城市軌道交通換乘站綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

趙琛琛 朱曉飛

（南京南瑞集團(tuán)公司，211106，南京∥工程師）

換乘站在城市軌道交通線網(wǎng)中具有特殊地位和作用。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，換乘站的主體結(jié)構(gòu)和監(jiān)控功能設(shè)計(jì)成為影響線網(wǎng)效率和安全性的關(guān)鍵因素，其影響主要表現(xiàn)在設(shè)施協(xié)調(diào)、客運(yùn)組織、信息共享、線間聯(lián)動(dòng)等方面。其中，換乘站節(jié)點(diǎn)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）平臺(tái)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能必須滿足正常情況下各線路相對(duì)獨(dú)立運(yùn)營(yíng)管理，災(zāi)害情況下實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度和指揮的運(yùn)營(yíng)需求。

1 工程概述

西安地鐵3號(hào)線全長(zhǎng)50.5km，共設(shè)車(chē)站32座，分兩期建設(shè)。3號(hào)線一期工程為魚(yú)化寨至保稅區(qū)段，線路全長(zhǎng)39.15km，共設(shè)車(chē)站26座（19座地下車(chē)站、7座高架車(chē)站，其中換乘站6座）。另設(shè)車(chē)輛段及綜合維修基地、停車(chē)場(chǎng)各1座。控制中心與1、2號(hào)線合設(shè)。

3號(hào)線一期工程中的6座換乘站分別為科技路站（與規(guī)劃6號(hào)線換乘）、小寨站（與2號(hào)線換乘）、大雁塔站（與規(guī)劃4號(hào)線換乘）、青龍寺站（與規(guī)劃5號(hào)線換乘）、咸寧站（與規(guī)劃6號(hào)線換乘）和通化門(mén)站（與地鐵1號(hào)線換乘）。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)劃，為方便運(yùn)營(yíng)管理，3號(hào)線換乘站和其換乘線路的ISCS分別設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)各自車(chē)站級(jí)ISCS功能。換乘站各相關(guān)子系統(tǒng)根據(jù)換乘車(chē)站各線路建設(shè)時(shí)間的先后次序等因素，采用分別設(shè)計(jì)或子系統(tǒng)合設(shè)等方式設(shè)置。3號(hào)線換乘站ISCS及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃如表1所示。

表1 西安地鐵3號(hào)線換乘車(chē)站ISCS設(shè)計(jì)

2 換乘站ISCS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)置原則

換乘站在地鐵系統(tǒng)中的地位非常特殊。從土建角度看，換乘站是一個(gè)建筑整體，發(fā)生災(zāi)害時(shí)，整個(gè)車(chē)站的防災(zāi)設(shè)備需要統(tǒng)一調(diào)度；從地鐵運(yùn)營(yíng)角度看，換乘站是多條地鐵線路的節(jié)點(diǎn)站，車(chē)站發(fā)生火災(zāi)時(shí)對(duì)各線均有影響，須各條線路共同管理。因此，換乘站ISCS的設(shè)置對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。

換乘站的換乘方式大致分為站臺(tái)換乘、站廳換乘、通道換乘、節(jié)點(diǎn)換乘、混合換乘及站外換乘等。換乘布局包括并列式、行列式、十字型、T型、L型、H型等。根據(jù)建設(shè)周期和換乘方式的不同，ISCS設(shè)置原則如下：

（1）同期建設(shè)，共用站廳、站臺(tái)層公共區(qū)：建議車(chē)控室、ISCS合設(shè)。

（2）同期建設(shè)，站臺(tái)、站廳分設(shè)或站廳層有換乘公共區(qū)：建議車(chē)控室、ISCS分設(shè)，正常情況下各線路獨(dú)立運(yùn)營(yíng)，災(zāi)害情況下實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能。

（3）分期建設(shè)，共用站廳、站臺(tái)層公共區(qū)：建議車(chē)控室、ISCS由原線路擴(kuò)容，為后建線路提供接口條件。

（4）分期建設(shè)，站臺(tái)、站廳分設(shè)或站廳層有換乘公共區(qū)：建議車(chē)控室、ISCS分設(shè)，正常情況下各線路獨(dú)立運(yùn)營(yíng)，災(zāi)害情況下實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能。

地鐵3號(hào)線的6座換乘站中，除小寨站為分期建設(shè)外，其它5座車(chē)站均為同期建設(shè)。同時(shí)，該6座車(chē)站均采用車(chē)站上下立交的T型站廳換乘布局，站臺(tái)分線設(shè)置，站廳通過(guò)各線的換乘集散廳和過(guò)道相連，故ISCS采用分線設(shè)置方式。

2.2 管理界面

地鐵機(jī)電系統(tǒng)中，除了牽引供電、屏蔽門(mén)（PSD）、信號(hào)及專(zhuān)用通信（如傳輸、專(zhuān)用電話等）必須各線分設(shè)外，換乘站的其他系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)換乘方式和運(yùn)營(yíng)管理需求，在確保運(yùn)營(yíng)安全、方便運(yùn)營(yíng)管理的前提下遵循資源共享的設(shè)置原則。換乘站機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)遵循的設(shè)置原則如下：需要納入同一運(yùn)營(yíng)管理主體管理的設(shè)備系統(tǒng)，應(yīng)盡可能各個(gè)換乘線路合設(shè)，即按照相同標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一建設(shè)，以便設(shè)備的維修操作及管理標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一；不同運(yùn)營(yíng)管理主體管理的設(shè)備系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)施，各個(gè)換乘線路應(yīng)盡可能分設(shè)，以便管理界面清晰。如果相互之間職責(zé)和管理界面不清，不僅會(huì)降低管理效率，還會(huì)因特殊情況下應(yīng)急處置不當(dāng)，導(dǎo)致人身及財(cái)產(chǎn)損失，甚至發(fā)生災(zāi)難性后果。

西安地鐵3號(hào)線各換乘站有下述共性：各換乘線路在本站共享站廳層，站廳合并或通過(guò)換乘集散廳連接；站臺(tái)層空間完全分開(kāi)，各線路通過(guò)電梯垂直換乘或通過(guò)站廳平行換乘。在該換乘空間條件下，需要確定本站的運(yùn)營(yíng)管理主體單位，由主體單位負(fù)責(zé)站廳公共區(qū)及本線路站臺(tái)層的運(yùn)營(yíng)管理，非運(yùn)營(yíng)管理主體單位則負(fù)責(zé)其所轄線路站臺(tái)層工作。西安地鐵目前開(kāi)通以及在建的地鐵線路均歸屬同一運(yùn)營(yíng)公司管理，因此不存在運(yùn)營(yíng)管理界面拆分的問(wèn)題。

2.3 平臺(tái)設(shè)置方案

結(jié)合換乘站ISCS的設(shè)置原則、運(yùn)營(yíng)管理界面劃分，以及由管理界面決定的設(shè)備歸屬、系統(tǒng)設(shè)置方式等因素，換乘站ISCS的平臺(tái)集成系統(tǒng)方案如下：

方案一：將換乘車(chē)站定位為一個(gè)完整的車(chē)站，同期設(shè)計(jì)、同期施工。在先開(kāi)通的線路中設(shè)置一套ISCS，將該換乘車(chē)站的每一個(gè)弱電系統(tǒng)統(tǒng)一接入本站的綜合監(jiān)控平臺(tái)。該站ISCS同時(shí)接入本線控制中心和后建線路控制中心。該方案把所有與運(yùn)營(yíng)有關(guān)的系統(tǒng)功能整合在一個(gè)人機(jī)界面上。

方案二：設(shè)計(jì)初衷大體與方案一一致，合設(shè)一套ISCS，二者的區(qū)別是弱電系統(tǒng)必須按線分別設(shè)立。先建線路設(shè)置ISCS時(shí)，需預(yù)留與后建線路相關(guān)系統(tǒng)的接口條件，以集成互聯(lián)本線和換乘線所屬的機(jī)電系統(tǒng)。

方案三：不同線路獨(dú)立設(shè)置ISCS，機(jī)電系統(tǒng)根據(jù)車(chē)站換乘形式、運(yùn)營(yíng)管理模式和車(chē)站建設(shè)時(shí)序等因素，同期設(shè)計(jì)、施工，全站統(tǒng)一設(shè)置。合設(shè)的深度集成子系統(tǒng)（如BAS、FAS）以兩種方式接入ISCS：① 以集成方式接入先期建設(shè)線路，負(fù)責(zé)全部監(jiān)控；以互聯(lián)方式接入后建換乘線路，僅負(fù)責(zé)設(shè)備監(jiān)視。② 以集成方式接入先后建設(shè)的換乘線路，按照劃分的運(yùn)營(yíng)屬地原則，由ISCS設(shè)置相應(yīng)的控制權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)各自監(jiān)控所轄范圍內(nèi)的設(shè)備實(shí)施控制，對(duì)非所轄范圍內(nèi)設(shè)備實(shí)施監(jiān)視。同時(shí)交互報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)跨線聯(lián)動(dòng)功能。

方案四：不同線路獨(dú)立設(shè)置ISCS，機(jī)電系統(tǒng)根據(jù)車(chē)站換乘形式、運(yùn)營(yíng)管理模式和車(chē)站建設(shè)時(shí)序等因素，按線分別設(shè)置，接入各自對(duì)應(yīng)的車(chē)站級(jí)ISCS，由各線ISCS對(duì)接入子系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備實(shí)施監(jiān)控。按線路分設(shè)的子系統(tǒng)通過(guò)接口，交互實(shí)時(shí)狀態(tài)和報(bào)警信息，從而實(shí)現(xiàn)跨線聯(lián)動(dòng)。

根據(jù)3號(hào)線換乘站的換乘方式，有條件進(jìn)行換乘站主體車(chē)站的同期建設(shè)，且換乘線路隸屬于同一運(yùn)營(yíng)公司管理，機(jī)電系統(tǒng)完全具備同期設(shè)計(jì)、合并設(shè)置的條件。因此，3號(hào)線換乘站平臺(tái)集成方案，除2、3號(hào)線換乘的小寨站采用方案四外，其它均采用了方案三。

3 換乘站ISCS功能設(shè)計(jì)

3.1 換乘站子系統(tǒng)互傳信息

換乘線路分設(shè)子系統(tǒng)或合設(shè)子系統(tǒng)僅接入一條線路的ISCS時(shí)，需要通過(guò)接口向鄰站轉(zhuǎn)發(fā)的信息大致如下（具體信息將根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求調(diào)整）：

PSCADA：400VⅠ／Ⅱ段饋線開(kāi)關(guān)位置、狀態(tài)（如低壓設(shè)備供電有引自鄰線400V開(kāi)關(guān)柜回路的）。

BAS：通風(fēng)大系統(tǒng)、通風(fēng)小系統(tǒng)、照明（正常、廣告、導(dǎo)向、應(yīng)急、區(qū)間）、給排水、電扶梯、電保溫、水系統(tǒng)、空調(diào)、模式、傳感器等信息。

FAS：火警總信號(hào)、防煙分區(qū)火警、氣滅區(qū)火警、區(qū)間手報(bào)、專(zhuān)用排煙風(fēng)機(jī)狀態(tài)等信息。

PSD：門(mén)控單元故障（通信、電源、監(jiān)視系統(tǒng)）、就地控制盤(pán)、IBP盤(pán)、滑動(dòng)門(mén)、端門(mén)、應(yīng)急門(mén)以及司機(jī)門(mén)狀態(tài)和報(bào)警等信息。

AFC（自動(dòng)售檢票）：運(yùn)營(yíng)模式、各類(lèi)閘機(jī)狀態(tài)等信息。

CCTV（閉路電視）：換乘公共區(qū)域攝像機(jī)（增加視頻分配器，轉(zhuǎn)發(fā)視頻圖像）的視頻信息。

ATS（列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控）：軌道占用超時(shí)信息。

3.2 換乘站聯(lián)動(dòng)功能

3.2.1 火災(zāi)聯(lián)動(dòng)

換乘站發(fā)生火災(zāi)時(shí)，與該站相關(guān)的幾條線均進(jìn)入火災(zāi)運(yùn)行模式。同樣，與換乘站相鄰的某線路區(qū)間發(fā)生火災(zāi)時(shí)，相關(guān)線路亦進(jìn)入火災(zāi)運(yùn)行模式。火災(zāi)模式下，F(xiàn)AS聯(lián)動(dòng)BAS、ISCS、ACS（門(mén)禁系統(tǒng)）、AFC，通過(guò)ISCS聯(lián)動(dòng)CCTV、PA（廣播）、PIS（乘客信息系統(tǒng)）、PSD等。如圖1所示。

圖1 換乘站發(fā)生火災(zāi)時(shí)各系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)邏輯圖

FAS分設(shè)：通道換乘車(chē)站各線FAS由各線設(shè)置并負(fù)責(zé)管理；若換乘車(chē)站雖同期設(shè)計(jì)但因建設(shè)周期相距較長(zhǎng)未能同期施工，F(xiàn)AS也按各線的管轄范圍進(jìn)行設(shè)置。此時(shí)，由多個(gè)系統(tǒng)完成整個(gè)車(chē)站的防災(zāi)報(bào)警和防災(zāi)設(shè)施的聯(lián)動(dòng)控制，換乘接口可采用站級(jí)或中央級(jí)。正常工況時(shí)，ISCS通過(guò)本線路的集成接口和換乘線路的互聯(lián)接口，監(jiān)控本線路設(shè)備，監(jiān)視鄰線設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警信息。當(dāng)車(chē)站或區(qū)間相應(yīng)區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災(zāi)報(bào)警時(shí)，所屬線路FAS工作站收到火災(zāi)報(bào)警信息后，本線路各系統(tǒng)按圖1執(zhí)行消防聯(lián)動(dòng)和綜合監(jiān)控聯(lián)動(dòng)；同時(shí)，通過(guò)換乘接口，鄰線接收到線路火警信息，鄰線各系統(tǒng)按圖1執(zhí)行消防聯(lián)動(dòng)和綜合監(jiān)控聯(lián)動(dòng)。

FAS合設(shè)：同廳或同臺(tái)換乘車(chē)站按照建筑個(gè)體設(shè)置一套FAS系統(tǒng)，區(qū)間和折返線的FAS按照線路劃分設(shè)置。由先開(kāi)通線路設(shè)置FAS主控制器，并以先開(kāi)通車(chē)站控制室作為車(chē)站的消防值班室；后開(kāi)通線路設(shè)FAS區(qū)域控制器，與FAS主控制器連接，或設(shè)單獨(dú)的報(bào)警回路接入FAS主控制器。各線FAS需設(shè)置接口傳遞火災(zāi)信息，由一個(gè)系統(tǒng)完成防災(zāi)報(bào)警和防災(zāi)設(shè)施的聯(lián)動(dòng)控制。

BAS分設(shè)：通道換乘車(chē)站各線BAS由各線設(shè)置并負(fù)責(zé)管理，若換乘車(chē)站雖同期設(shè)計(jì)但因建設(shè)周期相距較長(zhǎng)未能同期施工，BAS也按各線的管轄范圍進(jìn)行設(shè)置。由多個(gè)系統(tǒng)配合FAS完成整個(gè)車(chē)站的消防聯(lián)動(dòng)控制。換乘接口可采用站級(jí)或中央級(jí)。正常工況時(shí)，ISCS通過(guò)本線路的集成接口和換乘線路的互聯(lián)接口，監(jiān)控本線路設(shè)備，監(jiān)視鄰線設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警信息。當(dāng)車(chē)站或區(qū)間相應(yīng)區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災(zāi)報(bào)警時(shí)，所屬線路FAS工作站收到火災(zāi)報(bào)警信息后，分別聯(lián)動(dòng)本線路BAS和鄰線BAS系統(tǒng)。各線BAS系統(tǒng)按照相應(yīng)的火災(zāi)模式啟停通風(fēng)、照明、電扶梯等設(shè)備。

BAS合設(shè)：同廳或同臺(tái)換乘車(chē)站按照建筑個(gè)體設(shè)置一套BAS系統(tǒng)，區(qū)間和折返線的BAS按照線路劃分設(shè)置。由先開(kāi)通線路設(shè)置BAS可編程邏輯控制（PLC）主控制器，后開(kāi)通線路BAS設(shè)置遠(yuǎn)程I／O模塊箱，通過(guò)通信總線接入主控制器。各線BAS需設(shè)置接口，交互設(shè)備狀態(tài)和控制指令，從而由一個(gè)系統(tǒng)完成與FAS的消防聯(lián)動(dòng)控制。

3.2.2 阻塞聯(lián)動(dòng)

當(dāng)換乘站相關(guān)線路的區(qū)間發(fā)生列車(chē)阻塞或其它事故時(shí)，可能需要兩個(gè)或以上線路的通風(fēng)系統(tǒng)配合完成區(qū)間的阻塞通風(fēng)，此時(shí)需要啟動(dòng)換乘站相關(guān)線路的阻塞聯(lián)動(dòng)。當(dāng)兩條換乘線路是接駁貫通運(yùn)營(yíng)時(shí)，該需求尤為突出。阻塞聯(lián)動(dòng)邏輯圖如圖2所示。

圖2 換乘站相關(guān)線路區(qū)間發(fā)生阻塞時(shí)各系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)邏輯圖

BAS分設(shè)：換乘站某條線路的ISCS檢測(cè)到該線路ATS的阻塞報(bào)警信號(hào)后，通過(guò)換乘接口將該阻塞報(bào)警轉(zhuǎn)發(fā)至鄰線ISCS。各線ISCS根據(jù)阻塞執(zhí)行模式的定義，以自動(dòng)或半自動(dòng)方式啟動(dòng)相應(yīng)阻塞聯(lián)動(dòng)。各線ISCS聯(lián)動(dòng)所接線路BAS系統(tǒng)啟動(dòng)阻塞通風(fēng)模式，同時(shí)聯(lián)動(dòng)各自PA、PIS、CCTV等相關(guān)系統(tǒng)。

BAS合設(shè)：BAS按照整站設(shè)計(jì)施工時(shí)，由一個(gè)系統(tǒng)完成阻塞聯(lián)動(dòng)時(shí)的模式下發(fā)和相關(guān)通風(fēng)設(shè)備啟動(dòng)。當(dāng)某條線路的ISCS檢測(cè)到該線路ATS的阻塞報(bào)警信號(hào)后，通過(guò)換乘接口將該阻塞報(bào)警轉(zhuǎn)發(fā)至鄰線ISCS，聯(lián)動(dòng)PA、PIS、CCTV等相關(guān)系統(tǒng)。

4 換乘站ISCS接口設(shè)計(jì)

由于西安地鐵已建、在建和規(guī)劃線路均設(shè)置ISCS，不存在綜合監(jiān)控與分立系統(tǒng)間接口，因此僅考慮兩線ISCS間的接口設(shè)計(jì)。根據(jù)子系統(tǒng)是否分設(shè)、子系統(tǒng)間是否具有軟硬件互聯(lián)能力等因素，兩線ISCS間的接口可采取四類(lèi)接口方案（見(jiàn)圖3）。

圖3 換乘站ISCS接口設(shè)計(jì)

4.1 子系統(tǒng)分設(shè)

小寨站是西安地鐵2號(hào)線和3號(hào)線換乘站，根據(jù)表1中換乘站系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，換乘車(chē)站ISCS集成系統(tǒng)PSCADA、BAS、FAS采用兩線分設(shè)。

方式一：子系統(tǒng)互聯(lián)。當(dāng)換乘站各線路ISCS接口子系統(tǒng)具有軟硬件互聯(lián)能力時(shí)，可以采用子系統(tǒng)直接互聯(lián)，再通過(guò)各線前端處理器（FEP）與車(chē)站ISCS（SISCS）接口，向SISCS提供換乘站子系統(tǒng)的全部信息。如圖3方式①。采用這種方式監(jiān)控時(shí)，對(duì)各線路SISCS的軟硬件無(wú)需改動(dòng)，僅需進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)和畫(huà)面組態(tài)工作。

方式二：子系統(tǒng)和FEP互聯(lián)。當(dāng)換乘站各線路ISCS接口子系統(tǒng)無(wú)互聯(lián)能力時(shí)，可通過(guò)各線FEP接入鄰線子系統(tǒng)。如圖3方式②。該方案接線較為復(fù)雜，同時(shí)需要對(duì)各線FEP擴(kuò)展相應(yīng)的硬件接口，并進(jìn)行接口軟件開(kāi)發(fā)。

方式三：SISCS的FEP互聯(lián)。通過(guò)各線路SISCS的FEP互聯(lián)實(shí)現(xiàn)信息交換和共享。如圖3方式③。該方案接口清晰，不涉及單個(gè)子系統(tǒng)，是車(chē)站級(jí)的數(shù)據(jù)交換。各線FEP需進(jìn)行接口軟件開(kāi)發(fā)，適用于不同廠家的SISCS互聯(lián)。

方式四：SISCS－SISCS互聯(lián)。是站級(jí)SISCS服務(wù)器層級(jí)互聯(lián)方案。不同廠家的SISCS間采用該互聯(lián)方式時(shí)，可分別在其SISCS出口加設(shè)接口服務(wù)器實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。該方式可簡(jiǎn)化為在雙方車(chē)站服務(wù)器上加裝獨(dú)立網(wǎng)卡，從而互聯(lián)實(shí)現(xiàn)信息共享。同廠家SISCS間則可直接互聯(lián)SISCS車(chē)站以太網(wǎng)交換機(jī)。如圖3方式④。采用該方式時(shí)，需做好網(wǎng)絡(luò)隔離，防止交互信息以外的其它數(shù)據(jù)串?dāng)_。

4.2 子系統(tǒng)合設(shè)

根據(jù)西安地鐵3號(hào)線規(guī)劃設(shè)計(jì)，除小寨站外，其它5座換乘站的BAS和FAS按一套系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在3號(hào)線建設(shè)時(shí)同期實(shí)施。該情況下，上述換乘線路間ISCS系統(tǒng)的接口方式同樣適用，僅相關(guān)子系統(tǒng)由兩線分設(shè)模式變?yōu)楹显O(shè)模式，不再贅述。

5 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通逐漸進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行階段，其ISCS也必須適應(yīng)于線網(wǎng)運(yùn)行的需要。換乘站ISCS設(shè)計(jì)有別于普通車(chē)站，必須站在線網(wǎng)層面進(jìn)行思考和規(guī)劃，只有這樣，才能充分發(fā)揮換乘站的特殊作用，使ISCS功能更好地適應(yīng)并滿足線網(wǎng)運(yùn)行模式的需要。

［1］GB 50636—2010城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］魏曉東.城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)［M ］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

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