城市轨道交通联调联试技术与实施的研究

吴卉

摘要 在高速铁路联调联试的经验基础上，根据城市轨道交通的特点，提出城市轨道交通联调联试技术和装备的创新思路，提出城市轨道交通联调联试实施要点。为城市轨道交通联调联试的发展和优化提供参考。

关键词 城市轨道交通；联调联试；技术；实施

中图分类号U2

文献标识码A

文章编号1674-6708（2016）157-0065-02

1 联调联试的发展

联调联试，顾名思义，兼顾调和试，将“调试”一词分开并冠以“联”，旨在着重强调是对各系统的功能、性能和系统间的匹配进行的综合测试、验证、调整、优化，使整体系统达到设计要求。

回顾高铁联调联试的发展历程，2008年京津城际、合宁高速铁路迈出了高速铁路联调联试的第一步，形成了测试技术先进、组织方法科学的高铁联调联试技术平台和评价体系。2009年，合武、石太、甬台温、温福、武广五条高速铁路相继完成联调联试，高铁联调联试全面开展。2010年9月17日，铁道部文件下发了《高速铁路联调联试及运行试验指导意见》，明确了高铁联调联试的工作内容、方法、程序、组织及实施要求等，使联调联试及运行试验工作规范化，迈上新的台阶。高速铁路联调联试的成功推广应用，证明联调联试对于铁路建设的必要性和重要意义。

城市轨道交通联调联试的提出和实施早于高速铁路，南京、苏州、深圳等城市尝试开展了城市轨道交通联调联试，取得了良好的效果，但城市轨道交通联调联试始终未能推广开来，一方面是由于各地轨道交通建设主管部门经验不同，对联调联试的理解不一，另一方面，城市轨道交通联调联试在技术、装备、管理上还不够成熟，尚未找到立脚点。

2 城市轨道交通联调联试技术创新

城市轨道交通与高速铁路都是由多个系统组成的复杂系统，两者无本质的区别。相对于高速铁路，城市轨道交通的速度不高，线路长度、站间距离短，行车时刻表规律，运营作业相对简单。但城市轨道交通人流密度大、站台空间相对密闭、发车间隔短，本文针对城市轨道交通特点和建设单位以及乘客关注的问题，在测试技术、装备上提出创新。

2.1 车站环境控制功能检测系统

随着城市轨道交通人流量越来越大，对车站公共区温度、湿度、新风量、二氧化碳、可吸入颗粒物浓度、噪声等环境指标的智能控制要求越来越高，而国内很少开展对地铁车站环境控制功能的检测。比如，站内各环境指标在客流高峰和客流低峰是否都能满足设计指标；在车站火灾、阻塞模式下，地铁通风设备的运行能否实现设计要求。应在联调联试过程中对这些功能进行验证测试。

根据地铁车站或区间的建筑结构设计数据采集点布局方案，利用温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、风速传感器、噪声监测仪等设备采集环境数据，将数据通过局域网传送至数据分析处理平台，对数据进行对比分析，得到车站温度、排烟速度、新风量补充等信息，判断设备运行是否满足设计要求。

设置不同的场景模式开展测试，分为正常模式和灾害模式。在正常模式下，模拟客流高峰、客流低峰、单站台列车进站、双站台列车进站、单站台列车出站、双站台列车出站等场景进行指标测试。在灾害模式下，模拟车站火灾、区间火灾、运行阻塞等场景来开展测试。通过场景测试判断各相关设备的工作状态，发现潜在的问题。

2.2 城轨安全门（PSD）系统关键参数测试

安全门系统已广泛应用于城市轨道交通，安全门将列车与站台候车区隔离，一方面防止乘客跌落轨行区，另一方面提高乘客候车的环境水平。当列车运行时，区间活塞风和振动等因素对安全门冲击很大，为防止气压载荷对安全门结构造成破坏，应开展测试对列车进出站台和通过时安全门不同位置的压力和结构变形进行分析，为安全门结构优化提供气动载荷数据，为新型站台门设计提供参考。

1）列车风速和风压测试

在屏蔽门前后安装风速传感器测试列车风变化曲线，利用数据分析系统分析列车风的变化规律，测试屏蔽门受到的风压荷载。

2）屏蔽门变形测试

在屏蔽门前后外侧布置位移传感器，数据采集分析系统接收传感器数据，得到在风压荷载作用下屏蔽门的变形数据，并做出分析。

3）瞬变压力测试

在屏蔽门前后不同位置安装气压传感器测试气压变化曲线，分析瞬变压力的变化规律，测试屏蔽门受到的气动荷载。

4）开关门力

在屏蔽门的滑动门一侧安装力传感器，检测开关门力变化曲线，分析开关门力的变化规律，以测试分析屏蔽门受到的阻力荷载。

2.3 搭载式检测设备

综合检测列车是高速铁路联调联试的重要装备，对于城市轨道交通的建设投资来说，综合检测车造价太高，如能在线路运营列车上搭载具备检测功能的设备开展测试，将极大的提高检测装备的灵活性、可用性和经济性。

搭载式检测设备在国外已有探索和应用。美国联邦铁路管理局（ FRA）将轨道状态检测系统（ATGMS）安装在运营列车的转向架或车体上，在列车行驶过程中完成对轨道状态的自动检测，并利用GPS技术远程实时传输检测数据。在日本新干线上运行的N700系列车上，搭载了数字惯性检测装置，对轨道平顺性进行实时数据测试，用以针对乘车舒适度不理想的路段进行维修作业。日本九州新干线利用运营车搭载设备对接触网实现动态检测。

国内城市轨道交通领域还没有使用搭载式检测设备的先例，以下针对城市轨道交通中问题突出的轮轨匹配关系、弓网匹配关系、车地通信网络质量提出搭载式检测设备方案。

1）搭载式轨道检测设备

在列车底部搭载轨道检测梁，通过激光摄像、图像处理和数据分析技术，实现对钢轨外观、钢轨轮廓、波浪磨耗、几何参数的测量。轨道检测设备主要有轨道检测梁及梁上设备、车内数据处理设备、地面数据分析设备。

2）搭载式接触网检测设备

列车行驶时，由于接触网跨距的弹性不均匀和受电弓的惯性力，会导致受电弓与接触线离线，从而影响受流。利用搭载式接触网检测设备实时检测受电弓受流参数和接触网几何参数，并建立数据库对数据进行统计对比分析，为弓网匹配提供数据支撑。

在运营列车上装载与原受电弓同型号的检测受电弓，检测受电弓上安装了检测传感器，如压力传感器、位移传感器等，实时检测接触网高度、弓网接触力、硬点、燃弧和接触网电压等弓网受流参数。在列车顶部搭载支架，支架上装配激光器和高速数字摄像机，利用线结构光三维视觉原理，高速数字摄像机拍摄光条在接触线上的畸变图案，通过成像位置计算出接触线相对摄像机的位置，从而得到接触网的几何参数。

搭载式接触网检测设备主要含检测受电弓、供电隔离变压器、高低压隔离传输装置、摄像装置、直流分压器、激光器、车内数据处理设备、地面数据分析设备。

3）搭载式通信检测设备

对线路沿线的无线场强、电磁环境和服务质量进行检测。通过绘制无线场强的覆盖曲线，判断基站的弱场位置和区间设备工作状态。电磁环境检测可测出所测频段频谱的最大保持值、最小保持值、瞬时值信息，输出所测频段内各类信号电平值、载干比、BSIC、LAC、CI等参数，判断出无线干扰类别，掌握城市轨道交通车站、沿线的电磁环境状态。通过检测TETRA集群无线通信网和列车控制信息传输通道无线局域网（WLAN）的相应参数，掌握无线网络状态及数据传输质量，从而判断相关设备的工作状态。

搭载式通信检测设备包括车外、车内和地面3个部分。车外安装接收/发射传感器（车载天线）。车内设备有场强检测系统（含场强系统处理控制器、测量接收机）、电磁环境检测系统（含电磁环境处理控制器、频谱分析仪、扫频仪等）、服务质量检测系统（含服务质量系统处理控制器、移动测试终端）。地面设置检测分析设备包括地面数据传输设备及分析服务器等。

3 城市轨道交通联调联试实施要点

3.1 联调联试工作内容

联调联试是城市轨道交通测试与调试的最后环节，联调联试服务商不能取代分包商进行系统调试，也不是重复系统商的调试工作，而是在单系统调试完成的前提下，对系统间接口、系统关键功能和大系统整体功能及性能的验证及确认。

城市轨道交通联调联试应包括以下内容：1）针对容易隐藏问题和扯皮的环节开展测试，如前文提到的轨道性能、弓网性能、车站环境、车地通信质量、安全门结构稳定性，以及各设备系统接口匹配关系。由联调联试服务商牵头组织相关分包商确定测试内容、测试计划，提供关键的检测工具，对测试过程进行监督，分析测试数据并指出问题，督促责任方整改。2）组织与行车安全和运营指挥密切相关的功能测试。如列车自动防护功能、故障导向安全功能、系统冗余功能、系统热备功能、系统降级使用功能等。该类测试一般不采用特殊工具，需提前设置场景模式，按照模式表逐个验证。3）大系统整体性能测试，如满图运载的供电能力和车地通信能力、列车最小追踪间隔等。

3.2 联调联试工作程序

1）成立联调联试指挥部。接到联调联试工作任务后，通过专业能力选拔，任命联调联试总指挥，确定各专业负责人及实施组，由总指挥组织开展下一步工作。

2）编制联调联试工作方案。总指挥组织各专业负责人以设计文件、标准规范要求及征询建设单位意见编制联调联试工作方案，确定了联调联试具体实施项目、测试方法、测试流程，作为联调联试工作开展的指导性文件。

3）制定联调联试工作计划。城市轨道交通建设工期十分紧张，以北京为例，在线路开通试运营前的三个月试运行期间，仍有大量的单系统调试工作，如信号系统要开展单车调试、多车调试以及运行图调试。区别于高速铁路，城市轨道交通没有独立、充裕的时间开展联调联试工作。为节省时间资源，联调联试工作计划必须和分包商的调试计划紧密结合，制定高效可行的工作计划是成功实施的关键。

3）联调联试的实施。根据联调联试的实施方案和计划开展具体工作，着重把握测试质量和进度。联调联试实施过程中，各分包商听从联调联试统一安排，给予充分配合。

4）联调联试问题的分析和处理。针对测试中发现的问题，深入分析并出具报告提交建设单位，由建设单位协调分包商整改，整改后安排重新测试。

5）编制联调联试工作报告。联调联试工作结束后出具整体工作报告，说明调试内容、分析、结论和建议。

3.3 联调联试与验收工作结合

将通过联调联试的测试作为各专业单位工程验收的前提条件。以信号专业为例，验收时需提供联调联试服务商出具的列车防护功能、与其他系统接口功能、列车控制系统降级使用功能、信号系统故障导向安全功能等项目的测试报告。

将完成将整条线路联调联试工作完成作为竣工验收的前提条件。

4 结论

目前，国内城市轨道交通建设遍地开花，仅靠政府财政投资难以满足，各地方政府正在积极吸引社会资本进入（如PPP模式），开展联调联试可有效的控制建设质量，是成功实施新建设模式的关键因素。

城市轨道交通联调联试仍然存在一些问题，如国内尚无统一的联调联试技术规范，各城市联调联试所采用的组织模式和技术方法也不尽相同，检测技术、工具不够成熟等。为了尽快解决这些问题，需要进一步系统全面地研究。