肖 峰

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

至2019年底，中国高速铁路营业总里程达到3.5万km，居世界第一。国内高铁建设体量帮助高铁建设者积累了丰富的建设经验，同时也见证了国内高铁技术的高速发展和先进性。其中站后四电系统集成的建设模式形成了成熟的体系，帮助实现四电系统的有机结合、稳定运行。随着高铁运行里程的快速增长，国内高铁市场需求发生变化，同时国外高铁市场也在逐步开拓，这些都为系统集成工作带来新的机遇和挑战。

1 系统集成模式的形成

1.1 系统集成模式的提出

高速铁路四电系统与一般普速铁路的不同在于速度更高、自动化程度更高、控制系统更复杂、子系统更多、技术难度更大，因此需要集中解决各专业子系统间接口和外部接口问题。这个特点在站后四电系统尤为突出，所以才提出四电系统集成概念，把站后四电专业的集成工作放在一起做，逐步形成具备解决复杂系统集成问题的专业团队，这种办法有利于积累丰富的高铁集成经验，更高效安全地建设高铁。

1.2 普铁建设模式和高铁系统集成模式的区别

1.2.1 普速铁路建设模式

铁路建设项目一般有4种项目角色，建设方、设计、施工和监理。以信号系统项目为例，建设方对项目参建各方进行管理使项目按期完工；设计负责施工图设计和技术支持；施工进行按图施工作业。普速铁路子系统少，设备集成度不高，只有CTC和联锁是成套设备，其他大部分系统（如闭塞系统）基本靠组合电路实现，内外部系统接口很少。针对普速铁路的这些项目特点，设计完成功能设计，厂家各自负责自身设备技术支持，施工按图布线然后进行功能试验就能完成项目。

1.2.2 高铁系统集成模式

高速铁路四电系统更复杂，以信号系统为例。

1）集成度高的成套设备增多，例如：CTC、联锁、列控、临时限速服务器、安全数据网、RBC以及一些专用接口服务器等，这些系统之间联系紧密，存在较多内部接口。

2）信号系统与其他专业也存在大量接口，例如：为信号提供通信通道的通信专业，需要为信号系统提供线路数据和分相区数据的站前专业和接触网专业，还有其他系统如异物监测、地震监测等系统接口。

3）车地接口通信增多，如地面应答器信息、轨道电路移频信息、RBC通过无线通信发送的控车信息等，如此多的信息交互、车地接口，需要进行车地联调联试保证行车安全。

综上所述，系统成套设备的选型和功能实现、实施方案的编制、内外部接口的实施和联调联试等，这些都是高铁四电系统新增工作，而且这是一项工作量大、技术难度高的专业工作。把这项工作划归施工、设计、子系统供应商和建设方进行兼顾都不具备足够能力去满足这项工作的需求，因此需要把这项工作作为独立的和施工、设计平行的工作。以上这些高铁四电系统的特殊性促成了高速铁路系统集成模式的形成。

1.3 系统集成模式类别

高速铁路四电系统集成主要是电力、电牵、通信、信号4个站后专业集成，各专业将不同功能子系统有机结合，实现本专业系统集成，站后各专业间通过通信接口方式实现站后四电系统集成。也可将四电模式分为两电模式进行系统集成，即电力、电牵专业组成的“强电集成”和通信、信号专业组成的“弱电集成”。系统集成模式类别如图1所示。

图1 系统集成模式类别示意图Fig.1 Schematic diagram of system integration mode categories

2 系统集成模式架构和当前面临的问题

2.1 系统集成模式架构

根据系统集成项目特点和高铁项目建设经验，我国高铁四电系统集成逐渐形成了一定的模式架构，高速铁路四电系统集成基本由集成管理、集成设计和集成测试3个工作组成，具体如下。

2.1.1 集成管理

如信号系统集成项目，需要对通信、电力、电牵、轨道等多个专业的项目机构建立对接平台和机制、需要与项目接收单位和建设单位建立工作对接机制，需要建立信号各子系统供应商协调工作机制，以及项目商务工作和项目团队管理建设，涵盖以上内容的工作称为集成管理。

2.1.2 集成设计

铁路各设计院的专业设计是把本专业各系统需要达成的功能、配置进行的标准化设计，依据设计规范进行设计。集成设计是对专业设计的功能、配置进一步实现的深化性、可实施性设计，例如：信号专业设计只需按设计规范描述CTC、联锁、列控等子系统实现的功能和技术条件，集成设计需要把CTC、联锁、列控等子系统设备的产品性能、功能、内外部电路和接口、各子系统间接口、接口通信方式、互传信息内容、各子系统兼容匹配性等内容进行描述，制定集成实施方案指导施工单位和各子系统供应商进行现场实施。同时车地联调联试发现问题也需要相关技术人员及时组织各系统技术人员进行问题分析和责任分解，把涵盖以上内容的工作称为集成设计。

2.1.3 集成测试

因为高铁四电系统的复杂性，子系统设备软件调试及全系统联动调试工作量大，发现问题后，受现场线路长、各站点分散的制约，修改难度大、周期长。因此需要在实验室进行集中模拟试验，例如：信号系统的CTC、联锁、列控、临时限速服务器及RBC，可以将这些设备在实验室集中搭建成满足本项目运营场景和技术指标的模拟平台，模拟各种列车运行状态，验证系统功能，发现问题在实验室就能边修改边验证，还能通过以往高铁建设积累的不同场景案例进行试验分析。模拟试验通过后再进行现场实施和试验，提高了建设效率和系统的稳定安全。同时车地联调联试也需要随车测试人员进行实地跟踪测试和测试数据分析，把涵盖以上内容的工作称为集成测试。

系统集成模式架构如图2所示。

图2 系统集成模式架构示意图Fig.2 Schematic diagram of system integration mode architecture

2.2 系统集成工作当前面临的问题

在高铁建设起步阶段，系统集成工作处于探索和集成模式成型阶段，做这项工作时产品供应商少，子系统产品技术参数和接口还不够稳定，需要系统集成做大量细致的调查研究和技术分析，因此高铁建设起步阶段系统集成工作繁琐充实，项目建设对系统集成工作的依赖程度高。

随着国内建设高铁里程的增多和系统集成工作的成熟稳定，使当前系统集成工作面临以下新的问题：

1）产品应用的成熟稳定和参与建设各方配合的协调统一，使协调对接工作对集成管理的依赖程度降低；

2）系统集成方案、子系统功能和内外部接口的标准化，使集成设计不需要再进行繁琐的研究分析；

3）产品缺点和系统软件缺陷逐渐克服完善，集成测试中发现的问题变少，不需要再进行反复修改测试。

当前系统集成的这些特点使集成工作内容逐渐简化。这种状况让集成人员对这项工作的投入状态减弱，也使集成商对集成工作投入的人力、物力逐渐减少。

3 系统集成模式的发展方向

系统集成工作当前面临的这些问题并不意味着高铁四电项目建设不再需要系统集成，国内高铁发展带来的新形势和国外高铁市场的开拓对系统集成工作带来新的机遇和挑战，集成工作人员需要认清形势，把握未来发展方向。

3.1 国内高铁发展的新形势

铁路运营对系统功能的需求增多，线路交叉和多种制式动车运行下系统集成难度增加，具体如下：

1）高速铁路运营中出现的特殊场景逐渐增多，需要对系统做进一步优化以满足运营需求；

2）操作和维护人员对系统辅助功能的需求增多，如人性化设计、便捷性操作、智能化分析报警等；

3）随着高铁线路增多，新旧线路交叉的枢纽站场增多，枢纽站场的复杂程度包括多个层面，如复杂列车进路增多，不同列控等级的控车模式切换频繁、不同列控等级的系统设备接口兼容，不同制式车载和地面控制系统的兼容等；

4）铁路市场的发展促使子系统供应商快速发展，国内更多公司和资金投入到四电系统设备的研发制造，满足统一技术条件和功能要求、采用不同技术手段的产品种类增多，研发机构和制造商增多；

5）高铁系统设备的技术条件和规范正在逐步更新；

6）建设方对工程造价和投资控制越来越精细和严格。

3.2 国外高铁市场的开拓

随着国内高铁行业快速发展，高速铁路建设成果受到更多国家的关注和青睐。中国高铁开始参与国际高铁市场竞争。同时随着“一带一路”的发展，我国铁路企业参与国外高铁项目也逐渐增多。

通过研究国外高铁建设招标要求，分析得出国外高铁建设市场需求基本从技术先进性、安全稳定性和性价比3个方面考虑。国内高铁建设技术的先进性、产业链的完整性、项目建设的质优价廉和安全稳定运行使中国高铁具备国际领先优势和竞争优势。

通过参与国际高铁市场竞争，有利于学习其他高铁集成商的先进经验，了解国外高铁技术装备的优势和发展趋势，进一步提高国内高铁建设水平，推动国内高铁建设科学持续发展。

高速铁路系统集成市场形势及需求如图3所示。

图3 高速铁路系统集成市场形势及需求示意图Fig.3 Schematic diagram of system integration market situation and demand for high speed railway

3.3 高铁发展新形势下系统集成工作建议

3.3.1 国内高铁系统集成工作建议

根据以往国内集成模式发展中的优势和当前存在的问题，集成工作团队和人员应针对国内市场需求做好以下几方面。

1）集成管理人员与高铁运维部门要充分对接，了解运维部门需求，组织集成设计人员和子系统供货商研究解决方案。

与建设方充分对接，了解建设方对工程造价的控制办法，及时调研集成设备市场情况，研究集成设备采购办法和项目实施成本管理办法，为建设方提供质优价廉的项目成品和集成服务。

2）集成设计人员应认真研究各研发机构和制造商投入市场的新产品的技术指标、功能实现方法、产品质量等，对产品进行RAMS分析，并结合项目特点、运维习惯和建设方要求，为集成设备选型、招标提供技术服务。

加强对各子系统不同产品的接口研究，提高对不同运营场景和复杂枢纽分析研究能力，提供详实、可靠和可行性强的集成实施方案。

积极参与、实时跟踪高铁系统设备技术条件和规范的制订更新，更好地为系统集成工作提供技术支持。加强对以往联调联试问题的研究，更好地在联调联试中组织技术人员进行问题分析、责任确定和任务分解。

3）集成测试人员应加强对各系统应用场景和运营习惯研究，并参考其他行业的系统测试方法，不断更新改进集成测试体系，为各系统测试提供更贴近系统实际运行的模拟条件和环境，提高测试效率。

加强对特殊应用场景和复杂枢纽模拟条件的研究，提供针对性强和更加全面的测试方案。

加深对以往联调联试问题的研究学习，不断积累数据分析和问题分析经验，为联调联试中发现问题、解决问题提供更好的帮助。

3.3.2 国外高铁系统集成工作建议

1）面对国外市场的开拓，集成商应认真研究学习国外集成商经验，更好地发挥中方高铁建设优势，尽快补齐短板。

2）充分调查研究项目所在国高铁建设、运营情况，不能生搬硬套国内集成模式、经验和惯例；在国外开展市场开拓和项目实施，既要做到和国外高铁参建各方友好互信，又要加强风险管控。

3）充分了解业主需求，认真研究竞争对象产品、服务的优缺点，发挥中方高铁系统集成优势，做好针对性研究开发，提供满足业主需求的技术、产品和集成服务。

4 结束语

以上内容对高铁系统集成模式的形成、发展和当前形势下国内外高铁发展趋势进行了分析研究，并给出了相关建议方案，希望对高铁系统集成团队和人员有所帮助和启示，为国内外高铁建设提供更多助力。