城轨交通工程系统总联调及运营演练的探讨

城轨交通工程系统总联调及运营演练的探讨 摘要：介绍城市轨道交通工程体系的组成，阐述实施机电设备系统总联调和运营演练的重要意义，探讨联调、试运营阶段的王要内容、实施策略和工作目标，以达到建设与运营的无缝对接关键词：城市轨道交通工程 系统总联调 运营演练 城市轨道交通工程是一项由多种先进技术集成、运营安全要求高、社会效应大的系统工程。城市轨道交通工程的实体建设过程大致可分为土建工程建设阶段、机电设备安装阶段、建筑装修阶段、机电设备调试阶段、机电设备系统总联调阶段、设备专项验收及运营演练阶段、设备最终验收及开通试运营阶段、设备维保及正式运营阶段，每个阶段的工程特点、管理模式、责任主体各有侧重。近年来，在地铁建设过程中，机电设备系统总联调阶段和设备专项验收及运营演练阶段越来越受到国内外一些城市轨道交通工程业界的高度重视。 机电设备系统总联调的功能是从系统的角度，验证机电设备之间的接口技术，整合各机电设备的技术性能和使用功能，实现各机电设备系统在同一技术水平、同一管理模式、同一安全认证平台上机一机、人一机之间有序可控、安全可靠的协调运转。运营演练是对系统总联调的功能验证，它是地铁工程实施建设与运营无缝对接的关键环节，是实现地铁工程人一机、人一人之间和谐、高效管理的外延，是关系到地铁工程能否顺利开通运营的第一步，在地铁运营环节中占据着极其重要的地位。1城市轨道交通工程控制体系概述 地铁建设作为一项重大的综合系统工程，涉及城市规划、市政发展、工程施工、地下管道(水、煤气等)、电力供电、公交系统、工程总体规划和计划以及施工组织等诸多方面，迫切需要统筹规划.协调进度顺序，强化组织领导和保证物资、材料供应等。地铁工程自身的设备系统又包含电动客车、供电、通信、信号、售检票、环境控制、车站设备监控、防灾报警等多种技术和专项子系统设备，而子系统又各具相对的独立性和整体性，其设备配置必须满足子系统的功能要求;设备品种繁多，且来自不同的厂商，彼此衔接均有特定要求，等等。所有这一切决定了地铁设备应进行综合性的大系统联调和运营演练，其目的是确保地铁交通工程在城市交通运输体系中的主导地位，体现其良好的综合社会效益。 从目前国际国内城市轨道交通工程的现状看，其控制体系中所涵盖的机一机、人一机、人一人相互支持的8个主要支撑系统是系统总联调和运营演练的核心部分。 1 ) SCAA(电力监控系统) 主要监控对象为高压变电系统、低压变电及供电系统、牵引变电系统等，实施对整个供电系统的数据采集、实时监控、安全控制、远程通信和供电复示，提供事故照明的备用电源。 2 ) BAS(环境监控系统) 由中央控制系统(OCC)、全线系统网络、车站控制系统、车站系统网络、现场控制机，以及监、控、测、调各设备组成。全线BAS组成两级(中央控制级和车站级)管理体系，实现三级(控制中心、车站、就地)控制功能。BAS监腔范围包括地下车站和区间隧道的空调通风及给排水、照明、电梯、扶梯等设备的控制管理，对上述设备进行全面系统的自动化监控和管理，确保其发挥最佳作用，维持地下车站和区间隧道适宜的温度、湿度，保证给排水、照明、电梯、扶梯等设备的自动、安全运行。在发生火灾、列车阻塞等事故的情况下，能够及时迅速地转入灾害运行模式，保护乘客安全，将灾害损失减到最小。BAS应能根据一年四季不同的气象条件与列车运营状况，自动按照设定的模式运行，在满足环境标准要求的前提下，尽可能降低车站设备的运行能耗。 3 ) FAS(防灾报警系统) 主要对轨道交通范围内各种建筑的火警火灾进行监控。火灾报警系统由全线AS中央控制中心及车站控制室、电动客车段控制室的车站级FAS系统、各种车站现场设备以及网络通讯设备组成.车站现场设备包括火灾探测器、监视模块、控制模块、手动报警按钮、感温电缆、红外对射、消防专用电话和插孔、警报器、复示盘等。全线FAS控制中心与车站级FAS系统通过光纤网络进行通信，车站级FAS系统通过总线或多线与现场设备连接。 4) AFC(自动售检票)网络管理系统 AFC系统由中央计算机系统、编码系统、密钥管理系统、车站计算机系统和车站AFC终端设备、票卡、运营辅助设备、培训设备和软件系统等构成，监控/管理对象为AFC系统的各种售票机、加值机、闸机、验票机、车站主机、中心主机及网络设施。 5)信号系统 列车自动监控子系统(ATS系统)，可自动或由人工监督和控制正线(电动客车段、试车线除外)，以及向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能由完全位于OCC内的设备实现，设备包括时刻表数据库，库里存储有ATS功能要求的所有时刻表信息。列车自动防护子系统(ATP系统，包含了联锁系统)，为实现列车自动防护任务，需要与联锁和轨道空闲检测设备、各种电动客车设备(安全制动，驾驶和制动控制，车门)及列车自动监督ATS系统有众多接口。 6)通信系统 系统包括传输、无线、公务电话、专用电话、广播、电视监控、时钟、电源、光电缆等子系统，除了传输通信系统所需的语音、数据、图像等各种信息外，还可以对电力监控(SCADA)、自动售检票(AFC)、信号、防灾报警(FAS)、设备监控(日AS)等系统的信息实现透明传输，并传输其他运营管理等所需的信息，构成传送语言、文字、数据和图像等各种信息的综合业务传输网。 7 ) PIS(旅客向导系统) 系统的设备包括:LED旅客向导牌、LED发车计时器，提供旅客乘车信息、政府公告、出行参考、实时多媒体资讯信息和视频信息的旅客资讯播出设备，在行车调度中心（OCC)和正线各车站之间构建的旅客资讯系统，提供各车站LED旅客向导牌、LED发车计时器及相应的旅客资讯播出的控制器和服务器等设备。 8 ) OA(办公自动化)系统的网络管理系统 综上所述，对如此技术复杂、网络交织、互为支撑的大系统实施系统联合调试，并开展多种模式的运营演练，其必要性、现实性显而易见。地铁工程的主要系统控制结构和控制关系如图1所示。2实施机电设备总联调和运营演练的重要意义2.1实现地铁工程的系统性目标 地铁各子系统受专业、经验和其他因素的影响，最终往往局限于各自子系统目标的满足，或者虽在主观上预测它能满足大系统的要求但事实上达不到，需在联调中经由大系统到子系统的多次反馈与调整，方可认定子系统功能结构的完整性与合理性。地铁系统是由多个相互作用及匹配的子系统构成，是一个有机的集合体，表现出很强的关联性，其特征是各子系统设备间相互联系、相互作用或彼此制约。因此，在地铁设备中存在着多方位的接口关系，借助接口来实现各子系统的动态调整，完成大系统的综合集成。也就是说，只有经过对各子系统接口关系的动态联调，才能从整体上完成地铁设备大系统的有机集成。2. 2实现移动设备与固定设备的最佳整体匹配 尽管地铁是由多个子系统组成的综合性大系统，但仅就地铁列车运行而言，则可以说线路工程是基础，列车和供电是关键，通信信号与网络是运行和安全的保障，三者是不可分割的整体。从动态观点上来看，三者又是移动设备与固定设备之间的有机结合，联调就是在系统目标协调下，寻求这两类设备间的最佳整体匹配。 任伺庞大而复杂的系统，都需要在设计、制定技术规范、制造、安装(或施工)及测试的各个阶段特别注意子系统之间的界面，因为子系统不单独运行，所以各子系统与其他的界面必须检查和验证，以证实其具备所需的功能并且不存在不兼容性。旅客乘坐地铁列车的安全性、舒适性及平稳性是通过地铁线路与列车的最佳匹配来实现的，线路的高平顺性及曲线半径的合理配置可减小列车的振动和轮轨间的动力作用，使行车的安全和平稳舒适性都能得到保证，轨道和电动客车部件的寿命和维修周期也随之延长;而列车的垂向、横向作用力又反过来明显地影响轨道及路基的稳定性与通过曲线的安全性，严重时将导致轨道变形、不平顺加剧直至出现严重的磨损与破坏。在现实中，没有不产生动力作用的列车，也没有不产生变形的线路，系统联调的任务就是寻求二者之间的匹配。 弓网匹配在常规电气化铁路运输中的矛盾一直比较明显，然而在低净空地铁隧道中所产生的弓网匹配问题却更加突出，除要求设计合理外，还须经联调实现弓网的最佳匹配，尽可能地降低离线率，提高受流质量，延长维修周期。 2. 3通过安全分析提高系统安全性 根据系统目标，在联调中按实际功能分析各子系统的安全性:一种是子系统故障将导致行车事故;另一种则是子系统故障仅影响大系统的局部功能，不致危及行车安全。对前一类子系统，应设定高可靠度，并据此确定系统部件的寿命期限，如线路轨道结构、电动客车走行部件、制动部件、列车运行控制系统(包括ATS，.ATO，ATP)的关键部件等;至于第二类不危及行车安全的子系统，则不必要求过高的可靠度，可采取定期检修与更换的手段，以恢复规定的功能。对故障将危及行车安全的子系统，需经联调确认其故障导向安全的性能。地铁的运行控制及行车指挥系统在发生故障时，必须以牺牲效率来换取列车的安全运行，这种特性应通过系统联调和运营演练加以检验、确定和完善。2. 4为运营提供成熟可靠的技术系统 联调测试将是系统验证和测试过程的一个重要部分。一系列的电动客车联调测试，包括电动客车/地面通信、监督控制和数据采集系统及信号联调，都将在制造厂、实验基地、现场完成。这些测试将为其后进行的系统联调测试检验和验收过程的按时完成提供可靠的保证。 系统联调和运营演练的最后过程是系统预运营，包括:进行所要求的可维修性的预运营测试，采取所要求的日常和紧急维修措施的预运营，以及系统可用性和稳定性的预运营。通过系统的预运营，以验证系统的技术成熟性与技术可靠性。2. 5保证国产化地铁设备的顺利开通 地铁设备国产化是一项具有深远意义的战略决策，是我国地铁建设蓬勃发展的根本出路。作为我国地铁电动客车及机电设备国产化的依托工程，地铁电动客车及机电设备国产化率要求高，有些设备是首次应用到地铁系统中。各系统设备之间或子系统设备之间，大量存在国产化产品和国外产品的组合。为实现较高的国产化率，一些技术成熟的关键设备采用国产化产品.但相对于系统而言它又是首次应用，存在着系统集成是否成功的风险。为此，必须进行系统联调和运营演练，以保证国产化设备的顺利开通。2. 6培训运营队伍，提供解决商务争议的依据 地铁系统联调和运营演练是实现地铁建设系统目标的有效措施。通过联调和演练认证系统的运输能力，包括系统最大的输送能力、最短的运行时间及列车运行间隔;通过联调提高系统的服务质量，实现旅客乘坐的舒适性、列车运行的安全与平稳性、售检票的便捷性及车站环境的协调性;通过联调认证系统的社会经济效益，以使投入产出目标合理，社会和经济效益明显。 地铁工程系统联调和运营演练方案的指导思想是:由有经验的、合格的各专业技术人员进行规定的各系统、各项工作的测试、试验和调试，保证测试仪器和试验系统的先进性、可靠性、合法性。工作将按计划进行合理的部署，协调推进，达到工程按要求开通的最终目的。运营单位的人员也将参与此项工作及其后的测试，运营单位的管理和技术人员通过与专业化联调队伍的合作，了解各系统性能、系统之间的技术接口、系统达到使用功能的工作过程、系统易于出现的故障和解决故障的途径，并由此得到宝贵的在职实践培训。 通过系统联调和运营演练，可验证各子系统或设备是否达到与承包商约定的各项性能指标，检验在大系统工作条件下各子系统是否满足相应承包商合同所规定的要求，并指导各系统承包商和安装承包商在联调阶段的工作。通过客观、中立的检测记录和试验报告，为业主进行验收及索赔提供各项技术依据。由此可见，系统联调和运营演练是地铁建设进程中的一个十分重要而不可缺少的环节，应当认真规划和安排，使其发挥应有的作用。3机电设备系统总联调和运营演练的任务 依据各子系统之间的相关程度与接口复杂