高速铁路联调联试总体方案研究

曹 峰,郜新军

(1.南京铁道职业技术学院轨道交通工程实践中心,江苏 南京 210031;2.中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所,北京100081)

0 引言

高速铁路技术是多门类、多专业合成的高新技术,涉及基础设施、通信信号、牵引供电、动车组、运营调度等众多子系统。随着我国高速铁路建设的不断推进,工程建设完成后整体系统能否达到设计要求和运营需要,如何确保运营人员能够顺利接管设备并正确使用系统设备开展运营工作,如何检验整体系统能够满足高速、高密度和复杂运营情况的要求,需要在高速铁路开通运营前开展一套完备的检验、认证、评估和验收工作[1]。

联调联试作为高速铁路开通前的必要流程,其主要目的是为全线各业务系统和整体系统的调试、优化提供技术支持,使各系统和整体系统的功能及性能达到标准要求;检验各系统在正常与非正常条件下运输组织的适应性,验证行车组织方式能否满足运营要求等[2-3]。

管理体系充分借鉴了欧洲及日本的先进经验,具有组织科学、过程可控、高效完备的特点[4-5]。组织机构方面,德国、法国、日本及中国均有相关机构统筹负责新线工程验收,动态试验前均成立现场指挥机构,保障高速铁路系统试验的顺利开展[6]。职责分工方面,中国、德国、法国均由运营单位牵头组织。通过对各国组织管理模式进行比较分析,由运营公司牵头的组织模式可以使运营单位从运营的角度提出整改意见,并督促建设、施工单位整改,更有利于检验整体工程质量。

1 组织模式

1.1 组织机构及职责分工

高速铁路联调联试是在国铁集团的指导下,由铁路局集团公司牵头组织实施。国铁集团成立“联调联试协调组”,在其领导下,由铁路局集团公司成立了“动态验收领导小组”负责联调联试工作。动态验收领导小组下设“联调联试现场指挥部”,具体负责联调联试的日常组织实施。铁路局集团公司分管领导担任“联调联试现场指挥部”的总指挥,建设单位和检测单位分管领导则担任副总指挥[7-8]。高速铁路联调联试组织机构见图1。

图1 高速铁路联调联试组织机构图

联调联试协调组主要负责审查和批复试验大纲,审核联调联试计划和方案,指导和检查联调联试工作,协调解决联调联试过程中的重大问题,监督联调联试工作的进度。协调组还负责组织联调联试专家组会议,分析研究联调联试过程中的重大技术问题,审查试验总报告等工作。

动态验收领导小组总体负责联调联试工作,按照试验大纲和联调联试实施方案,在国铁集团协调组指导下具体组织实施联调联试,及时处理与试验有关的各种问题,并向国铁集团协调组报告工作。

联调联试现场指挥部下设运输组织组、检测测试组、设备保障组、安全保卫组和后勤保障组,由相关单位人员组成。

运输组织组由铁路局集团公司运输处主要负责人任组长,负责编制联调联试动态检测试验列车运行图,制定联调联试期间临时行车组织管理办法,负责联调联试期间的调度指挥和与调度相关的调度台协调工作。

检测测试组由检测单位任组长,主要承担检测测试工作,其主要任务是负责编制试验大纲、总体测试计划、每日测试内容及计划。检测测试组负责组织和完成全部测试工作,根据检测结果分析研究联调联试的关键技术问题,提出整改和优化方案,并编写试验报告,保证各项设备的工作状态和正常运转。

设备保障组由建设单位任组长,负责对试验结果全面分析,形成当日分析报告报动态验收领导小组;负责设备调试和故障处理,按期整改到位;负责各种设备的加固、补强和对重点部位的日常检查;负责识别、分析试验期间的安全风险和安全隐患,制定安全管理制度和办法;组织联调联试用机车、试验动车组及轨道检查车、接触网试验车和电务试验车等机辆设备的技术状态检查工作。

安全保障组由铁路局集团公司安监室主要负责人任组长,负责试验全程的安全监督检查,制定安全控制措施,及时发现问题并督促整改,督促各单位认真分析联调联试安全信息,查清原因、落实整改。对联调联试期间的严重治安安全隐患及安全事故组织分析,明确责任,落实整改。

安全保卫组由铁路公安局任组长,负责制定联调联试期间安保实施方案和保密方案,保障和维护联调联试及相关区段的治安秩序,负责联调联试全程行车治安安全,确保试验线路上无闲杂人员。

后勤保障组多由建设单位任组长,负责试验列车运行时试验车登乘人员和试验人员的后勤服务。

1.2 工作机制

联调联试的工作特点是多部门、多层次、多工种联合作战[9]。为了避免结合部问题,联调联试工作应确定以试验为主导、以行车为主线的工作机制。

1)行车设备统一管理

行车设备自联调联试开始,由联调联试现场指挥部统一管理。运营各部门按照现场指挥部书面通知,及时接管行车设备。此时的接管是临时接管,不是正式交验,因此,施工单位的主体责任没有变,必须切实做好精调整治、故障抢修等工作,并严格遵守“行车不施工,施工不行车”的原则,不得擅自触碰运行设备。

2)行车工作统一指挥

全线行车工作由列车调度统一指挥,车站由车站值班员统一指挥,试验列车由现场指挥部确定的指挥人员指挥,其他部门和人员无权下达行车指令。

3)严格执行规章制度

自联调联试开始时日起,全线有关部门必须严格遵守各项规章制度,施工期间的有关规章、办法与其抵触时,应服从行车规章。对发生的行车、人身、施工和路外安全问题必须按照规章严格处罚。

4)严格执行运行计划

现场指挥部组织编制联调联试总体计划和日计划。总体计划包括测试日期、区段、用车、内容。日计划包括次日检测测试、运输组织、施工计划。各相关单位必须全力确保计划实现。

5)快速抢修设备故障

各专业应制定故障抢修预案,规范启动运作程序;对抢修队伍、机具的准备情况进行检查;接抢修命令后,按照预案快速反应,组织就近的抢修队伍,确保及时开通线路。抢修工作由设备保障组牵头,相应标段的施工队伍承担主体责任。

6)坚持现场交班例会

交班会由现场指挥部组织召开,相关设计、施工单位,系统集成商、设备供应商等根据现场指挥部通知参加。

2 测试项目及测试装备

2.1 测试项目

参考TB 10761—2013《高速铁路工程动态验收技术规范》、Q/CR 472—2015《高速铁路联调联试及运行试验技术规范》等相关技术文件,高速铁路联调联试主要测试项目包含轨道几何状态、车辆动力学响应、接触网以及通信、信号系统,具体测试内容见表1。

表1 高速铁路联调联试测试项目和内容

2.2 测试装备

我国目前主要采用高速综合检测车对高速铁路线路进行全面检测,相关技术经过多年的发展和完善,已相对成熟,具备高速、高效、高精度等方面优势[10]。高速综合检测车以高速动车组为载体,集成了惯性测量、激光测量、非接触式测量、时空定位同步、计算机仿真、时频分析、数据挖掘、专家系统、大容量数据交换、实时图像识别和数据综合处理等先进技术,是保障高速铁路基础设施状态稳定、确保运营安全、提高检测效率的重要技术装备,也是高速铁路最具代表性的高新技术装备之一。

为了满足检测系统安装和运用需要,在高速动车组技术平台基础上,采用了全新的总体布局,增加检测功能和生活需求,改变了车内、车下、车顶的布置及配置,提供适应检测系统设备技术要求的结构、供电接口,设置大容量辅助供电、检测系统供电。

高速综合检测车主要包括轨道、轮轨力、车辆动态响应、接触网、通信和信号等专业检测系统。

1)轨道检测系统

轨道检测系统主要检测项目包括轨距、轨距变化率,曲率、曲率变化率,轨道平顺度,三角坑,车体垂向、横向加速度等。

2)轮轨力检测系统

轮轨力检测系统通过连续测量测力轮对实现轮轨间相互作用的垂向力和横向力的高速实时测量。同时,实时计算列车运行安全性指标,如脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等。

3)车辆动力学响应检测系统

车辆动力学响应检测系统主要包括振动加速度传感器、测力轮对、数据采集等设备,通过轮轨作用力与车体、构架、轴箱等的加速度来综合判定线路质量状态及车辆运行状况。与轨道检测系统相结合可以全面分析线路质量,有利于综合评定线路质量、找出轨道病害,更科学、经济地指导线路养护维修。

4)接触网检测系统

接触网检测系统主要检测项目包括接触网几何参数、接触线相互位置(线岔位置、锚段关节、定位器坡度)、接触线磨耗,弓网接触力、硬点(垂向加速度)、冲击(纵向加速度)、离线火花、接触线动态高度,网侧电流、网侧电压、自动过分相功能检测,支柱定位和环境温度等。

5)通信检测系统

通信检测系统主要的测试项目包括GSM-R场强覆盖测试、GSM-R网络服务质量测试、数据网测试等,并具备数据分析、智能优化以及信息输出等功能。

6)信号检测系统

信号检测系统采用先进的数字信号处理技术、GPS定位技术,主要进行轨旁信号设备状态测试(主要包括应答器、轨道电路和补偿电容)、列控系统功能测试(主要包括CTCS-3级列控系统、CTCS-3级后备列控系统)、联锁接口功能测试(主要包括计算机联锁系统与地面列控中心、调度集中系统车站分机、无线闭塞中心的接口)、CTC接口功能测试(主要包括CTC与CBI、TCC、RBC、TSRS之间的接口),且系统具备实时数据处理、综合智能分析等功能[11-12]。

3 测试流程及方法

3.1 总体流程设计

高速铁路主要系统的验收测试是联调联试的基础,各个系统的验收测试都是以从检验被测系统的基本功能着手,逐渐扩展到检验系统的主要功能,进而验证系统全部设计功能的顺序开展。新建高速铁路开通运营前,为检验是否达到预期的设计目的,各铁路系统技术及其装备必须进行联调联试和运行试验。高速铁路开通前的验收流程如图2所示。

图2 高速铁路开通前验收流程

从总体流程上来说,热滑试验前正线无列车运行,试验组织难度较低,试验风险相对较小;热滑试验后,联调联试的组织流程、安全风险大大增加,因此可以将整个测试流程分为静态测试、动态测试2个试验阶段。高速铁路总体测试流程如图3所示。

图3 高速铁路总体测试流程

静态测试(单系统测试和系统间接口测试)是验证单系统内部各子系统及系统间接口是否满足设计和施工要求的测试、调试。

动态测试是通过各项测试工作,检验各主要系统间的接口关系是否正确,运作是否协调,以及能力是否满足各种可能出现的设计预定情况和运营要求,并从整体上检验高速铁路系统运作的可用性、稳定性和安全性。

3.2 具体测试流程与方法

为了实现高速铁路整体系统功能和性能的验证,联调联试在进行具体流程设计时必须把握高速铁路基本功能、主要功能和设计功能的发展脉络,合理设置测试项目、安排测试流程。高速铁路联调联试具体流程设计见图4。

图4 联调联试具体流程

1)逐级提速测试

在联调联试初期阶段,开展逐级提速测试,旨在验证整个系统的基本功能,重点检验轨道、供电、车辆的性能状态。

测试方法主要采用专业测试仪器设备完成指标检验和性能评价。在逐级提速测试的设计过程中,联调联试分包商主要参照各单系统试验情况确定测试项目和评价标准。联调联试初期一般只采用单列或重联动车组上线配合测试工作。在逐级提速测试过程中,系统分包商负责操作各相关系统设备,并在测试完成后对发现的系统缺陷进行整改,以达到优化接口性能、提高接口匹配程度的目的。

逐级提速测试项目主要包括限界检查试验、热滑试验、综合接地测试、轨道几何状态测试、动力学性能测试、受电弓和接触网受流性能测试。

2)运营场景类测试

在联调联试中期阶段,进行运营场景类测试,主要运营场景分为信号场景、车站场景和区间场景三大类,重点检验信号、通信以及旅客服务系统的性能状态。

测试方法不需要采用专业测试仪器,其重点工作是对测试场景进一步完善,利用有限的场景对全线主要场所的主要系统功能进行检验和验证。运营场景的设计须考虑高速铁路在正常、非正常以及紧急情况下的行车组织需求。

3)运行参数类测试

运营场景类测试完成后,高速铁路主要系统的功能基本稳定,各主要系统功能接口已完成匹配。联调联试进入运行参数类测试阶段,其主要目的是验证高速铁路整体系统是否能满足设计运力的需求。设计运力的满足与最大供电能力、信号系统允许的最小追踪间隔等因素有关。

①运行图参数测试:列车运行图参数测试可以验证各系统在正常和极限条件下的运行适应性,为列车运行图的编制及调整提供相关依据。

②故障模拟:通过典型故障场景演练,检验各系统在各种设备故障条件下运输组织的适应性,验证运营人员遇降级工况时的快速响应和处理能力。

③应急救援演练:通过模拟典型的应急救援场景,检验各系统在突发情况下运输组织的适应性,验证运营人员在严重事件情况下的应急处置能力。

④按图行车:按图行车可以检验高速铁路系统在模拟运营条件下的稳定性,让运营人员充分参与实际操作,掌握相应规章制度和工作流程,从而确保高速铁路工程完全满足正常运营需求。

运行参数类测试方法主要采用多组列车按照预先计划交路运行进行检验。在设计运行参数类测试时,联调联试分包商主要根据编制的列车运行图和行车组织情况确定测试项目和评价标准。在运行参数类测试之前,主要的系统问题已经整改完成。因此在这个阶段,运营商主要承担配合工作,与测试单位一起编制运行交路、组织行车,并根据测试结果编制试运行和正式运行阶段的车底运用计划和运行交路图。

高速铁路整体系统通过逐步实现基本功能、主要功能和设计能力来实现接口匹配、功能磨合和运力满足,并最终达到设计要求。因此联调联试也通过逐级提速测试、运营场景类测试和运行参数类测试,循序渐进完成对高速铁路整体系统性能的评价工作。与此同时,在联调联试的不同测试工作中,通过总承包商、系统分包商和运营商的协同配合,共同实现高速铁路系统从设计建设阶段到运营维护阶段的过渡。

4 结论

通过对高速铁路联调联试的组织模式、工作机制、测试项目、测试装备、测试流程和方法等方面进行详细分析和研究,总结归纳出一套适用于我国高速铁路联调联试的总体方案见图5。

图5 总体方案图

1)组织机构的建立和管理:为了保证联调联试现场工作的顺利推进,提出了建立由业主、总承包商、联调联试分包商、各系统分包商、运营商等相关单位组成的联调联试现场管理机构,明确各方职责,并进行统一指挥、分级管理,协调各相关单位之间的关系。

2)工作机制的完善:为了避免结合部问题,需要从行车管理、制度建设、工作流程、运行计划、故障整治和会议制度等方面进一步完善相应的工作机制,以确保联调联试工作能够按时保质完成。

3)全面测试覆盖:考虑到测试项目涵盖多个专业,强调严格按照高速铁路联调联试相关规范,对轨道、电力、通信、信号等系统测试项目应尽可能全面地进行测试,做到应测尽测。

4)采用高速综合检测列车:提出使用技术成熟的高速综合检测列车进行测试,根据联调联试任务需要可以加装相应的检测设备,以提高检测效率。

5)合理制定测试流程和方法:根据高速铁路基本功能、主要功能和设计功能,合理制定测试流程和方法,以确保测试的全面性和准确性。

总之,高速铁路联调联试是一项复杂的系统工程,需要各方单位密切合作,建立科学的组织机构和工作机制,严格测试项目,选用适当的测试装备,以及制定合理的测试流程和方法,才能确保联调联试工作的顺利完成,从而为高速铁路的安全运营提供有力保障。