具有一定的挑战。新增CBTC系统倒接完成后拆除TBTC车载设备和轨旁的轨道电路设备，将造成投资的浪费；同时，如果延伸段的既有信号系统设备暂未达到设计的设备寿命周期，而采用该方案提前报废，也会造成前期投资的浪费。若在既有TBTC系统叠加CBTC系统，或者基于车车通信的列车控制系统叠加在既有CBTC系统上，对延伸线来讲，只需要新设系统满足功能需求即可，没必要完全保证全线的系统类型都一致。

3.3时间和空间受限

一条线路从开通运营载客到进入设备系统大修改造期，需经过10-15年的时间。随着客流的不断增加，运营时间不断延长，通常为每日5：00-23：00，因此留给设备系统改造施工作业的时间相当有限，这就要求各方提前做好施工作业准备，以提高效率。地铁是百年工程，而设备改造有时间性和周期性要求，因此未来新线建设时应对设备用房多加考虑。

4结语

考虑到当前新建及部分改造线路采用了全自动运行系统，为确保地铁运营安全，相关部门应尽快建立有针对性的技术标准体系，使信号系统改造有据可依，从而降低既有线改造风险。

参考文献

[1]邹强.城市轨道交通延伸线工程信号系统过渡改造方案分析[J].现代城市轨道交通,2019,(09):53-56.

[2]王亚鹏.城市轨道交通既有线改造方案的比较分析研究[J].数字通信世界,2019,(01):280+141.