城市轨道交通信号系统改造工程解决方案

白艳琴（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

随着地铁工程的不断发展，为满足轨道交通的发展规划、客流需求、及系统的更新换代等，信号系统改造工程项目日益增多。信号系统是一个安全级别较高的系统，对于改造工程而言，需要考虑对运营的影响，任何细小的故障都有可能给运营带来影响，为保证工程的顺利实施，系统的改造方案、倒接过渡方案已经成为改造项目实施的重点和难点，本文针对北京地铁改造工程项目的特点和难点，提出信号系统改造工程的设计实施方案及倒接过渡思路。

白艳琴，女,毕业于兰州交通大学,工程师。研究方向地铁信号，参与北京地铁改造项目。

1 北京地铁八通线加装屏蔽门工程

八通线既有信号系统未预留与屏蔽门的接口条件，在加装屏蔽门的改造过程中，为了实现屏蔽门、列车门与信号系统的联动及联锁，需要加装屏蔽门联动控制子系统，并对既有信号系统（计算机联锁子系统、调度集中子系统等）的硬件进行改造，软件进行升级。

1.1 工程特点和难点

北京地铁八通线开通运营近10年，其信号系统制式采用速度阶梯式固定闭塞ATC系统，包括调度集中（CTC）子系统、计算机联锁（CBI）子系统及列车自动防护（ATP）子系统。该ATC信号系统以轨道电路检测列车位置和列车间距，ATP根据每个闭塞分区的限速指令，监控列车的速度。

由于既有信号车载系统没有A TO功能，加装屏蔽门后，需要通过加装屏蔽门联动子系统，实现信号系统与车辆的接口，进行列车进站停稳、停准的判断，从而实现屏蔽门、列车门与信号系统的联动及联锁功能。

1.2 设计思路

加装屏蔽门后，为保证乘客安全，计算机联锁系统能够根据屏蔽门的开/关状态，控制出站信号机的关闭/开放，并驱动地面ATP轨道电路编、发码的变化。

1）列车进站停稳、停准后，司机按下开门命令，屏蔽门正常打开时，关闭出站信号机；驱动站台区段的地面ATP轨道电路发0/0速度码。

2）司机按下关门命令，屏蔽门正常关闭后，开放出站信号机；同时驱动站台区段的地面ATP轨道电路发正常速度码。

3）屏蔽门非正常打开时，计算机联锁子系统关闭进、出站信号机；并驱动站台区段、一接近区段、一离去区段的地面ATP轨道电路均发0/0速度码。

4）屏蔽门旁路后，接收屏蔽门旁路信息，条件满足后，开放出站信号机；站台区段地面A TP轨道电路发正常速度码。

1.3 接口原理

为保证正常运营，计算机联锁系统与屏蔽门的接口，通过在新增的屏蔽门联动控制系统机柜内集成，既有信号系统设备、组合等的布置及连接关系不进行改动。原理示意图如图1所示。

1.4 室内联锁软件过渡倒接方案

本工程既有信号系统的改造主要涉及到室内计算机联锁系统软件的升级过渡。为保证不影响正常运营，工程在实施过程中，需要对软件进行充分的联锁试验、模拟试验及现场验证。对于系统软件的升级改造，采取在夜间停运期间进行新、旧系统软件的一次性倒接，实现升级开通。

2 北京城铁13号线加站工程

城铁13号线随着线路沿线土地的开发利用，客流稳步增加，为缓解既有车站的客流压力，将其中预留车站付诸实施。

2.1 工程特点和难点

新增建材城东站位于霍营站和立水桥站区间，与回龙观车辆段有联络线，为有道岔车站，包含3组道岔。新加车站后，需要拆除既有站联、场联关系，重新建立新的站联、场联关系；室外轨旁设备需要重新划分管辖范围；需对既有相邻车站、相邻车辆段、控制中心、维修车间等的相关设备进行升级改造；需要对相关专业的接口进行更新升级。新增车站平面示意图如图2所示。

2.2 设计思路

根据新增车站站址，对新增车站及相关区间重新进行牵引计算，根据计算结果，调整区间分界点位置，确定新增车站的管辖范围，调整与新增车站相邻的既有车站的管辖范围。

设计时，原则上为不影响正常运营，对新增车站管辖范围内的轨旁设备进行新设，对于室外转辙机、牵引计算后不需要改移的信号机、轨道电路等设备考虑利旧。

2.3 轨旁利旧设备的过渡倒接方案

对于室外利旧设备（如转辙机等），白天运营时连接至既有管辖车站，夜间调试时需要倒接至新设管辖车站。

调试过渡期间，可通过由新建车站向既有相邻车站信号继电器室敷设倒接电缆；在既有车站信号继电器室分线盘处设置倒接开关；白天运营时，室外利旧的设备连接至既有管辖车站的分线盘；夜间调试时，由倒接开关倒接至新设车站信号继电器室的分线盘，与新设车站室内设备连接，进行调试。倒接示意图如图3所示。

倒接开关设备的设计考虑由继电器控制电路、转换开关等组成。作为信号系统设备的一部分，倒接继电器安全等级应达到SIL4级。倒接原理示意图如图4所示。

调试完成后，敷设室外利旧设备至新增车站信号继电器室的电缆，实现新、旧设备的一次性倒接开通。

3 北京地铁一号线改造工程

3.1 工程特点和难点

北京地铁一号线改造工程是继北京地铁环线改造以来第二条全线信号系统更新改造的线路。一号线西段1965年动工，1974年开通；90年代初进行技术改造，引进英国西屋公司的无绝缘轨道电路，1994年地面设备投入使用，1996年完成技术改造；其延伸线（复兴门—四惠站）1999年通车运营。

由于本次改造为信号系统的更新改造，相关专业仅仅为配合改造，信号系统在设计过程中不仅需要跟相关专业讨论接口的解决方案（如调试过程中两套设备都要运行，新系统设备的供电问题、土建结构加固、车载设备安装倒接等问题），还需要考虑综合管线等相关的设计问题。

一号线由于建设年代较早，各车站的信号设备室、行车综合控制室等设备用房面积紧张，需考虑新设系统设备的摆放位置及新系统设备的最终就位方案。

由于是既有线改造，新设备施工安装难度大，主要工作必须在夜间非运营时间进行，有效的工程实施时间短，工期长。

3.2 设计思路

一号线是北京运营压力较大的一条地铁线路，为不影响列车的正常运营，业主对改造工程的改造方案、过渡设备的要求也越来越高。

由于系统设备全部更新，实施过程中需分别考虑室内设备、轨旁设备、车载设备的倒接过渡方案。

在过渡过程中，新、旧室内设备、轨旁设备、车载设备必须相对独立运行，以确保过渡过程中的统一行车指挥。

室内设备、轨旁设备、车载设备分别在夜间非运营时间进行多次倒接实验，待系统联调完成后，新、旧信号系统进行一次性全功能倒接。

3.3 室内设备的过渡倒接方案

室内设置全新的信号系统设备，室内设备的倒接主要是新、旧系统设备联合调试完成后，一次性将旧系统控制切换至新系统控制。

3.4 轨旁设备过渡倒接方案

轨旁新设设备（转辙机）安装到位后，在夜间调试和白天运营期间，以分线盘作为倒接节点，分别接通室内的新、旧系统设备，过渡倒接原理同上述图3、图 4。

3.5 车载设备过渡倒接方案

新信号车载设备需要安装在既有车辆上，为了保证既有列车车载系统的正常运营，并保证新信号车载系统的顺利调试、实施，车载倒接设备须技术成熟可靠，且核心部件安全等级要求达到SIL4级。倒接设备的安装、调试及现场操作都将按照指定的严格操作规程进行，保证倒接阶段新、老设备的无缝连接和整个信号系统的正常运行。

车载倒接设备主要针对改造过程中旧车上同时装配新、旧两套信号车载子系统的切换倒接问题提出解决方案，以实现车载子系统的安全快速切换，保证调试期间新车载系统不影响正常运营，同时也能赢得更多的调试时间。新、旧车载系统倒接原理示意图如图5所示。

过渡过程中，采用影子模式用来监视新系统的运行情况。在此阶段，新车载系统已经安装调试完毕，但并不控制列车运行，新车载系统的运行将被安全的监视，新车载系统的相关数据将被记录，并给系统的升级提供充裕的分析数据和升级时间。

当选择开关位于“旧系统”位置时，倒接开关的旧车载子系统输出接点与车辆侧接通，实现旧车载子系统的输出控制；同样，当选择开关位于“新系统”位置时，倒接开关的新车载子系统输出接点与车辆侧接通可实现新车载子系统的输出控制。

转换开关安装在新系统的车载机柜中，并被铅封。机柜在非调试阶段锁闭，确保非调试阶段的任何可能发生的情况都不会误碰转换开关。

4 总 结

改造工程中，改造方案的设计必须安全可靠，过渡平稳，针对局部改造和系统更新改造的不同特点，进行必要的过渡方案设计。过渡设备作为信号设备的一部分要符合故障-安全原则，满足信号系统的安全等级，具有高的安全性、可靠性，且操作简单。

改造工程有很多不可预见性，设计过程要充分考虑既有设备、既有站房、既有接入条件的局限性；在工程投资估算、方案设计过程中均需要综合全面，避免遗漏。

改造工程不能影响既有线路的正常运营，不能降低运输能力和安全等级；随着信号系统的不断更新换代，改造项目将不断增多，改造工程的过渡倒接方案必将成为新的设计突破点。