轨道交通综合试验系统的规划研究

铁道科学研究院环行铁道试验基地始建于1958年,试验线全长约15.6km,由1条环形线中间加2条弦构成。近半个世纪以来,环行铁道试验基地为中国铁路事业的发展做出了巨大的贡献。为适应我国铁路跨越式发展和满足城市轨道交通快速发展的要求,按照建设轨道交通综合试验系统的发展思路,积极引进、消化、吸收发达国家铁路及轨道交通系统的先进、成熟、经济、适用和可靠的技术和装备,改扩建现有的环行铁道试验线及其试验设施,使之成为面向全国铁路和城市轨道交通的公共试验平台和国家级实验室的重要组成部分,已是当务之急。 1　发展目标 　　在铁道科学研究院环行铁道试验基地的基础上,建设具备综合试验能力的轨道交通综合试验系统,为轨道交通国家实验室提供高质量的试验平台,服务于铁路和城市轨道交通系统技术和装备的试验。新构建的轨道交通综合试验系统应具有模拟现场工况进行系统联调试验的功能;具备对复杂的列车性能进行系统性试验和对试验结果集中进行分析处理的能力。轨道交通综合试验系统构成如图1所示。 2　轨道交通综合试验系统的设计原则 　　为保证轨道交通试验的顺利进行,轨道交通综合试验系统的设计应该遵循以下3原则。 1)系统性:轨道交通是一个庞大的复杂系统,涉及多学科多领域。因此,从科学、环保、资源利用最大化等各方面综合考虑,在铁道科学研究院环行铁道试验基地的基础上构建的轨道交通综合试验系统必须能够基本满足开展线路、桥涵、机车车辆、通信信号、牵引供电、运输物流等各专业系统化科学试验的需要,使试验基地具备系统试验和综合分析的能力。 2)通用性:设计中要考虑大铁路与城轨的兼容,各种试验装备、设施应具有很强的通用性和共享性,争取以最少的投资实现尽可能多的试验功能。 3)可靠性:试验系统在规定的条件和时间内无功能故障运行的能力,称之为系统的可靠性。从广义上讲,系统发生故障后的复原能力也属于可靠性范畴。衡量系统可靠性的定量指标主要有平均无故障时间、可靠度(系统正常工作的概率)等。要保证轨道交通综合试验系统的安全可靠,还要加强试验基地的检测能力和维修手段,这样试验系统才能象生命机体那样自动监测故障,自动克服故障,自我修复故障。 3　轨道交通综合试验系统方案 3.1　试验线方案 目前,铁道科学研究院环行铁道试验基地试验线路的试验能力严重不足,试验计划已排至3年以后。因此,为适应铁路和城市轨道交通的快速发展,结合铁道科学研究院环行铁道试验基地的实际,研究提出以铁道科学研究院环行铁道试验基地为基础,建设内环试验线、高速试验线和外环试验线的轨道交通综合试验系统试验线方案[1],从而可以进行大铁路和城轨列车的型式试验、耐久性试验、现场适应性试验和高速试验,使铁道科学研究院环行铁道试验基地成为国际一流的铁路试验基地。 3.1.1　内环试验线方案 如图2所示,将内环试验线建于铁道科学研究院环行铁道试验基地既有大环试验线内侧,与大环试验线并行,线间距约5m。同时,南半环利用既有城轨试验线,与北半环封闭成环状,即在内环复线直线部分两端分别采用高架式立交和下沉式立交,跨越既有东西R-1000曲线段与北半环相连,试验线全长可达8.6km,主要用于城市轻轨试验。 　　内环试验线方案的主要优点是:①该方案使内环试验线与大环试验线分离,各成环路;城轨车辆试验与大铁路试验互不影响,可以同时进行大铁路试验和城轨试验。②无需征地,该方案建设内容都在环行铁道地界范围内,项目实施不受外界影响。 3.1.2　高速试验线方案 如图3所示,以既有京承线通县西站为起点,经张辛、顺义、牛栏山、高各庄、庙城至怀柔终结,全长约50km。该高速综合试验线全部利用既有京承线,按试验最高速度350km·h-1改造。进行高速试验之前,先在铁道科学研究院环行铁道试验基地内完成对高速试验列车的调试和整备。 3.1.3　外环试验线方案 如图4所示,完全由运营中的铁路构成,利用环形铁道周围的3条铁路(京包线、沙通线、京承线),由环行铁道出来,经星火、昌平、怀柔、顺义、通州西、双桥,回到星火站,构成120km长的外环试验线。这条试验线利用了铁道科学研究院环行铁道试验基地周围铁路线路的富余能力,组成具有反向曲线、桥梁等能体现实际运营线路状况的外环试验线,为在运营线路进行铁路设施常规运用考核提供试验条件。 3.2　数据通信网络及信息中心方案 建设轨道交通综合试验数据通信网和信息中心,可以提高试验系统的综合试验能力,为试验提供可靠的测试用电和通信信息传输通道,改变目前每次试验都要重复铺设缆线的现状,同时解决试验设施容易被盗和安全技防的问题;将各试验子系统连接成一个整体,完成试验数据的采集、数据处理、信息存储、信息沟通的功能。 3.2.1　通信系统 采用无线通信和有线通信2种方式。有线通信采用在铁道科学研究院环行铁道试验线和环行铁道试验基地办公区铺设光缆的方式,通过光缆将信息中心与各试验子系统连接起来,完成试验数据的采集和信息交换。无线通信采用公共网GSM和铁路专用网GSM-R。公共网利用环行铁道试验基地既有的蜂窝通信系统,主要用于车载试验和远程地面试验的遥测遥控;铁路专用网GSM-R主要为列车的通信信号和列车控制(ATP,CTC)服务。在环行铁道试验基地设3个无线基站,覆盖全部试验线路,实现模拟现场的无线列控环境,使得试验列车的自动运行控制既可以通过轨道电路实现,也可通过无线列控实现。轨道交通综合试验系统的通信系统结构如图5所示。 3.2.2　信息中心 信息中心配设安全监控系统、数据分析系统和专家系统,并配置相应的数据库。根据采集到的试验数据,信息中心能够对试验列车的安全进行监督和控制,并对试验结果进行分析和评估;根据分析和评估结果,通过专家系统对厂家的产品设计提出修改意见和建议。 3.3　轨道交通国家实验室 轨道交通国家实验室包括机车车辆实验室、通信信号实验室、工务工程实验室和运输物流实验室,与环行铁道试验线共同构成轨道交通综合试验系统的试验平台,将产、学、研有机地结合起来,在理论研究、技术开发和运用之间架起桥梁。试验平台将仿真技术、铁路综合数字移动通信技术、射频技术、计算机网络技术、激光检测技术、轨旁检测装备等融入轨道交通综合试验系统中[2],为轨道交通装备现代化提供试验和研究条件。 3.3.1　机车车辆实验室 对标准规定的试验项目和研究性试验项目,完整、系统地开展机车车辆型式试验和耐久性试验。多年来在铁道科学研究院环行铁道试验基地进行的许多试验和检测工作都是围绕试验车展开的,利用试验车完成对机车车辆的测试和轨道状态的测试。由于受车载条件的限制,应加强地面检测能力,使车载设备与地面联网,形成车对地、地对车的综合检测系统。完善道旁检测设备[3],确保机车车辆试验的安全和试验数据的全面、有效;加强试验列车的网络通信功能,将采集到的车载试验数据传输到地面信息中心进行处理。 3.3.2　通信信号实验室 主要开展通信信号系统的验收试验、综合试验。通信信号系统的验收试验主要对通信信号系统的功能进行测试,包括各子系统接口功能测试、通信网络试验和信号地面设备试验。信号系统的综合试验主要对ATS,ATP,ATO,CTC系统进行综合试验,确定列车的运行安全防护和运行模式、车载列车控制装置的性能、列车停车精度和信号系统的可靠性,保证车辆与信号系统的接口功能完好和可靠。通信系统的综合试验主要包括列车传输网、专用电话、列车广播电视、数据无线传输等项目的试验,确保车辆与通信系统间接口功能的完好和可靠。 3.3.3　工务工程实验室 构建包括路基、桥梁、隧道、轨道以及轨道部件等工务设施的工程实验平台,依托轨道交通工务工程技术和综合检测设备,开展各类工务设施的特征及其破坏机理、基础设施的建设与养护等关键技术的研究和试验。 3.3.4　运输物流实验室[4] 物流学科是涉及系统论、运筹学、经济学、管理学、信息论、控制论的综合性学科[5]。铁道科学研究院环形铁道试验基地有与大铁路网连接的铁路专用线和集装箱办理站,具有建设物流系统试验室得天独厚的优势。利用物流系统实验室,与铁路运输生产紧密结合,开展物流模型、物资调运规划、电子商务与物流、物流自动化、企业物流管理及第3方物流等方面的研究。 充分利用铁道科学研究院环行铁道试验基地现有的振动试验台、冲击试验线、空旷的试验场地,开展运输包装、货物装载加固和危险品运输的研究和试验,并对从事特种货物运输的从业人员开展实车的现场模拟培训。另外,根据危险品运输包装检验标准以及对超限货物运输的要求,对各运输企业提出的铁路运输方案和专用设备开展实物检验和认证工作。 4　结束语 　　随着铁路和城市轨道交通的飞速发展,迫切需要规划和建设轨道交通综合试验系统,创建国际一流的轨道交通综合试验系统,开展创新性、基础性、前瞻性的科学技术研究和试验。这是一项复杂的系统工程,概括起来须从线路建设、网络建设、基础设施建设和测试检验手段建设4个方面进行研究和规划,以满足今天铁路跨越式发展的需求。 参考文献 [1]铁道科学研究院.城市轨道交通运行系统综合试验基地项目建议书[R].北京:铁道科学研究院,2006. (CARS.UrbanRailwayTransportationComprehensiveTestBaseProjectSuggestion[R].Beijing:CARS,2006.inChinese) [2]李士勇.模糊控制<