《探索交通》城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展的中國實踐

2024年1月26日深夜，上海軌交線網(wǎng)中的骨干線路地鐵2號線，空曠的車站里，最后一班地鐵已經(jīng)結(jié)束運營，工程師們終于迎來了一天中難得的窗口期，幾個小時后，這條線路即將迎來大修改造工程中的關鍵性時刻：“雙卡雙待”方案中的新增系統(tǒng)CBTC（Communication Based Train Control System）正式上線，用更高效能的控制方式助力上海地鐵流量之王開啟一番新局面。

：軌旁系統(tǒng)準備就緒，請車載確認狀態(tài)
車載設備工作正常，具備割接條件，請開始系統(tǒng)切換
收到，進行系統(tǒng)切換
車載已切換到CBTC模式，開始動車

今天這個故事發(fā)生在中國，中國城市軌道交通建設起步較晚，新中國成立后建設者從零開始，在短短不到60年時間里建成排名全球第一的運營網(wǎng)絡，與此同時，客流的指數(shù)級激增也對效率、安全產(chǎn)生更強烈的需求，而這些均與列車的“大腦”信號系統(tǒng)息息相關，隨著運營年限的增長，部分線路信號系統(tǒng)已經(jīng)不堪重負，必須通過改造使其適合新的形勢，這不僅是線路運營能力的提升，更包含著建設者對可持續(xù)發(fā)展的思考。

卡斯柯城軌產(chǎn)品中心 總經(jīng)理 汪小勇：
咱們知道整個可持續(xù)軌道交通的要求就是安全、高效、便捷、經(jīng)濟、韌性、包容、綠色這些特定的指標要求，現(xiàn)在我們做的其實就是朝這個方向去發(fā)展，在這一輪改造以后，提升它的安全性，提供更多的運能、更高的旅速、更靈活的便捷的服務，它們是一脈相承的。

在現(xiàn)代社會發(fā)展中，城市軌道交通方便了人們出行，連通著區(qū)域，甚至成為全球城市化進程中的重要推動力，因此，如何科學地改造顯得格外重要，中國人的選擇是“一線一案”，在深刻理解線路運營需求的基礎上因地制宜地設計改造方案。

上海地鐵2號線是連接上海兩大機場的重要線路，途經(jīng)的一眾人流密集區(qū)域與多線換乘讓2號線日均客流位于全路網(wǎng)之首，應對大客流最好的辦法就是提高發(fā)車密度，目前2分30秒左右的發(fā)車間隔已無法支撐線路完成高效運輸，需要通過改造進一步縮短列車運行間隔至2分鐘，看似只有30秒的改變，卻需要信號系統(tǒng)做出本質(zhì)上的升級。
2號線既有信號系統(tǒng)為90年代國外基于軌道電路的列車控制系統(tǒng)TBTC（Track Circuit Based Train Control），因為運營機制不夠靈活不適合當代軌道交通發(fā)展而漸漸退出歷史舞臺，然而在這一次改造中，一個特殊的原因讓它保留了下來。
自2000年一期工程開通后，2號線在十年里先后三次東西向延伸，導致全線設備服役時間不等，這意味著如果采取CBTC全新替代的方法必然造成資源的極大浪費，工程師們需要找到合適的解決之道。

困境激發(fā)出創(chuàng)新，一個大膽而新穎的想法就此誕生：多模列控系統(tǒng)，讓2號線信號系統(tǒng)實現(xiàn)TBTC和CBTC的“雙卡雙待”，他們的計劃是：首先安裝調(diào)試可兼容TBTC的CBTC車載系統(tǒng)，保障線路實現(xiàn)增能目標的同時，也要支持未來TBTC系統(tǒng)作為備用模式隨時接管列車運行，之后開始軌旁系統(tǒng)的調(diào)試與現(xiàn)場驗證，最后完成CBTC全線割接和既有系統(tǒng)的功能升級,這樣的方法將車載與軌旁的改造剝離，解除兩者之間的制約關系，縮短了改造周期，只需要替換到達使用年限的設備，最大程度上保證資源不被浪費，而且在雙系統(tǒng)模式下，若其中一套系統(tǒng)發(fā)生故障，可實時無縫切換至另一系統(tǒng)，保障線路日常運營不受影響。不過，這種“雙卡雙待”方案擁有巨大優(yōu)勢的同時，挑戰(zhàn)也隱藏其中。

目前我們在TBTC和CBTC的運行方向功能上，兼容性出現(xiàn)了一些困難，既有系統(tǒng)的信號機只是在道岔處設置，聯(lián)鎖只對這一段軌道進行間隔防護，其余的是區(qū)間由軌旁的ATC來防護，在CBTC系統(tǒng)里面我們每個站臺都會有一個出站信號機，同向信號機之間構(gòu)成一條列車進路，聯(lián)鎖也會對這些列車進路進行防護，那么這樣的話兩個系統(tǒng)之間存在著功能的沖突點。

讓列車適應兩種不同制式的信號系統(tǒng)就仿佛一個人學習兩種語言，需要解決不同的文化、地域、習慣等問題。

卡斯柯城軌產(chǎn)品中心 產(chǎn)品副總監(jiān) 徐燁：
首先要研究既有系統(tǒng)的一些功能，把它進行分解，然后再對比我們CBTC系統(tǒng)里面的功能，看看哪些是一樣的，哪些是有區(qū)別的，哪些是可以兼容的，那么這樣我們一項一項的功能進行羅列，然后再應用到我們的系統(tǒng)開發(fā)中，實現(xiàn)最終的一個兼容融合。

經(jīng)過一夜的忙碌后，27日清晨，搭載全新CBTC系統(tǒng)的2號線如往常一樣開始工作，乘客們沒有感受到昨晚緊張的氛圍，卻已經(jīng)享受到更暢達、舒適的出行，伴隨著后續(xù)既有系統(tǒng)的升級，多模列控系統(tǒng)正在幫助這條穿越大半個上海的繁忙動脈朝著期待的樣子逐漸形成，同時，這場技術創(chuàng)新也影響了“多網(wǎng)融合”背景下列控系統(tǒng)的融合發(fā)展。

憑借著勇于創(chuàng)新的精神，中國城市軌道交通發(fā)展按下加速鍵，已經(jīng)穩(wěn)居世界一流前列，不過中國人從未停止過嘗試，他們?yōu)榇碇袊邪l(fā)實力的前沿技術找到了一處盡顯才華的新舞臺，基于車車通信的列車自主運行系統(tǒng)TACS（Train Autonomous Control System）將讓上海地鐵3、4號線的運行效率提升到前所未有的高度，這也是中國首條采用TACS系統(tǒng)實施改造的地鐵線路。

仔細看眼前的線路圖我們發(fā)現(xiàn)，地鐵3號線與4號線有相當長的一段線路是共用的重合線路。

卡斯柯城軌產(chǎn)品中心 TACS技術經(jīng)理 陳紹文：
上海3號線和4號線在上海線網(wǎng)里面是兩條比較特殊的線路，上海3號線是一條南北向的線路，而4號線是一條環(huán)線，其中有10公里左右的共線段，這也是為什么我們3號線和4號線這兩條線路同時改造的一個原因。

不同于普通的換乘站，在寶山路站至虹橋路站共線段上，3、4號線列車要共用同一段軌道，這就說明，這一段的運營水平直接影響著上海兩條重要線路，隨著客流不斷攀升，線路運輸壓力劇增，共線段需滿足近期每小時開行33對列車、遠期每小時開行36對列車的目標，而目前既有信號系統(tǒng)即使在開行24對列車的情況下也會力所不及，最好的解決辦法就是用全新的信號系統(tǒng)代替舊系統(tǒng)。

工程師們在仿真平臺對兩種方案進行了比對：目前行業(yè)主流、應用占比達到80%以上的CBTC系統(tǒng)，以及他們花費十年精心研制的新一代高效能信號系統(tǒng)啟驥TACS，結(jié)果顯示，CBTC替代方案最大僅能滿足每小時30對列車的運量，而啟驥TACS最大能滿足每小時開行36對列車，因為在平臺設計、系統(tǒng)架構(gòu)、資源管理方面的創(chuàng)新突破，能夠輕松應對制約效率的最大難題：多車駛向共線段時的交匯能力。與道路交通不同，信號系統(tǒng)控制列車是一個極其復雜的過程，并且由于列車制動距離長，在行進過程中需要鎖定一部分線路資源防止后續(xù)列車進入以此保證安全，然而過多或過少都不利于列車運行，因此，合理設計車與車的間隔成為信號系統(tǒng)迭代的核心焦點，這一點在共線段變得尤其重要。

卡斯柯城軌產(chǎn)品中心 TACS技術經(jīng)理 陳紹文：
新系統(tǒng)由于改變了這種資源管理的方式，通過列車自主申請資源，相當于把資源更精細化，對于整個運動的提升就有很大幫助，也就是說列車（3號線）只有在到達道岔前一定的距離才會鎖定這個道岔資源，在沒到達之前，道岔資源實際上可以被其他4號線的列車去用，這樣的話對于道岔的利用效率就更高了，也就是說它的交匯能力也就更高。

不僅如此，TACS系統(tǒng)具備更簡單的操作性，節(jié)約了機房占地面積，進一步深化了可持續(xù)發(fā)展理念，最重要的是，這套系統(tǒng)全部由中國人自主研發(fā)，而工程師們還希望在軟件自研之上實現(xiàn)硬件的國產(chǎn)化替代，他們已經(jīng)付諸實踐。

凌晨，3、4號線的動車調(diào)試進入尾聲，為了不影響線路日間正常運營，改造往往在每天0點到3點的窗口期進行，這就是一線工作者的工作環(huán)境，他們熟悉這樣的夜晚，不僅僅是上海，在首都北京、園林之城蘇州、經(jīng)濟特區(qū)深圳，都有這個被統(tǒng)稱為“卡斯柯人”的身影，從ATO（Automatic Train Operation）到無人駕駛，從 CBTC到TACS，從單一系統(tǒng)到多模列控，在不斷的探索與嘗試中，他們創(chuàng)造出全國乃至全球第一，為海內(nèi)外最有難度的10條地鐵線路提供改造服務，為公眾安全、便捷出行貢獻著自己的智慧和汗水。

卡斯柯城軌產(chǎn)品中心 總經(jīng)理 汪小勇：
卡斯柯希望憑借自己多年的經(jīng)驗積累，能夠為中國的城市軌道交通可持續(xù)的發(fā)展貢獻自己的力量，也朝著全球化的方向，服務于我們?nèi)虻能壍澜煌ā?br/>

站在2024年這個特殊的時刻，中國城市軌道交通正步入一個關鍵時期，中國人希望通過即將迎來的既有線路信號系統(tǒng)大修改造高潮推動城市軌道交通煥發(fā)出新的生命力，向世界展示可持續(xù)交通發(fā)展的“中國方案”，未來，中國交通建設者也將帶著勇氣和智慧持續(xù)創(chuàng)新，為城市軌道交通發(fā)展創(chuàng)造更璀璨耀眼的宏偉藍圖。

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