强化城市轨道交通的“神经中枢”
2022-07-27 来源：中国交通报
本文摘要：今年1月，交通运输部印发《城市轨道交通信号系统运营技术规范（试行）》（简称《技术规范》），旨在进一步提高城市轨道交通信号系统可靠性、可用性、可维护性和安全性。围绕《技术规范》的具体要求，来自轨道交通运营企业、设计单位、研究机构和信号系统集成商的多位专家对于轨道交通信号系统的发展现状和趋势进行了研讨交流。
近日，徐州地铁6号线一期工程信号系统采购项目、沈阳地铁1号线东延线工程信号系统集成采购项目相继开始招标，引发行业热议。信号系统作为轨道交通运行的“大脑和神经中枢”，是保证列车安全行车和提高运输效率的重中之重，其建设、运维和更新改造一直受到行业高度关注。
今年1月，交通运输部印发《城市轨道交通信号系统运营技术规范（试行）》（简称《技术规范》），旨在进一步提高城市轨道交通信号系统可靠性、可用性、可维护性和安全性。围绕《技术规范》的具体要求，来自轨道交通运营企业、设计单位、研究机构和信号系统集成商的多位专家对于轨道交通信号系统的发展现状和趋势进行了研讨交流。
城市轨道交通调度指挥中心。北京地铁供图
要求1：设备性能可靠
聚焦运营风险管理提升设备可靠性
电源系统故障，未能成功切换到备用电源，造成列车严重延误；信号机安装于轨旁20米的高度，维护人员难以触及；不同线路使用的设备型号不同，导致备品备件不兼容、资源共享性差……轨道交通信号系统的设施设备种类繁杂、缺乏统一标准等问题，为轨道交通后期运营带来挑战。
北京市轨道交通指挥中心原主任、教授级高工战明辉介绍，国内城市轨道交通一般是由各城市自主建设，并以线路为单位进行后期运营，不同的设备供应商提供的信号系统各有特点，导致不同城市、不同线路所用的信号系统难以相互兼容。
“各系统供应商提供的软硬件制式差异大、开放程度低，新旧软件升级风险较高、实施难度大。”成都轨道交通集团有限公司副总经理饶咏表示，不同线路信号系统设备的差异给运营设备维护、人员操作、应急处置等带来了难度。
“《技术规范》系统梳理了运营中可能出现的风险，从风险管理角度对故障发生频率高和影响后果大的相关设备都作出了规定。”北京京港地铁有限公司智能创新总管王江涛介绍，在对于城市轨道交通信号系统故障的统计中，一方面，超过90%影响正常行车的故障是由单点设备故障导致，例如道岔故障、车载设备故障、计轴故障、电源故障等；另一方面，电源设备的故障是唯一平均延误超过20分钟的故障，一旦无法正常工作，很可能会造成一小时以上的严重延误。
近年来，城市轨道交通在运营过程中因信号电源失电导致信号设备失效，对运营产生较大影响的事件在不少城市时有发生。目前，北京、上海、香港等城市轨道交通信号系统逐步开始采用双UPS、双母线设计，但尚未在全国范围普及。
《技术规范》提出，控制中心、车辆基地及正线集中站的电源设备应采用双UPS、双母线设计；单一板卡、网络设备、车载测速及定位设备等单点故障应不导致列车降级运行。“《技术规范》体现了系统应保证当有单一设备故障时，依然能维持系统整体正常运行的理念。”王江涛说。
北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室主任唐涛表示，在城市轨道交通的设计和建设方面，国内陆续已有一些相关规范，但在深度覆盖运营方面，之前还没有全国性的统一技术规范。“《技术规范》从运营的角度对系统性能提出相关要求，可提升系统的可靠性、可用性、可维护性、安全性。”唐涛说。
要求2：统一操作界面
人员培训成本降低故障处置提速提质
在颜色上，有红、黄、绿、白灯、蓝灯等多种颜色；在位置上，有的城市为红灯在上，有的城市则是红灯在下。信号机显示的灯位不同，只是城市轨道交通信号系统在人机界面差异上的一项缩影。
“元素颜色、布局、运行状态显示均有差异，操作维护人员需掌握不同系统的设备参数、操作流程等，加大了人员技能培训难度和误操作风险。”饶咏表示，操作界面的差异也不利于跨线路间的人员调整和突发事件出现时人员的高效联动。
调度作为轨道交通运营的核心指挥部门，确保着列车安全、高效运行。然而，同一行车控制决策在不同线路、不同城市的操作和显示上却存在差异化，这给驾驶员和操作员培训以及不同线路人员互换造成了极大困难，这也是长期困扰着轨道交通运营企业的难题。“操作人员每到一条不同设备供应商的线路都要重新培训，增加了培训成本。”王江涛表示。
饶咏介绍，《技术规范》对于调度人员使用的列车自动监控系统界面、列车驾驶员使用的车载信号机界面以及轨道交通信号机等功能和显示画面均作出了详细规定，便于运营企业管理和人员操作及维护。
以往，当遇到现场联动道岔双机牵引4台转辙机时，若其中一台转辙机发生故障，可能导致联动道岔均无法给出正确表示，为故障的快速定位和处置带来不便。如今，在《技术规范》对于列车自动监控系统界面的要求中，明确指出了主界面应显示运行状态和设备状态信息，至少包括轨道区段、信号机、道岔、站台、系统设备、故障报警等信息，并且每个道岔应独立显示定、反位状态。这将为工作人员的运营调度指挥和应急故障处置提速提质。
及时发现故障报警，系统故障能否快速定位、诊断和处置，决定着轨道交通系统能否高效运营。王江涛介绍，以前各供应商设备的报警等级标准不一，设备故障后基本都靠人的经验以及对系统的熟悉程度，系统给出的报警含义和原因不清晰。“《技术规范》指出，信号系统应具备故障分级报警功能，从对运营影响程度的角度规定了报警等级，报警信息至少包括等级、设备、时间、地点、内容、原因等，这有助于解决运营人员面对故障难以处置的难题。”王江涛表示。
列车驾驶员使用车载信号机。京港地铁供图
要求3：突出本质安全
为系统做“减法”设备商专注技术创新
实现人机界面统一，就要求设备供应商要对系统进行优化和改造。“从供应商的角度来看，前几年的竞争点其实就在于人机界面的创新，但这并不能为运营效率带来颠覆性的提升和改进。”交控科技股份有限公司高级副总裁、正高级工程师王伟认为，以往面对不同城市的需求，供应商可能需要不断做重新开发、进行现场调试和验证等工作，成本花费较大，且未来升级改造也面临较大负担，《技术规范》将人机界面进行了统一，有助于设备供应商降本增效。
王伟表示，当前信号系统设备供应商对于标准的诉求十分强烈，《技术规范》对于人机界面进行了统一规定，供货商将无需在人机界面等设备上进行差异化定制，而是能够将更多成本和精力用来探索新技术。
目前，国内具备城市轨道交通信号系统集成能力的供货商有10余家，在系统设备研发的自主化和集成化方面正在不断突破和创新。一方面，在国家相关政策支持和引导下，国内信号系统集成供货商纷纷启动开发具有自主知识产权的列车自动控制系统；另一方面，随着调度集约化需求的出现，信号系统集成供货商也在考虑与轨道交通其他专业的高度融合和集成。
“国内城市轨道交通信号系统主要是基于通信的列车控制系统（CBTC系统），为此，信号系统集成供应商也在结合运营需求不断完善CBTC系统的功能和控制方式。”上海市隧道工程轨道交通设计研究院相关专家表示。
近两年，北京地铁的CBTC系统由传统的2.4GHz（短距离无线传输技术）发展到以EUHT-5G（超高速移动通信技术）实现1.8G+5.8GHz双频组网，实现了数据传输可靠性更高、传输效率更快、端到端延时更低的目标。
如何使轨旁设备更精简、系统数据交互更简易、通信延迟更低，将成为未来设备供应商的研发方向。“我们的目标是在《技术规范》的约束下，为信号系统做‘减法’，通过技术水平的提升，真正实现降本增效，使运营管理更加精细化、运营服务水平更优质。”王伟说。
专家表示，未来，轨道交通信号系统集成供应商应在确保行车安全基础上，提供高可靠性的运行自动化、维护智能化产品，积极研究新型信号系统，应用云计算、大数据、物联网、人工智能、5G、区块链等新技术，构建安全、便捷、高效、绿色、经济的新型智慧型城市轨道交通信号系统。
要求4：规范使用新技术
充分发挥技术效能助力线路间互联互通
近年来，随着上海地铁10号线、北京燕房线、广州APM线等全自动运行线路开通，全自动运行系统成为国内轨道交通建设的热门方向。然而，列车全自动运行系统具备的功能在各个城市存在一定差异。
自动控制列车精确定点停车、自动开关车门和站台门、实现列车运行和设备状态监视……《技术规范》对于列车自动运行子系统和自动监控子系统需要具备的功能进行了详细阐述。
“全自动运行系统将原来需要司机所做的工作转为自动化，能够自动唤醒列车、自检车辆性能、节省停站时间、减少人为操作差异以及由此导致的列车延误，有效提升了运行效率和可靠性。”王江涛表示，《技术规范》还提出系统应具备列车正点率、运行图兑现率、站停时间、折返时间、停车精度等分析统计功能，对数据应用水平提出了全新的要求。
战明辉认为，列车全自动运行代表着未来的技术装备水平，它能更好地支撑客运量较大、发车间隔较密的繁忙的轨道交通线路，将列车自动运行子系统、自动监控子系统相关功能设置规范写入《技术规范》中，可推动未来技术装备水平的提升。
“随着技术装备不断发展，运营企业也要规范使用才能确保新技术发挥最大效能。”唐涛说。
随着国内城市轨道交通线网建设的快速发展、公众出行需求不断丰富，不同线路、不同城市之间轨道交通的互联互通正在成为发展趋势。
2015年，重庆选取了4号线、5号线、10号线、环线四条线作为互联互通示范工程线，并于2020年9月实现了不同信号系统集成供应商提供的系统设备跨线运行，为信号系统互联互通的标准建立提供了基础支持。然而，国内绝大多数城市轨道交通线路的列车还并不具备跨线使用和运营的条件，也就是说列车只能在单一线路上使用，无法实现资源共享。
“从前，建设单位没有要求列车要具备在不同线路、不同城市之间共享使用的条件，所以在总体设计和设备制造上就不支持这种资源共享。”战明辉表示，但《技术规范》的出台对于打通信号系统的壁垒和各个环节具有重要意义，能够支撑轨道交通未来健康发展和资源优化。
王伟表示，轨道交通系统的更新改造通常以15至20年为周期，我国轨道交通自2008年进入大规模建设阶段，当前正处于新一轮更新改造的准备阶段，《技术规范》的出台正当其时，对于新建线路和更新改造线路都将起到重要的指导作用。
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