換乘站火災(zāi)報(bào)警及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

黃永波

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣州 510010）

1 研究背景

隨著全國城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的快速發(fā)展，不同形式的換乘車站也越來越多。如何對(duì)換乘車站的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)(fire alarm system，F(xiàn)AS)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(building automation system，BAS)、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)(power supervisory control and data acquisition，PSCADA)等底層弱電系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、合理的配置，車站級(jí)FAS、BAS、PSCADA之間如何配合實(shí)現(xiàn)對(duì)換乘站內(nèi)設(shè)備的控制，以保證各系統(tǒng)在正常和災(zāi)害情況下的高效、可靠運(yùn)行，已成為各地城市軌道交通建設(shè)十分重要的研究課題和思考方向。

為了更好地把握換乘車站 FAS、BAS、PSCADA的系統(tǒng)構(gòu)成原則、組網(wǎng)方案、控制方式，必須對(duì)各種形式的換乘車站分類考慮。將換乘車站按票資結(jié)算方式、土建銜接形式以及工程實(shí)施時(shí)間進(jìn)行分類：從票資結(jié)算方式上分為付費(fèi)區(qū)換乘和非付費(fèi)區(qū)換乘方式；從土建銜接形式上分為站臺(tái)換乘、站廳換乘、通道換乘、混合換乘等形式；從工程建設(shè)時(shí)序上分為[1]：換乘各線路土建、機(jī)電設(shè)備和建筑裝修均分期實(shí)施；換乘各線路土建同期實(shí)施，機(jī)電設(shè)備和建筑裝修分期實(shí)施；換乘各線路土建、機(jī)電設(shè)備和建筑裝修均同期實(shí)施。

2 換乘站弱電系統(tǒng)的設(shè)置方式

換乘車站各線路土建、機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)和建筑裝修建設(shè)時(shí)序的不同，對(duì)換乘站機(jī)電設(shè)備及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則影響較大。因此，主要從工程建設(shè)時(shí)序方面對(duì)換乘站FAS、BAS、PSCADA的構(gòu)成原則、組網(wǎng)方案及控制方式的設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。

2.1 土建、機(jī)電和裝修均分期實(shí)施

對(duì)于土建、機(jī)電設(shè)備和建筑裝修均分期實(shí)施的換乘車站通常按各線路單獨(dú)設(shè)置車站控制室[2]，換乘的各線路之間基本上不存在共用的公共空間和機(jī)電設(shè)備，因此，此類換乘車站各機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)置方式較為簡單。

2.1.1 FAS的設(shè)置方式

2.1.1.1 構(gòu)成原則、組網(wǎng)方案

對(duì)于此類換乘車站，由于各線路之間基本不存在共用的物理空間及被控機(jī)電設(shè)備，為便于工程實(shí)施及后期運(yùn)營管理，宜按各線路單獨(dú)設(shè)置 FAS[3]，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)換乘各線內(nèi)火災(zāi)情況探測和相關(guān)設(shè)備監(jiān)控。不同線路的FAS控制盤分別接入各自線路的上層監(jiān)控管理系統(tǒng)。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)不同線路之間的信息互通，兩條線的FAS控制盤之間應(yīng)做接口互聯(lián)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 土建、機(jī)電設(shè)備和建筑裝修均分期實(shí)施的換乘車站FAS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成Fig.1 FAS network of transfer stations with civil engineering，mechanical and electrical equipment， and building decorations implemented in stages

2.1.1.2 控制方式

對(duì)于此種分線設(shè)置 FAS的換乘站，各線路的FAS既能互通火災(zāi)信息，又能保持相對(duì)獨(dú)立的工作。各線路的FAS設(shè)備分別實(shí)現(xiàn)對(duì)其轄區(qū)的火災(zāi)探測報(bào)警及對(duì)轄區(qū)的警鈴、防火卷簾、消防水泵、排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備的直接控制和對(duì)自動(dòng)檢票機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制[4]。同時(shí)，通過底層的互聯(lián)接口，發(fā)生火災(zāi)災(zāi)情的線路將火災(zāi)信息通報(bào)給換乘線路，由其判斷并實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制，包括換乘線路是否需要正壓送風(fēng)、自動(dòng)檢票機(jī)是否需要釋放、空調(diào)大系統(tǒng)是否需要停運(yùn)等。

2.1.2 BAS的設(shè)置方式

2.1.2.1 構(gòu)成原則、組網(wǎng)方案

與FAS同理，對(duì)于此類換乘車站也宜按換乘各線獨(dú)立設(shè)置 BAS，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控。同時(shí)，不論換乘站的建筑形式和防排煙模式設(shè)置方式，各線BAS之間不需要直接進(jìn)行接口通信。災(zāi)害情況下，均作為由換乘各線路的 FAS主導(dǎo)的聯(lián)動(dòng)控制子系統(tǒng)，分別接受各線路 FAS的聯(lián)動(dòng)控制命令，從而達(dá)到指令唯一、界面清晰、接口簡化。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 土建、機(jī)電設(shè)備和建筑裝修均分期實(shí)施的換乘車站BAS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成Fig.2 BAS network of transfer stations with civil engineering，mechanical and electrical equipment， and building decorations implemented in stages

2.1.2.2 控制方式

設(shè)備直接控制權(quán)限按各線設(shè)備由各自的 BAS分別控制；火災(zāi)情況下，全站的消防救災(zāi)權(quán)限將根據(jù)FAS的指令，由各線路分別指揮。

2.1.3 PSCADA的設(shè)置方式

2.1.3.1 構(gòu)成原則、組網(wǎng)方案

與BAS同理，對(duì)于此類換乘車站，車站變電所分期分別建設(shè)，兩條線路的變電所分別向各自線路設(shè)備供電，車站PSCADA亦按線路分別設(shè)置，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)所內(nèi)供電設(shè)備的監(jiān)控。同時(shí)，不論換乘站的建筑形式和防排煙模式設(shè)置方式，各線PSCADA之間不需要直接進(jìn)行接口通信。災(zāi)害情況下，均作為由換乘各線路的FAS主導(dǎo)的聯(lián)動(dòng)控制子系統(tǒng)，分別接受各線路FAS的聯(lián)動(dòng)控制命令，從而達(dá)到指令唯一、界面清晰、接口簡化。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成如圖3所示。

圖3 土建、機(jī)電設(shè)備和建筑裝修均分期實(shí)施的換乘車站PSCADA網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成Fig.3 PSCADA network of transfer stations with civil engineering， mechanical and electrical equipment， and building decorations implemented in stages

2.1.3.2 控制方式

設(shè)備直接控制權(quán)限按各線設(shè)備由各自的 PSCADA分別控制；火災(zāi)情況下，全站的消防救災(zāi)權(quán)限將根據(jù)FAS的指令，由各線路分別指揮。

2.2 土建同期實(shí)施而機(jī)電和裝修均分期實(shí)施

對(duì)于土建同期實(shí)施但各線路機(jī)電設(shè)備和建筑裝修分期實(shí)施的節(jié)點(diǎn)換乘車站，為盡量實(shí)現(xiàn)物理空間的資源共享并便于后期運(yùn)營管理，各線路合設(shè)車站控制室。同時(shí)，此類換乘車站換乘的各線路之間也存在一定的共用的公共空間和機(jī)電設(shè)備。

2.2.1 FAS的設(shè)置方式

2.2.1.1 構(gòu)成原則、組網(wǎng)方案

對(duì)于此類換乘車站，F(xiàn)AS的設(shè)置主要有2種方案。

方案 1：分線路分別設(shè)置 FAS。該方案與土建、機(jī)電設(shè)備和建筑裝修均分期實(shí)施的換乘車站FAS設(shè)置方案相同。

方案 2：整個(gè)車站合設(shè)一套 FAS。該方案由先建線路預(yù)留車站內(nèi)其余后建部分及后建線路相鄰區(qū)間FAS的系統(tǒng)容量，同時(shí)預(yù)留與換乘線路車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通信接口，待后建線路實(shí)施時(shí)，先建線路FAS通過該預(yù)留接口接入后建線路的全線網(wǎng)絡(luò)中，并同時(shí)向各換乘線路的車站級(jí)和中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)告火災(zāi)信息。方案2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成如圖4所示。

圖4 土建同期實(shí)施、機(jī)電設(shè)備和建筑裝修分期實(shí)施的節(jié)點(diǎn)換乘車站FAS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成Fig.4 FAS network of transfer stations with civil engineering aspects implemented synchronously， but mechanical and electrical equipment and building decorations implemented in stages

方案1適用于車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)按車站分別配置且換乘各線路建設(shè)時(shí)序間隔2年以上的情況。方案2適用于車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)按一套系統(tǒng)配置且換乘各線路建設(shè)時(shí)序間隔在2年以內(nèi)的情況。為保證消防驗(yàn)收順利通過，建議盡量采用方案 2，尤其對(duì)于先期開通的線路在下方、后期開通的線路在上方的建筑形式的換乘車站，更應(yīng)采用方案2。

2.2.1.2 控制方式

整個(gè)車站設(shè)置一套FAS時(shí)，該套FAS設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)其轄區(qū)的所有火災(zāi)探測報(bào)警及警鈴、防火卷簾、自動(dòng)檢票機(jī)、消防水泵、排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備的控制。對(duì)共用站廳的換乘方式的車站，任意線路公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)，全站的自動(dòng)檢票機(jī)均須斷電釋放。

2.2.2 BAS的設(shè)置方式

2.2.2.1 構(gòu)成原則、組網(wǎng)方案

與FAS同理，對(duì)于此類換乘車站，在換乘各線路建設(shè)時(shí)序相隔較長的情況下，可按線路分別設(shè)置BAS；在換乘各線路建設(shè)時(shí)序相隔較短的情況下，全站宜盡量合設(shè)一套BAS，并預(yù)留對(duì)后建線路相關(guān)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)容量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)車站及換乘各線路區(qū)間相關(guān)機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控。該套BAS需分別接入換乘各線路的車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，向各換乘線路車站級(jí)和中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)上傳監(jiān)控管理信息。合設(shè)BAS方案系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成如圖5所示。

2.2.2.2 控制方式

對(duì)于此類換乘車站，應(yīng)以先建線路控制為主，后建線路控制為輔。正常情況下，車站及換乘各線區(qū)間設(shè)備均由先建線路監(jiān)控。車站或先建線路區(qū)間發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防救災(zāi)由先建線路統(tǒng)一指揮；后建線路區(qū)間發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防救災(zāi)由后建線路統(tǒng)一指揮。

2.2.3 PSCADA的設(shè)置方式

2.2.3.1 構(gòu)成原則、組網(wǎng)方案

對(duì)于此類換乘車站，變電所設(shè)置可根據(jù)換乘車站的形式進(jìn)行考慮[5]。

當(dāng)車站降壓變電所合設(shè)，牽引變電所分設(shè)時(shí)，車站降壓變電所(含跟隨所)負(fù)責(zé)全站的動(dòng)力及照明供電，PSCADA在先建線路的車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)中集成，由先建線路的電力調(diào)度監(jiān)控管理。換乘各線路的牽引變電所分別設(shè)置，向各自線路牽引供電，互不影響。各線路的PSCADA在各線車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)中集成，由各自的電力調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)控管理。

圖5 土建同期實(shí)施、機(jī)電設(shè)備和建筑裝修分期實(shí)施的節(jié)點(diǎn)換乘車站BAS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成Fig.5 BAS network of transfer stations with the civil engineering aspects implemented synchronously， but mechanical and electrical equipment and building decorations implemented in stages

當(dāng)車站降壓變電所和牽引變電所均分設(shè)時(shí)，換乘各線路的降壓變電所、牽引變電所均單獨(dú)設(shè)置。各線的PSCADA在各線車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)中集成，由各自的電力調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)控管理。

2.2.3.2 控制方式

車站降壓變電所(含跟隨所)合設(shè)、牽引變電所分設(shè)時(shí)，降壓變電所部分的控制權(quán)限歸入先建成開通運(yùn)營線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)，由先建成開通運(yùn)營線路的電力調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)控管理；牽引變電所部分由各線路的電力調(diào)度系統(tǒng)分別監(jiān)控管理。

兩條系統(tǒng)的降壓變電所、牽引變電所等均單獨(dú)設(shè)置時(shí)，其控制權(quán)限均分屬各自線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)。各線PSCADA在各線車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)中集成，分別由各自的電力調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)控管理。

2.3 土建、機(jī)電和裝修均同期實(shí)施

對(duì)于土建、機(jī)電設(shè)備和建筑裝修均同期實(shí)施的節(jié)點(diǎn)換乘車站，最利于實(shí)現(xiàn)物理空間和機(jī)電設(shè)備的資源共享，也更便于后期的運(yùn)營管理。對(duì)于此類換乘車站，通常采用各線路合設(shè)車站控制室的方式。

2.3.1 FAS的設(shè)置方式

2.3.1.1 構(gòu)成原則、組網(wǎng)方案

對(duì)于此類換乘車站，可整個(gè)車站合設(shè)一套 FAS，管轄范圍包括整個(gè)換乘車站及換乘各線路的相鄰區(qū)間。FAS控制盤同時(shí)接入各換乘線路的車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，向各換乘線路車站級(jí)和中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)告火災(zāi)信息。

2.3.1.2 控制方式

整個(gè)車站設(shè)置一套FAS時(shí)，F(xiàn)AS設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)轄區(qū)的所有火災(zāi)探測報(bào)警及警鈴、防火卷簾、自動(dòng)檢票機(jī)、消防水泵、排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備的控制。對(duì)共用站廳的換乘車站，任意線路公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)，全站自動(dòng)檢票機(jī)均須斷電釋放。對(duì)于中央級(jí)的監(jiān)控管理權(quán)限，以換乘線路中客流較大的線路為主，管轄整個(gè)車站及該線所在線路的區(qū)間；以其他線路為輔，僅管轄該線所在線路的區(qū)間。

2.3.2 BAS的設(shè)置方式

2.3.2.1 構(gòu)成原則、組網(wǎng)方案

與FAS同理，對(duì)于此類換乘車站，可整個(gè)車站合設(shè)一套BAS，管轄范圍包括整個(gè)換乘車站及換乘各線路的相鄰區(qū)間。該套BAS同時(shí)接入各換乘線路的車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，向各換乘線路車站級(jí)和中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)上傳監(jiān)控管理信息。

2.3.2.2 控制方式

一般情況下，BAS對(duì)車站通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)、小系統(tǒng)、水系統(tǒng)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)(包括車站隧道和相鄰區(qū)間隧道)設(shè)備及其他相關(guān)機(jī)電設(shè)備的控制均由站級(jí)聯(lián)動(dòng)完成。

火災(zāi)情況下，對(duì)車站通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)、小系統(tǒng)、水系統(tǒng)設(shè)備及其他相關(guān)機(jī)電設(shè)備的控制由站級(jí)聯(lián)動(dòng)完成，對(duì)隧道通風(fēng)系統(tǒng)(包括車站隧道和相鄰區(qū)間隧道)設(shè)備的控制由所在線路中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)布指令，站級(jí)BAS執(zhí)行聯(lián)動(dòng)完成。對(duì)于中央級(jí)的監(jiān)控管理權(quán)限，以換乘線路中客流較大的線路為主，管轄換乘各線共用的站廳公共區(qū)、專用的車站區(qū)域及區(qū)間隧道，以其他線路為輔，僅管轄該線所在線路專用的車站區(qū)域及區(qū)間隧道。對(duì)于同站臺(tái)平行換乘的車站(例如廣州地鐵沙園站、嘉禾站)，需由車站人工確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)的實(shí)際具體位置，并與其所在線路的控制中心取得聯(lián)系，由控制中心發(fā)布指令，站級(jí)BAS執(zhí)行完成聯(lián)動(dòng)控制功能。

2.3.3 PSCADA的設(shè)置方式

2.3.3.1 構(gòu)成原則、組網(wǎng)方案

此類換乘車站的降壓變電所可統(tǒng)一設(shè)置，由客流較大的線路負(fù)責(zé)整個(gè)車站變電所的建設(shè)；換乘各線路的牽引變電所分別設(shè)置，分別向各自線路牽引供電，互不影響。各線的PSCADA亦分別設(shè)置。

2.3.3.2 控制方式

車站降壓變電所和客流較大的線路(以下簡稱A線)的牽引變電所由A線PSCADA監(jiān)控，A線PSCADA在A線車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)中集成，由A線的電力調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控指揮，并預(yù)留接入換乘線路(以下簡稱B線)車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口，B線電力調(diào)度系統(tǒng)具有監(jiān)視權(quán)；B線的牽引變電所PSCADA單獨(dú)設(shè)置，并在B線車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)中集成，由B線電力調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控指揮。

3 結(jié)語

綜上所述，在城市軌道交通工程中FAS、BAS、PSCADA等弱電子系統(tǒng)的設(shè)置需綜合考慮土建、機(jī)電設(shè)備和建筑裝修等不同專業(yè)的建設(shè)時(shí)序以及線路特點(diǎn)、換乘形式、空間布局等多方面的因素。論述中僅涉及目前為止出現(xiàn)的幾種主要、典型情況下的換乘站的FAS、BAS、PSCADA的設(shè)置方式和建議，希望起到一定的借鑒作用。在具體的換乘車站設(shè)計(jì)過程中，還需根據(jù)實(shí)際的外部因素和內(nèi)部條件全方位地分析和決策，以求達(dá)到最合理、最優(yōu)化的配置，從而最大限度地提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和運(yùn)營管理的高效性。