王亚鹏

（天津市地下铁道运营有限公司，天津 300000）

1 地铁信号系统概述

1.1 信号系统国内外发展趋势

随着人口流动数量的增长，我国开始专注于公共交通系统的建设，因此具有安全、快捷、舒适、环保的地铁交通系统得到了快速的发展。信号系统是保障列车正常运行的重要组成部分，它以安全为基础，在提高列车运行速度的同时也实现了地铁的高效指挥管理。随着信号系统的发展，它的制式逐步呈现出标准化和多样化的发展趋势。从最早的基于模拟轨道电路的固定闭塞，到基于数字轨道电路的准移动闭塞和基于感应环线的移动闭塞，再到最新的基于无线通信的移动闭塞，在国内都得到了广泛应用。由于我国自主知识产权轨道交通信号系统的发展赶不上我国城市轨道交通建设的发展，因此信号系统核心部分大多采用国外技术如欧洲、美国、日本等国际公司的系统。

1.2 信号系统未来的发展趋势

近年来，随着我国轨道交通的迅猛发展，多数城市均采用了国际上比较先进的列车运行控制系统，因此目前我国使用的列车运行控制系统已经属于国际先进水平。进入本世纪初，我国自主研发单位、信号系统集成厂商也都积极投入到了具有自主知识产权的列车运行控制系统的研发大潮中来。2010年底，第一条具有我国自主知识产权的CBTC线路成功运营，它的问世结束了国内地铁一直采用国外公司核心技术的历史。

下图就列举了当前与国内企业有合作关系的部分信号系统供货商及其参与国内各城市轨道交通信号系统工程的主要情况。

表1 国内主要地铁列车运行控制系统供应商情况统计表

尽管不同信号系统供应商的ATC系统在信息传输、控制原理及列车定位方式等方面有所不同，但大体上都可以按以下的分类方式来描述ATC系统的发展趋势：

（1）信息传输方式：从点式→连续式；从地——车单向→车/地双向；从小容量通信→大容量通信。

（2）列车控制方式：从阶梯式速度曲线→“跳跃”式跟随速度曲线→“连续”式跟随速度曲线。

（3）闭塞制式：从固定闭塞→准移动闭塞→移动闭塞→基于无线通信的移动闭塞方向发展。

2 国内早期建设地铁的信号系统改造介绍

上世纪建设运营比较早的城市轨道交通信号系统，由于已经接近了设备的使用年限，设备运营寿命正在逐步减少，因而多数地铁都开始着手研究系统改造。最早开始改造的是北京地铁2号线，2008年完成了信号系统的更换，紧接着北京地铁1号线也于2015年完成改造。其他地铁开通运营较早的城市，如深圳、上海也都开始着手研究改造接近使用年限的信号系统。

2.1 北京地铁2号线改造方案

北京地铁2号线全长23.1km，全线18座车站，信号系统采用的是西屋公司固定闭塞系统，因设备老化严重，经过论证后于2006年4月28日通过招标的方式与卡斯柯签订了合同，将信号系统升级改造为移动闭塞系统。改造工程于2006年11月26日正式开工，在2008年4月12日以点式ATP防护后备模式顺利开通，并于2008年6月15日开通了CBTC系统。它的改造为北京地铁1号线的改造奠定了基础。总的来说信号系统改造工程具有协调难、安全保障难、工作时间短的特点，这些特点对设备、人员、现场安全保障都提出了更高、更严苛的要求。

2.2 北京地铁1号线改造方案

北京地铁1号线全长约为34公里，有25座车站、2个车辆段和一座控制中心。改造设备包括道岔228组，信号机472架，轨道电路718个以及70列六编列车。工程历时三年多，并于2015年12月29日完成信号系统的倒切工作，正式启用新系统投入运营。

北京地铁1号线原来采用的是固定闭塞系统，北京地铁1号线与延伸线于2000年6月28日贯通运营，2009年开始有意向进行改造，2010年开始筹划，经过论证后于2012年与卡斯柯签订升级改造合同。它的改造工程实施难度极大，原因如下：1号线贯穿长安街，客运量较大，受到广泛关注；在保障正常运营的情况下开展施工作业，存在较大风险，施工和调试的难度较大，任何异常都可能影响全线乃至全路网的正常运营；施工和调试的天窗期只有夜间停运后的3个小时，时间紧迫并且工作量极大；工程涉及通信、信号、AFC、PIS、土建、轨道、供电等多个专业，技术种类多、跨度比较大、设备较繁杂，协调难度和工作量都很大。

目前北京地铁1号线平均每天客运量超过150万人次，最小的运行间隔为2分零5秒。这次信号设备改造，大幅提高了1号线信号系统的整体技术水平、安全可靠性和整体质量，检测手段和检修能力也得到了同步提升。

3 改造方案比较分析

由于面临改造的地铁线路建设较早，信号系统都采用了较为陈旧的技术，并且大多技术都是国外厂商提供，在原有系统上进行升级难度较大。但同时信号系统设备的通用标准接口的可扩展性也为信号系统改造提供了一定的条件。

3.1 安装新设备升级移动闭塞方案

采用全新设备，搭建移动闭塞系统主要包含地面设备改造及车载设备改造两个方面。地面设备主要包括：联锁系统设备、ATP/ATO系统设备、ATS系统设备、数据传输系统设备、电源设备等。采用新设备的改造工程需要新设联锁系统设备；若既有线路是使用轨道电路来检测占用信息，应该引入计轴设备作为移动闭塞系统后备模式下列车占用检测设备；改造工程需要重新配置ATP/ATO，并且需要增设区域控制器、信标等；对于既有ATS系统，由于需要升级移动闭塞系统，原有旧系统无法满足当前设备配置，因而需要新设ATS系统设备，保证移动闭塞系统的架构需要；对于CBTC系统的配置，移动闭塞一般采用无线车地通信的方式，只需要增加轨旁无线AP设备，敷设室外光缆，建立全新的数据传输系统；而电源系统则需要考量原有的电源容量是否满足新设移动闭塞系统的用电要求，如果原有电源屏、UPS、电池柜等设备运行故障率低且可以利旧就保留，否则应当新增电源设备；轨旁基础设备如信号机、转辙机等尽量利旧，以降低工程成本。

由于移动闭塞的车载设备与准移动闭塞的地面系统无法兼容，既有列车需要新增全套移动闭塞车载设备，其中包括测速电机、天线、人机界面、电源、机柜、列车总线等。新的车载设备安装时间长，调试过程复杂，需要使用备用列车与运营列车倒替安装，运营公司需要配置一定量的倒替列车，便于新的车载设备安装。在驾驶室设置车载信号设备倒切开关，待车载设备安装完毕后，通过转换开关，列车白天以准移动闭塞设备运营，夜间停运后倒切到新的车载设备进行调试。

3.2 利用既有设备延用原本闭塞系统

若改造工程在不改变既有系统制式前提下对设备进行更换升级，改造工程只需要新设联锁系统设备，只要保证室外基础设备满足当前最小的牵引时间，轨道电路、信号机、转辙机、分线盘以及室外线缆均可利旧，室内只需要新设联锁机柜和组合柜等。改造期间可在室外分线盘增加倒切开关，夜间停运后倒切至新系统设备，白天运营期间转换至既有系统设备，设备改造结束需要在夜间停运后对既有联锁系统设备进行拆除。针对ATS系统设备，需要前期对既有ATS系统设备与新设置的联锁设备是否兼容进行技术确认，并且考虑既有ATS系统设备的容量，以及处理能力，从而考虑改造工程是否可以利用旧有ATS系统设备。既有设备利旧升级改造工程可以利用的设备包括ATP/ATO车载设备、轨道电路、信号机、转辙机、站台紧急关闭按钮、室外电缆等。

4 方案对比总结

本着尽可能利用既有设备、减少废弃的原则，构建改造方案是既有线改造的前提。如果既有信号系统仅满足固定闭塞模式，并且信号系统采用了无法满足当前系统需求的ATP/ATO设备，目前国内使用已经淘汰的系统设备的工程很少。并且旧设备系统的供应商不能为所提供的已经过时的城市轨道交通系统提供技术支持，不能提供设备的备品备件和维修维护服务等。综上所述，建议采用信号系统改造升级为移动闭塞系统，不建议利用既有设备使用原有闭塞系统。