Behov for flere og mer effektive signalanlegg for jernbane

Behov for flere og mer effektive signalanlegg for jernbane

Det norske jernbanenettet står overfor store utfordringer forbundet med etterslep på vedlikehold og fornyelse. Samferdselsdepartementet har bedt Jernbaneverket vurdere hvordan behovet for drift og vedlikehold påvirkes av økt trafikk i årene som kommer. Dette er en del av forarbeidene til ny nasjonal transportplan (NTP) for 2018-27.

  • bane
Motta nyhetsbrev fra Samferdsel & Infrastruktur

Beregninger viser at for hvert år frem mot 2027 forventes togtrafikken bare på Østlandet å øke med 3,7 prosent. I statsbudsjettet for 2015 beregnes etterslepet årene 2014-2027 til 17,3 milliarder kroner. I tillegg kommer behovet for fornyelse, et beløp som er beregnet til totalt 47,6 milliarder kroner. Totalt er behovet på over 64 milliarder, som gir et samlet behov på fem milliarder årlig.

70 % av dagens norske signalanlegg er eldre reléanlegg som er kostbare å utvide eller endre, og disse vil derfor bli skiftet ut i de nærmeste tiårene. I tillegg kommer behovet for flere dobbelsporstrekninger, spesielt i det så kalte Intercity-triangelet.

Bedre prosjekteringsprosess for signalanlegg for jernbane

[factbox id="1"]

Jernbaneverket og deres rådgivere har i dag prosjekteringsverktøy for grunnarbeider og konstruksjoner, for sporplanlegging og for kontaktledning, og disse verktøyene er tilpasset norske prosjekteringsregler. For signalanlegg og togframføring eksisterer det en rekke verktøy, men de færreste er skreddersydd for norske forhold. Slike verktøy omfatter utvikling av ruteplaner, kjøretidsberegninger, simulering av kapasitet og jernbanenettets robusthet, simulatortrening for togledere og lokførere og simulering av ATC-funksjon i tog, samt et vell av databaseløsninger med informasjon om infrastruktur og driftsforhold. Noen få verktøy finnes, på verdensbasis, for å kontrollere signalanleggs logiske korrekthet.

- Potensialet for økt effektivitet i prosjekteringen av totale jernbaneprosjekter er betydelig dersom man får tilgang til prosjekteringsverktøy innen alle fagene, tilpasset norske prosjekteringsregler, som kan håndtere de aktuelle grensesnittene mellom de jernbanetekniske fagene, uttaler Christopher J. Schive ved Jernbaneverkets Teknologiavdeling. Dette effektiviseringsproblemet ønsker rådgiverselskapet Anacon å finne en løsning på.

Til sammenligning gjennomgikk bygg- og anleggsbransjen for en tid tilbake en betydelig effektivisering på grunn av innføring av integrerte, tverrfaglige dataverktøy. Ved å effektivisere og unngå prosjekteringsfeil for jernbane-signalanlegg med sine grensesnitt mot andre fagområder, så kan vi oppnå de effektene som omtales av COWI i Byggekostnadsprogrammet[1]:  «Mindre prosjekteringsfeil gir lavere byggekostnader, mer forutsigbar byggeprosess og sikrere fremdriftsstyring av byggeprosjekter»

Kostnader med signalanlegget i et stort jernbaneprosjekt utgjør om lag 3-7 % avhengig av sporkonfigurasjon og miks av tunneler / broer / by / land. Intercity-triangelet er stipulert til å koste 125 milliarder kroner over 13 år[2]. 5% av dette utgjør drøye 6 milliarder kroner, og av dette vil prosjektering og byggherrekostnader utgjøre cirka 1 milliard. Selv en beskjeden 5% effektivisering på grunn av bedre dataverktøy for signalprosjektering vil dermed utgjøre 50 millioner kroner i besparelser på Intercityprogrammet.

Utvikling av dataverktøy hos Anacon

Anacon startet i 2013 utviklingen av et dataverktøy, RailComplete®, for prosjektering av signalobjekter i målestokk i AutoCAD. Målet er å effektivisere innmating og kontroll av data i AutoCADs grafiske grensesnitt, så vel som muliggjøre eksport og import av data mot eksterne støtteverktøy. Vi har snakket med Claus Feyling, daglig leder i Anacon, for å høre mer om hvordan de arbeider med å forbedre prosjektering av signalsystemer for jernbanenettet i Norge.

- Etter å ha deltatt i utbyggingen av Gardermobanen og deretter vært innleid hos Jernbaneverket i flere år, ønsket jeg å etablere et selvstendig konsulentmiljø. Idéen var å samle ekspertise på signalanlegg for å kunne spesifisere hva et optimalt dataverktøy skal kunne utføre, samtidig som firmaet blir sterkt nok til å bære utviklingen av et dataverktøy. Det er viktig at prototypen blir benyttet i pågående prosjekter. I dag har Anacon flere seniorkonsulenter med 15-20 års erfaring fra prosjektering, kontrahering, prosjektoppfølging, byggeledelse, test og dokumentasjon for både jernbane og sporvei, i tillegg til juniorer, og i 2014 ansatte vi den første systemutvikleren, forklarer Feyling. Veien videre innebærer nå å utvikle et forskningsprogram, kalt «RailComplete», i samarbeid med Universitet i Oslo, institutt for Informatikk, for å finne nye verktøy og metoder for kontroll og optimalisering av signalanlegg.

Modelleringsverktøy og prosjektering av jernbanenett

-Prosjektering av terrenginngrep, spor og kontaktledning er godt støttet med programvaresystemet Novapoint® fra Vianova AS, men signalprosjekteringen savner slike hjelpemidler i Norge. Anacon jobber derfor med å videreutvikle symbolbibliotek og tilhørende programvare for bruk med AutoCAD, slik at relevant informasjon for et signalanlegg blir lagret og vedlikeholdt på et sentralt sted i prosjekteringsprosessen. Det finnes mange ulike tegningstyper som skal lages og leveres til godkjenning for hvert enkelt signalanlegg, men alle er basert på de samme underliggende dataverdiene. Selskapet utvikler derfor programvare som understøtter uttegning av signaltegningene fra disse sentralt lagrede dataverdiene.

- Vi forenkler signalingeniørens hverdag slik at det blir lett å prosjektere et komplekst anlegg, selv om dette spres på mange forskjellige tegninger. Med dagens prosess tegnes og vedlikeholdes hver tegning for seg selv og granskes manuelt. En datamaskin vil naturligvis kunne behandle slike data mer effektivt, sier Feyling.

Syntese og kontroll av komplekse datasett

For å illustrere kompleksiteten i signalanleggene forteller Feyling om prosjektet Arna stasjon ved Bergen.

- Forriglingstabellene som utelukker kollisjoner utgjør her ca. 100 sider, og ATC kodetabellene som avgjør togenes hastigheter utgjør ytterligere ca. 100 sider, med mengder av tall. De fleste av disse tallene er manuelt uttenkt og nedskrevet, og må i henhold til Jernbaneverkets prosedyrer granskes manuelt i flere omganger og av flere ulike personer.

Syntesen av slike tabeller kan i store trekk automatiseres om vi kombinerer dataverdiene i signalsymbolene på rett vis med data for kurvatur, stigning/fall og overhøyde, som vi får fra f.eks. Novapoint, forklarer Feyling. - Men fortsatt har vi i dag ikke noen annen metode for gransking enn å gjøre manuell kontroll mot tusenvis av sider med regelverk i prosa og tabellform.

Automatisert vurdering av kvalitet på jernbanedesign

- Når man utvikler et jernbanesystem begynner man med en sporplan, en grov ruteplan samt plassering av de viktigste signalene. Deretter gjøres en kapasitetsanalyse. Basert på de konflikter som oppdages under kapasitetsanalysen så gjøres en manuell justering av ruteplan, signaler, hastigheter og sporveksler. Men i tillegg til konklusjonene fra kapasitetsanalysen så skal et signalanlegg tilfredsstille tusenvis av regler og tommelfingerregler. Anacon har som langsiktig mål å utvikle automatisert feedback til signalingeniøren, som forteller ham eller henne hvor designet har et problem som må ses nærmere på, og kanskje foreslå en bedre løsning. På dette viset kan en relativt fersk ingeniør gjøre en mer erfaren ingeniørs jobb, uten å kunne hele regelverket utenat. Dette vil gi besparelser gjennom hele prosjekterings- og byggeprosessen.

I samarbeid med Universitet i Oslo, institutt for Informatikk, drar Anacon i gang et forskningsprosjekt for å lage programvare som er i stand til å vurdere forskjellige typer regler og tommelfingerregler automatisk mot en modell av et signalanlegg.

- Utfordringen ligger i å skape et rammeverk for koding av regelverk og ekspertkunnskap i et språk som ligger nært opptil naturlig språk. Et slikt språk bør kunne uttrykke logiske, fysiske og matematiske sammenhenger, samt kunne skille mellom skal-krav og bør-krav. Om dette skal kunne bli et praktisk anvendbart system så må terskelen for å formulere nye eller endrede regler være tilstrekkelig lav, slik at den enkelte jernbaneforvaltning som benytter verktøyet kan forestå innlegging og kontroll av nye regler i regel-databasen i takt med normal oppdatering av slike regelverk.

- Man kan også tenke seg at tilbakemeldingen fra dette systemet kan brukes til å forbedre jernbanedesignet direkte i CAD-programmet, slik at iterasjoner og forbedringer kan implementeres raskere.

Stort behov for spesialisert kompetanse

- Anacon har seniorer med spesialkompetanse innen ATP/ATC-systemer og innen sikringsanlegg. ATP er systemer som bremser eller stopper toget om ikke fører gjør det tidsnok selv, og dermed forhindrer både avsporinger og kollisjoner. Sikringsanleggene forhindrer at to tog får kjøretillatelse til samme sted på samme tid. Vi jobber daglig med å optimalisere signalanlegg slik at mange tog kan bevege seg samtidig og med høy hastighet, uten at trafikkregler, tekniske krav og sikkerhetskrav blir brutt. Dette er en storstilet øvelse i å balansere kapasitet, kompleksitet og kostnader, forteller Feyling.

- Vi ser etter mer av den samme kompetansen for å kunne øke vår gjennomføringskraft og for å holde kvaliteten på vårt arbeid høy. Vi er også åpne for å ansette yngre signalingeniører eller ingeniører fra andre bransjer, og å ta «vår del» av signalbransjens opplæringsbehov. Denne opplæringen er en tung prosess, da jobben krever mye spesialkompetanse og erfaring, og opplæring av yngre ingeniører naturlig nok vil beslaglegge de mer erfarnes tid. Den ideelle kandidat for oss har 3 års erfaring fra jernbane eller sporvei og kjenner allerede prosessene og utfordringene i signalfaget, sier Feyling.

Gamle signalsystemer og nye standarder under utvikling

NSI-63 relésikringsanlegg ble utviklet på tidlig 60-tall og er fortsatt det mest utbredte systemet. Et antall varianter er utviklet i løpet av 80- og 90-tallet. Fordi det fortsatt gjøres stadige ombygginger i disse reléanleggene så innser Anacon at man kan hente ut både rasjonalisering- og sikkerhetsgevinster ved å datastøtte tegning og kontroll av anleggenes konstruksjonstegninger. Dagens konstruksjons- og kontrollprosess er helt manuell, dog tegnes alle nye tegninger i AutoCAD.

Jernbaneverket skal i de nærmeste tiårene innføre det felleseuropeiske European Rail Traffic Management System (ERTMS). ERTMS er en sammenkobling av systemene TMS, GSM-R, og ETCS. GSM-R er et mobiltelefonnett med ekstra «Railway» funksjoner for jernbaneformål (stoppe alle tog, bryte inn i pågående samtale, datakommunikasjon med togets sikkerhetscomputer). Traffic Management System (TMS) vil effektivisere toglederens arbeid og automatisere den komplekse prosessen med å legge en ny ruteplan når det har oppstått forsinkelser i nettverket, noe som skjer daglig i de fleste jernbanenett. European Train Control System (ETCS) er en standardisert måte å koble sammen de lokale sikringsanleggene (som styrer sporveksler og hvilke tog som får lov til å kjøre) og sikkerhetscomputerne i togene som befinner seg i området. Radiokontakten mellom sikringsanlegg og tog formidles av spesialiserte Radio Block Centre (RBC) datamaskiner.

Jernbaneverket har besluttet å innføre ERTMS level 2, der man tar vekk utvendige lyssignaler og erstatter dem med et Marker Board – et skilt – samt ETCS radiokommunikasjon.

- Det er verd å merke seg at det ennå ikke finnes en felles europeisk måte å kjøre tog på i alle situasjoner, og vi må derfor forholde oss til nasjonale regler i mange år fremover, sier Feyling. Sikringsanleggenes forrigling i hvert land må fortsatt tilpasses det enkelte lands regler.

- Uansett hva slags anleggstype som blir bygget, så skal vi i all overskuelig framtid plassere lyssignaler og/eller skilt, og optimalisere anleggene med tanke på kapasitet, kompleksitet og kostnader. Siden vi jobber mer med funksjon enn med fysisk implementasjon så er virkemåten omtrent den samme for et dataverktøy for signalanlegg, sier Feyling.

Status for RailComplete

- Så langt har vi modellert Jernbaneverkets signalobjekter med informasjon om posisjon, sportilhørighet, idriftssettelsesfase, bestykning og merking. «RailComplete» er navnet som dataverktøyet har fått, som speiler ambisjonen om lage et komplett verktøy for signalingeniøren.

- I januar 2014 ble første presentasjon gjennomført hos Jernbaneverket, der vi kunne demonstrere at verktøyet automatisk beregner posisjon langs sporet for alle objekter, noe som øker nøyaktigheten og sparer mye tid i prosjekteringen av ATC. I 2014 utviklet vi en "object manager" som gjør det lett å filtrere på objekttyper, endre dataverdier, sortere og eksportere data til Excel, forklarer Feyling. I løpet av våren 2015 har vi utviklet en viewer som viser sporbundne hastighetsbegrensninger. Denne blir utvidet til å vise skiltet hastighet, og vil på sikt også vise ATC-betinget maksimalhastighet.

- Sommeren 2015 har vi engasjert tre NTNU-studenter for å prototype noen viktige funksjoner i RailComplete®: RailML eksport, skiltplan tabell, avansert hastighetsvisning.  Fra og med august får vi inn vår andre heltids systemutvikler.

RailComplete® har fått en import-editor der spordata i LandXML format forbehandles og gjøres tilgjengelig for signalobjektene. Forenklet import og eksport til filformatet RailML er en nærliggende milepæl, til bruk for sammenkobling med andre relevante verktøy. Arbeid pågår for å bygge opp en topografisk modell av sporanlegget, ut i fra sporlinjene og objektene som inngår i signalanlegget. Denne modellen vil bli benyttet for å «kjøre tog» i designet, som igjen er basis for å syntetisere de mange tabellene som inngår i forrigling og ATC.

Søker partnere innen FoU-miljøer

- Høsten 2015 starter vi opp arbeidet med å lage "use cases" og kartlegge hvordan RailComplete best skal fungere i en distribuert setting, med kommunikasjon over internett mellom database og flere samtidige brukere, sier Feyling.

- Vi har fått tilsagn om midler fra Skattefunn-ordningen hos Norges Forskningsråd for perioden 2014-2017. Vi ønsker nå å finne en statlig partner slik at vi kan jobbe videre med søknad om støtte hos Innovasjon Norge. Sammen med UiO-IFI, og med 50% støtte fra Norges Forsningsråd, har vi nylig inngått avtale om at en av våre ansatte gjennomfører en 3-årig Nærings-PhD for å finne en god metode for å formulere teknisk regelverk slik at datamaskiner kan gjøre kontroll av tegningene. Den videre fremtid avhenger også av å få til et godt FOU-samarbeid med strategiske partnere, avslutter Feyling.

[1] COWI. (2008). Hvordan unngå prosjekteringsfeil. Trondheim: Byggekostnadsprogrammet.

[2] Jernbaneverket (2014). «InterCity Gjør Østlandet til ett arbeidsmarked»

Les mer om RailComplete hos Anacon.

 

PROSJEKTERING/12. desember 2018

Ønsker å heve kompetansen i bransjen

Spesialist i vannbaserte slokkesystemer, Gunnar Sundal, har mange fremragende prosjekter bak seg. Med tidligere stillinger som ingeniør, rørleggermester, prosjektingeniør og saksbehandler, har han nå byttet arbeidsplass til Kiwa. Her satser han som seniorrådgiver mot prosjektering og kontroll av sprinkleranlegg. Les hele saken

INTERCITY/10. desember 2018

– Det er avgjørende viktig å tenke helhet

Mandag 26.november ble den offisielle byggestarten for dobbeltsporet fra Venjar på Gardermobanen til Eidsvoll Nord på Dovrebanen markert. – Det er avgjørende viktig å tenke helhet, sa samferdselsminister Jon Georg Dale ved anleggsstarten. – Derfor bygger vi nå først ut hele indre intercitynettet, deretter ytre intercity. Les hele saken

Til toppen