城市軌道交通換乘站設(shè)備系統(tǒng)的資源共享*

毛 建 付保明 張 寧 石琦玉

(1.南京地下鐵道有限責(zé)任公司,210008,南京;2.東南大學(xué)智能運輸系統(tǒng)研究中心城市軌道交通研究所,210096,南京∥第一作者,高級工程師)

城市軌道交通換乘站設(shè)備系統(tǒng)的資源共享*

毛 建1付保明2張 寧2石琦玉2

(1.南京地下鐵道有限責(zé)任公司,210008,南京;2.東南大學(xué)智能運輸系統(tǒng)研究中心城市軌道交通研究所,210096,南京∥第一作者,高級工程師)

合理設(shè)置城市軌道交通換乘站的設(shè)備系統(tǒng),不僅能提高換乘站的運營管理水平,而且能有效避免設(shè)備系統(tǒng)重復(fù)投資。介紹了換乘站設(shè)備系統(tǒng)資源共享的內(nèi)容;對換乘站換乘類型、運營管理模式及建設(shè)時序等影響資源共享的因素進行了分析;提出了3種換乘站設(shè)備系統(tǒng)資源共享總體方案,并從可靠性、經(jīng)濟性、運營管理方便性等方面對相關(guān)系統(tǒng)的各具體方案進行了對比分析,提醒出相應(yīng)的建議。

城市軌道交通; 換乘站; 設(shè)備系統(tǒng); 資源共享

First-author′s address Nanjing Metro Co.,Ltd.,Nanjing 210008

隨著城市軌道交通的不斷建設(shè),軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營管理的趨勢和需求明顯[1-2]。作為軌道交通線網(wǎng)的錨固點,換乘站的建設(shè)與運營管理一直是關(guān)注的重點。傳統(tǒng)的換乘站機電設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計方案以線路為單位,分別配置各線的車站設(shè)備系統(tǒng)。這樣雖能基本滿足運營管理的要求,但換乘站設(shè)備系統(tǒng)資源利用率較低,且可能存在設(shè)備重復(fù)配置、工程重復(fù)投資及運營管理不便等問題。在此背景下,軌道交通管理部門對換乘站的設(shè)備系統(tǒng)配置及運營管理提出了更高的要求。

本文結(jié)合國內(nèi)外的研究成果,在總結(jié)已開通線路換乘站建設(shè)與運營管理的基礎(chǔ)上,通過分析換乘站類型、管理模式、建設(shè)時序及設(shè)備系統(tǒng)接口等影響因素,從全局角度對換乘站設(shè)備系統(tǒng)資源共享進行研究,以提高城市軌道交通在建線及待建線換乘站設(shè)備系統(tǒng)設(shè)置的合理性和科學(xué)性,提高軌道交通換乘站設(shè)備系統(tǒng)的整體效能及管理水平,為軌道交通建設(shè)提供有益的參考。

1 換乘站設(shè)備系統(tǒng)資源共享簡介

1.1 車站設(shè)備系統(tǒng)

車站設(shè)備是城市軌道交通系統(tǒng)中的一線設(shè)備,涉及到多個專業(yè)系統(tǒng)。根據(jù)各系統(tǒng)的業(yè)務(wù)差異,可將車站設(shè)備系統(tǒng)分為3大類:①與行車管理相關(guān)的設(shè)備系統(tǒng)(包括牽引變電所、電力監(jiān)控、信號系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)及屏蔽門系統(tǒng)等);②與車站運營管理相關(guān)的自動化系統(tǒng)(包括防災(zāi)報警、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、自動售檢票、防災(zāi)報警、門禁及綜合監(jiān)控等);③與車站本體相關(guān)的機電系統(tǒng)(包括降壓變電所、通風(fēng)空調(diào)、給排水、氣體滅火及動力照明等)。

1.2 資源共享內(nèi)容

對于換乘站而言,不同線路間的資源共享涉及到空間、設(shè)備、平臺及管理4個層次的內(nèi)容。

空間層次:對同類機電設(shè)備等硬件占用的設(shè)備用房空間進行共享,對車站公共區(qū)及管理用房進行共享。可減小車站土建的建造規(guī)模,節(jié)省高額的土建成本[3]。

設(shè)備層次:對同類的機電設(shè)備等硬件進行共享,可使用1套或者統(tǒng)一接口標準的設(shè)備來滿足換乘站各線路對同類設(shè)備的需求?？蓽p少車站設(shè)備的數(shù)量,提高設(shè)備的利用效率。

平臺層次:對換乘站各線路同一設(shè)備系統(tǒng)的業(yè)務(wù)操作平臺進行共享。各線路可使用統(tǒng)一標準的業(yè)務(wù)平臺來實現(xiàn)本系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)控及其他相關(guān)業(yè)務(wù)的處理,并滿足各線路車站設(shè)備系統(tǒng)在各種工況下的運營管理需求。

管理層次:在空間、設(shè)備及操作平臺共享的基礎(chǔ)上,對換乘站的管理信息整合、管理人員配置、業(yè)務(wù)處理流程等方面進行優(yōu)化?？煞奖愎芾韱挝坏倪\營管理,使換乘車站整體的運營效率得到進一步提升。

鑒于不同設(shè)備系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能及系統(tǒng)構(gòu)成存在差異,故不同設(shè)備系統(tǒng)的資源共享涉及不同的層面。由于軌道交通行車采用分線運營管理的方式[4],因此換乘站內(nèi)不同線路間與行車管理相關(guān)的設(shè)備系統(tǒng)可相互獨立;但考慮到網(wǎng)絡(luò)化運營管理的需求,則相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)還應(yīng)相互兼容。與車站本體相關(guān)的機電系統(tǒng),其共用設(shè)備用房和設(shè)備能有效地減少建筑面積及設(shè)備數(shù)量,節(jié)省初期投資。該類系統(tǒng)資源共享重點在于空間及設(shè)備層次的共享。與車站運營管理相關(guān)的各自動化系統(tǒng),其設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成相對復(fù)雜,故其資源共享涉及到空間、設(shè)備、業(yè)務(wù)平臺及運營管理等多個層面。因此,應(yīng)著重研究車站運營管理自動化系統(tǒng)和車站本體機電系統(tǒng)的資源共享。

1.3 資源共享設(shè)計

當(dāng)前,許多城市通過制定軌道交通相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)標準,統(tǒng)一系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、接口標準以及設(shè)備制式等,來保證線網(wǎng)系統(tǒng)的互聯(lián)互通和資源共享[5]。這為換乘站設(shè)備系統(tǒng)的資源共享提供了保障。

作為線網(wǎng)設(shè)備系統(tǒng)的結(jié)點,換乘站設(shè)備系統(tǒng)資源共享是軌道交通線網(wǎng)資源共享的重要組成部分。設(shè)計時應(yīng)以線網(wǎng)技術(shù)標準為基礎(chǔ),以方便運營管理為核心,充分考慮技術(shù)的發(fā)展和可持續(xù)性,深入分析資源共享的影響因素,并結(jié)合資源共享內(nèi)容以及換乘站的規(guī)劃建設(shè)和運營情況,對可行方案進行綜合分析評價,從而確定最優(yōu)設(shè)計方案。

2 換乘站資源共享影響因素分析

2.1 換乘站類型

按照不同線路車站的空間位置關(guān)系,換乘站可分為L型、T型、十字型、H型及上下平行等多種布局形式;按換乘形式,換乘站可以分成同站廳換乘站、同站臺換乘站和通道換乘站[6]。各種換乘形式如圖1所示。

圖1 各種換乘形式示意

不同形式換乘站具有不同的車站建筑結(jié)構(gòu),且會形成不同形式的共用區(qū)域。同站廳換乘站一般有兩線或多線共用站廳,或相互連通形成統(tǒng)一的換乘大廳;而同站臺換乘站兩線共用站臺,通過站臺實現(xiàn)換乘。同站廳及同站臺兩線換乘站的車站部分建筑結(jié)構(gòu)是一體的,且兩線共用公共區(qū)域。而通道換乘站的車站結(jié)構(gòu)是分離的,并通過換乘通道相連。

作為設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ),車站建筑結(jié)構(gòu)為各設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)備安裝及線路布設(shè)提供空間并預(yù)留管道。一體化的建筑結(jié)構(gòu)提供了較多的車站共用區(qū)域,為設(shè)備系統(tǒng)的資源共享提供了空間位置上的便利,便于方案的具體實施。此外,非同期開通的換乘站在建設(shè)過程中,其一體化的建筑結(jié)構(gòu)通常需要一定的工程預(yù)留。這也為資源共享條件下后期設(shè)備的接入提供了空間便利。而通道換乘站卻不能為資源共享提供有利的空間位置,反而可利用換乘通道來實現(xiàn)系統(tǒng)間的互聯(lián)。

2.2 換乘站運營管理模式

對于一般標準車站而言,設(shè)備系統(tǒng)一般采用“兩層管理,三級控制”的運營管理模式,即采用線路和車站兩層管理,線路、車站及就地三級控制模式(如圖2所示)。

圖2 標準站設(shè)備系統(tǒng)管理模式

由圖2可知,標準站的設(shè)備系統(tǒng)有且僅有1個車站管理主體和1個線路管理主體。換乘站為各線路的節(jié)點,需要確定其設(shè)備系統(tǒng)由其中的某條線管理主體負責(zé)統(tǒng)一管理,還是由各線的管理主體分別管理。換乘站設(shè)備系統(tǒng)有4種管理模式[7]:車站及線路層面均由各線分別管理(模式1);車站層面由各線分別管理,線路層面由某條線統(tǒng)一管理(模式2);車站層面由某條線統(tǒng)一管理,線路層面由各線分別管理(模式3);車站及線路層面均由某條線統(tǒng)一管理(模式4)。

運營管理模式會影響設(shè)備系統(tǒng)在車站及線路層面上的運營管理方便性。對于運營管理模式1和模式2,由于設(shè)備系統(tǒng)由多個車站管理主體共同管理,故設(shè)備系統(tǒng)共享部分的使用、管理及維護等的職權(quán)分配要經(jīng)過各方商議。這樣易發(fā)生管理上的混亂和沖突,不僅會降低了運營管理的方便性,還會因特殊情況下應(yīng)急處置不當(dāng)而導(dǎo)致人身及財產(chǎn)損失,甚至發(fā)生災(zāi)難性后果。對于模式3和模式4,設(shè)備系統(tǒng)由1個車站管理主體管理,故設(shè)備系統(tǒng)共享部分在管理上職權(quán)分配明確,有利于系統(tǒng)的運營管理,但管理主體的工作量較大。

2.3 換乘站建設(shè)時序

根據(jù)各條新建線路的建設(shè)時序,換乘站的建設(shè)可分為同期建設(shè)和非同期建設(shè)[8]。同期建設(shè)指換乘站的兩條或多條線路建設(shè)時間和周期大致相近。根據(jù)開通運營的時序,同期建設(shè)的換乘站又可細劃為同期開通換乘站(時序1)和非同期開通換乘站(時序2)。非同期建設(shè)換乘站的建設(shè)時間相差較遠,包括與既有線換乘站(時序3)和遠期節(jié)點預(yù)留車站(時序4)。

對于同期建設(shè)換乘站,由于各線路同期設(shè)計建設(shè),故換乘站的線路之間能進行有效協(xié)調(diào),從而降低換乘站設(shè)備系統(tǒng)資源共享的實施難度,提高共享設(shè)備的利用率,提高運營管理的方便性。對于非同期建設(shè)換乘站,由于各線路的建設(shè)期相差較遠,且車站設(shè)計、建設(shè)及運營管理等階段存在較大的不確定性,故設(shè)備系統(tǒng)實施共享方案的難度較大。因此,在建線路車站的設(shè)計建設(shè)僅涉及對已運營車站的改造及遠期換乘節(jié)點預(yù)留。

2.4 設(shè)備系統(tǒng)接口

設(shè)備系統(tǒng)間有大量的接口以實現(xiàn)系統(tǒng)間監(jiān)控和互聯(lián)互通的功能,提高車站的自動化管理水平。車站設(shè)備系統(tǒng)間的接口從接口功能的角度分為車站運營管理自動化系統(tǒng)與車站本體機電系統(tǒng)之間的接口(接口1)及車站運營管理自動化系統(tǒng)間的接口(接口2)2大類。

通過接口1,自動化系統(tǒng)可實現(xiàn)對相關(guān)機電設(shè)備的自動監(jiān)視和控制。通過接口2,各自動化系統(tǒng)間可實現(xiàn)聯(lián)動及信息共享。相對于標準站,換乘站系統(tǒng)間的聯(lián)系復(fù)雜,接口的種類數(shù)量較多。因此,在設(shè)置換乘站的設(shè)備系統(tǒng)時,必須充分考慮系統(tǒng)間的接口問題。換乘站各自動化系統(tǒng)的共享方案應(yīng)能對機電設(shè)備的控制權(quán)限及可控程度進行合理有效的劃分,同時自動化系統(tǒng)間接口標準制定、接口調(diào)試及聯(lián)動控制功能應(yīng)易于實現(xiàn)。

3 換乘站設(shè)備系統(tǒng)資源共享方案

3.1 資源共享總體方案

雖然不同設(shè)備系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求不同,且涉及車站不同的建筑區(qū)域;但是,各設(shè)備系統(tǒng)資源共享的核心問題是相同的,都是在滿足換乘站運營管理需求的前提下,換乘站選擇是設(shè)置1套設(shè)備系統(tǒng),還是分線設(shè)置多套相同的設(shè)備系統(tǒng)。因此,針對換乘站的各設(shè)備系統(tǒng)提出3種資源共享總體方案。

方案1:各線系統(tǒng)分設(shè)。各線在設(shè)備用房及系統(tǒng)設(shè)備等方面分別設(shè)置,各線設(shè)備系統(tǒng)服務(wù)界面與車站安裝界面或運營管理界面保持一致。當(dāng)設(shè)備系統(tǒng)涉及系統(tǒng)間的互聯(lián)互通時,應(yīng)預(yù)留硬接線或通信接口。

方案2:各線系統(tǒng)部分合設(shè)。各線分別在換乘站設(shè)置各自的設(shè)備系統(tǒng),但是各系統(tǒng)具有共享的組成部分。比如:各系統(tǒng)共用設(shè)備用房,但系統(tǒng)設(shè)備分別設(shè)置;或者依據(jù)車站建筑區(qū)域?qū)⒃撛O(shè)備系統(tǒng)劃分為若干區(qū)域子系統(tǒng),進而將部分區(qū)域子系統(tǒng)納入先期開通的線路設(shè)備系統(tǒng),且將其他區(qū)域子系統(tǒng)分線設(shè)置。當(dāng)設(shè)備系統(tǒng)涉及系統(tǒng)間的互聯(lián)互通時,應(yīng)預(yù)留硬接線或通信接口。

方案3:各線系統(tǒng)合設(shè)。換乘站只設(shè)置1套設(shè)備系統(tǒng),且先期開通線路預(yù)留系統(tǒng)容量及接口,待后期線路開通時再將相應(yīng)系統(tǒng)作為子系統(tǒng)接入車站系統(tǒng)。對于一些監(jiān)控系統(tǒng),由于存在終端設(shè)備監(jiān)視及相關(guān)數(shù)據(jù)掌握的需求,需為換乘線路設(shè)置相關(guān)系統(tǒng)的監(jiān)視工作站。

3.2 方案分析

換乘站運營管理自動化系統(tǒng)和車站機電系統(tǒng)的資源共享較為復(fù)雜?，F(xiàn)分別以2類設(shè)備系統(tǒng)中的空調(diào)冷水系統(tǒng)及火災(zāi)自動報警系統(tǒng)為例,并綜合考慮該換乘站的換乘類型、運營管理模式及建設(shè)時序等影響因素,從運營管理方便性、方案實施難度、方案經(jīng)濟性及系統(tǒng)可靠性等方面對各方案進行綜合對比分析。各方案對比分析結(jié)果如表1所示。

表1 資源共享方案對比分析

3.3 案例分析

以南京地鐵5號線的3座換乘站為例,采用專家調(diào)研及層次分析法[9]對設(shè)備系統(tǒng)資源共享的3種總體方案進行綜合比選。換乘站的具體信息如表2所示。

表2 南京地鐵5號線3座換乘站概況[10]

換乘站的換乘類型、運營管理模式、建設(shè)時序及系統(tǒng)接口對換乘站設(shè)備系統(tǒng)資源共享方案的影響較大。依據(jù)各因素的影響,給出各影響因素下具體的方案評價指標,進而形成多層次指標評價體系(如圖3所示)。

根據(jù)相關(guān)專家對準則層及指標層各指標的相對重要性打分情況來確定所有指標的權(quán)重。然后,結(jié)合專家對具體方案下各指標的評分,利用層次分析法得到各方案的綜合評估值,進而確定最優(yōu)方案。以空調(diào)冷水系統(tǒng)和火災(zāi)報警系統(tǒng)為例,經(jīng)過綜合比選得到的最優(yōu)換乘站設(shè)備共享方案見表3。

4 資源共享方案建議

通過分析,對換乘站設(shè)備系統(tǒng)資源共享的建議如下:

(1) 對于同期建設(shè)的同站廳或同站臺換乘站,當(dāng)車站管理單位為1家時,應(yīng)優(yōu)先考慮各線設(shè)備系統(tǒng)合設(shè)。當(dāng)車站運營管理單位為多家時,各線設(shè)備系統(tǒng)分設(shè)更便于管理,但要考慮系統(tǒng)間接口的設(shè)置,以實現(xiàn)信息互通。

圖3 換乘站設(shè)備系統(tǒng)資源共享方案評價體系

換乘站空調(diào)冷水系統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)方案1方案2方案3方案1方案2方案3三山街站√√下關(guān)站√√新亭路站√√

(2) 對于非同期建設(shè)的換乘站,由于各線設(shè)備系統(tǒng)合設(shè)的實施難度大,系統(tǒng)間接口的兼容性難以保障,且車站改造會影響已開通線路的運營;因此,無論車站有幾家運營管理單位,各線設(shè)備系統(tǒng)分別設(shè)置更有利于車站運營管理。

(3) 對于采用通道換乘的換乘站,由于各線車站建筑結(jié)構(gòu)空間相互獨立,分別設(shè)置各線設(shè)備系統(tǒng)完全能夠滿足運營管理的需求,且方案實施難度較低;故該類換乘站可考慮系統(tǒng)分設(shè),但要確保監(jiān)控系統(tǒng)間的互聯(lián)互通。

隨著我國各大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的迅速推進,換乘站資源共享已經(jīng)成為線網(wǎng)實施中亟待深入研究的課題。

對換乘站的設(shè)備系統(tǒng)資源進行合理的分配和組織,進行集約化的設(shè)計,可從源頭上避免各條線路設(shè)備系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)或改造,可提高設(shè)備使用率,加快運營效率,方便運營管理,節(jié)約建設(shè)和運營成本。

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Resource Sharing of Equipment System Adopted at Urban Rail Transit Transfer Station

MAO Jian, FU Baoming, ZHANG Ning, SHI Qiyu

Reasonable setting of the equipment system at urban rail transit transfer station can not only improve the operation management level,but also avoid repeated investment in equipment system.Firstly,the resource sharing of equipment system at transfer station is briefly introduced, the influencing factors of resource sharing,such as transfer types,operation management modes and construction sequences of transfer station are analyzed;secondly,three resource sharing schemes of equipment system at transfer station are proposed and comparatively analyzed respectively from aspects of reliability,economic efficiency and convenient operation management;finally,corresponding recommendations are proposed.

urban rail transit; transfer station; equipment system; resource sharing

*江蘇省科技廳產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新基金項目(BY2012497);南京地鐵專項科技項目(8550140042)

F 530.7

10.16037/j.1007-869x.2016.12.023

2016-04-06)