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摘要：城市軌道交通系統(tǒng)是集客運、貨運、地鐵和輕軌等多種運輸方式為一體的綜合性交通樞紐，在現(xiàn)代化交通領(lǐng)域中占據(jù)重要位置。為了提高人民生活水平與安全感，改善人們的出行環(huán)境，對城市軌道交通系統(tǒng)提出新要求。文章首先分析了行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，然后結(jié)合北京軌道交通22號線工程，確定弱電系統(tǒng)的集成方案，實現(xiàn)機房面積、設(shè)備配置、電源系統(tǒng)的綜合優(yōu)化；確定弱電系統(tǒng)集中站模式設(shè)備配置優(yōu)化方案，完善城市軌道交通弱電技術(shù)體系結(jié)構(gòu)，滿足國家對智能化城市軌道交通提出的要求，為后續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；弱電系統(tǒng)；電源集成；軌道交通智能管理平臺

0背景

城市發(fā)展用電需求側(cè)需要改革，促進(jìn)智能建筑技術(shù)的應(yīng)用，提升其安全性與可靠性，以滿足社會經(jīng)濟發(fā)展對供電質(zhì)量、穩(wěn)定性和舒適性等方面的更高標(biāo)準(zhǔn)的需要。隨著城市化的高速發(fā)展，國內(nèi)很多城市出現(xiàn)了交通擁擠情況，人們對公共交通快速運行提出了更高的要求，低運能的交通工具逐步退出歷史舞臺，城市軌道交通建設(shè)步伐愈加緊密。城市地鐵在運能、環(huán)保、舒適、快捷方面為人們的出行帶來極大便利，這些優(yōu)勢是其他交通方式無法比擬的。根據(jù)國家有關(guān)部門規(guī)定，滿足人口、城市GDP產(chǎn)值、年財政收入要求的城市可以建設(shè)地鐵。因此，未來10年將是我國城市軌道交通快速推進(jìn)的時期，城市軌道交通弱電系統(tǒng)建設(shè)成為重點課題。近年來，杭州、武漢、深圳、上海等城市已經(jīng)在城市軌道交通采用弱電系統(tǒng)綜合機房的機房集成方案。其中，武漢軌道交通基于站段云技術(shù)模式，計劃實現(xiàn)站區(qū)化管理，這一方案目前仍處于研究階段。當(dāng)前，關(guān)于城市軌道交通弱電系統(tǒng)集中站的研究較缺乏，主要原因是各設(shè)備系統(tǒng)較獨立，資源共享利用率較低。隨著軌道交通云平臺的推廣與建設(shè)，弱電系統(tǒng)進(jìn)行了中心集中的云化部署，已具備進(jìn)行車站弱電系統(tǒng)及用房集成的實施基礎(chǔ)。

1項目概況

城市軌道交通系統(tǒng)通常指地鐵、輕軌、市郊鐵路、有軌電車等共同構(gòu)成的城市公共交通系統(tǒng)。項目投資資金量大，建設(shè)周期長，項目投運后的運行及維護(hù)也需要大量資金，因此需要優(yōu)化項目運營，研究弱電系統(tǒng)集成技術(shù)。按照京發(fā)改〔2019〕990號、京發(fā)改〔2019〕1433號等文件的精神，降本增效成為軌道交通建設(shè)的關(guān)注焦點。北京軌道交通22號線工程采用單站獨立建設(shè)模式，而且弱電設(shè)備種類繁多，設(shè)備功能及特點不同。在設(shè)計中要充分考慮各部件之間的相互配合關(guān)系，合理地統(tǒng)籌規(guī)劃各個子系統(tǒng)，以減少運營成本、提高效率、降低事故率。目前，該系統(tǒng)存在土建建設(shè)成本高、空間利用率較低、維護(hù)人員投入較多等問題，針對存在的問題，急需優(yōu)化集成弱電系統(tǒng)，提出更好的配置方案。

2城市軌道交通弱電系統(tǒng)集成設(shè)計的目的

結(jié)合北京軌道交通22號線工程，確定弱電系統(tǒng)的集成方案，實現(xiàn)機房面積、設(shè)備配置、電源系統(tǒng)的綜合優(yōu)化；確定弱電系統(tǒng)設(shè)備配置優(yōu)化方案，研究智能管理平臺，實現(xiàn)聯(lián)動模式創(chuàng)新。通過集成及優(yōu)化，降低城市軌道交通建設(shè)投資及后期運維護(hù)投入，促進(jìn)城市軌道交通領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)軌道交通全壽命周期綜合成本控制，為弱電系統(tǒng)建設(shè)及管理模式優(yōu)化奠定基礎(chǔ)，提高城市軌道交通弱電系統(tǒng)的綜合設(shè)計水平，促進(jìn)城市軌道線路弱電系統(tǒng)方案優(yōu)化，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)業(yè)升級、行業(yè)進(jìn)步；降低系統(tǒng)投資，提升運營維護(hù)管理效率，實現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效的目的。項目成果可逐步推廣，優(yōu)先在北京城市軌道交通項目試點應(yīng)用，最終推廣至全國城市軌道交通項目，實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展及優(yōu)化[1]。

3城市軌道交通弱電系統(tǒng)集成設(shè)計

3.1弱電系統(tǒng)集成思路

設(shè)計人員需要集成弱電系統(tǒng)布局方案。在城市軌道交通智慧平臺發(fā)展背景下，車站級弱電系統(tǒng)，如通信系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)等均已實現(xiàn)站級部分設(shè)備的資源集成，各系統(tǒng)其余站級設(shè)備，在用房、電源、網(wǎng)絡(luò)等方面具備高度集成條件。同時，隨著智慧平臺的建設(shè)，運營模式從各系統(tǒng)單獨運維模式逐漸轉(zhuǎn)向綜合運維模式，建設(shè)及運營成本得到有效控制，使弱電系統(tǒng)站級具備了實現(xiàn)綜合運維和系統(tǒng)集成的條件，弱電系統(tǒng)集成思路如圖1所示。設(shè)計人員需要重點研究弱電系統(tǒng)的機房集成、配電集成等問題。城市軌道交通弱電系統(tǒng)由各種子系統(tǒng)構(gòu)成，包括電力、供電、照明、通風(fēng)等子系統(tǒng)，在進(jìn)行系統(tǒng)集成時可以采用不同類型的模塊結(jié)構(gòu)。例如，通信與控制系統(tǒng)、信息處理設(shè)備和管理信息系統(tǒng)、集中式智能監(jiān)控單元系統(tǒng)等，各自功能獨立、互不影響，進(jìn)行系統(tǒng)集成能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，便于維護(hù)檢修，實現(xiàn)對整個城市軌道交通的控制與管理。為了實現(xiàn)城市地鐵線路與電力、光纜的信息交換，以及車站供電系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制，通過有線或無線方式連接各種設(shè)備形成一個綜合體，從而完成對整個地鐵運營過程的監(jiān)控管理及調(diào)度指揮，同時還能為乘客提供更多安全保障服務(wù)。例如，在車站內(nèi)實時監(jiān)視站內(nèi)、外部環(huán)境變化，如溫度過高、煙霧濃度異常及相關(guān)參數(shù)的故障信息等；該系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)自動報警與控制[2]。

3.2弱電系統(tǒng)集成方案

在北京地區(qū)常規(guī)軌道交通弱電系統(tǒng)配置方案中，采用單站獨立建設(shè)模式，各弱電系統(tǒng)機房獨立設(shè)置，維護(hù)管理責(zé)任按照機房劃分，并且后備電源也是獨立配置，各個系統(tǒng)配電設(shè)備自行管理。這種傳統(tǒng)配置方式的優(yōu)點是針對性較強，一個弱電系統(tǒng)故障不會影響其他系統(tǒng)運行；缺點是重復(fù)配置，初始投資較大，系統(tǒng)數(shù)量較多導(dǎo)致運維人員較多，控制室占用建筑面積較大，各個弱電系統(tǒng)獨立設(shè)置的蓄電池需要分開設(shè)置，分別監(jiān)控，增加了成本和維護(hù)工作量。設(shè)計人員需要綜合各弱電系統(tǒng)的資源需求，完成機房集成布局方案，優(yōu)化建筑規(guī)模，根據(jù)22號線車站的實際情況得到不同車站的弱電系統(tǒng)電源集成方案。

3.2.1集成對象。主要包括綜合監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、公務(wù)電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、綜合安防系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、低壓動照應(yīng)急電源系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)都是保障軌道交通安全、高效運行的基礎(chǔ)。

3.2.2具體集成方案。以直流操作電源為主體，整個弱電系統(tǒng)能夠統(tǒng)一配置。主回路采用智能型高頻開關(guān)操作裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)信息監(jiān)測管理，將FAS系統(tǒng)、ISCS系統(tǒng)、PSD安全門和AFC閘機、應(yīng)急照明EPS、直流操作電源、綜合監(jiān)控系統(tǒng)等作為該直流系統(tǒng)的負(fù)載終端，根據(jù)系統(tǒng)需要接入各個專業(yè)模塊，實現(xiàn)對各個弱電系統(tǒng)的管理和監(jiān)控。在接口分界處設(shè)置統(tǒng)一直流電源系統(tǒng)的蓄電池，作為備用電源，進(jìn)行合理切換。控制中心采用同樣模式，將通信系統(tǒng)（信號系統(tǒng)）、綜合監(jiān)控系統(tǒng)等作為負(fù)載接入電源系統(tǒng)[3]（1）應(yīng)急系統(tǒng)。如果弱電系統(tǒng)共用一套集中應(yīng)急系統(tǒng)作為備用電源，某一弱電系統(tǒng)出現(xiàn)問題時會導(dǎo)致影響范圍擴大，因此需要設(shè)計單獨供電系統(tǒng)。例如，為信號系統(tǒng)、FAS系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)、消防及疏散系統(tǒng)設(shè)計單獨供電系統(tǒng)，然后按照上述模式進(jìn)行集成。（2）直流系統(tǒng)監(jiān)控單元智能化檢測。可自動啟動分級切載程序，管理各個弱電系統(tǒng)的用電時長，計量各系統(tǒng)的用電時間，根據(jù)檢測內(nèi)容精準(zhǔn)傳輸控制指令，驅(qū)動繼電器控制相應(yīng)斷路器操作機構(gòu)切掉相應(yīng)負(fù)載。（3）蓄電池容量計算及校驗。考慮經(jīng)濟性原則，在弱電系統(tǒng)集成期間，按照電壓控制法及階梯計算原則，對系統(tǒng)配置蓄電池的容量進(jìn)行計算及校驗。直流電源系統(tǒng)的饋線斷路器及下級斷路器的配置按照級差配合的原則進(jìn)行配置，避免出現(xiàn)供電不足的情況[4]。

4城市軌道交通弱電系統(tǒng)智能管理

隨著城市軌道交通的發(fā)展，對車站智能管理提出了更高要求。城市軌道交通弱電系統(tǒng)要面向乘客，提升乘客體驗，為乘客提供更加便捷的公共交通體驗；逐步實現(xiàn)弱電系統(tǒng)設(shè)備的高效自動控制，提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度和運行效率，減少人員運維成本；針對系統(tǒng)出現(xiàn)的應(yīng)急事故，系統(tǒng)需要快速完成全面聯(lián)動，以高效處理事故，確保系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠[5]。在軌道交通行業(yè)實施業(yè)務(wù)驅(qū)動和創(chuàng)新，可以推進(jìn)新技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用推廣，使軌道交通向著智能化、數(shù)字化的方向不斷發(fā)展。

4.1“互聯(lián)網(wǎng)+”智能管理

隨著城市軌道交通弱電系統(tǒng)的發(fā)展，推進(jìn)交通運輸“互聯(lián)網(wǎng)+”對車站智能管理提出了更高要求。地鐵運輸管理人員需要強化互聯(lián)網(wǎng)思維，利用新一代技術(shù)構(gòu)建車站智能管理體系，打造全新的交通運輸服務(wù)。在城市軌道交通弱電系統(tǒng)中采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的通信，然后通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心實時掌握車輛運行狀態(tài)及相關(guān)人員的動態(tài)變化，及時反饋給管理中心的決策層管理者，從而保證車站運營的安全、暢通，實現(xiàn)對整個地鐵線路的統(tǒng)一調(diào)度、協(xié)調(diào)，以及信息的采集與傳輸。

4.2智慧平臺

實現(xiàn)智能軌道交通系統(tǒng)的核心是建立數(shù)據(jù)采集和處理的智慧平臺。在軌道交通智慧平臺中，可以建設(shè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，對接車站、線路上的絕大多數(shù)機電、監(jiān)控設(shè)備，這是軌道交通數(shù)據(jù)采集和處理的關(guān)鍵[6]。建設(shè)軌道交通智慧平臺的核心是建設(shè)車站智能管理系統(tǒng)，技術(shù)人員要基于新技術(shù)，建立一套完善的智能管理體系，保證整個地鐵運營過程中各部門之間的有效溝通[7]。智能管理系統(tǒng)可以實時監(jiān)測子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并發(fā)送至智慧平臺調(diào)度中心，通知集控室統(tǒng)一收集、記錄。智慧平臺通過與軌道交通傳輸監(jiān)控系統(tǒng)、機車信息系統(tǒng)的可靠連接，實現(xiàn)線路管理運營的一體化，使軌道交通弱電系統(tǒng)更加可靠，提升線路服務(wù)水平[8]。

5結(jié)束語

在城市軌道交通智能管理平臺發(fā)展背景下，車站的弱電系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了站級部分設(shè)備的資源集成，同時具備實現(xiàn)綜合運維和系統(tǒng)集成的條件。研究人員需要深入研究城市軌道交通弱電系統(tǒng)的集成設(shè)計，促進(jìn)城市軌道交通的進(jìn)一步發(fā)展。

作者:董哲 單位:中鐵電氣化勘測設(shè)計研究院有限公司