鐵路施工中的電氣工程及其自動化技術(shù)探討

趙 駿 中國鐵路上海局集團有限公司上海東華地方鐵路開發(fā)有限公司

1 前言

電氣工程及其自動化技術(shù)是當(dāng)今世界上較為先進工程技術(shù)，其廣泛的應(yīng)用于多個領(lǐng)域，為人們的生活和國家的建設(shè)帶來了巨大的便利，我國早已認(rèn)識到了電氣工程及其自動化在工程中使用的重要性。本文旨在提升電氣工程及其自動化的穩(wěn)定性和安全性，針對電氣工程及其自動化技術(shù)的各方面問題方面進行闡述，確保電氣工程及其自動化技術(shù)能夠更加深入地運用于鐵路工程中，促進鐵路工程的持續(xù)發(fā)展。

2 鐵路施工中的電氣工程及其自動化技術(shù)發(fā)展背景

我國對于鐵路事業(yè)非常重視，并且在多次政策調(diào)整后逐漸加大了對鐵路事業(yè)的扶助力度，我國的鐵路事業(yè)也因此發(fā)展的越來越好，從而在鐵路運輸方面在世界前列。隨著我國在科學(xué)技術(shù)方面的不斷改進，電氣工程和自動化技術(shù)也在不斷的發(fā)展，建立起了更加具有規(guī)模和系統(tǒng)的運行結(jié)構(gòu)與運行模式。在鐵路施工中，相關(guān)的施工部門應(yīng)該嚴(yán)格的遵照相關(guān)的規(guī)定，結(jié)合鐵路工程的實際情況來對電氣工程及其自動化進行探討，提高鐵路施工的自動化與科技化，提高鐵路工程發(fā)展質(zhì)量，保證鐵路工程能夠以高度自動化、系統(tǒng)化的形式進行，在這種背景下，鐵路施工電氣工程及其自動化技術(shù)的探討具有非常重要的意義。

3 電氣自動化的發(fā)展概述

步入21世紀(jì)，我國的電氣自動化已經(jīng)發(fā)展地較為深入，目前電氣工程及其自動化可以分為三個層面，第一是電氣自動化信息集成技術(shù)應(yīng)用，其次是電氣自動化系統(tǒng)檢修便捷，第三是電氣自動化分布控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用。上述三個方面已經(jīng)基本上覆蓋了所有需要利用到電氣工程及其自動化技術(shù)的領(lǐng)域，可以說我國在這方面的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，對我國的發(fā)展具有非常大的推動作用。電氣自動化系統(tǒng)是一項較為復(fù)雜的系統(tǒng)，包含有多個組分，但是最終目的都是對設(shè)備的控制與電氣設(shè)備的運行監(jiān)督。

4 鐵路施工中電氣工程及其自動化技術(shù)應(yīng)用存在的問題

4.1 企業(yè)成本提升受到需求影響

在鐵路工程建設(shè)中，因為其包括有多個項目，所以電氣工程及其自動化的建設(shè)涵蓋方面也較為復(fù)雜，要使得電氣工程及其自動化能夠在鐵路工程的多個環(huán)節(jié)中深入進去，需要技術(shù)人員以更高的技術(shù)和管理來進行，但是由于我國的電氣工程及其自動化建設(shè)大都是依靠已存在的技術(shù)成果，在創(chuàng)新方面并沒有取得很大進展，這樣就導(dǎo)致了在鐵路工程的進行中，技術(shù)缺乏獨立性，成本也就隨著重復(fù)增加，企業(yè)的預(yù)算負(fù)擔(dān)加重，導(dǎo)致了資源浪費和成本損失。

4.2 工作效率相對不高

在鐵路施工中進行電氣工程和自動化建設(shè)的目的就是為了提高工程的效率和縮短工程進度，但是由于施工技術(shù)的獨立性欠缺，導(dǎo)致了在實際的施工過程中工作效率較為低下，無法滿足鐵路工程施工建設(shè)中的綜合性要求，而目前的電氣工程及其自動化又無法完全實現(xiàn)自動化和整體化，很容易導(dǎo)致工作延期的情況，使得工程實際情況與預(yù)想情況出路較大，效果大打折扣，不僅電氣工程及其自動化的優(yōu)勢得不到具體的體現(xiàn)，還會影響鐵路的信用值。

4.3 數(shù)據(jù)傳輸安全性水平不高

數(shù)據(jù)傳輸是電氣工程及其自動化中最重要的一項工作，幾乎可以說在數(shù)據(jù)傳輸方面出現(xiàn)漏洞，就會導(dǎo)致電氣自動化的全面崩盤，隨著時代的發(fā)展，我國在鐵路建設(shè)中已經(jīng)較為廣泛的使用了電氣工程建設(shè)以及自動化技術(shù)，加強了數(shù)據(jù)傳輸。但是由于我國在電氣工程及其自動化方面依然處于初級階段，雖然施工人員對數(shù)據(jù)傳輸工作的重要性有所了解，但是依然在實際施工中缺乏數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備與技術(shù)，造成了在數(shù)據(jù)通信的過程中傳輸效率不高，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)傳輸安全性能的降低和施工成本的增加，導(dǎo)致了鐵路施工質(zhì)量的低下以及成本的浪費。

4.4 電氣工程及其自動化技術(shù)建設(shè)不深入

上文說到了我國雖然重視電氣工程及其自動化在鐵路建設(shè)中的重要性，但是依然處于起步階段，而電氣工程及其自動化的建設(shè)情況并不容樂觀，在許多的鐵路工程中由于技術(shù)方面的老舊，導(dǎo)致了施工方面的問題，且因為制度的缺失，導(dǎo)致了許多施工人員并沒有相關(guān)的工作規(guī)范約束，在工作中更多是以自身的知識理論儲備甚至是經(jīng)驗來進行電氣工程及其自動化的建設(shè)，這就不可避免的導(dǎo)致了電氣自動化建設(shè)的缺失。

5 鐵路施工中電氣工程及其自動化技術(shù)的優(yōu)化策略

5.1 形成有獨立性的技術(shù)平臺

鐵路施工企業(yè)是需要根據(jù)實際情況來進行施工的，所以在技術(shù)上，需要有自己的獨立技術(shù)平臺才能方便鐵路施工企業(yè)及時地調(diào)整施工技術(shù)與措施。為了有效地完成鐵路電氣自動化的方案，需要在工程進行前對其進行設(shè)計，在這個階段需要技術(shù)人員對鐵路性質(zhì)和用戶特征進行研究和理解，確定好研究策略。其次就是對方案的設(shè)計，關(guān)系到電氣自動化工程的具體實施與相關(guān)的維護目標(biāo)，技術(shù)人員對該過程中所用到的技術(shù)進行集成，形成獨立性、統(tǒng)一性的技術(shù)平臺。

因此，上海申鐵建設(shè)管理有限公司聯(lián)合東華地鐵公司等單位針對上海軌道交通市域線機場聯(lián)絡(luò)線工程需求，建設(shè)面向市域鐵路工程全生命期、各參與方協(xié)同的建立工程建設(shè)管理平臺（以下簡稱BIM）應(yīng)用為基礎(chǔ)的項目群管理（圖1）。充分發(fā)揮BIM應(yīng)用價值，有效控制和協(xié)助管理工程建設(shè)的質(zhì)量、進度、安全和投資控制，提升項目的精細(xì)化管理水平，提高工程管理和決策效率，減少返工浪費，保證工期，提高工程質(zhì)量和投資效益。

圖1 建設(shè)管理信息化平臺

5.2 施工成本的控制

上述中說到了施工前的設(shè)計過程，在該過程中需要工程造價人員對鐵路工程中所需要用到的工程資源進行整體的管理，對不必要的工程環(huán)節(jié)進行簡化，并對工程進度進行優(yōu)化。此外，需要管理人員設(shè)計好財務(wù)管理制度，對財務(wù)人員的財務(wù)工作進行監(jiān)督，確保鐵路電氣自動化工程的成本在保證工程質(zhì)量的情況下有效地減小。

BIM系統(tǒng)中因而建立了投資控制環(huán)節(jié)，其中包括項目概算、投資控制、投資計劃、投資統(tǒng)計、合同管理、驗工計價、以及資金撥付等。

5.3 落實電氣工程及其自動化技術(shù)運行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

電氣工程及其自動化技術(shù)在某種層面上來說是一種信息化技術(shù)，所以鐵路施工部門在進行過施工過程中需要對實際問題進行管理，對系統(tǒng)的層級與理念進行優(yōu)化，提高網(wǎng)絡(luò)運行安全與效率。一般來說，鐵路建設(shè)部門首先要對鐵路施工資源進行優(yōu)化，建立施工模型來保證鐵路工程的有效建設(shè)，構(gòu)建每一個施工項目的施工網(wǎng)絡(luò)體系，形成一體化的管理體系，將不同運行系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來并進行有效地梳理作用，帶動運行網(wǎng)絡(luò)機制的梳理與健全。

5.4 強化運行數(shù)據(jù)對接系統(tǒng)

施工與管理人員需要在鐵路工程施工過程中對鐵路工程的實際情況進行了解，結(jié)合工程建設(shè)的實際情況來構(gòu)建一個高效的數(shù)據(jù)對接系統(tǒng)，因為鐵路施工過程需要非常精密的計算過程以及數(shù)據(jù)整個過程，而電氣工程及其自動化的技術(shù)優(yōu)勢就在于對數(shù)據(jù)的對接與處理，保證數(shù)據(jù)可以在各終端上共享，具有時效性，所以在建設(shè)電氣工程及其自動化的過程中可以將數(shù)據(jù)對接系統(tǒng)強化，并保證數(shù)據(jù)運行的安全性能，確保各項目進度與成本都能夠符合工程需求與工程方案。另外，因為鐵路工程所涉及到的數(shù)據(jù)資料關(guān)乎我國的機密技術(shù)，所以電氣工程項目可以提高鐵路工程數(shù)據(jù)的安全，保證整體運行的完整度（圖2）。

圖2 BIM系統(tǒng)對機場聯(lián)絡(luò)線復(fù)雜跨越區(qū)段的模型數(shù)據(jù)

5.5 分布控制技術(shù)的運用

分布控制系統(tǒng)就是在鐵路施工過程中的自動化建設(shè)作業(yè)時，需要鐵路部門針對鐵路電氣工程及其自動化的配電系統(tǒng)自動化終端具備自我故障診斷以及隔離的能力，鐵路部門加強對分布控制技術(shù)的應(yīng)用將可以實現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的良好運行，加強鐵路系統(tǒng)的運行質(zhì)量。一般來說，分布控制技術(shù)分為兩類，第一類是電壓-時間模型與電流計數(shù)模型，都是借助配電子站以及開關(guān)組合形成的分段器實現(xiàn)的，該分段器具有一定的重合能力。

5.6 集中控制技術(shù)的運用

集中控制技術(shù)不同于分布控制技術(shù)，是通過建立一種連貫有效的故障維修模式進行的一類通過主機的技術(shù)，而通俗來講，就是通過現(xiàn)場的電氣子站終端把故障部分的信息數(shù)據(jù)上傳到主站中，主站會立即地進行分析和計算，將所接收到的各種信息數(shù)據(jù)進行整合，并傳遞到處理器中，這也是與分布控制技術(shù)的不同之處，其需要由處理器來判斷故障情況并得出維修方案。一般來說，集中控制技術(shù)是分層控制的，從配電終端與信息傳輸工作到配電子站對鐵路系統(tǒng)進行管理最后再到中樞處理器制定故障處理策略并下達解決命令，所以利用集中控制系統(tǒng)將有著更精密更有效的解決特點。

5.7 上傳變化數(shù)據(jù)

為了保證電氣自動化系統(tǒng)以較高的運行效率和運行質(zhì)量運轉(zhuǎn)，需要施工人員首先要對數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ竭M行改變，因為無法對數(shù)據(jù)傳輸通道進行擴張，所以只能夠采取數(shù)據(jù)優(yōu)先的形式來進行信息傳輸，通過推行變化數(shù)據(jù)優(yōu)先傳送的模式來提高傳輸效率。在這種模式中，電氣自動化系統(tǒng)將會對傳遞變化幅度較大的信息數(shù)據(jù)進行傳輸，并且當(dāng)該數(shù)據(jù)傳遞到主站后可以將其儲存起來，電氣自動化會繪制動態(tài)曲線并對其分析，得到數(shù)據(jù)信息的變化趨勢，也有效地保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的周期性監(jiān)控，保證電氣自動化系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

6 電子工程系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與通信結(jié)構(gòu)設(shè)計

6.1 自動化控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

在鐵路工程中采用自動化控制系統(tǒng)就是為了提升供電的安全性與可靠性，所以自動化控制系統(tǒng)的組成一般就包括計算機軟件、計算機通訊技術(shù)、自動化技術(shù)等多個領(lǐng)域內(nèi)容，在工程中對網(wǎng)絡(luò)電力調(diào)整系統(tǒng)信息、監(jiān)控信息、管理信息等工程各方面信息進行有效的銜接，保證對工程各項信息進行有效地管理。另外，在構(gòu)建自動化控制系統(tǒng)的時候，需要技術(shù)人員使用到IEC61850/61970/61968為主體的IEC新標(biāo)準(zhǔn)體系供電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行相關(guān)的工作，保證系統(tǒng)可以有效地運行。

6.2 鐵路通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

上述已經(jīng)說到信息傳輸在鐵路施工中電氣工程及其自動化的建設(shè)必要性，而鐵路通信系統(tǒng)則是其中的重要環(huán)節(jié)，我國的鐵路供電系統(tǒng)發(fā)展至今雖然已經(jīng)較為完善，但是依然缺乏相關(guān)的通信設(shè)備，所以在工作中會導(dǎo)致工作效率的損失。為了保證鐵路的有效運行，需要相關(guān)部門加強對鐵路中公共通信設(shè)施的構(gòu)建，從而提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鲿承?。因為公共通訊系統(tǒng)的服務(wù)對象是整個鐵路部門，所以在一般情況下，RTU與調(diào)度端之間的信息傳遞速率為2 Mbit/s，但是遠程終端控制系統(tǒng)與調(diào)度端之間的信息傳遞速率為64 Mbit/s，所以相關(guān)部門應(yīng)針對鐵路通訊系統(tǒng)不斷地優(yōu)化（圖3）。

圖3 數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)

7 結(jié)束語

在鐵路工程的施工過程中，電氣工程及其自動化技術(shù)的應(yīng)用將可以有效的推進工程進度，確保工程高效安全地進行，促進我國鐵路事業(yè)的發(fā)展，并且隨著電氣工程及其自動化的應(yīng)用深化以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電氣工程及其自動化將會逐漸形成一個相對完整且獨立的系統(tǒng)，幫助我國在鐵路事業(yè)上越走越遠，為鐵路事業(yè)的發(fā)展提供了保證。