城市轨道交通信号系统改造过渡切换工程技术分析

引言

城市轨道交通作为大运量公共交通体系的重要组成部分，其运营效能与安全保障水平与市民日常出行体验息息相关。信号系统作为轨道交通运行的核心控制单元，在列车自动化监控、安全防护及运行调度等关键环节发挥着不可替代的作用。信号系统升级改造过程中，过渡切换阶段的技术实施是项目推进的关键节点。这一阶段需要在尽可能维持正常运营秩序的前提下，实现新旧系统的平稳交替。由于过渡切换工程涵盖复杂工作内容，技术实施难度较大，安全风险防控要求较高。因此，系统梳理过渡切换工程的技术要点并制定科学的实施策略，对保障改造工程的顺利开展具有积极意义。

1 信号系统改造过渡切换的必要性与技术难点

1.1 改造过渡的必要性

1.1.1 提升运营安全性

老旧信号系统在长期运行后，设备可靠性存在一定程度下降，可能对列车精准定位和区间防护功能产生影响。通过改造过渡引入新型信号系统，如基于无线通信的 CBTC 系统，其冗余设计和故障自诊断特性，有助于进一步强化列车运行的安全保障。

1.1.2 满足运力提升需求

随着城市人口规模扩大，轨道交通客流量呈现明显增长趋势。既有信号系统的列车追踪间隔设置，或许难以完全匹配当前高密度运营需求。改造后的信号系统通过优化列车控制算法，有望实现行车间隔的合理缩短，从而为线路运能提升创造有利条件。

1.1.3 适应技术迭代与标准化

早期信号系统由于技术特性，在维护过程中可能面临成本较高、备件供应不便等问题。向符合行业标准的通用信号系统过渡，例如达到 SIL4 安全等级的设备，能够在降低全生命周期成本的同时，为后续系统扩展升级提供更便利的基础。

1.2 过渡切换的技术难点

1.2.1 新旧系统兼容性差异

旧系统大多采用轨道电路或准移动闭塞技术，新系统则以无线 CBTC 技术为主。两类系统在列车定位机制、信息交互模式、控制逻辑架构等方面存在明显区别，接口适配工作存在一定复杂性。

1.2.2 运营与施工的时空冲突

城市轨道交通线路多采用双线运营模式，改造工程通常安排在夜间 " 天窗点 " 进行。受制于较短的作业时间（一般为 2-4 小时），且需充分考虑次日早高峰的运营准备，施工时间安排存在较大挑战。

1.2.3 安全冗余与风险叠加

过渡阶段可能出现新旧系统并行运行的 " 混合模式 "，需妥善处理两套系统的安全逻辑配合问题。此外，设备调试、数据迁移等工作可能引入临时性风险，对安全管控提出更高要求。

1.2.4 人员操作与培训衔接

新系统在操作界面设计、应急处置流程等方面与旧系统存在不同，司机、调度及维护人员需要一定时间熟悉新系统操作。如何确保人员技能提升与系统切换进度相匹配，是需要重点关注的环节。

2 过渡切换工程的核心技术要点

2.1 施工组织与切换流程优化

2.1.1“天窗点”施工的精细化管理

在制定施工方案时，可结合线路运营实际情况，将施工流程科学划分为设备安装、线缆敷设、参数配置、功能测试等多个环节，并合理规划各环节的时间安排。以某线路为例，在夜间 4 小时的天窗时间内，可有序安排 30 分钟施工准备、40 分钟设备吊装、60 分钟接线调试、40 分钟静态测试以及 10 分钟清理验收工作。同时，运用 BIM 技术对施工路径进行模拟分析，有助于降低交叉作业带来的潜在冲突。

2.1.2 过渡阶段的行车组织优化

在系统切换过程中，可考虑采用“降级运营”模式，适当调整行车间隔，例如将间隔从3 分钟延长至5 分钟，从而为系统调试提供更充裕的时间。此外，在过渡区段合理设置“防护信号机”，当新系统出现异常状况时，能够实现向旧系统的自动切换，为列车运行安全增添保障。

2.1.3 关键设备的冗余配置

针对区域控制器、车载控制器等对行车安全至关重要的核心设备，建议采用“一主一备”的冗余设计方案。在过渡阶段，将主备设备分别接入新旧系统，以实现平滑过渡。例如，车载控制器可同时接收旧系统轨道电路信息与新系统无线报文，当新系统信号传输出现问题时，可及时切换至旧系统数据进行列车控制。

2.2 风险控制与安全保障技术

2.2.1 故障模式与影响分析（FMEA）

在过渡切换过程中，可系统梳理潜在风险，包括但不限于数据迁移异常、接口协议兼容性问题、电源供应中断等。对各风险点的发生可能性及影响程度进行评估后，探索与之适配的应对策略。以新旧系统时间同步偏差风险为例，可考虑引入北斗卫星授时技术，将两套系统的时钟误差控制在较为理想的 10毫秒范围内。

2.2.2 应急演练与故障预案

为确保切换过程平稳有序，建议在切换前组织多轮应急演练，模拟新系统运行异常、列车紧急制动等可能出现的场景，以此检验调度人员与司机的协同配合能力。在制定应急预案时，宜明确应急行车路线规划、人工驾驶模式切换流程以及故障设备隔离步骤等关键内容。部分地铁线路的实践经验表明，多次开展桌面推演与实战演练，能够显著提升应急响应效率。

2.2.3 安全监控与实时预警

可在过渡阶段部署专用监控系统，对新旧系统的设备运行状态、列车实时位置、通信质量等关键数据进行持续采集。借助AI 分析技术，对无线丢包率波动、道岔表示不一致等异常情况进行识别，并通过声光报警等方式及时反馈，同时提供相应的处置参考建议。

2.3 测试验证与验收标准

2.3.1 分层级测试体系构建

测试流程采用递进式设计，涵盖静态参数核查、空载功能验证、多车模拟运营、载客性能评估等环节。以新旧系统衔接区域的测试为例，重点关注列车在过渡切换过程中的运行平顺性，通过多轮调试优化，使列车运行状态波动控制在较低水平。

2.3.2 量化验收指标

验收标准设置参考行业规范，在系统稳定性、定位精度、通信效率等方面制定了量化指标。实际验收过程中，通过连续高强度压力测试，结合各项指标的监测数据，综合评估新系统在高负荷场景下的运行表现，待各项指标达到预期后完成验收工作。

结束语

城市轨道交通信号系统改造过渡切换工程在推进过程中，技术革新与运营安全的协调考量至关重要。通过系统化的精细设计、分阶段的模块化施工以及动态化的智能监控体系，有望实现新旧系统平稳过渡与高效衔接。伴随无人驾驶技术在行业内的逐步渗透，过渡切换工程或将迎来新的挑战与机遇。从技术演进方向来看，“有人 - 无人驾驶”混合运行场景下的信号系统兼容性研究值得深入探索；同时，数字孪生技术在构建虚拟测试场景方面的应用潜力，也为优化新旧系统切换验证流程、提升现场作业安全性提供了新的思路。

参考文献：

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[3] 王喜军 , 杨立新 , 武少峰 . 城市轨道交通信号系统升级改造项目方案研究 [J]. 铁道通信信号 ,2021,57(11):77.