城市轨道交通既有线路信号系统更新改造方案研究
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作者简介：张耀，工程师，中铁第一勘察设计院集团有限公司，研究方向为铁路信号。城市轨道交通既有线路信号系统
更新改造方案研究
张  耀
摘  要  城市轨道交通既有线路信号系统到生命周期末期，信号系统设备老化、故障率增高以及关键设备停产，无法保证线路的正常运营。文章从国内既有线路信号系统现状出发，结合目前最新的信号系统选型，重点研究信号系统的改造方案，包括轨旁设备的改造方案、车载设备的改造方案以及信号机房环境的改造方案。关键词  既有线；信号系统；更新改造
中图分类号  G2              文献标识码 A              文章编号 1674-6708（2021）281-0144-03
根据中国城市轨道交通协会数据，截至2019年底，国内已有40个城市开通运营城市轨道交通线路，开通线路共约179条，如图1所示，其中有173条线路是2000
年以后开通运营的。
图1  国内城市轨道交通开通线路数据统计表
信号系统作为轨道交通列车运行控制的大脑，对保证正常运营安全至关重要，而信号设备的寿命一般为20年，超过寿命期后，信号系统会产生如下一系列的问题。
1）设备老化，可靠性降低。2）故障率增高，维修难度增加。3）设备价格受制于原厂家，报价过高。
4）技术进步后，原系统核心设备停产或难供货。
设备超期服役会给运营维护和正常运营带岭南印象园游玩攻略
来较大风险，一旦信号系统故障，严重可导致线路停运。城轨新线建设前期，为了节约成本，降低建筑结构难度，车站站房的规模仅能满足新线设备的需求，通常都未考虑信号更新改造的空间预留。
国内北京上海早期部分地铁线路均已完成了信号更新改造工程，文献1和文献2总结了北京八通线信号系统改造中的经验，提出采用日夜倒接开关解决转辙机和站台门新旧系统之间的切换问题[1]，对转辙机控制电路进行优化，分析了信号系统与相关专业协调配合的重要性[2]。文献3通过对地铁信号改造面临问题的总结分析，提出地面设备、车载设备的过渡提出改造方案[3]。
本文从既有线路信号系统现状出发，结合目前最新的信号系统选型，研究信号系统利用有限空间实施更新改造的方案，主要从轨旁设备、车载设备以及信号机房环境3个方面分别论述。
1  轨旁设备改造方案
目前国内新线信号系统的选型基本都采用了基于无线通信的移动闭塞（CBTC）制式，更新改造信号系统方案既要满足安全可靠的基本功能需求，又要符合新技术发展方向，响应运营部门提出的新需求，因此较既有线路需配置更多功能设备，如道岔缺口检查机柜、信息安全三级防护设备、综合运维智能化平台接口设备、信号设备机房视频监视系统等。新增的设备使本来紧张的设备倒替空间更加捉襟见肘，因此，既有线更新改造时考虑利用网络远
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程控制技术，研究尽可能将车站的设备集中设置于线路的某处，减少既有车站的空间需求，降低改造工程的风险系数。
1）ATS 车站分机。在设备集中站设置车站ATS 分机，用于采集车站来自于ATP 和联锁的各种表示信息、传送中心的控制命令及存储由中心下载的时刻表或根据列车识别号和目的地号进行控制，并实现车站进路自动控制的功能。各系统集成商将ATS 系统设计为分散自律型组织结构，ATS 车站分机可作为控制中心ATS 主机故障或数据通道不畅时备选方案，因此ATS 车站分机应就地设置。
2）ATP/ATO 设备。ATP 系统是城轨列车控制系统中保障列车运行安全的关键设备，轨旁ATP/ATO 计算机是ATP 系统的轨旁控制设备，数据存储单元主要功能是存储下载到的车载ATC 文件（配置文件和应用软件）。它通过DCS 系统连接到信号网络，ATP/ATO 计算机和数据存储单元主要依赖网络完成功能，与ATS 车站分机的接口也可通过网络完成，因此建议将ATP/ATO 设备集中设置。
3）计算机联锁系统。计算机联锁系统虽然逻辑部分采用计算机进行逻辑运算，但是执行部分仍然采用继电器组合方式。而目前欧洲铁路普遍采用了全电子化的计算机联锁系统，其执行部分已经实现完全的全电子化。
全电子计算机联锁系统的联锁电路采用计算机控制，采用电子执行单元替代了传统的继电器组合方式，整个系统采用的是网络化的结构方式，其优势主要有如下几点：
（1）减少设备房屋空间需求，减少建设投资；（2）系统采用积木式搭建，便于站场改扩建；（3）维护简便，故障恢复时间更短；（4）执行单元冗余配置，降低故障率；（5）减少了配线数量，施工
简单。综上分析，全电子计算机联锁具备诸多优势，是未来联锁技术发展的趋势，广州地铁十三五新建线路信号正线系统全部采用全电子联锁系统。因此对既有线更新改造时推荐采用全电子计算机联锁。全电子计算机联锁主要包括联锁主机、全电子执行模块和个别继电器组合，联锁主机可以通过光纤与执行模块连接，输入输出延时不影响设备功能，因此建议将联锁主机集中设置。
4）计轴设备。计轴机柜与轨旁轮对监测设备之间通过电缆连接，在现有技术下，无法远程连接，因此，计轴机柜应就地设置。
5）数据通信机柜。数据通信机柜内主要包含有线网络设备和无线网络设备，有线网络设备服务
于就地车站，不可集中设置；无线网络设备理论上
可以集中设置，但考虑到其占用空间有限，完全可以和有线网络设备整合为一个网络机柜，因此数据通信机柜就地设置。
6）维护监测设备维护监测设备主要包含维护诊断设备、微机监测设备、道岔缺口检查设备、信号机房视频监视设备等，这些均为就地设备，因此应就地设置。
7）电源设备电源设备主要包括电源屏、UPS、稳压柜和蓄电池，为车站各信号系统供电，因此应就地设置。但针对信号非集中车站，信号用电设备仅有发车指示器、ATS 工作站和部分网络机柜，可以
通过弱电整合电源室给出电，取消非集中车站的信号电源设备，可大大减少非集中站的设备空间需求。
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2  车载设备改造方案
对车载信号设备的改造可利用列车定修、大架修或改造计划进行，从而减少由于停运列车数量过多，对运营造成影响。但改造工程一般跨度较长，列车上既要安装新系统的车载设备，又要保留旧系统的车载设备，以满足列车在改造期间还可以继续正常运营，针对此运营需求，有如下两种车载信号系统改造方案：
方案一：在列车上叠加配置新系统车载设备。方案二：在列车上安装一套融合车载设备。方案一在保持既有车载设备不变的情况下，再安装一套车载设备，两套设备独立安装，两套系统间设置一套系统切换逻辑模块，切换逻辑模块保证在一个特定时间内有且只有一个信号系统来保护列车运营而不受另一个系统的影响。
方案二重新开发一套能够兼容旧系统和新系统的车载核心控制设备，此方案可降低车辆安装空间的需求，对未来与其他线路互联互通都有重要意义。
云南旅游景点图片方案一在技术上可行，风险小，但造价、安装、调试、维护较复杂。方案二技术先进，对车辆改造程
度最小，为信号技术的发展方向，但目前国内外尚无实际应用案例，系统开发存在一定风险，因此暂推荐方案一。
两套车载系统的设备需要更大的安装空间，对于新购列车按照两套系统设备的机柜需求设计司机室的空间布局，对于既有列车需对既有车辆进行空间改造，可通过分隔部分乘客空间安装机柜，还可将部分机柜安装在乘客坐椅下不影响列车的载客量，国外部分改造项目将车载机柜安装在车辆下方。
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3  信号机房环境改造方案
为满足更新后信号系统设备的机房环境要求，需建筑、结构、通风空调、给排水及消防、动力照明、火灾报警、门禁等专业进行配套改造。
1）建筑结构专业。为保证更新改造的顺利实施，车站信号设备用房的建筑改造是配合信号系统改造的一部分，为此，根据每个车站的具体情况，对车站内的信号设备室改造有如下几种方案：
（1）既有信号设备室能够满足信号设备更新改造的需求，对既有房间进行孔洞改造和装修改造。
（2）既有信号设备室空间无法满足更新改造要求，有如下3种方案：
①信号设备室紧邻通信设备室、通信设备电源室或者公安通信设备室等，同属于弱电设备类型的房间，可考虑拆除隔墙，扩充设备安装，调整设备布置后，用防火玻璃分隔。
②信号设备室近邻布置有车站备品库、更衣室、会议室、值班休息室等对运营影响较小的房间，可考虑征用并调整相关房间布置，满足车站使用功能要求。
③信号设备室多设置于站厅层设备管理区，对于有扩建信号设备室需求，站厅层不具备扩建条件而站台层有富余房间有扩建条件的车站，可考虑在站台层增加信号设备室。越野型的车哪款比较好
结构专业须落实新系统安装空间的房屋荷载能否满足信号设备的要求。
2）通风空调专业。通风空调改造的原则是在不影响既有线正常运营的情况下，尽量利用原通风空调系统，减少拆改工程量。
（1）原机房内新增信号设备。根据新增信号设备发热量核算原机房内空调制冷量是否满足改造后需求，若制冷量不够则在机房内新增一套多联体空调或分体空调，空调室外机根据车站具体情况确定设置位置。
抗战侦察兵（2）扩大原机房面积。根据改造机房内设备发热量重新设置一套多联体空调，空调室外机根据车站具体情况确定摆放位置。机房扩容后，机房内送、排风量也将变大，需核算机房内原有送、排风量及风管是否满足风速要求，若不满足，则需重新敷设风管，并且有可能需要更换机房所在系统内的送、排风机。
3）给排水及消防专业。新建信号设备室需设气体灭火系统进行保护。在气瓶间有安装空间条件下，对气瓶间内管网系统进行局部改造，利用既有气瓶间内的钢瓶组设备，增加选择阀、气灭管网、气灭喷头等。新信号房间内若存在水管，将进行移
设，满足气体灭火房间要求。原信号设备室面积满
足设备改造要求，仅作吊顶、防静电架空地板、墙面粉刷整新施工，气灭管网系统不进行改造。
4）动力照明专业。动力照明专业主要负责为新增信号电源配电，同时需为新增信号设备用房、既有信号用房等新增照明、空调设备、气灭设备配电，并完成相关的电缆选择和敷设。新增或改建的信号用房，根据新信号设备的布置情况，调整房间内正常照明及应急照明灯具、插座位置，电源引自既有房间或邻近设备用房的工作照明、应急照明及插座回路。
手机root有什么好处5）火灾报警系统。车站信号设备室扩容后，感烟探测器位置及数量、气瓶间压力开关和电磁阀的接
口根据情况相应调整；车站信号设备室移位后，移位后的信号设备室补充设置气灭控制器、模块箱、手自动转换、声光报警器、放气指示灯、感温探测器，调整后模块箱回路线接入就近气灭回路，由原气灭报警主机监视气灭控制器和阀门的状态。原信号设备室拆除气灭控制设备，将感烟探测器接入就近火灾报警回路，并考虑对相关环控新增设备的监控。
6）门禁系统。由于信号系统改造需移位的信号设备室新增门禁，移位后的信号设备室新增就地控制器、磁力锁、紧急开门按钮、出门按钮等设备，并接入就近门禁回路中。
4  总结
信号系统更新改造是一项复杂的、系统性的工程，改造方案需要考虑到各接口专业、各方面的影响，从设备选型、设备安装、设备调试逐层深入，并且前期的设计方案可能被不断推翻再论证。新旧系统的开通衔接也是信号更新改造的重要环节，新旧系统开通的衔接方案需要项目实施责任单位密切配合，反复推敲，制定详细可行的运营管理、施工
组织和衔接方案[3]
。因此，
后续针对信号更新改造还将继续深入研究。
参考文献
[1]巩鹏飞.浅谈轨道交通信号改造日夜倒接开关的接入[J].中
小企业管理与科技，2020（11）：181-182．
[2]白艳琴.八通线信号系统改造工程设计关键点分析[J].铁路
通信信号工程技术，2020，17（9）：89-93．
[3]姬翠玲.地铁信号系统更新改造探讨[J].现代城市轨道交
通，2006（5）：33-35．

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