城市轨道交通联调联试综合检测集成技术分析

丁文君

（陕西交通职业技术学院轨道交通学院 陕西 西安 710018）

引言

作为我国当前投资的一大热点，城市轨道（简称城轨）交通在我国装备制造业发展、地方经济增长、交通拥堵缓解以及城市形象提升等诸多方面发挥着强有力的推动与指导作用，创造了良好的经济与社会效益。相较于铁路线网，城轨交通车次多，站间距短，旅客运送量大及方便快捷等优势突出，现已逐渐发展为我国多个地区、城市居民出行的首选交通方式。城轨交通联调联试基于各设备系统的安装与内部调试，借助第三方的组织或参与测试设备系统达到设计规定的相应功能与性能的具体程度，以此给出客观评价，得到设备系统的验收依据。对于城轨交通运营的安全性与可靠性保证而言，联调联试的工作质量至关重要[1]。

当前，我国城轨交通建设面临着工期压缩及参建单位众多的形势，国家层面关于联调联试尚未建立统一与明确的技术规范，地区间城轨交通建设模式不同，联调联试的组织模式与技术方法也存在差异。基于技术成熟度与经验的限制，我国城轨交通联调联试与运营演练存在不少问题，研究城轨交通联调联运综合检测集成技术，尽快对这些问题予以解决显得十分迫切与重要[2]。

1 联调联运总体情况

城轨交通建设是一项繁琐且庞大的综合性系统工程，有着很高的建设标准且技术复杂，涉及到工务工程、牵引供电、通信信号、运营调度以及客运服务等很多子系统，不同子系统通过复杂而独立的接口建立联系，设备的配置必须对整个系统的功能所需予以满足，这些对城轨交通建设的综合性大系统调试亦即联调联试提出要求。图1所示为城轨交通各系统的主要接口关系框图。

联调联试是对城轨交通各系统间进行的综合性联调，同时对“调”与“试”予以涵盖，亦即调试全部子系统，以联调联试的方式反应并处理经由大系统、子系统间的各种反馈及调整，确保系统功能结构的完整性及合理性，最优化整体系统功能，符合运输条件。

联调联试的测试项目非常广，涉及到轨道、接触网、通信信号等17大项600余子项内容[3]。它采用移动检测设备结合地面测试设备的测试方式，借助综合检测、无线网络远程传输与控制等技术以及数字化系统，以优化城轨列车与轨道工程、牵引供电、通信等系统功能以及接口匹配关系为核心，基于速度与安全原则，逐级提速，全方位测试与调试城轨交通固定设施及移动装备，施以闭环控制。

图1 城轨交通各系统主要接口关系框图

图2 联调联试总体技术方案框图

2 城轨交通联调联试综合检测集成技术方案

2.1 技术方案总思路

针对城轨交通中各系统与子系统间的诸多接口，若逐一依次进行测试，既不符合对城轨交通整体性能的把握，又不能确保试验进度对有限的联调联试测试时间的满足。加之城轨交通系统功能即性能的实现会对列车的顺利运营产生差异化影响（如信号系统与车辆系统的接口功能会对列车的运行安全产生直接影响，而信号系统与屏蔽门系统的接口功能则主要影响乘客在车站乘降的效率，显然，前者的功能实现较后者更加重要[4]），故而，联调联试工作应以城轨交通整体系统的最基本功能的检验为入手点，首先，检验直接影响与显著影响城轨交通运行的接口功能及性能的实现情况，然后，循序渐进地测试存在显著影响的主要系统功能，以对整体测试时间约束的满足为前提，科学考虑测试其他接口功能，最后，对城轨交通对设计所需的达标情况进行检验。

2.2 技术方案

按照总体思路，进行城轨交通联调联运总体技术方案的框图设计如图2所示，将整个联调联试过程做3个阶段的划分：分性能参数类测试、运营场景类测试以及运营参数类测试。

3 城轨交通联调联试综合检测集成技术

在由分性能参数类测试、运营场景类测试以及运营参数类测试3阶段共同构成的整个过程中，城轨交通联调联试综合检测涉及诸多技术，如轮轨关系、弓网关系、供变电系统性能、空气动力学、车-线-桥耦合、无线传输、列车运行控制、基础结构系统动力学性能及环境影响等[5]（如图3所示），以下从4方面进行各项技术的集成分析。

图3 城轨交通关键技术

3.1 轮轨关系关键技术

轮轨关系会对列车运营速度、安全性及舒适性产生重要影响。基于地形条件与环保要求等因素的制约，城轨的轨道曲线半径比较小，线路坡度较陡，在总线路中高架桥的占比较大，多采用小号码道岔，在个别地段，还会采用困难条件下的设计标准。如此一来，轮轨之间存在较为复杂的动态作用，轮轨关系关键技术主要包括以下方面。

3.1.1 列车动力学性能

列车的实际运行面临诸多工况类型，动力学测试需对不同线路区段（如路基、道岔等）、不同轮轨接触状态以及交汇等工况下列车的动力学响应特征加以把握。测点布置则要在代表性突出的列车不同位置进行加速度计的安装，同时，换装测力轮对。

动力学性能测试采用逐级提速的测试方式，基于对城轨铁路半径小，曲线多及客流变化大等特征的考虑，动力学性能的测试等级可定位为40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、80 km/h 以及 88 km/h。

3.1.2 “列车-轨道”系统安全性评判

城轨列车与轨道在轮轨之间的相互作用下会耦合为一个系统，系统安全性评判新方法的提出十分重要。采用基于惯性基准法的轨道几何状态检测系统，系统的组成部分有模拟信号处理和数字信号处理。前者主要包括各路传感器、信号转接与监视装置、信号处理装置与系统电源，后者则主要包括数据采集与计算机处理、数据服务器、数据应用与波形显示计算机及打印机。

3.2 空气动力学关键技术

列车运行速度不断加快之时，列车与附近空气的动力作用会越来越大，一方面，气动力对列车本身及列车运行产生影响，另一方面，列车高速运行引起的气动现象会影响其周围的环境。实车空气动力学试验对列车高速运行与交汇过程中空气动力效应影响列车运行安全性与振动的情况进行测试；对列车通过隧道或在隧道内进行交汇时产生的瞬变压力与微气压波进行测试，提供依据于气压变化环境下人体舒适性、列车气密性以及微气压波影响周围环境程度的评价；分析列车速度加快及隧道长度增加对微气压波激化产生的影响，进行隧道断面参数及缓冲结构合理性的验证等。对城轨隧道的设计及其运营提出相关措施与建议。

3.3 弓网关系关键技术

城轨列车运行过程中，弓网型式的正确选择对列车的正常取流至关重要，弓网关系必须得到深入地研究。城轨交通弓网关系主要涉及以下关键技术。

3.3.1 新型弓网系统受流性能

测试弓网动态接触力、燃弧、硬点以及接触线动态高度，利用图像监视弓网受流，对接触网张力组合不同的接触网同受电弓的弓网适应性及运行安全性进行验证，对各型号受电弓及双弓运行工况的受流性能以及方向或距离不同的双受电弓受流性能进行评价。

3.3.2 新型受电弓空气动力学性能

针对不同列车车顶形状受电弓在列车双向运行过程中受电弓导流装置的位置与角度，进行受电弓的空气动力学性能测试，明确列车受电弓导流装置的位置与角度同受电弓空气动力学性能之间的关系。

3.4 信号系统关键技术

作为列车安全、稳定与高效运行的重要保证部分，城轨交通信号系统的功能与性能对列车运营的安全与效率发挥着直接的影响。对于城轨交通信号系统而言，其功能含列车自动防护（ATP）、自动运行（ATO）与自动监护（ATS），若根据设备位置划分，信号系统包括车载信号设备（列控设备）、区间设备、车站设备、控制中心（OCC）设备与车辆段设备等。

城轨交通信号系统联调联试主要对运营场景类测试技术[6]予以采用，验证列车在不同运营场景下ATP、ATO与ATS的功能以及信号系统同相关系统间接口的实现。表1所示为城轨交通信号系统联调联试技术的实施。

表1 城轨交通信号系统联调联试技术实施

4 城轨交通联调联试综合检测集成技术实施保障

为保证城轨交通联调联试综合检测工作的顺利开展，需建立联调联试组织机构，对综合检测各环节的全部工作进行筹备、指挥、管理与协调，图4所示为综合检测组织管理架构框图[7]。

图4 城轨交通联调联试综合检测组织管理架构框图

1）决策层，组织召开联席会议，从总体层面指挥联调工作，协调重大问题，批准重大决议；

2）指挥层，总体协调与管理联调联试期间的日常事宜，组织协调供电、行车、施工等工作，发布工作指令，协调解决影响联调联试运行的问题；

3）执行层，编制联调联试项目实施方案与细则，具体实施联调联试项目。

5 结束语

作为城轨交通整个测试与调试工作的最后环节，联调联试是对城轨交通整体系统性能的综合验证及确认。综合检测集成技术的分析是对城轨交通联调联试测试内容及流程的总体把握，可确保联调联试在有限时间内实现对城轨交通整体系统功能及性能的优化。当前，我国城轨联调联试管理已积累一定经验，但尚未制定系统的联调联试技术应用与管理准则，另外，联调联试持续时间长，针对性的组织管理规章制度、基本流程、安全保障措施以及工作重点等管理标准[8]亦不充分。根据专业管理、督导、负责以及包保的工作要求，应对联调联试期间诸多专业的技术应用进行重点分析，把握设备变化的基本规律，明确相关专业接入的时间节点与程序，对工作职责及流程予以细化，以城轨交通联调联试集成管理及关键技术实施细则的形成指导联调联试工作顺利开展。