信號(hào)機(jī)房施工工廠化預(yù)制技術(shù)要點(diǎn)探究

劉佳欣

(通號(hào)工程局集團(tuán)有限公司，北京 100070）

1 概述

鐵路信號(hào)機(jī)房集中布設(shè)大量設(shè)備，資產(chǎn)價(jià)值高，對(duì)列車運(yùn)行控制和行車指揮影響大。鐵路信號(hào)機(jī)房施工工點(diǎn)位置相對(duì)較少，主要分布在車站、中繼站、線路所、基站、所亭等，然而信號(hào)機(jī)房施工占弱電工程總體施工量約35%，傳統(tǒng)施工模式下，信號(hào)設(shè)備房屋具備安裝條件后，安裝機(jī)柜、配線、導(dǎo)通、安裝設(shè)備、單機(jī)調(diào)試、室內(nèi)模擬試驗(yàn)等，一般需45 ～60 天。主要原因是機(jī)房施工中包括大量線纜布放和焊線工藝，機(jī)房施工對(duì)整體工程質(zhì)量控制要求高、份量重、現(xiàn)場(chǎng)用工量大、施工人員密集、安全風(fēng)險(xiǎn)高及技術(shù)難度大。尤其在既有線改造工程、海外工程、惡劣環(huán)境工程施工中存在工期緊、用工難、物資匱乏、施工環(huán)境差等施工難題。

2 信號(hào)機(jī)房施工制約因素分析

信號(hào)機(jī)房施工包含機(jī)柜組立、走線架安裝、線纜布放和機(jī)柜配線， 施工完成后進(jìn)行導(dǎo)通測(cè)試和聯(lián)鎖試驗(yàn)。在工程建設(shè)中，往往存在以下幾個(gè)問(wèn)題。

1）現(xiàn)場(chǎng)布線配線工作量繁重。信號(hào)機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)布線配線需耗費(fèi)大量的技術(shù)人工，尤其組合柜配線采用焊線工藝，技術(shù)難度高、用工量大、施工周期較長(zhǎng)。

2）施工工期易受機(jī)房條件制約。新建鐵路面臨交房滯后的風(fēng)險(xiǎn)，既有線改造受天窗點(diǎn)制約，外界因素嚴(yán)重影響工期節(jié)點(diǎn)。

3）施工質(zhì)量對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和技能水平依賴高。組合柜焊線操作技能門檻高，雖然可以通過(guò)加大力度培養(yǎng)高技能人員，但施工現(xiàn)場(chǎng)條件較差，手工焊線質(zhì)量難以保證，可能存在一定的質(zhì)量隱患。

4）施工安全存在風(fēng)險(xiǎn)隱患。新建機(jī)房室內(nèi)施工中，焊線工藝需要連接臨時(shí)電源或使用發(fā)電機(jī)，存在火災(zāi)隱患，作業(yè)人員使用烙鐵存在燙傷風(fēng)險(xiǎn)。

5）設(shè)備調(diào)試驗(yàn)證受制約。設(shè)備調(diào)試和聯(lián)鎖試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)工作量大，驗(yàn)證時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備加電調(diào)試必須使用正式電源，受新建鐵路送電時(shí)間影響，可能會(huì)影響設(shè)備調(diào)試和聯(lián)鎖試驗(yàn)的正常進(jìn)行。

3 信號(hào)機(jī)房施工工廠化技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)

適當(dāng)改變現(xiàn)有工程設(shè)計(jì)思路，以工廠化預(yù)裝預(yù)配、裝配式現(xiàn)場(chǎng)施工為目標(biāo)，在不改變既有聯(lián)鎖關(guān)系和控制電路的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整組合排布和配線節(jié)點(diǎn)，改裝機(jī)柜設(shè)備布線方式。以機(jī)柜為單元進(jìn)行定型生產(chǎn)，施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行柜間集束化和插接化施工，最終建立一套涵蓋設(shè)備選型、工程設(shè)計(jì)、施工安裝、設(shè)備調(diào)試和運(yùn)營(yíng)維護(hù)等完整流程的信號(hào)機(jī)房施工工廠化預(yù)制新模式。極大簡(jiǎn)化施工現(xiàn)場(chǎng)配線、調(diào)試工作量，提高信號(hào)機(jī)房施工安裝和運(yùn)營(yíng)維護(hù)質(zhì)量和效率，為中國(guó)鐵路高質(zhì)量發(fā)展和高鐵“走出去”倡議提供技術(shù)支撐。

4 信號(hào)機(jī)房施工工廠化技術(shù)要點(diǎn)

信號(hào)機(jī)房施工工廠化技術(shù)要點(diǎn)主要包括組合柜模塊化、移頻柜接口插接化、綜合柜接口插接化、取消接口柜、電源屏輸出分路設(shè)置、布線工藝與BIM 應(yīng)用等。

4.1 組合柜“模塊化”

組合柜是信號(hào)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備最多、配線最多、施工工藝最難、工程量最大的設(shè)備。一般分為站內(nèi)組合柜、區(qū)間組合柜、監(jiān)測(cè)組合柜、接口柜4 種組合柜，分別應(yīng)用于聯(lián)鎖、自閉、監(jiān)測(cè)和連接功能。

4.1.1 組合柜布局優(yōu)化

組合柜可視為組合的“容器”，通常以組合為單位對(duì)其進(jìn)行填充，根據(jù)填充后的主要功能綜合使用。傳統(tǒng)施工根據(jù)組合需求數(shù)量盡可能利用充足組合柜空間，多種不同組合在一個(gè)組合柜，繼電器、變壓器等設(shè)備非常集中。工廠化施工形成定型組合柜，不同組合柜有著定型的組合，設(shè)備分類清晰。研究設(shè)置定型組合柜，配套零散組合柜用以滿足零散電路多變的需求。

4.1.2 取消組合側(cè)面端子

傳統(tǒng)施工由組合內(nèi)部配線通過(guò)繼電器接點(diǎn)引至本層組合側(cè)面端子背部，施工單位從側(cè)面端子的正面進(jìn)行配線連接；電路圖、配線圖均有側(cè)面端子號(hào)標(biāo)識(shí)。工廠化施工中不再需要組合側(cè)面端子，通過(guò)組合內(nèi)部配線由繼電器接點(diǎn)引至另一處繼電器接點(diǎn)。組合柜內(nèi)部配線圖、電路圖直接顯示配線繼電器接點(diǎn)號(hào)。需測(cè)量或?qū)〞r(shí)，可直接測(cè)試?yán)^電器接點(diǎn)，如圖1 所示。

圖1 組合柜配線及架間配線對(duì)比Fig.1 Comparison of wiring of combination cabinet and between racks

4.1.3 組合柜架間配線插接化

組合柜架間配線主要為電源配線、電路條件傳輸配線，其配線工作量最大、施工工藝質(zhì)量最難控制。傳統(tǒng)施工中電源線配線組合柜端采用冷壓線環(huán)、纏繞線環(huán)、萬(wàn)可端子插接方式連接。工廠化施工中新設(shè)接口層，取消側(cè)面端子，如圖1 所示。依據(jù)配線技術(shù)要求和數(shù)量，選取合適的插接裝置和集束線纜。

4.1.4 改擴(kuò)建預(yù)留

信號(hào)工程改擴(kuò)建時(shí)，室內(nèi)設(shè)備增減引起相應(yīng)電路修改。傳統(tǒng)施工改擴(kuò)建時(shí)按需增減組合或組合柜，增減柜內(nèi)、架間相關(guān)配線。工廠化施工中增加軌道、道岔、信號(hào)機(jī)時(shí)適當(dāng)利用預(yù)留空位，當(dāng)插接裝置滿配時(shí)，可通過(guò)電纜空余芯線滿足架間通道需求。如圖2 所示。組合柜預(yù)留適當(dāng)插接空位，當(dāng)插接裝置預(yù)留芯不滿足時(shí)，可增加柜間電纜實(shí)現(xiàn)改擴(kuò)建電路需求。

圖2 插接裝置預(yù)留示意Fig.2 Schematic diagram of reservation of plug device

4.1.5 屏蔽線接地設(shè)置

ZPW-2000A 傳輸通道采用雙芯扭絞屏蔽線纜，其屏蔽層應(yīng)進(jìn)行單端接地連接。屏蔽線連接為“綜合柜→組合柜→移頻柜”，因此一般在組合柜端進(jìn)行屏蔽層接地連接。傳統(tǒng)施工中組合柜側(cè)屏蔽線內(nèi)屏蔽網(wǎng)開(kāi)剝后，留2 ～3 cm 內(nèi)屏蔽網(wǎng)使用綠黃地線環(huán)連后接至組合柜柜體。工廠化施工中集束屏蔽線電纜制作成端，留2 ～3 cm 內(nèi)屏蔽網(wǎng)使用綠黃地線引出，所有集束屏蔽線環(huán)連后接至組合柜柜體。

4.2 移頻柜接口插接化

區(qū)間、站內(nèi)移頻柜主要應(yīng)用于ZPW-2000A 軌道電路，并監(jiān)測(cè)軌道電路數(shù)據(jù)。移頻柜架間配線有組合柜配線、電源配線、熔絲報(bào)警配線、列控?cái)?shù)據(jù)CAN 線、接地連接等。

4.2.1 移頻柜至組合柜配線

傳統(tǒng)施工中移頻柜至組合柜配線主要有兩種配線。一種是用于軌道電路傳輸通道的屏蔽線，使用雙芯扭絞屏蔽線，移頻柜側(cè)為萬(wàn)可配線端子。另一種是用于GJ、FQJ、熔絲報(bào)警的配線，移頻柜側(cè)為萬(wàn)可端子。工廠化施工中采用集束雙芯扭絞屏蔽線電纜并新增插接件，采取插接式連接方式，屏蔽線內(nèi)屏蔽網(wǎng)接地在組合柜配線側(cè)接地，如圖3 所示。

圖3 移頻柜對(duì)比示意Fig.3 Schematic diagram of comparison of frequency shift cabinets

4.2.2 移頻柜至列控機(jī)柜配線

傳統(tǒng)施工中移頻柜至列控機(jī)柜CAN 線，列控機(jī)柜端采用兩芯圓型插接件，移頻柜側(cè)采用萬(wàn)可端子配線方式。工廠化施工中雙端均采用圓型插接件連接，如圖4 所示。

4.3 綜合柜接口插接化

區(qū)間、站內(nèi)綜合柜主要應(yīng)用于ZPW-2000A 軌道電路傳輸，并監(jiān)測(cè)軌道電路數(shù)據(jù)。綜合柜相關(guān)連接配線有室外電纜、組合柜配線、信號(hào)集中監(jiān)測(cè)配線、熔絲報(bào)警配線、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)CAN 線、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)電源配線和接地連接等。

4.3.1 綜合柜設(shè)備布局

傳統(tǒng)施工綜合柜設(shè)模擬網(wǎng)絡(luò)9 層，每層安裝3個(gè)區(qū)段的設(shè)備，整柜體設(shè)置1 個(gè)零層。工廠化施工綜合柜設(shè)模擬網(wǎng)絡(luò)8 層，每層結(jié)構(gòu)不變，整柜體設(shè)置1 個(gè)零層和1 個(gè)接口層。

4.3.2 綜合柜至組合柜配線

傳統(tǒng)施工采用雙芯扭絞屏蔽線，JS 與FS 分色分把布放，綜合柜側(cè)零層配線端子為18 孔萬(wàn)可配線端子。工廠化施工采用集束雙芯扭絞屏蔽線電纜，在新增接口層（J）設(shè)置插接件，采取插接式連接方式。屏蔽線內(nèi)屏蔽網(wǎng)接地在組合柜配線側(cè)接地，如圖5 所示。

圖5 綜合柜配線接口層對(duì)比Fig.5 Comparison of wiring interface layer of combination cabinet

4.3.3 綜合柜至排架燈和列控機(jī)柜配線

傳統(tǒng)施工采用冷壓插針或纏繞線環(huán)，配線至斷路器底座背部和綜合柜零層萬(wàn)可端子板。工廠化施工分別設(shè)置排架報(bào)警和CAN 線插接接口，采用插接連接器進(jìn)行連接，如圖6 所示。

圖6 綜合柜連接對(duì)比Fig.6 Comparison of connection of combination cabinets

4.4 節(jié)省接口柜

接口柜主要有聯(lián)鎖接口層、列控接口層，一般合并設(shè)置在一個(gè)接口柜，用于聯(lián)鎖列控驅(qū)動(dòng)和采集。傳統(tǒng)施工中聯(lián)鎖、列控驅(qū)采機(jī)柜機(jī)籠處通過(guò)驅(qū)采纜插接方式連接至接口柜，接口柜正面采用航空插頭插接方式連接聯(lián)鎖列控驅(qū)采機(jī)柜。工廠化施工重新排列驅(qū)采表，使聯(lián)鎖列控機(jī)柜每塊驅(qū)采板對(duì)應(yīng)的組合柜相對(duì)集中，節(jié)省接口柜，如圖7 所示。

圖7 接口柜對(duì)比Fig.7 Comparison ofinterface cabinets

4.5 機(jī)柜內(nèi)置接地端子

室內(nèi)設(shè)備接地主要分為電纜金屬護(hù)套接地、電源防雷接地、傳輸通道防雷接地、安全保護(hù)接地4種。傳統(tǒng)施工中各機(jī)柜根據(jù)不同用途，設(shè)置不同樣式、不同規(guī)格的接地排或接地螺栓。工廠化施工根據(jù)接地分類及機(jī)柜需求，增設(shè)統(tǒng)一規(guī)格、材質(zhì)接地端子。柜內(nèi)接地統(tǒng)一設(shè)置對(duì)外接口，實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)、柜外接地線區(qū)分。

4.6 BIM應(yīng)用于線纜預(yù)制和布線規(guī)劃

信號(hào)機(jī)房配線徑路錯(cuò)綜復(fù)雜，線纜規(guī)格型號(hào)繁多。傳統(tǒng)施工利用CAD 圖規(guī)劃?rùn)C(jī)柜擺放位置，繪制走線示意圖。工廠化施工利用BIM 技術(shù)建造真實(shí)、準(zhǔn)確機(jī)房環(huán)境模型，機(jī)房?jī)?nèi)所有專業(yè)設(shè)備統(tǒng)籌建模規(guī)劃，通過(guò)BIM 進(jìn)行技術(shù)交底，明確關(guān)鍵施工控制點(diǎn)。

4.7 集束電纜和插接件的應(yīng)用

各類機(jī)柜工廠化后，柜間配線相對(duì)較為穩(wěn)定，針對(duì)柜間配線少的情況，設(shè)置小芯數(shù)集束電纜和插接件。根據(jù)柜間配線技術(shù)要求，設(shè)置不同芯數(shù)集束電纜。依據(jù)配線用途，對(duì)線纜外護(hù)套區(qū)分不同顏色。根據(jù)柜間配線數(shù)量、配線的線徑、去向不同，設(shè)置一對(duì)一、一對(duì)多形式分歧線纜插接件。

5 結(jié)束語(yǔ)

新時(shí)代鐵路建設(shè)逐步從規(guī)模速度向質(zhì)量效益轉(zhuǎn)變，對(duì)鐵路信號(hào)機(jī)房施工開(kāi)展工廠化預(yù)制技術(shù)研究。以工廠化預(yù)裝預(yù)配、裝配式現(xiàn)場(chǎng)施工為目標(biāo)，不改變?cè)须娐吩砑霸O(shè)備性能，通過(guò)模塊化、統(tǒng)一化、插接化、集束化、裝配式等工程設(shè)計(jì)創(chuàng)新、工程施工工序創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新，研究將傳統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中勞動(dòng)密集度高、風(fēng)險(xiǎn)隱患高的作業(yè)（如焊線、線纜布放、成端等）取消、優(yōu)化或盡量多地前置到工廠化預(yù)制階段固化工藝，通過(guò)機(jī)柜改裝，柜內(nèi)配線優(yōu)化設(shè)計(jì)，BIM 指導(dǎo)下精準(zhǔn)機(jī)房布局、線纜預(yù)制和工藝規(guī)劃，采用設(shè)備機(jī)柜與應(yīng)用系統(tǒng)分離布局的模式等一系列技術(shù)革新。能夠顯著化解當(dāng)前機(jī)房施工中的質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)技術(shù)革新，大幅縮短現(xiàn)場(chǎng)工期，提高工程施工效率，穩(wěn)定固化施工工藝，保障工程安全質(zhì)量，同時(shí)，改善后的預(yù)配施工作業(yè)環(huán)境，為進(jìn)一步推行建筑工業(yè)化和智能建造奠定基礎(chǔ)。