高速鐵路聯調聯試總體方案研究

曹 峰,郜新軍

(1.南京鐵道職業技術學院軌道交通工程實踐中心,江蘇 南京 210031;2.中國鐵道科學研究院集團有限公司通信信號研究所,北京100081)

0 引言

高速鐵路技術是多門類、多專業合成的高新技術,涉及基礎設施、通信信號、牽引供電、動車組、運營調度等眾多子系統。隨著我國高速鐵路建設的不斷推進,工程建設完成后整體系統能否達到設計要求和運營需要,如何確保運營人員能夠順利接管設備并正確使用系統設備開展運營工作,如何檢驗整體系統能夠滿足高速、高密度和復雜運營情況的要求,需要在高速鐵路開通運營前開展一套完備的檢驗、認證、評估和驗收工作[1]。

聯調聯試作為高速鐵路開通前的必要流程,其主要目的是為全線各業務系統和整體系統的調試、優化提供技術支持,使各系統和整體系統的功能及性能達到標準要求;檢驗各系統在正常與非正常條件下運輸組織的適應性,驗證行車組織方式能否滿足運營要求等[2-3]。

管理體系充分借鑒了歐洲及日本的先進經驗,具有組織科學、過程可控、高效完備的特點[4-5]。組織機構方面,德國、法國、日本及中國均有相關機構統籌負責新線工程驗收,動態試驗前均成立現場指揮機構,保障高速鐵路系統試驗的順利開展[6]。職責分工方面,中國、德國、法國均由運營單位牽頭組織。通過對各國組織管理模式進行比較分析,由運營公司牽頭的組織模式可以使運營單位從運營的角度提出整改意見,并督促建設、施工單位整改,更有利于檢驗整體工程質量。

1 組織模式

1.1 組織機構及職責分工

高速鐵路聯調聯試是在國鐵集團的指導下,由鐵路局集團公司牽頭組織實施。國鐵集團成立“聯調聯試協調組”,在其領導下,由鐵路局集團公司成立了“動態驗收領導小組”負責聯調聯試工作。動態驗收領導小組下設“聯調聯試現場指揮部”,具體負責聯調聯試的日常組織實施。鐵路局集團公司分管領導擔任“聯調聯試現場指揮部”的總指揮,建設單位和檢測單位分管領導則擔任副總指揮[7-8]。高速鐵路聯調聯試組織機構見圖1。

圖1 高速鐵路聯調聯試組織機構圖

聯調聯試協調組主要負責審查和批復試驗大綱,審核聯調聯試計劃和方案,指導和檢查聯調聯試工作,協調解決聯調聯試過程中的重大問題,監督聯調聯試工作的進度。協調組還負責組織聯調聯試專家組會議,分析研究聯調聯試過程中的重大技術問題,審查試驗總報告等工作。

動態驗收領導小組總體負責聯調聯試工作,按照試驗大綱和聯調聯試實施方案,在國鐵集團協調組指導下具體組織實施聯調聯試,及時處理與試驗有關的各種問題,并向國鐵集團協調組報告工作。

聯調聯試現場指揮部下設運輸組織組、檢測測試組、設備保障組、安全保衛組和后勤保障組,由相關單位人員組成。

運輸組織組由鐵路局集團公司運輸處主要負責人任組長,負責編制聯調聯試動態檢測試驗列車運行圖,制定聯調聯試期間臨時行車組織管理辦法,負責聯調聯試期間的調度指揮和與調度相關的調度臺協調工作。

檢測測試組由檢測單位任組長,主要承擔檢測測試工作,其主要任務是負責編制試驗大綱、總體測試計劃、每日測試內容及計劃。檢測測試組負責組織和完成全部測試工作,根據檢測結果分析研究聯調聯試的關鍵技術問題,提出整改和優化方案,并編寫試驗報告,保證各項設備的工作狀態和正常運轉。

設備保障組由建設單位任組長,負責對試驗結果全面分析,形成當日分析報告報動態驗收領導小組;負責設備調試和故障處理,按期整改到位;負責各種設備的加固、補強和對重點部位的日常檢查;負責識別、分析試驗期間的安全風險和安全隱患,制定安全管理制度和辦法;組織聯調聯試用機車、試驗動車組及軌道檢查車、接觸網試驗車和電務試驗車等機輛設備的技術狀態檢查工作。

安全保障組由鐵路局集團公司安監室主要負責人任組長,負責試驗全程的安全監督檢查,制定安全控制措施,及時發現問題并督促整改,督促各單位認真分析聯調聯試安全信息,查清原因、落實整改。對聯調聯試期間的嚴重治安安全隱患及安全事故組織分析,明確責任,落實整改。

安全保衛組由鐵路公安局任組長,負責制定聯調聯試期間安保實施方案和保密方案,保障和維護聯調聯試及相關區段的治安秩序,負責聯調聯試全程行車治安安全,確保試驗線路上無閑雜人員。

后勤保障組多由建設單位任組長,負責試驗列車運行時試驗車登乘人員和試驗人員的后勤服務。

1.2 工作機制

聯調聯試的工作特點是多部門、多層次、多工種聯合作戰[9]。為了避免結合部問題,聯調聯試工作應確定以試驗為主導、以行車為主線的工作機制。

1)行車設備統一管理

行車設備自聯調聯試開始,由聯調聯試現場指揮部統一管理。運營各部門按照現場指揮部書面通知,及時接管行車設備。此時的接管是臨時接管,不是正式交驗,因此,施工單位的主體責任沒有變,必須切實做好精調整治、故障搶修等工作,并嚴格遵守“行車不施工,施工不行車”的原則,不得擅自觸碰運行設備。

2)行車工作統一指揮

全線行車工作由列車調度統一指揮,車站由車站值班員統一指揮,試驗列車由現場指揮部確定的指揮人員指揮,其他部門和人員無權下達行車指令。

3)嚴格執行規章制度

自聯調聯試開始時日起,全線有關部門必須嚴格遵守各項規章制度,施工期間的有關規章、辦法與其抵觸時,應服從行車規章。對發生的行車、人身、施工和路外安全問題必須按照規章嚴格處罰。

4)嚴格執行運行計劃

現場指揮部組織編制聯調聯試總體計劃和日計劃?？傮w計劃包括測試日期、區段、用車、內容。日計劃包括次日檢測測試、運輸組織、施工計劃。各相關單位必須全力確保計劃實現。

5)快速搶修設備故障

各專業應制定故障搶修預案,規范啟動運作程序;對搶修隊伍、機具的準備情況進行檢查;接搶修命令后,按照預案快速反應,組織就近的搶修隊伍,確保及時開通線路。搶修工作由設備保障組牽頭,相應標段的施工隊伍承擔主體責任。

6)堅持現場交班例會

交班會由現場指揮部組織召開,相關設計、施工單位,系統集成商、設備供應商等根據現場指揮部通知參加。

2 測試項目及測試裝備

2.1 測試項目

參考TB 10761—2013《高速鐵路工程動態驗收技術規范》、Q/CR 472—2015《高速鐵路聯調聯試及運行試驗技術規范》等相關技術文件,高速鐵路聯調聯試主要測試項目包含軌道幾何狀態、車輛動力學響應、接觸網以及通信、信號系統,具體測試內容見表1。

表1 高速鐵路聯調聯試測試項目和內容

2.2 測試裝備

我國目前主要采用高速綜合檢測車對高速鐵路線路進行全面檢測,相關技術經過多年的發展和完善,已相對成熟,具備高速、高效、高精度等方面優勢[10]。高速綜合檢測車以高速動車組為載體,集成了慣性測量、激光測量、非接觸式測量、時空定位同步、計算機仿真、時頻分析、數據挖掘、專家系統、大容量數據交換、實時圖像識別和數據綜合處理等先進技術,是保障高速鐵路基礎設施狀態穩定、確保運營安全、提高檢測效率的重要技術裝備,也是高速鐵路最具代表性的高新技術裝備之一。

為了滿足檢測系統安裝和運用需要,在高速動車組技術平臺基礎上,采用了全新的總體布局,增加檢測功能和生活需求,改變了車內、車下、車頂的布置及配置,提供適應檢測系統設備技術要求的結構、供電接口,設置大容量輔助供電、檢測系統供電。

高速綜合檢測車主要包括軌道、輪軌力、車輛動態響應、接觸網、通信和信號等專業檢測系統。

1)軌道檢測系統

軌道檢測系統主要檢測項目包括軌距、軌距變化率,曲率、曲率變化率,軌道平順度,三角坑,車體垂向、橫向加速度等。

2)輪軌力檢測系統

輪軌力檢測系統通過連續測量測力輪對實現輪軌間相互作用的垂向力和橫向力的高速實時測量。同時,實時計算列車運行安全性指標,如脫軌系數、輪重減載率和輪軸橫向力等。

3)車輛動力學響應檢測系統

車輛動力學響應檢測系統主要包括振動加速度傳感器、測力輪對、數據采集等設備,通過輪軌作用力與車體、構架、軸箱等的加速度來綜合判定線路質量狀態及車輛運行狀況。與軌道檢測系統相結合可以全面分析線路質量,有利于綜合評定線路質量、找出軌道病害,更科學、經濟地指導線路養護維修。

4)接觸網檢測系統

接觸網檢測系統主要檢測項目包括接觸網幾何參數、接觸線相互位置(線岔位置、錨段關節、定位器坡度)、接觸線磨耗,弓網接觸力、硬點(垂向加速度)、沖擊(縱向加速度)、離線火花、接觸線動態高度,網側電流、網側電壓、自動過分相功能檢測,支柱定位和環境溫度等。

5)通信檢測系統

通信檢測系統主要的測試項目包括GSM-R場強覆蓋測試、GSM-R網絡服務質量測試、數據網測試等,并具備數據分析、智能優化以及信息輸出等功能。

6)信號檢測系統

信號檢測系統采用先進的數字信號處理技術、GPS定位技術,主要進行軌旁信號設備狀態測試(主要包括應答器、軌道電路和補償電容)、列控系統功能測試(主要包括CTCS-3級列控系統、CTCS-3級后備列控系統)、聯鎖接口功能測試(主要包括計算機聯鎖系統與地面列控中心、調度集中系統車站分機、無線閉塞中心的接口)、CTC接口功能測試(主要包括CTC與CBI、TCC、RBC、TSRS之間的接口),且系統具備實時數據處理、綜合智能分析等功能[11-12]。

3 測試流程及方法

3.1 總體流程設計

高速鐵路主要系統的驗收測試是聯調聯試的基礎,各個系統的驗收測試都是以從檢驗被測系統的基本功能著手,逐漸擴展到檢驗系統的主要功能,進而驗證系統全部設計功能的順序開展。新建高速鐵路開通運營前,為檢驗是否達到預期的設計目的,各鐵路系統技術及其裝備必須進行聯調聯試和運行試驗。高速鐵路開通前的驗收流程如圖2所示。

圖2 高速鐵路開通前驗收流程

從總體流程上來說,熱滑試驗前正線無列車運行,試驗組織難度較低,試驗風險相對較小;熱滑試驗后,聯調聯試的組織流程、安全風險大大增加,因此可以將整個測試流程分為靜態測試、動態測試2個試驗階段。高速鐵路總體測試流程如圖3所示。

圖3 高速鐵路總體測試流程

靜態測試(單系統測試和系統間接口測試)是驗證單系統內部各子系統及系統間接口是否滿足設計和施工要求的測試、調試。

動態測試是通過各項測試工作,檢驗各主要系統間的接口關系是否正確,運作是否協調,以及能力是否滿足各種可能出現的設計預定情況和運營要求,并從整體上檢驗高速鐵路系統運作的可用性、穩定性和安全性。

3.2 具體測試流程與方法

為了實現高速鐵路整體系統功能和性能的驗證,聯調聯試在進行具體流程設計時必須把握高速鐵路基本功能、主要功能和設計功能的發展脈絡,合理設置測試項目、安排測試流程。高速鐵路聯調聯試具體流程設計見圖4。

圖4 聯調聯試具體流程

1)逐級提速測試

在聯調聯試初期階段,開展逐級提速測試,旨在驗證整個系統的基本功能,重點檢驗軌道、供電、車輛的性能狀態。

測試方法主要采用專業測試儀器設備完成指標檢驗和性能評價。在逐級提速測試的設計過程中,聯調聯試分包商主要參照各單系統試驗情況確定測試項目和評價標準。聯調聯試初期一般只采用單列或重聯動車組上線配合測試工作。在逐級提速測試過程中,系統分包商負責操作各相關系統設備,并在測試完成后對發現的系統缺陷進行整改,以達到優化接口性能、提高接口匹配程度的目的。

逐級提速測試項目主要包括限界檢查試驗、熱滑試驗、綜合接地測試、軌道幾何狀態測試、動力學性能測試、受電弓和接觸網受流性能測試。

2)運營場景類測試

在聯調聯試中期階段,進行運營場景類測試,主要運營場景分為信號場景、車站場景和區間場景三大類,重點檢驗信號、通信以及旅客服務系統的性能狀態。

測試方法不需要采用專業測試儀器,其重點工作是對測試場景進一步完善,利用有限的場景對全線主要場所的主要系統功能進行檢驗和驗證。運營場景的設計須考慮高速鐵路在正常、非正常以及緊急情況下的行車組織需求。

3)運行參數類測試

運營場景類測試完成后,高速鐵路主要系統的功能基本穩定,各主要系統功能接口已完成匹配。聯調聯試進入運行參數類測試階段,其主要目的是驗證高速鐵路整體系統是否能滿足設計運力的需求。設計運力的滿足與最大供電能力、信號系統允許的最小追蹤間隔等因素有關。

①運行圖參數測試:列車運行圖參數測試可以驗證各系統在正常和極限條件下的運行適應性,為列車運行圖的編制及調整提供相關依據。

②故障模擬:通過典型故障場景演練,檢驗各系統在各種設備故障條件下運輸組織的適應性,驗證運營人員遇降級工況時的快速響應和處理能力。

③應急救援演練:通過模擬典型的應急救援場景,檢驗各系統在突發情況下運輸組織的適應性,驗證運營人員在嚴重事件情況下的應急處置能力。

④按圖行車:按圖行車可以檢驗高速鐵路系統在模擬運營條件下的穩定性,讓運營人員充分參與實際操作,掌握相應規章制度和工作流程,從而確保高速鐵路工程完全滿足正常運營需求。

運行參數類測試方法主要采用多組列車按照預先計劃交路運行進行檢驗。在設計運行參數類測試時,聯調聯試分包商主要根據編制的列車運行圖和行車組織情況確定測試項目和評價標準。在運行參數類測試之前,主要的系統問題已經整改完成。因此在這個階段,運營商主要承擔配合工作,與測試單位一起編制運行交路、組織行車,并根據測試結果編制試運行和正式運行階段的車底運用計劃和運行交路圖。

高速鐵路整體系統通過逐步實現基本功能、主要功能和設計能力來實現接口匹配、功能磨合和運力滿足,并最終達到設計要求。因此聯調聯試也通過逐級提速測試、運營場景類測試和運行參數類測試,循序漸進完成對高速鐵路整體系統性能的評價工作。與此同時,在聯調聯試的不同測試工作中,通過總承包商、系統分包商和運營商的協同配合,共同實現高速鐵路系統從設計建設階段到運營維護階段的過渡。

4 結論

通過對高速鐵路聯調聯試的組織模式、工作機制、測試項目、測試裝備、測試流程和方法等方面進行詳細分析和研究,總結歸納出一套適用于我國高速鐵路聯調聯試的總體方案見圖5。

圖5 總體方案圖

1)組織機構的建立和管理:為了保證聯調聯試現場工作的順利推進,提出了建立由業主、總承包商、聯調聯試分包商、各系統分包商、運營商等相關單位組成的聯調聯試現場管理機構,明確各方職責,并進行統一指揮、分級管理,協調各相關單位之間的關系。

2)工作機制的完善:為了避免結合部問題,需要從行車管理、制度建設、工作流程、運行計劃、故障整治和會議制度等方面進一步完善相應的工作機制,以確保聯調聯試工作能夠按時保質完成。

3)全面測試覆蓋:考慮到測試項目涵蓋多個專業,強調嚴格按照高速鐵路聯調聯試相關規范,對軌道、電力、通信、信號等系統測試項目應盡可能全面地進行測試,做到應測盡測。

4)采用高速綜合檢測列車:提出使用技術成熟的高速綜合檢測列車進行測試,根據聯調聯試任務需要可以加裝相應的檢測設備,以提高檢測效率。

5)合理制定測試流程和方法:根據高速鐵路基本功能、主要功能和設計功能,合理制定測試流程和方法,以確保測試的全面性和準確性。

總之,高速鐵路聯調聯試是一項復雜的系統工程,需要各方單位密切合作,建立科學的組織機構和工作機制,嚴格測試項目,選用適當的測試裝備,以及制定合理的測試流程和方法,才能確保聯調聯試工作的順利完成,從而為高速鐵路的安全運營提供有力保障。