海外信号系统需求分析研究

黄 蔚

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

我国近十几年来已经成为世界上高速铁路发展较快的国家。在高速铁路建设过程中，经过实践逐步形成了一套标准化的中国信号系统，信号装备也随之进入到高速发展的时期。随着装备的不断进步和发展，企业也在不断寻求海外铁路市场的机遇。

对于信号系统来说，要进入海外铁路市场，首先就要了解海外市场信号系统的需求有什么不同。几年来对海外铁路项目的摸索陆陆续续开展，先后接触了亚洲、非洲、独联体、南美、北美及欧洲等地区部分国家铁路的招投标项目。从技术要求的角度看，共通点很多，但差异性也很明显，主要可以归类为英标（欧标）、美标、以及独联体标准等。另外，除了技术体制的不同外，在这些工程项目的招投标以及现场调查中，发现虽然运营概念类似，技术发展趋势一致，基础系统组成相同，但在管理体制、技术标准的关注点、设计理念等方面的需求与国内存在诸多的差异。本文主要从海外铁路发展、海外项目特点、设计理念等方面进行分析。

1 海外铁路及信号装备发展

1.1 普速铁路

世界铁路的发展已有百余年的历史。从19 世纪下半叶至20 世纪初，是海外铁路建设的高潮阶段，这个阶段的铁路主要集中在英国、美国、俄罗斯，以及德国、法国等几个国家。20 世纪20 ～60年代，由于公路、航空运输发展，英国、美国、及法国等欧美国家铁路营运线路均有大幅萎缩。与此同时，殖民地及发展中国家铁路营运里程呈快速上升态势。至20 世纪60 年代，世界各国铁路运营里程已达到130 余万km，其中欧美占比超过70%。

这个时期，铁路信号装备主要是保证列车基本运行安全的继电联锁系统和闭塞系统，轨旁装配轨道电路、信号机、转辙机等设备，列车安装机车信号或自停设备。英国、美国、俄罗斯等国家在早期铁路建设中先后形成了各自的技术体系，并在实践中不断完善，殖民地半殖民地国家铁路信号则承袭上述国家的技术体系，如：南亚印度、孟加拉等国家采用英国技术标准。上述信号系统技术体系之间的差异除联锁电路差异外，信号显示、轨道电路制式等方面均存在差异。

1.2 高速铁路

20 世纪60 ～80 年代，日本、法国、德国先后建成了各自早期的高速铁路。21 世纪初，我国的高速铁路建设使世界高速铁路营运里程迅速增长，至2018 年，我国高速铁路营运里程已占全球总里程的60%之多。

这个阶段是计算机高速发展的阶段，传统信号系统中的一个最大变化就是计算机联锁的出现，并逐渐在新建和改造项目中取代既有继电联锁。

此外，传统的地面信号已无法满足高速列车的运行安全，因此出现了高速列控系统以实现对高速列车的超速防护，保证列车运行安全。

海外主要市场列控技术的发展如图1 所示。

图1 海外列控技术的发展Fig.1 Ovreseas train control technology development

当前互联互通的需求已经成为各国铁路的共识，基于互联互通建设的成熟列控系统主要有ETCS、我国的CTCS 系统。

2 海外项目的特点

2.1 项目特点

海外铁路招投标项目新建较少，主要为既有线改造项目，包括线路及装备改造，部分增建复线，部分进行电气化改造。在这些既有路网的改造项目中，有些装备是20 世纪70 ～90 年代建设的，有些装备的年代更为久远。

由于国外人口密度不大，经济发展平缓，无论是客运还是货运量需求都不高，因此对速度的要求也不高。低运量、低速度的特点决定了海外铁路项目招标多以保障运输安全的基础装备为主，包括联锁、转辙机、信号机、列车占用检查设备，以及提高道口通过车辆和行人安全的道口控制系统，在此基础上要求实现CTC 调度集中控制。部分地区的既有线路有机车信号的需求。

由以上招标内容可以看出，海外项目重点在基础设备。

2.2 技术要求特征

如前所述，海外很多国家具有相当长的铁路发展史，有自己的运输管理体制和工程应用习惯，技术体系受英国（欧洲）影响最大，其次美国和俄罗斯技术体系覆盖面也较广。

海外招投标主要技术特征如下。

1）符合既有运营习惯以及工程应用习惯，满足既有技术体系要求。

2）与既有系统兼容，比如：独联体国家的铁路项目，无论新建还是改造，都需要兼容既有机车信号；英联邦或过去的英殖民地国家的铁路项目，需要与TPWS（一种英制的列车防护系统）系统接口；美国联锁设备需包含与其既有轨道电路兼容的轨道电路及其控制模块。

3）经济性改造的需求，这是海外项目的一个重要特征，在满足基本安全保障前提下，不仅要求建设成本低，而且要求低运营维护成本，即系统的全生命周期成本要有竞争力。

4）设备运行环境差异大，维护人员技术素质不同，对产品可靠性要求高，免维护、少维护要求高。

由以上技术特征可以看出，信号设计应对既有的工程进行深入调查，基础产品应具有可靠性高、适应性强和低成本的特点，以满足海外市场需求。

3 信号设计理念

海外项目设计最根本的设计理念是按需求设计，主要体现在以下几个方面。

3.1 标准和技术体系的符合性

符合标准是所有项目的基本要求。

招投标中提出的信号系统符合性标准主要有两个方面：产品设计的通用国际标准，以及应用设计标准。

通用国际标准主要包括电子设备设计中要遵循的环境和防雷电磁兼容等电气标准、信号安全标准、工业制造标准等，关于电气和安全的通用标准主要见于IEEE、EN 等国际性标准。此类标准国内有对应的国标，要求是等同的。

应用设计标准内容比较宽泛，例如国际性标准ETCS 互联互通规范。但对于联锁等基础设备，不同地区或国家通常有各自的标准或者文件规定。

应用设计标准来源于工程实践的经验总结，这类标准典型的如北美的AREMA 标准，英标BS 的部分标准等。与国内的XX 技术条件类似，标准通常包含了产品的通用标准符合性要求，也包含了信号设计规定、产品技术条件和安装等的专用要求。以北美的AREMA 标准为例，标准对信号设计、安装、测试、安全保证等各方面做了详细规定：

1）工程设计规定：包括信号设计原则、电路设计、安装设计；

2）各系统功能、设计原则、技术条件，包含联锁继电电路；

3）主要器材材料的电气、机械特性和安装要求，包括：继电器、信号机、轨道电路相关器材、道岔转换、机械安装装置等；

4）计算机产品的软硬件设计、结构设计、电子接口设计，电路防护要求、安装及测试要求；

5）电源设计，包括蓄电池、充电装置等的设计、安装、测试要求；

6）安全保证程序及技术要求

……

由于应用设计标准内容多，涵盖范围广，因此海外主要技术体系的应用标准需要细致对标，并在实施中严格执行。

3.2 成本最优设计

成本最优控制是海外项目的重要设计理念。降低成本涉及多方面，包括信号系统本身的设计，也包括房屋配套要求，电源能耗，还有后期维护成本等等，需要综合考量。

信号设计应在满足用户运营习惯的前提下，实现最优配置。产品设计对信号成本优化有很大影响，如：产品结构、安装方式等。通过方案优化、产品结构优化、安装方式优化以及配置优化以达到降低成本的目的。

1)轨旁安装方式设计

目前海外项目的联锁系统招标均要求对轨旁控制对象的控制接口取消继电器，即采用全电子联锁系统。全电子联锁系统的应用可以大大减小设备房的空间要求。同时由于网络技术的成熟应用，智能化网络化的目标控制器可方便的支持分布式轨旁安装方式。小站以及线路所，采用轨旁安装方式，可节省设备用房投资。在控制对象集中区域采用轨旁控制箱，可有效减少电缆使用量，信号项目中电缆及其敷设投资占比是很大的，减少电缆用量是降低成本的一个重要手段。

另外在几乎每个海外项目中都存在大量道口，且道口一般没有设备用房，因此道口控制设备需适应轨旁安装方式。

2)增强的环境适应性需求

提高设备环境适应性是成本优化设计要考虑的一项重要内容。

海外项目地域分布广，不同地区温度差异大，且联锁设备用房通常不设空调等机房设施，这样做一方面减少建设投资，另一方面降低运营能耗，减少设备维护成本。因此海外项目对联锁设备的环境适应性要求较高，需要设备能适应更宽的工作温度范围。

与联锁位于同一设备房内的其他设备的环境适应性需求容易被忽视，典型的如区间点的维护监测显示器，在没有空调且环境温度条件很差的情况下，就需要考虑替代方案。

3)配置优化

在海外项目招投标中，信号系统的设计、供货是作为整包发包的，这给在设计时进行配置优化提供了可能。

以监测为例，目前各系统设备均配置监测设备，同时还有信号集中监测系统，每个系统的监测设备都可以提供图表形式的功能完善的监测查询，车站机械室可能同时存在多个监测终端设备。如果采用综合维修监测替代，既实现了配置优化，同时也降低了能耗，如图2 所示。

图2 多个监测终端设备与综合维修监测对比图Fig.2 Comparison of maintenance equipment configuration

4)产品工厂化安装调试设计

海外项目由于有雇佣当地工人施工的要求，所以施工的人工成本很高，有些还面临不可控的风险，因此减少施工量、采用标准化施工，以降低对施工人员技术要求，是降低成本的一个重要方面。

海外出差成本很高，工厂化测试调试可有效减少现场人员需要。

3.3 符合运营需求的设计

与信号系统相关的运营需求主要包括：功能性需求、操作性需求，以及运营和维护体制。

1)与运营需求相适应的设计

从设备配置角度看，在成本最优的前提下，提供超出基本运营需求的增强功能是好的设计，反之应避免提供非招标要求的功能而造成成本上升。

信号设计应与运营体制和运营人员配置相适应。

以CTC 系统为例，国内采用分散自律CTC 系统，与车站设置行车人员是相适应的。海外由于人工成本较高，很多地区或项目只有集中控制，在车站没有本地运营控制操作，只有应急操作。两种方式对比如图3 所示。这种情况下，自律机的配置将导致项目成本的上升。

图3 自律方式和集中控制方式对比图Fig.3 Comparison of decentralized autonomous CTC and centralized CTC equipment configuration

另如联锁系统的设计，海外项目很多中间站规模很小，有些中间站没有配置生活设施，当运营方没有本地操作控制要求的情况下，可以优化设计，采用集中控制，方便运营的同时，减少设备投入，降低后期维护成本。

2)与维修体制相适应的设计

海外大部分地区的铁路维护人员配置很少，多数车站内没有维护人员。这种情况下，集中维护监测就显得很重要，车站则以数据记录功能为主。维护终端应仅在维修人员的工作点进行配置，减少车站维护工作。

除集中维护监测，产品设计应考虑维护人员的现场维护操作需要，提供方便的故障报警提示，使板件更换操作一目了然。

4 结束语

海外市场对企业充满机会，也充满挑战。在向世界力推中国标准的同时，只有深入了解海外市场需求，适应需求变化，才能在海外市场走得更远。