Solidworks仿真技术在高速铁路通信信号系统研究与实践

吴中城际铁路 朱学辉 周炳学 刘小强 刘 谔 李梦豪 邵 帅

通信信号系统是发出行车指令、保证行车安全、提高铁路通过能力的铁路系统核心技术之一，通过信号系统与通信无线系统的有机结合实现对动车组的有效控制，是铁路运输中最为关键重要的系统之一。通信信号系统专业接口多，技术性强，工序复杂，在现场施工前，采用建模仿真技术进行现场施工1:1模拟预演，起到安装、布线一次成型，实现“零交叉、零碰撞、零差错”的效果。新建吴忠至中卫铁路，采用Solidworks软件进行现场施工组织进度登记，实现工程阶段动态可视化管理；通过对工序流程环节的预演操作，将施工过程重难点步骤，提前碰撞、解剖、分析，制定详细的接口工程施工措施、物资技术规格，实现产品加工工厂化、技术接口数字化、施工过程流水化、安装配线工艺化；形成运行设备位置信息模型、视频安全技术交底、二维码信息库，利于设备管理单位对现场设备醒目便捷的监管维护，提高运输安全社会效益。为铁总在高速铁路四电领域推行BIM技术提供了成功案例。

1 概况

随着国家铁路建设的不断发展，铁路总公司对施工工艺、施工质量的要求逐年提高。《高速铁路通信工程细部设计和工艺质量标准》等5项建设标准的通知 铁总建设[2018]35号的发布，采用了施工示意图、图例、安装实物图等形式对施工中细部进行了明确要求，并附主要材料配置表。“细部”中明确指出，高速铁路“四电”工程应采用信息化手段进行项目管理，应使用BIM、二维码、视频等技术，实现布局规划合理、质量追溯、隐蔽工程可视化等目标。

对于通信信号专业来说，传统的施工方法已不能满足对施工工艺目标、施工质量目标的完美要求。吴中城际铁路，运用Solidworks软件1:1建模仿真模拟预演技术，形成程序化施工台账，将通信信号设备机架、开关柜、线缆、继电器等相关数据生成信息化三维模型、二次安装图、布线路径图，实现室内布线分路径、分色、分层布置；在现场施工前形成详细具体的细部工艺标准图片，提前建模仿真接口配件规格型号，确定物资材料技术规格详细参数，精确化生成物资清单，进行设备安装、布线、上端子，录入设备原理电气性能指令，动态检验、显示设备安装、布线、上端子、电路运行状态的正确性。实现通信、信号系统可视化施工操作维护，实现了设备安装布线利于散热、一次成型、无接头、无浪费、无隐蔽工程、无交叉、无错位、无缺失、零碰撞、零误差、不结合的目标。引导现场工序工程推进，优化四电施组、工序实施，仿真电路运行状态。解决传统工艺存在的不足，有效提高工艺质量，节约人工、物资成本，加快现场施工效率。

运用Solidworks软件形成动态视频施工安全技术交底、指导现场施工作业、维修运营。形成二维码信息库，说明通信信号设备性能、机构内容、施工工艺方法、维修运营方法。保证数据真实可靠可追溯。创新的电源线分色、分层布置，区别于传统绑把、固线器工艺，清晰体现每种用途线的位置、数量。形成的详细位置信息动态视频，编成培训课件，登记在机房设备维护机中，对施工、维管人员进行长期培训交底，通俗易懂，提高工作人员的业务水平，为铁路运营维护、改造、故障处理及安全行车提供醒目、便捷、高效的实施依据。

2 主要研究内容

2.1 高速铁路通信信号系统建模仿真单元划分

高速铁路通信信号系统建模仿真单元，按专业划分为：通信、信号、综合

接地相关内容。信号系统按单位工程分为：车站计算机联锁系统CBI、列车运行控制系统CTCS、调度集中系统CTC、信号集中监测系统CSM。通信专业按单位工程主要分为：通信线路、传输系统、接入网、数据通信系统、数字调度通信系统、GSM-R数字移动通信系统、综合视频监控系统、通信设备房屋环境监控及电源监控系统、电源设备。

2.2 高速铁路通信信号系统建模仿真接口工序

信号专业接口工序涉及:电缆敷设、箱盒安装、矮型色灯信号机、信号标志牌、转辙装置安装装置、外锁闭装置、密贴检查装置、锁闭检查装置、道岔融雪装置、轨旁设备、补偿电容、钢轨绝缘、轨道连接线、扼流变压器、应答器、室外地面电子单元、控显设备、电源设备、机柜架设备、室内配线、电缆引入、室内设备接地及电磁兼容、室外设备接地、综合接地系统、设备单项检验、子系统检验。通信专业接口工序涉及:光电缆敷设、光电缆引入及成端、机柜安装、室内配线、综合接地系统、设备单项检验、子系统检验。

2.3 通信信号系统现场施工工艺改进

按照以往书面文字交底无法清晰描述细部工艺实施方法，采用Solidworks软件进行细部设计，图形与视频相结合的交底方式达到了详细、清晰、完整、通俗易懂的效果。

2.3.1 桥梁挡渣墙钻孔工艺改进

采用Solidworks软件设计一个能调节、折叠的挡渣墙钻孔机，解决钻孔机

水钻眼上下不方便调节及固定，解决水钻导轨过长易对轨道行车安全产生影响，解决体积较大不利于施工携带运输。采用Solidworks软件编制《挡渣墙钻孔模拟视频教程》，将书面文字资料转换为视频资料，形象生动的对作业人员进行技术交底，清晰说明施工工序、物资材料，提高施工效率、施工质量。如图1所示。

图1

2.3.2 箱盒安装工艺改进

采用Solidworks软件编制《箱盒安装模拟视频教程》，将书面文字资料转换为视频资料，形象生动的对作业人员进行技术交底，清晰说明施工工序、物资材料、注意事项，提高施工效率、施工质量。如图2所示。

图2

2.3.3 室内设备安装工艺改进

采用Solidworks软件编制模拟视频教程，根据现场定测数据，1:1还原现场房屋空间、机柜架箱布置位置、机柜架规格尺寸、安装接口工序、设备数量。如图3所示。

图3

2.4 Solidworks技术应用设备室内布线工艺改进

2.4.1 下走线工艺改进

将静电地板下传统的缆线用地走线槽的方式，统样改为高强度卡槽式铝合金走线架分层用固线卡固定方式，解决了槽子内容易躲藏老鼠、害虫损坏缆线隐患。

2.4.2 上走线工艺改进

将传统的上走线用钢槽装线模式，改用高强度卡槽式铝合金走线架分层用固线卡布线方式，所有的缆线一览无遗，解决了上走线槽内布线看不见，不便于巡检和维护的弊端。

2.5 室内外设备安装工厂化工艺标准模型技术

2.5.1 室外设备及配件安装工厂化标准模型

根据安全技术交底确定室外设备规格型号及必须配件，形成成品模型，每个成品模型定义实现功能、标准参数、使用方法。如图4所示。

图4

2.5.2 室内设备及配件安装工厂化标准模型

根据安全技术交底确定室内设备规格型号及内配器材，形成成品模型，每个成品模型定义实现功能、标准参数、电路原理、使用方法、接口关联设备。

2.6 室内通信信号设备线缆分色布置工艺技术

线缆名称、规格型号、用途、颜色具体如下说明：

（1）4对非屏蔽对绞电缆-六类-通信系统数据线缆-蓝色外护套；

（2）直流电源线-ZR-BVR-25mm²-通信系统连接设备正极-红色外护套；

（3）直流电源线-ZR-BVR-25mm²-通信系统连接设备负极-蓝色外护套；

（4）地线-ZR-BVR-25mm²-通信系统设备接地-黄绿双色外护套；

（5）尾纤-FC/PC-LC/PC-通信系统主用业务-红色外护套；

（6）尾纤-FC/PC-LC/PC-通信系统备用业务-黄色外护套；

（7）光缆-GYTZA53-48B1-通信系统干线A缆-黑色外护套内嵌一条黄色色带；

（8）光缆-GYTZA53-48B1-通信系统干线B缆-黑色外护套内嵌二条黄色色带；

（9）光缆-GYTZA53-12B1-通信系统视频光缆-红色外护套；

（10）光缆-GYTZA53-12B1-通信系统远动光缆-蓝色外护套；

（11）光缆-GYTZA53-12B1-通信系统其它光缆-黑色外护套；

（12）阻燃铜芯多股电源线-ZR-RV 0.4mm²（23*0.15）-信号联锁、列控系统机柜架内部环线-蓝色芯线；

（13）阻燃铜芯多股电源线-ZR-RV 0.4mm²（23*0.15）-信号监测系统机柜架内部环线-红色芯线；

（14）阻燃铜芯多股屏蔽纽绞电源线-SBVVPZR 2*0.4mm²（23*0.15）-信号轨道电路发送-红蓝芯线、绿色外护套；

（15）阻燃铜芯多股屏蔽纽绞电源线-SBVVPZR 2*0.4mm²（23*0.15）-信号轨道电路接收-红蓝芯线、蓝色外护套；

（16）阻燃铜芯多股电源线-ZR-RVV 12*0.4mm²（23*0.15）-信号接口柜及轨道电路外线（普通线）-蓝色芯线、黄色外护套；

（17）阻燃铜芯多股电源线-ZR-RVV 12*0.4mm²（23*0.15）-信号监测系统机柜架外线-红色芯线、橙色外护套；

（18）阻燃铜芯多股电源线-ZR-RVV 12*0.75mm²（42*0.15）-信号设备电源漏流采集线-红色芯线、橙色外护套；

（19）阻燃铜芯多股电源线-ZR-XV 2*10mm²-信号电源屏输出电源线-红蓝芯线，红色外护套。

2.7 室内通信信号线缆分层布置工艺技术

走线路径类型、层号、用途、颜色具体如下说明：

（1）下走线-1-通信直流电源线负极-蓝色外护套-机柜正前方内侧；

（2）下走线-2-通信交流电源线-黑色外护套-机柜正前方外侧；

（3）下走线-3-通信直流电源线正极-红色外护套-机柜正前方内侧；

（4）下走线-通信地线-黄绿双色外护套-机柜正后方内侧；

（5）下走线-通信光缆-黑色、红色、蓝色外护套-机柜正后方外侧；

（6）上走线-通信网线-蓝色外护套-可叠加；

（7）上走线-通信2M线-白色外护套-可叠加；

（8）上走线-通信尾纤-黄色、红色外护套-尾纤槽；

（9）下走线-1-信号LEU线、CAN线（综合）-黑色外护套；

（10）下走线-2-信号CAN线（移频）、网线-黑色外护套、灰白色外护套；

（11）下走线-3-信号驱采线-灰白色外护套；

（12）下走线-4-信号监测外线（监测）-红色芯线，橙色外护套；

（13）下走线-5-信号电源线（电源屏-机柜）-红蓝芯线，红色外护套；

（14）上走线-1.1-信号电源线-红蓝芯线，红色外护套；

（15）上走线-1.2-信号电源线-红蓝芯线，红色外护套；

（16）上走线-1.3-信号电源线-红蓝芯线，红色外护套；

（17）上走线-2.1-信号监测外线-红色芯线，橙色外护套；

（18）上走线-2.2-信号CAN线(综合)及熔丝报警跨线-黑色护套线；

（19）上走线-2.3-信号CAN线(移频)-黑色外护套；

（20）上走线-2.4-信号LEU线-黑色外护套；

（21）上走线-2.5-信号轨道电路发送-红蓝芯线，绿色外护套；

（22）上走线-2.6-信号轨道电路发送-红蓝芯线，绿色外护套；

（23）上走线-2.7-信号轨道电路发送-红蓝芯线，绿色外护套；

（24）上走线-2.8-信号轨道电路发送-红蓝芯线，绿色外护套；

（25）上走线-2.9-信号轨道电路发送-红蓝芯线，绿色外护套；

（26）上走线-2.10-信号接口柜及轨道电路外线（普通线）-蓝芯线，黄色外护套、监测组合柜至综合柜-红色芯线，橙色外护套；

（27）上走线-2.11-信号接口柜及轨道电路外线(普通线)-蓝芯线，黄色护套线；

（28）上走线-2.12-信号轨道电路接收-红蓝芯线，蓝色外护套；

（29）上走线-2.13-信号轨道电路接收-红蓝芯线，蓝色外护套；

（30）上走线-2.14-信号轨道电路接收-红蓝芯线，蓝色外护套；

（31）上走线-2.15-信号轨道电路接收-红蓝芯线，蓝色外护套；

（32）上走线-2.16-信号轨道电路接收-红蓝芯线，蓝色外护套；

（33）上走线-2.17-信号绝缘漏流采集线-红色芯线，橙色外护套。

如图5所示。

图5

2.8 设备工作电源线布置技术

电源线单独走一层，与其它信息线、传输线分层物理隔离。

设备监测采集线布置在电源线、信息传输线之间。

设备信息传输线布置在轨道电路电源传输线、监测采集线之间。

如图6所示。

图6

2.9 电缆引入独立径路工艺技术

如图7所示。

2.10 信号机械室电路仿真技术

安装、布线完成后，将电路参数录入软件内容，模拟电路运行状态，根据运

行设备指示分析电路效果。

2.11 图纸物资计划生成技术

对设备安装图、运行图输入指令数据，生成物资计划清单。如图8所示。

图7

图8

2.12 设备布线位置信息技术

利用Solidworks软件进行仿真后，对成几百上千根缆线从头到尾进行路由

设计，拐弯处理，上线、下线位置以“条”为单位进行细部设计，实现走线“零交叉”、“零差错”的目标。这在传统施工方法中是不可能做到的。如图9所示。

图9

2.13 设备运营维护管理安全技术

Solidworks技术建模仿真模拟施工通过对工序流程环节的预演操作，将施工过程重难点步骤，提前碰撞、解剖、分析，制定详细的施工措施，完善每处细部工艺，实现布线无交叉、一次成型、无接头、无浪费、无隐蔽工程的效果。形成专项的安装、布线完整动态流程图，为设备管理单位运营维护提供了可视、信息、安全、高效、清晰的管理技术和电子档案资料。

3 结语

新建吴忠至中卫铁路采用Solidworks软件进行建模仿真模拟预演，提前形成物资计划表（物资耗损率低）、布线径路图（施工用时短），便于计算物资需求、施工组织、工程费用，有利于成本测算及工程进度节点控制，节约成本，提高工作效率。此技术可应用扩大至各种等级铁路线路，包含普铁、客货专线、地铁。另外，将Solidworks应用中系统元件库进行补充，实现建模数据分享，通过网络链接将施工单位元件库与设计单位、建设单位、铁路局、铁路总公司实现共享，提高施工、设计、运营维护动态可视化管理效率。