南京地铁运营有限责任公司江苏南京210000
摘要:针对我国城市轨道交通快速发展，信号系统作为行车组织的关键系统，从风险管控、故障应对、功能验证、人员培训等方面阐述了组建信号实验室的必要性，并对组建方案和功能进行了阐述，为我国信号专业技术人才培养提供了有力保证。
关键词:城市轨道交通;信号系统;必要性;系统功能;结构设计;安装设计;
信号系统作为城市轨道交通行车组织的关键系统，在相关的系统升级、维护管理、故障处置和操作培训等工作中，为更好地进行风险管控、故障应对、以及技能提升，组建信号系统全真模拟实验室。
一、组建的必要性和意义
1、搭建员工培训和技能鉴定平台
员工技能作为运营服务的根本，员工技能关系着地铁运营服务的质量。一是作为信号、调度、站务、司机等专业员工的操作培训和技能鉴定平台，强化和提高员工技能。二是实现校企合作培训一体化和委培生教学实作平台。三是提升自主维修和国产化研究能力，降低运营成本。
2、实现硬件上线测试和故障检测
设备维护作为平安运营的基础，设备硬件可靠度和故障处置时效性是关键。一是实现硬件测试能力和产品换代实验，确保硬件兼容性和安全可靠。二是实现故障模拟，分析故障原因和潜在风险，制定预防措施。三是强化故障处置对策研究，制定处理方案降低对运营的影响。四是优化设备维护保养规程，研究制定高级别维保和设备中、大修工作方案。
3、强化系统功能测试和风险管控
信号系统作为运营行车的核心，必须确保运营行车的安全和效率。一是实现运行图加载，模拟列车运行和运营交路控制。二是定期进行信号系统功能测试，验证系统故障导向安全的响应能力。三是实现系统升级软件的功能性试验和可靠性测试。四是实现系统软件版本管理和备份，确保系统软件完整、可靠。
二、实验室功能和组建需求
1、设备组成
信号培训设备需具备和正线线路信号系统的高仿真度，能够真实反映运营线路设备运行的实际情况。设备包括中央ATS设备、联锁设备、轨旁ATP设备、DCS网络、车载ATO/ATP等设备以及HMI、LOW、局控盘等操作和显示终端，预留和站台门、PIS系统、无线通信、BAS系统、车站自动广播等系统的接口。
2、系统功能
信号培训设备能够实现和正线信号系统的同步软、硬件升级以及软件的备份和管理，具备正线信号系统相应的各项功能，可以进行加载运行图模拟列车运营、员工操作和培训、故障模拟和处理、软硬件测试等各项操作。
具体功能需求：①.具备加载运行图模拟列车运营功能，能够实现交路控制。②.可实现系统功能测试，验证系统故障导向安全的响应能力。③.可实现软件的可靠性测试，具备软件备份和管理的功能。④.可提供培训、教学平台功能，可作为自主维修和国产化研究平台。⑤.具备系统硬件的兼容性和可靠性测试能力，能够实现故障检测和处理。⑥.具备研究平台的作用，能够实现和正线线路设备维护保养、中大修工作研究的对接。
三、信号实验室系统设计和组建方案
以南京地铁青龙基地信号实验室系统设计和组建方案为例。信号实验室系统设备由真实的信号设备、实验模拟器设备和模拟线路设备组成，具备和正线运营线路信号系统的高仿真度，能够真实反映正线运营线路的实际运营情况。设备安装分为室内和室外两部分，室内预留一定的试验台和人员操作空间，同时考虑实验室远期设计能够实现正线线路的故障报警信息接入实验室。
一）、系统结构设计
信号实验室系统由真实的信号设备和实验模拟器组成
1、泰雷兹信号系统结构
泰雷兹信号实验系统结构图
（1）ATS设备及仿真模拟器：由ATS培训仿真服务器和培训工作站组成。
（2）轨旁设备：由1个控制中心和1个ZC控区组成。包含中央ATS系统，ZC控区的本地ATS、MAU、PMI、计轴、组合架等及室外信号设备，中央和ZC控区的DCS网络设备。控制中心和ZC控区设备以真实设备配置，室外设备分为室内和室外安装方式，其他控区由模拟器模拟。
（3）车载设备及VOBC仿真模拟器：由车载设备、VOBC仿真器和培训工作站组成。
2、西门子信号系统结构
西门子信号系统设备包含：ATS设备及仿真模拟器、轨旁ATC设备、车载设备及OBCU速度模拟器。
西门子信号实验系统结构图
（1）ATS设备及仿真模拟器：由系统模拟服务器和控制中心服务器、HMI等组成。
（2）轨旁设备及模拟数据服务器：由1个控制中心和1个设备集中站组成。包含中央ATS系统设备，设备集中站本地LOW、SICAS、ATP、无线服务器、DCS网络、设备组匣、组合架等及室外信号设备。控制中心和设备集中站设备以真实设备配置，室外设备分为室内和室外安装方式，其他联锁站通过ATS模拟系统模拟。
（3）车载设备及OBCU速度模拟器：由车载设备、列车速度模拟器和车载HMI组成。
二）、系统实现的功能
1、信号实验室系统具备仿真中央ATS系统和正线单个设备集中站以及车载设备的功能，能够实现车地信息传递；具备和正线信号系统同步进行软硬件升级的能力，通过实验系统的软存储能够实现系统软件版本备份的功能，可以对正线运行信号系统软件版本风险进行试验和验证。
2、ATS仿真模拟系统可提供轨旁和车载子系统的实时运行信息。仿真服务器需要对移动受权（LMA）信息建模，数据来自车载、屏蔽门状态、正常和后备模式下的进路联锁状态等。同时，仿真器可以加载实际时刻表，能够按照计划仿真系统运行和运行分析。
3、泰雷兹车载VOBC设备可以运行真实的VOBC软件和联锁软件，仿真器可以模拟列车的输入输出，TOD提供真实显示，司机也可以模拟驾驶列车。西门子车载OBCU设备可以通过速度模拟器运行真实的OBCU和ATO/ATP软件，仿真模拟列车的运行和移动授权，车载HMI可提供真实的驾驶界面。
4、正线设备集中站设备和接口电路预留了全部输出、输入接口，可与室外真实设备（室外信号机、道岔、计轴等）连接，预留可实现与屏蔽门、局控盘等连接，可以进行轨旁设备的硬件、软件配置、软件加载升级，测试硬件、软件功能，可以进行故障模拟和故障处理。
三）、系统安装与设计
信号实验室的组建采用集中管理和资源共享等原则，为便于实验室工作的开展建议实验室设置在四号线青龙车辆基地。信号实验室的设备安装分为室内和室外两部分。
室内部分含一个控制中心设备、一个联锁站设备、一个非联锁站设备、电源设备以及室内模拟线路设备等。室内设备布局采取设备区域化分布，并能够预留一定的试验台和人员操作空间，便于开展相应的试验、测试和培训等工作。
室外线路部分含一组道岔、两架信号机和五个计轴磁头。经估算室内面积共需600平米，室外基本轨道线路长度需200米。室外线路采取多组道岔同线共建的方式，达到节省室外轨道线路空间的目的。
四、结语
信号实验室组建完成后，可以有效的实现信号专业技术人才的培养和锻炼，通过全真信号系统，可以真实再现现场的运行情况，实现线路的风险管控和运行对策研究，并开展技术研究工作和模拟实验等工作，进一步提高设备的稳定性和运营服务质量，提高我国城市轨道交通人才的整体素质。
参考文献：
[1]国家标准《城市轨道交通信号系统通用技术条件》（GB/T12758－2004）
[2]国家标准《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）
[3]铁道部标准《铁路信号设计规范》(TB10007－2017)
[4]ATC系统设备引进国相关标准