對我國城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略的思考

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1、展趨勢，針對我國城市軌道交通信號系統(tǒng)技術目前存在的問題，并結合實際情況，提出我國城市軌道 交通現(xiàn)代信號系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略的思考。關鍵詞：城市軌道交通；信號系統(tǒng)；發(fā)展；戰(zhàn)略國首次把“發(fā)展城市軌道交通”列入國民經(jīng)濟第 10 個五年計劃發(fā)展綱 要，并作為拉動國民經(jīng)濟、特別是大 城市經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略。目前，北京、上海、廣州、天津、 大連等城市軌道交通的運營里程達236 km， 現(xiàn)有北京、上海、廣州、天 津、深圳、南京、重慶、大連、武漢、 長春等城市正在建設有 16 條線， 共 333 km。沈陽、哈爾濱、濟南、 青島、西安、鄭州、成都、杭州、蘇 州、福州、長沙、廈門、昆明、佛山 等大中城市在積極籌劃建

2、設不同類 型的軌道交通。據(jù)預測，未來 10 年 新建各種類型的軌道交通將達到1 000 km 左右。作為城市軌道交通 安全保證之一的城市軌道交通信 號系統(tǒng)也必將進入快速發(fā)展的歷 史時期。1.2 城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā) 展趨勢1.2.1 城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展 概況目前城市軌道交通信號系統(tǒng)技 術已經(jīng)發(fā)展到以先進的列車自動控 制系統(tǒng)為代表的信號系統(tǒng)。一般來 說，列車自動控制 (ATC)系統(tǒng)主要 包括列車自動防護 (ATP)、列車自 動監(jiān) 控 (ATS) 與列車自動運行 (ATO)子系統(tǒng)。城市軌道交通信號系統(tǒng)是城市軌道交 通機電設備的重要組 成部分，是保證列車 安全、高密度運行和 行車的重要基

3、礎設 備。信號系統(tǒng)的制式、 技術標準、技術水平 直接影響城市軌道交 通發(fā)展規(guī)模和速度。制定城市軌道交 通信號長期發(fā)展戰(zhàn) 略，將指導信號系統(tǒng) 發(fā)展方針和政策的制 定，有利于信號產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展和信號系統(tǒng)國 產(chǎn)化，有利于信號標 準化，有利于城市軌 道交通系統(tǒng)互連互通 的實現(xiàn)，有利于信號 系統(tǒng)技術水平的提 高，將極大促進城市 軌道交通的發(fā)展。1制定城市軌道交通信號發(fā)展戰(zhàn)略的依據(jù)1.1 我國城市軌道交通發(fā)展的規(guī)劃進入 21 世紀，我肖寶弟賈學祥肖寶弟，鐵道科學研究院通信信號研究所，副所長，研究員，北京 100081發(fā)展戰(zhàn)略的思考對我國城市軌道交通信號系統(tǒng)ATP 子系統(tǒng)是保證列車運行的安全設備，是 ATC

4、系統(tǒng)的安全核 心，其主要功能包括：自動檢測列 車的位置；確定列車運行的最大安 全速度；連續(xù)速度監(jiān)督，實現(xiàn)超速 防護及車門控制；控制列車運行間 隔，滿足規(guī)定的通過能力；保證車 站設備的正確聯(lián)鎖。ATS 子系統(tǒng)主要由中央計算機 及相關顯示、控制與記錄設備以及 車站 ATS 分機構成，是 ATS 系統(tǒng)的 上層管理部分， 其主要功能包括： 列車運行狀態(tài)監(jiān)視；自動、人工設 置列車進路；列車運行自動描述； 自動、人工調(diào)整列車運行；列車運 行圖 / 時刻表的編輯和管理 ；與旅 客向?qū)АCADA 或其它系統(tǒng)接口 ； 中央自動進路控制和車站自動控 制 ；能利用車站級的ATS 分機設備 完成對進路的“后備模式”

5、控制。ATO 子系統(tǒng)在 ATP 的保護下， 根據(jù) ATS 的指令實現(xiàn)列車的自動運 行，提高旅客乘坐的舒適度和減輕 司機的勞動強度。ATO 子系統(tǒng)能夠 自動完成：對列車的啟動、加速、 勻速、惰行、減速和停車的控制； 以合理的速度和最優(yōu)化的駕駛進行 追蹤運行和折返作業(yè)，確保達到設 計間隔及旅行速度；根據(jù)不同的條 件選擇最佳運行工況，確保列車按 照運行圖/時刻表運行，達到節(jié)能及 自動調(diào)整列車運行的目的；可根據(jù) ATS 的調(diào)整指令改變區(qū)間走行時 分；可和 ATS 進行雙向的車地通 信，將運行列車的有關信息傳遞至 ATS 子系統(tǒng)，以便于 ATS 子系統(tǒng)能 對在線列車進行監(jiān)控。目前，世界上主要的城市軌道

6、交通信號系統(tǒng)的提供商主要包括： USSI 公司、西門子公司、阿爾卡特、阿爾斯通公司，以上各公司的設備基本代表了目前世界軌道交通信號 系統(tǒng)的先進水平。由于城軌信號系 統(tǒng)的要求較高，我國各城市軌道交 通建設主要以引進國外先進的成套 信號系統(tǒng)為主。北京地鐵是我國建成最早的地 鐵，在信號系統(tǒng)升級改革過程中，采 用了以西屋公司的設備為主的信號 系統(tǒng)。上海地鐵1號線引進了美國的 GRS 公司的信號系統(tǒng)，2 號線引進了 美國 USSI 公司的以 AF-900 系列數(shù) 字軌道電路及 MICROLOKII 為控 制核心的信號系統(tǒng)，明珠線采用了 阿爾斯通公司提供的 SACEM 系統(tǒng)。 廣州地鐵1號線及2號線的信號

7、控制 設備是德國西門子公司的產(chǎn)品，區(qū) 間采用 FTGS 數(shù)字式音頻無絕緣編 碼軌道電路，聯(lián)鎖系統(tǒng)采用 SICAS 計算機聯(lián)鎖設備。廣州地鐵3號線則 引進了阿爾卡特的 SELTRAC 信號 系統(tǒng)，該系統(tǒng)的一個特點是利用電 纜環(huán)線實現(xiàn)移動閉塞。1.2.2 城市軌道交通信號 ATC系統(tǒng)的 主要類型城市軌道交通列車自動控制系 統(tǒng)（ATC ）按照系統(tǒng)不同的特征主 要可以從以下幾方面進行分類。（1 ） 按照區(qū)間閉塞方式劃分。 閉塞方式是列車控制系統(tǒng)最主要的 特征，城軌交通信號系統(tǒng)按照閉塞 方式可分為固定閉塞、準移動閉塞 和移動閉塞 3 種類型。固定閉塞的特點是閉塞分區(qū)的 長度固定，并按列車最不利條件下 的

8、制動距離進行設計，列車的運行 間隔按照后續(xù)列車與前行列車之間 的閉塞分區(qū)數(shù)進行計算，與列車在 閉塞分區(qū)中的位置無關。移動閉塞的特點是沒有閉塞分區(qū)的概念，列車之間的運行間隔是按照后續(xù)列車與前行列車之間的 實際距離來計算出來的，并隨著列 車實際位置的變化而隨時動態(tài)刷 新的。準移動閉塞則是介于移動閉塞 和固定閉塞之間，其特點是仍然保 留有閉塞分區(qū)，其長度劃分是綜合 考慮軌道電路的極限長度及運行間 隔的要求而制定的，在同一時間，一 段閉塞分區(qū)只能被一輛列車所占用， 列車之間的運行間隔是按照后續(xù)列 車的實際位置距前行列車所在閉塞 分區(qū)的距離來進行計算，是隨著后 續(xù)列車實際位置的變化而隨時動態(tài) 刷新的。（

9、2 ） 按照信息的傳輸方式劃 分。按照車地間的傳輸方式，主要分 為點式、連續(xù)式、點連式。（3 ） 按照信息的傳輸介質(zhì)劃 分。按照車地間的傳輸介質(zhì)劃分，主 要包括依靠軌道電路、電纜環(huán)線、漏 泄電纜、應答器點式設備、無線等。1.2.3 城市軌道交通信號系統(tǒng)的特點 城市軌道交通信號系統(tǒng)區(qū)別于 其他信號系統(tǒng)的特點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。（1 ） 系統(tǒng)性。城軌交通信號系 統(tǒng)表現(xiàn)出很強的系統(tǒng)性，系統(tǒng)集成 度高，各子系統(tǒng)關系也更加緊密，信 息交換更加頻繁，只有在各子系統(tǒng) 的密切配合下，才能保證列車高密 度的安全運行。（2 ） 高安全性及高可靠性。城 軌交通信號系統(tǒng)要求更高的安全性 及可靠性系統(tǒng)功能。只有系

10、統(tǒng)達到 高可靠性及高安全性，才會減少因 為系統(tǒng)的故障所造成對經(jīng)濟效益及 社會效益的影響。（3） 運行間隔小、運行密度高。45現(xiàn)代城市軌道交通2/ 2004 MODERNURBAN TRANSIT高密度的運行是城市軌道交通系統(tǒng)的主要特點。城市軌道交通信號系 統(tǒng)必須能夠達到較小的運行間隔以 保證列車的高密度運行。1.2.4 國外城市軌道交通信號系統(tǒng)的 發(fā)展趨勢目前，國外城市軌道交通信號 系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)出以下特點。（1）基于數(shù)字軌道電路的列車 自動控制系統(tǒng)成為城市軌道交通信 號系統(tǒng)的主流。目前，軌道電路所提 供的列車占用檢查、列車完整性檢 查及斷軌檢查的功能，還無法找到 更好的手段進行替代，所以

11、軌道電 路作為一種檢查手段及傳輸方式在 城市軌道交通信號系統(tǒng)中仍將發(fā)揮 重要作用。數(shù)字軌道電路的優(yōu)點在 于能提供大容量的信息傳輸，對改 善列車自動控制系統(tǒng)的控制性能， 減少運行間隔發(fā)揮了重要的作用。 數(shù)字軌道電路也是目前城市軌道交 通信號系統(tǒng)中技術相對比較先進、 成熟的產(chǎn)品。美國 USSI 公司及德國 西門子公司的地鐵主流產(chǎn)品都是數(shù) 字軌道電路，英國西屋公司也推出 了自己的采用數(shù)字軌道電路的城軌 交通信號系統(tǒng)。歐共體目前為了實 現(xiàn)不同線路及信號系統(tǒng)互連互通而 制定了 Cenelex標準，該安全標準 旨在規(guī)范歐洲各國詳細的安全 標準及控制系統(tǒng)接口。 目前 USSI 公 司 在哥本哈根所實 施 的

12、基于 AF900 數(shù)字軌道電路 及 MICROLOKII 微控制器的 ATC 系統(tǒng)，成為迄今為止唯一通過 認證的 ATC 系統(tǒng)。（2）采用基于數(shù)字通信的列車 控制系統(tǒng)（CBTC）是未來城市軌道 交通信號系統(tǒng)的發(fā)展方向。隨著計 算機技術、通信技術、控制技術的發(fā)展，采用 3C 技術來替代軌道電路逐漸成為可能。作為未來極有前途的 基于數(shù)字通信的列車控制系統(tǒng)，尤 其是基于無線傳輸?shù)牧熊嚳刂葡到y(tǒng) 也必將越來越完善，目前也成為世 界各國爭相研究的重點。但是需要 指出的是，目前這一系統(tǒng)在技術還 不是非常完善，仍存在許多不足，該 系統(tǒng)所帶來的降低工程造價、減少 系統(tǒng)運行間隔、增加系統(tǒng)靈活性的 優(yōu)點還很不明顯。

13、1.3 我國城市軌道交通信號系統(tǒng) 目前存在的問題由于國內(nèi)的信號系統(tǒng)起步較晚， 目前國內(nèi)信號廠商還不能提供自己 的城軌交通信號系統(tǒng)，各城市軌道 交通建設，主要以引進國外先進的 成套信號系統(tǒng)為主，這就帶來以下 幾個問題。（1）城軌信號系統(tǒng)造價居高不 下。由于過分依賴國外的系統(tǒng)供貨 商，信號系統(tǒng)的招標主要在國外供 貨商之間進行，國內(nèi)信號廠商無法 有效參與競爭，造成了城軌信號系 統(tǒng)造價居高不下，尤其是城軌系統(tǒng) 建設經(jīng)常分期完成，在一期選定信 號系統(tǒng)后，以后的延伸線的信號系 統(tǒng)很難更改，更無法控制外商的高 額售價，建設費用哄抬。（2） 無法有效實現(xiàn)互連互通。 在城軌軌道交通的工程建設中，往 往對一條線或

14、幾條線進行單獨的招 標，這就可能造成同一城市（區(qū)域）， 不同的線路采用不同的信號系統(tǒng)制 式。信號和控制系統(tǒng)的不統(tǒng)一，造成 在不同線路過軌運營時地面設備與 車載設備之間互不兼容，從而限制 了列車的共用和系統(tǒng)的互連互通。 制式不統(tǒng)一，使系統(tǒng)的維修工作復 雜化，效率低、經(jīng)濟不合理。（3 ） 無法有效的扶植民族產(chǎn)業(yè)?？s短并趕上世界先進水平，有效 提高民族產(chǎn)業(yè)的競爭力，使國內(nèi)的 信號廠商有效參與競爭是我們努力 的目標。但由于目前國內(nèi)城市軌道 交通系統(tǒng)信號設備制造業(yè)基礎薄弱， 城軌交通信號系統(tǒng)又屬于較封閉的 領域，使國內(nèi)的信號系統(tǒng)制造商很 難找到好的突破口來介入城市軌道 交通信號系統(tǒng)建設工作。2對于城市軌

15、道交通信號系統(tǒng)發(fā)展的戰(zhàn)略思考為了適應我國城市軌道交通大發(fā)展的要求，分析城軌交通信號系 統(tǒng)的發(fā)展趨勢并結合我國目前實際 情況，制定出適合的城市軌道交通 信號系統(tǒng)發(fā)展近、遠戰(zhàn)略是很有必 要的，具有很強的現(xiàn)實指導意義。 增加城軌交通信號系統(tǒng)國產(chǎn)化份 額，逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化，并為最終能擁 有我國自主獨立知識產(chǎn)權、成熟、先 進、可靠的城軌交通信號系統(tǒng)是我們 的目標，在實現(xiàn)這一目標的過程中， 我們應分階段、分步驟地采取措施。2.1 第一階段：參與技術服務，國 內(nèi)硬件加工，逐步吸收熟悉國外技術通過進行技術服務及硬件加工， 是國內(nèi)信號廠商創(chuàng)造進入城市軌道 交通信號系統(tǒng)領域的切入點，并提 高信號系統(tǒng)國產(chǎn)化率。選用國

16、內(nèi)的信號廠商作為軌道 交通信號工程的主承包商，在充分 利用自己技術的基礎上，在外國公 司的技術支持下，通過提供技術服 務和硬件加工的方法，加大地鐵信 號系統(tǒng)國產(chǎn)化份額。這樣做，一方面 可以大幅度降低工程造價，同時也 能培養(yǎng)和鍛煉一批國內(nèi)的熟悉城軌46現(xiàn)代城市軌道交通MODERNURBANTRANSIT 2/ 2004交通信號系統(tǒng)的技術隊伍。在信號工程中，技術服務主要 包括 ：信號系統(tǒng)設計、工程的資料 準備與輸入（錄入）、硬件采購和生 產(chǎn)的分工、綜合測試分工、安裝設計 和督導、現(xiàn)場測試、驗收測試與試運 行、保修服務等。其中，信號系統(tǒng)設 計主要包括區(qū)間閉塞設計及生成軌 道電路布置圖。（1 ） 對系

17、統(tǒng)功能和性能充分消 化的基礎上，由國內(nèi)工程技術人員 參與工程設計，直至獨立完成。（2） 對于一些通用的計算機、 工作站、服務器、交換機、站間通信 等設備，應在國內(nèi)采購，可以避免不 必要的設備進口。（3）首先完成信號系統(tǒng)設備在 國內(nèi)組裝。在此基礎上，逐步地、有 選擇性地將設備的生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到國內(nèi) 的信號廠家來完成。（4） 在目前工程任務中，安裝 督導及測試工作量占有很大的比重， 同時也是工程中極為重要的環(huán)節(jié)， 將信號系統(tǒng)的技術督導及工廠綜合 測試、現(xiàn)場測試、驗收測試等測試工 作交給國內(nèi)的廠家，不僅可以加深 國內(nèi)廠家對于整個系統(tǒng)的理解和掌 握，對于降低整個工程造價、加快工 程進度更有著極為重要的作用。

18、（5）在國內(nèi)技術人員對系統(tǒng)充 分理解、掌握的基礎上，由國內(nèi)的廠 家來完成整個系統(tǒng)的保修服務也是 必要的，它可以避免國外返修周期 長、手續(xù)復雜、費用高昂的缺點，并 能有效保證系統(tǒng)的正常運營。2.2 第二階段：通過技術引進，掌 握系統(tǒng)功能單元間接口協(xié)議和技 術標準國內(nèi)廠商在城軌交通信號方面 起步較晚，對于全套技術尚未完全掌握，但是不排除在某一方面可以率先取得突破的可能性。由于城軌 交通信號系統(tǒng)的封閉性，接口標準 也不公開，所以很難找到突破點。如 果不經(jīng)過科學研究以及時間考驗， 憑空建立一種新的信號制式，既缺 乏經(jīng)驗也沒有安全保障，風險大。這 樣的信號系統(tǒng)在選型及招投標中也 無優(yōu)勢可言。所以，在此階

19、段，應由 國家有關部門牽頭，選用 23 家國 外運用成熟、先進的城軌交通信號 系統(tǒng)，通過引進技術，并促使國外廠 家公開系統(tǒng)功能單元間接口協(xié)議及 技術標準。使國內(nèi)外有條件的廠家 可以根據(jù)接口技術標準對其進行全 部或部分替代。這樣既能促使廠商 間競爭，有效地控制造價，又可以實 現(xiàn)互連互通、并最終實現(xiàn)信號裝備 國產(chǎn)化。之所以選用 23 家國外技 術，既可避免出現(xiàn)一家獨攬的局面， 又有比選的余地，達到鼓勵競爭，控 制好合理的工程造價的目的。標準制定后，國內(nèi)有條件的信 號廠商完全可以據(jù)此標準獨立或協(xié) 作研發(fā)自己的城軌交通信號系統(tǒng)。 在逐步完成功能模塊并取得替代程 度的基礎上，最終研發(fā)完成具有中 國特色和

20、自主獨立知識產(chǎn)權的城軌 交通信號系統(tǒng)。這一標準的選擇至關重要，既 要選擇成熟的，有豐富的工程實踐 基礎的信號系統(tǒng)，又要結合國情選 擇技術先進的，不能在短時間內(nèi)被 淘汰或落伍的信號制式。對于那些 成熟但是技術相對落后，或者雖然 技術先進，但目前還不成熟的系統(tǒng) 都必須被排除在外。正如我們在前 面所提到的，基于數(shù)字軌道電路的 城軌列車自動控制系統(tǒng)，它作為一 項成熟、先進的技術正代表著目前城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)展的主流，所以應選擇基于數(shù)字軌道電路的城 軌列車自動控制系統(tǒng)，作為我國城 市軌道交通信號系統(tǒng)的標準制式。 這對于我國在實現(xiàn)城軌交通互連互 通，降低工程造價，促進城軌信號系 統(tǒng)國產(chǎn)化的實現(xiàn)將有著重

21、要的作用。2.3 積極跟蹤并參與 CBTC 的研究CBTC 是基于通信的列車控制 系統(tǒng)，尤其是基于無線傳輸?shù)牧熊?控制系統(tǒng)。CBTC 系統(tǒng)優(yōu)點是可以 在不干擾既有線信號制式正常運營 的基礎上進行疊加。尤其對于同一 城市具有多種信號制式線路，并且 線路間需要接軌運行時， 發(fā)展 CBTC 有著良好前景。目前這一系 統(tǒng)技術還不是非常完善，相對于其 他系統(tǒng)優(yōu)勢也不明顯，在國內(nèi)制定 統(tǒng)一的 CBTC 標準，時機也還不成 熟。所以國內(nèi)的信號廠商、科研院所 應該積極跟蹤并參與 CBTC 的研 究，并在恰當?shù)臅r侯，由有關部門統(tǒng) 一制定或選定 CBTC 標準。相信屆 時，無論從技術上、還是在造價上， CBTC

22、都將比既有的城市軌道交通 信號系統(tǒng)有著無可比擬的優(yōu)勢。3結束語城軌交通信號系統(tǒng)是技術含量高、行車指揮自動化和保障安全的 重要技術裝備。面對我國城軌交通 現(xiàn)代信號尚處于依賴進口、國產(chǎn)化 進程滯后的現(xiàn)狀，必須引起城軌界 的高度關注。盡快提高我國信號裝 備的技術水平，發(fā)展具有中國特色 的城軌交通現(xiàn)代信號系統(tǒng)具有深遠 的戰(zhàn)略意義。收稿日期 2004-01-3047現(xiàn)代城市軌道交通2/ 2004 MODERNURBAN TRANSITABSTRACTSBuild a Metro Network of High Quality and Make a Full Use ofIt as the Major M

23、eans of Urban Passenger Traffic in BeijingLiu Qichen 1This article analyzes the development of the public traffic in Beijing based on the statistical data, ad vocates develop ing m etro into the dominant means in urban transit, and put forward suggestio ns for building and operating a metro network.

24、This article reviews the construction and operation of Beijing MetroBa - Tong Line and describes the route, elevated sections, environ- mental protection projects, power supply, vehicles, communications, signaling, control center etc. respectively.Metro Station Construction with Top-Down MethodShao

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