城市軌道交通智慧車站設(shè)施設(shè)備集約化布置方案研究

方迎利

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200070）

1 引言

智慧車站是《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》指出的我國城市軌道交通高質(zhì)量建設(shè)、智慧化發(fā)展重要方向之一，具備場景化、智能化、人性化等特點(diǎn)。智慧車站建設(shè)分為新建及既有車站改造2種情況，需要根據(jù)智慧車站的功能要求，細(xì)化其設(shè)施設(shè)備布局方案，以適應(yīng)智慧服務(wù)、智慧管理需求。為提供更加全面、智能的專家式一體化應(yīng)用功能，智慧車站設(shè)施設(shè)備布置應(yīng)滿足多功能、集約化設(shè)置要求，以提高運(yùn)營、客服和線路設(shè)備維保效率，進(jìn)而提升線路運(yùn)營的安全性和高效性。

目前，國內(nèi)許多城市軌道交通紛紛開展智慧車站建設(shè)實(shí)踐。上海地鐵推出智慧車站服務(wù)，乘客可通過Metro大都會(huì)APP，實(shí)時(shí)查看各條線路的平均滿載率、列車車廂擁擠度等信息。深圳地鐵以14號(hào)線的建設(shè)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，建立了基于建筑信息模型+地理信息系統(tǒng)（BIM+GIS）的城市軌道交通項(xiàng)目云平臺(tái)系統(tǒng)。廣州地鐵在21號(hào)線的天河站已有智慧化建設(shè)成果。但以上實(shí)踐多為針對(duì)運(yùn)營管理中的痛點(diǎn)在既有車站進(jìn)行的附加功能構(gòu)建，對(duì)于如何在新建線路及車站中結(jié)合智慧車站功能要求進(jìn)行車站設(shè)施設(shè)備集約化布置的研究較少。

為此，本文從智慧車站設(shè)施設(shè)備組成及功能需求出發(fā)，通過分析其集約化布置的必要性，采用設(shè)備集中、管理集中的模塊化布局理念，從云平臺(tái)及車站設(shè)施設(shè)備2方面提出相關(guān)布置方案，以期為促進(jìn)城市軌道交通智慧車站的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)提供參考和借鑒。

2 智慧車站設(shè)施設(shè)備組成及功能需求

2.1 設(shè)施設(shè)備組成

智慧車站是建設(shè)智慧城市軌道交通的重要環(huán)節(jié)，體現(xiàn)狀態(tài)感知、數(shù)據(jù)管控、自動(dòng)診斷、業(yè)務(wù)閉環(huán)和持續(xù)進(jìn)化等特點(diǎn)，由信息感知層、執(zhí)行層、應(yīng)用層3部分組成。

（1）信息感知層。該層包括通信、信號(hào)、空調(diào)、照明、消防、通風(fēng)、供電、門禁、環(huán)境傳感、影像采集等具體設(shè)備，是保證智慧車站正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)設(shè)備，可為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

（2）執(zhí)行層。該層包括火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、站臺(tái)門系統(tǒng)（PSD）、視頻監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV），以及培訓(xùn)、資產(chǎn)管理、辦公自動(dòng)化、施工管理、生產(chǎn)管理等系統(tǒng)，為智慧車站的運(yùn)行提供基礎(chǔ)環(huán)境及安全保障。

（3）應(yīng)用層。該層為智慧車站運(yùn)控系統(tǒng)，通過實(shí)施程序化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、標(biāo)準(zhǔn)化的智慧車站運(yùn)控程序，并實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的終端業(yè)務(wù)展示，保障車站運(yùn)行安全。

而實(shí)現(xiàn)智慧車站建設(shè)布局的關(guān)鍵點(diǎn)在于構(gòu)建智慧車站運(yùn)控系統(tǒng)，即采用系統(tǒng)化方法將各分散的自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)結(jié)為一個(gè)有機(jī)的整體，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集、處理、共享、分析、挖掘平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通各專業(yè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)采集、信息互通、資源共享、高效聯(lián)動(dòng)，促進(jìn)各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，增強(qiáng)其應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件的應(yīng)變能力，提高其為乘客服務(wù)的水平。智慧車站運(yùn)控系統(tǒng)可通過以下2種方式實(shí)現(xiàn)。

（1）獨(dú)立新建。即在綜合監(jiān)控、通信、AFC、自動(dòng)扶梯、安檢等各系統(tǒng)原有功能的基礎(chǔ)上，新增若干業(yè)務(wù)功能，并建設(shè)統(tǒng)一的智慧車站運(yùn)控系統(tǒng)用于展現(xiàn)、監(jiān)控、管理相關(guān)業(yè)務(wù)功能。新建系統(tǒng)的軟、硬件是獨(dú)立于綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）存在的。此方案需根據(jù)車站級(jí)、線路級(jí)智慧車站運(yùn)控系統(tǒng)的不同需求設(shè)置相應(yīng)的機(jī)房，并優(yōu)化車站的建設(shè)布局。

（2）拓展原有ISCS功能。即利用原有ISCS資源，提升其硬件在數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)方面的能力，將其升級(jí)為集數(shù)據(jù)采集、處理、共享、分析、挖掘功能于一身的一體化平臺(tái)，為運(yùn)營生產(chǎn)、資源管理、乘客服務(wù)管理等提供基礎(chǔ)設(shè)施、軟件應(yīng)用、載體、數(shù)據(jù)、信息安全、存儲(chǔ)等各方面的服務(wù)。此方案無需獨(dú)立部署新的硬件資源，新增功能所需空間少，僅需對(duì)原有ISCS占用空間進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 功能需求

智慧車站主要有以下3種功能需求。

（1）智慧乘客服務(wù)。即提供高質(zhì)量、人性化、精準(zhǔn)化的服務(wù)，包括無感出行、智能掃地機(jī)器人、車廂擁擠度顯示、車廂溫度顯示、智慧app、車站電子導(dǎo)向屏、車站內(nèi)各位置的綜合信息屏、站臺(tái)軌行區(qū)廣告信息屏、站臺(tái)門綜合信息屏、智慧廁所、站內(nèi)指示投影、出入口動(dòng)態(tài)投影等功能需求。

（2）運(yùn)營生產(chǎn)支持。即提供精細(xì)化、高效化的智能應(yīng)用，以支持運(yùn)營生產(chǎn)，包括智慧安檢、客流分析預(yù)測、人員管理、環(huán)境在線檢測、人臉識(shí)別進(jìn)入設(shè)備區(qū)、人臉識(shí)別過邊門、視頻分析聯(lián)動(dòng)、智能開關(guān)站、能耗管理、應(yīng)急管理、車控室一體化、智慧培訓(xùn)等功能需求。

（3）智慧設(shè)備維保。即提供實(shí)時(shí)、全面、可靠的設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)及維修方案，包含數(shù)字化運(yùn)維、檢車線線上調(diào)度管理等功能需求。

3 智慧車站設(shè)施設(shè)備集約化布置的必要性

隨著城市軌道交通的建設(shè)規(guī)模越來越大，其基礎(chǔ)設(shè)施分散、網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)、系統(tǒng)缺乏強(qiáng)有力安全保障、運(yùn)維管理復(fù)雜的缺點(diǎn)也日益凸顯。為解決以上問題，智慧車站關(guān)鍵系統(tǒng)——智慧車站運(yùn)控系統(tǒng)應(yīng)采用云計(jì)算、虛擬存儲(chǔ)等技術(shù)統(tǒng)一構(gòu)建計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源。為此，應(yīng)建設(shè)城市軌道交通信息管理云平臺(tái)，整合多個(gè)專業(yè)的信息，滿足虛擬化、彈性計(jì)算、高等級(jí)安全性等要求。云平臺(tái)的物理硬件采用二級(jí)（即線網(wǎng)級(jí)和車站級(jí)）建設(shè)方式，其中車站通過虛擬化技術(shù)，構(gòu)建各自系統(tǒng)的虛擬機(jī)及數(shù)據(jù)中心。其弱電設(shè)備多、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)、集成度高，對(duì)機(jī)房條件、供電、接地等均有要求，必須集約化布置以滿足上述要求。為使相關(guān)通信線纜及接口能夠可靠地發(fā)揮作用，還需要對(duì)設(shè)備的布置和安裝進(jìn)行系統(tǒng)性、集約化的統(tǒng)籌安排。

此外，對(duì)車站機(jī)房內(nèi)的ISCS、公安通信、AFC、專用通信等專業(yè)設(shè)備進(jìn)行部分或全部整合，實(shí)施模塊化的集中設(shè)置，可以化零為整，有效節(jié)約空間、減少建設(shè)投資。

4 設(shè)施設(shè)備集約化布置方案

4.1 云平臺(tái)相關(guān)設(shè)施設(shè)備

由于智慧車站運(yùn)控系統(tǒng)采用云計(jì)算、虛擬存儲(chǔ)等技術(shù)統(tǒng)一構(gòu)建計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源，因此應(yīng)考慮在運(yùn)營控制中心（OCC）集中建設(shè)線網(wǎng)級(jí)信息管理云平臺(tái)，由其數(shù)據(jù)中心承載和分配線網(wǎng)中所有相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源。目前，國內(nèi)呼和浩特、武漢、深圳等城市已開始相關(guān)實(shí)踐。例如，呼和浩特市城市軌道交通建設(shè)管理有限責(zé)任公司按照中國城市軌道交通協(xié)會(huì)推薦的“13531架構(gòu)”建設(shè)一朵云；深圳市地鐵集團(tuán)有限公司建設(shè)工控云和管理云，統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)信息管理。

除在OCC集中建設(shè)線網(wǎng)級(jí)云平臺(tái)外，還應(yīng)在車站（場段）部署邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)資源共享并保障車站（場段）的獨(dú)立自主運(yùn)營，同時(shí)在云平臺(tái)數(shù)據(jù)中心設(shè)置車站（場段）級(jí)資源池，作為車站（場段）級(jí)節(jié)點(diǎn)的備用。

在硬件設(shè)備部署方面，傳統(tǒng)OCC設(shè)置存在以下問題：各線路硬件資源分散，設(shè)備和機(jī)房的利用率偏低；能耗過高；系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜、運(yùn)維人員偏多；各系統(tǒng)數(shù)據(jù)相對(duì)獨(dú)立，難以實(shí)現(xiàn)資源共享。為解決上述問題，在建設(shè)云平臺(tái)時(shí)，應(yīng)注意各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合，統(tǒng)一布置機(jī)房，以提高設(shè)備利用率、減小機(jī)房面積、降低能耗和維護(hù)難度。根據(jù)測算，若單線建設(shè)數(shù)據(jù)中心需設(shè)置服務(wù)器70臺(tái)，若3條線共建數(shù)據(jù)中心需設(shè)置超200臺(tái)服務(wù)器，但如果采用云化部署則僅需設(shè)置云主機(jī)約50臺(tái)，節(jié)省硬件資源超過70%，在減小機(jī)房空間的同時(shí)，也降低了能耗及軟硬件維護(hù)、資產(chǎn)管理等成本。因此，線網(wǎng)級(jí)資源應(yīng)基于云平臺(tái)部署。在每個(gè)車站級(jí)云節(jié)點(diǎn)可部署4面機(jī)柜，設(shè)置于其弱電設(shè)備機(jī)房內(nèi)；在每個(gè)場段級(jí)云節(jié)點(diǎn)可部署6～7面機(jī)柜，設(shè)置于其弱電設(shè)備機(jī)房內(nèi)。

對(duì)于不間斷電源（UPS）室的設(shè)置，云平臺(tái)主中心按照蓄電池后備時(shí)間120 min、容量雙機(jī)冗余2×250 kVA設(shè)置；備用中心按照蓄電池后備時(shí)間120 min、容量雙機(jī)冗余2×200 kVA設(shè)置。因此，云平臺(tái)主備中心UPS室應(yīng)按照250 m2布置。

4.2 車站設(shè)施設(shè)備

車站是城市軌道交通運(yùn)營管理體系中的最基本單元，智慧車站設(shè)施設(shè)備布置及建筑布局可按照以下方案進(jìn)行優(yōu)化。

（1）將原客服中心改造升級(jí)為智能客服中心。將票亭、票房售票機(jī)、乘客自助終端、智能咨詢終端、人臉注冊(cè)終端等設(shè)施進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，并可接入人工語音客服坐席，使智能客服中心具備票務(wù)辦理、信息查詢、乘客服務(wù)、人臉注冊(cè)等功能。為此，需升級(jí)既有車站服務(wù)器，使其滿足遠(yuǎn)程音視頻交互、錄音錄像、地圖導(dǎo)航等多種功能需求。

（2）車控室布置在運(yùn)營工區(qū)，安裝綜合后備盤（IBP）、列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）終端、ISCS終端、消防主機(jī)、電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)、應(yīng)急照明疏散主機(jī)和消防電源監(jiān)視主機(jī)等設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)行車組織和消防監(jiān)控，并設(shè)置值班站長和行車值班員。

（3）將原有的警務(wù)室、工作室、站長室、站務(wù)工作室等功能用房整合為綜合辦公室，以集中辦公區(qū)域、節(jié)約資源并便于管理。

5 結(jié)語

本文在分析智慧車站設(shè)施設(shè)備組成及功能需求的基礎(chǔ)上，提出集約化布置方案：在云平臺(tái)設(shè)施設(shè)備方面，主要考慮硬件設(shè)備及UPS的空間優(yōu)化部署；在車站設(shè)施設(shè)備方面，強(qiáng)調(diào)資源及設(shè)備的集約化整合。相關(guān)布置方案在滿足智慧車站應(yīng)集成人工智能、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)的需求的同時(shí)，對(duì)車站空間、人群客流、設(shè)備數(shù)據(jù)等統(tǒng)籌考慮，可有效提升城市軌道交通車站的自動(dòng)化和智能化水平，改善乘客出行體驗(yàn)，提高車站人員工作效率。