地鐵既有站換乘改造通信系統(tǒng)升級方案研究

梁海英，王玉杰

（1.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100068；2.城市軌道交通全自動運(yùn)行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京市重點(diǎn)實驗室，北京 100068；3.北京市市政四建設(shè)工程有限責(zé)任公司，北京 100037）

1 研究背景

中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，帶動全國地鐵大規(guī)模建設(shè)，地鐵網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營日漸成熟，同時伴隨著地鐵線網(wǎng)中的換乘節(jié)點(diǎn)越來越多[1]。由于規(guī)劃或?qū)嶋H條件限制等原因，早期建設(shè)的線路較少考慮到后期換乘，因此，在新線建設(shè)過程中，往往伴隨著因新建線路交叉帶來的既有車站換乘改造和升級[2]，包括站臺結(jié)構(gòu)改造、綜合監(jiān)控等設(shè)備改造、機(jī)房改造和一些換乘功能改造等[3-4]。其中，通信傳輸系統(tǒng)的擴(kuò)容、升級改造也是既有站改造建設(shè)工程的重點(diǎn)之一。

通信傳輸系統(tǒng)在城市軌道交通的建設(shè)過程中起重要作用，它關(guān)系到民用信息、專用信息和公安信息的傳輸。與這些信息相對應(yīng)的3 類城市軌道交通通信系統(tǒng)為民用通信系統(tǒng)、專用通信系統(tǒng)和公安通信系統(tǒng)[5]。民用通信系統(tǒng)的應(yīng)用場景為電信運(yùn)營商與軌道交通的合作，可以為乘客提供可靠且高質(zhì)量的通信服務(wù)。專用通信系統(tǒng)為軌道交通的管理應(yīng)用和指揮行車提供服務(wù)。公安通信系統(tǒng)使公安通信網(wǎng)延伸于軌道交通。通信傳輸系統(tǒng)在軌道交通建設(shè)與發(fā)展過程中十分重要，這不僅在以上的三類通信系統(tǒng)中得以體現(xiàn)，還在一些具體的軌道交通運(yùn)營業(yè)務(wù)上體現(xiàn)，比如車站里的自動售檢票、地鐵上的視頻播放和及時的站點(diǎn)播報等。因此，如果通信傳輸系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題，可能會導(dǎo)致重要信息的丟失，從而嚴(yán)重影響城市軌道交通安全。

既有站與新建站換乘改造工程，首先對通信系統(tǒng)提出了擴(kuò)容要求。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及5G 通信新技術(shù)的應(yīng)用，對地鐵通信系統(tǒng)的速率、傳輸帶寬等也提出了升級要求，因此，對既有站通信傳輸系統(tǒng)的升級改造方案設(shè)計尤為重要。本文針對這一需求，探討既有站通信傳輸系統(tǒng)升級改造的核心需求及主要應(yīng)用技術(shù)問題，并就換乘站改造帶來的通信設(shè)備改移以及通信擴(kuò)容需求進(jìn)行探討，提出公安傳輸系統(tǒng)增強(qiáng)型MSTP 建設(shè)方案和骨干傳輸系統(tǒng)OTN 建設(shè)方案。并以北京市新建昌南線與既有10 號線西土城站形成的換乘站的通信系統(tǒng)升級改造進(jìn)行方案應(yīng)用。方案實現(xiàn)了在不影響既有線運(yùn)營前提下，按照升級改造需求，設(shè)計了通信系統(tǒng)擴(kuò)容改造方案，包括通信系統(tǒng)安裝調(diào)試方案、系統(tǒng)倒切方案以及因為系統(tǒng)改造帶來的通信機(jī)房遷移方案。該實際工程案例驗證了本文所提方案的合理性，為未來各類既有站換乘改造的通信系統(tǒng)升級工程提供參考。

2 地鐵通信系統(tǒng)概述及改造需求

2.1 地鐵通信系統(tǒng)概述

作為城市軌道交通重要的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之一，公安傳輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)公安通信系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)的業(yè)務(wù)為：運(yùn)行控制中心與公安分局、車站警務(wù)站、公安分局和派出所之間的傳輸，包含公安計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、公安無線、公安電源、公安電話和公安視頻等子系統(tǒng)業(yè)務(wù)[6]。

地鐵民用通信系統(tǒng)延伸了運(yùn)營商的地面通信服務(wù)，將其引入地鐵范圍內(nèi)，以便乘客在地下空間也可以享受到與地上空間無差異的通信服務(wù)。作為其基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，傳輸系統(tǒng)不但為后續(xù)新增的業(yè)務(wù)預(yù)留了資源，還為各系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)和基站提供傳輸通道[7]。

2.2 既有站通信系統(tǒng)升級改造需求分析

在地鐵建設(shè)中，既有線與新建站構(gòu)成的換乘站結(jié)構(gòu)各異，但通信系統(tǒng)的升級改造設(shè)計因秉承與既有站一致的原則，從而可以保證系統(tǒng)建設(shè)的一致性和兼容性，也可以保證既有站在升級改造中能正常運(yùn)營和系統(tǒng)順利倒切。

1) 換乘站互聯(lián)互通需求。分析新建站的互聯(lián)互通具體需求，從換乘站出入口、站臺、換乘通道、扶梯、付費(fèi)區(qū)、安檢機(jī)售票區(qū)等關(guān)鍵區(qū)域的視頻傳輸要求，電話線、電纜、配電等管路改造要求，廣播等系統(tǒng)升級要求等多需求出發(fā)，以新建站與既有站互聯(lián)互通為目標(biāo)，對通信系統(tǒng)擴(kuò)容和升級開展需求對標(biāo)設(shè)計。

2) 多業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。改造要滿足多種業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，包括：支持車站控制室、公安安全室、主備控制中心、派出所等關(guān)鍵區(qū)域的視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)需求；滿足換乘通道改造帶來的付費(fèi)區(qū)變化、出入口增加等的通信業(yè)務(wù)應(yīng)用需求；支持廣播網(wǎng)管系統(tǒng)升級改造后新增設(shè)備的網(wǎng)管需求；支持民用機(jī)房、公安機(jī)房、安全門控制室、步梯、扶梯等改擴(kuò)建或者新增區(qū)域的視頻監(jiān)控通信需求；支持無線傳輸需求。

3) 技術(shù)需求。雖然在城市軌道交通建設(shè)過程中，提出了各種可參考的通信系統(tǒng)改造升級方案，但是隨著通信技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品也在不斷升級迭代中，從早期的同步數(shù)字體系發(fā)展為近期軌道交通通信系統(tǒng)中應(yīng)用的多業(yè)務(wù)傳送平臺(multi-service transport platform，MSTP)。如廣州地鐵14 號線就采用了增強(qiáng)型MSTP[8]。MSTP 具有多業(yè)務(wù)支持能力，同時實現(xiàn)時分復(fù)用技術(shù)(time-division multiplexing，TDM)、異步傳輸，是一個可以實現(xiàn)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接入和傳遞的可靠、靈活的綜合數(shù)據(jù)傳送平臺。

增強(qiáng)型MSTP 綜合傳輸平臺改進(jìn)了傳統(tǒng)模式下的MSTP，支持TDM 管道和分組數(shù)據(jù)硬管道的靈活配置，實現(xiàn)了多業(yè)務(wù)平行隔離、完全物理隔離的綜合傳送。OTN(optical transport network，光傳輸網(wǎng)絡(luò))作為光纖傳輸技術(shù)，帶寬大，具備光層調(diào)度能力，而且對電層業(yè)務(wù)的兼容性很高[6-8]，解決了多業(yè)務(wù)、高帶寬、可靠性和網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)等需求，是民用通信傳輸系統(tǒng)的最佳選擇。

3 西土城既有站換乘通信系統(tǒng)升級改造案例

3.1 項目概述

北京市新建昌南線西土城站與既有10號線西土城站形成換乘，該站位于北土城西路、知春路與西土城路交叉路口南側(cè)，車站沿西土城路東側(cè)輔路南北向設(shè)置。與呈東西走向的既有站構(gòu)成換乘關(guān)系。兩站通過兩條8.3 m 凈寬的雙向換乘通道實現(xiàn)換乘，換乘通道由昌南線西土城站的地下一層站廳層小端，連接至10號線地下二層站廳層的付費(fèi)區(qū)。換乘平面如圖1 所示。

圖1 換乘平面Figure 1 Plan diagram of the transfer station

3.2 通信系統(tǒng)升級改造需求分析

10 號線西土城站為兩端三層明挖中間單層暗挖的端進(jìn)式10 m 島式車站，車站規(guī)模小，在前期建設(shè)中沒有預(yù)留換乘條件，而且目前僅在東西端廳分別設(shè)置了1 組樓扶梯(一部上行扶梯與一部2.2 m 的樓梯)，設(shè)施通行能力有限，不能滿足車站預(yù)期客流量。因此，在換乘站設(shè)計中，重點(diǎn)涉及3 部分改造內(nèi)容，具體如圖2 所示。換乘通道與10 號線交界處，側(cè)墻開洞，對應(yīng)位置站內(nèi)房間需要改移；10 號線西土城站站廳站臺樓梯數(shù)量不足，增加樓梯，對應(yīng)位置站內(nèi)房間需要改移；因換乘需要，10 號線西土城站站廳清空，改為付費(fèi)區(qū)，閘機(jī)、安檢移至各出入口地面廳或地下廳，對應(yīng)出入口改造。

圖2 東側(cè)站廳改造平面布置Figure 2 Reconstruction plan of east station hall

結(jié)構(gòu)上的改造帶來了車站設(shè)備系統(tǒng)升級改造，主要包含以下系統(tǒng)：通風(fēng)系統(tǒng)；給排水及消防；安檢系統(tǒng)；動力照明及供電；站臺門系統(tǒng)；自動售檢票系統(tǒng)；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；火災(zāi)自動報警系統(tǒng)；環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)；電梯以及通信系統(tǒng)等。

通信系統(tǒng)是各類系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息傳輸?shù)耐ǖ溃虼?，上述換乘方案對三類通信系統(tǒng)的升級改造帶來具體的需求，包括對專用通信系統(tǒng)的改造需求，涉及話務(wù)系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、綜合監(jiān)控、廣播、CCTV、自動售檢票系統(tǒng)、綜合布線、網(wǎng)絡(luò)既有系統(tǒng)改造升級；對公安及民用通信系統(tǒng)技術(shù)提出升級擴(kuò)容需求。

因為既有站新增換乘口，原有設(shè)備機(jī)房拆除帶來了公安通信機(jī)房和民用通信機(jī)房的改移和通信設(shè)備移設(shè)及新設(shè)，包括重新敷設(shè)原通信機(jī)房引入及引出的線纜，并對通信橋架進(jìn)行改移及新設(shè)等工作。

3.3 專用通信系統(tǒng)改造內(nèi)容及實施方案

1) 專用通信系統(tǒng)改移涉及的主要內(nèi)容：①其他設(shè)備移設(shè)引起的通信終端設(shè)備的改移及新設(shè)；②出入口改造引起的通信終端設(shè)備的改移及新設(shè)；③既有閘機(jī)、售票機(jī)、安檢機(jī)等改移引起的通信終端設(shè)備的改移及新設(shè)；④售票亭拆建引起的通信終端設(shè)備的改移及新設(shè)，以及車站專用電話值班操作臺軟件調(diào)整；⑤新增樓梯、換乘口及垂直電梯改移引起的通信終端設(shè)備的改移及新設(shè)；⑥新增攝像機(jī)引起的專用視頻監(jiān)控系統(tǒng)及公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)容。

2) 移除及通信恢復(fù)工作執(zhí)行步驟如下：

Step1：拆除站臺門設(shè)備室內(nèi)的AP 箱；抽出線纜并做好標(biāo)記，各點(diǎn)位電源線及主電源線重新敷設(shè)至專用通信設(shè)備室，AP 箱利舊安裝至通信機(jī)房內(nèi)，然后完成線纜成端及測試(不需要根據(jù)土建進(jìn)度決定，可以優(yōu)先完成遷移)。優(yōu)先敷設(shè)到新公安機(jī)房的線槽，至于各個出入口的新線槽、線管敷設(shè)需要根據(jù)土建進(jìn)度決定。

Step2：二次結(jié)構(gòu)完成后拆除站內(nèi)利舊攝像機(jī)、廣播；抽出線纜并做好標(biāo)記，各點(diǎn)位電源線、網(wǎng)線重新敷設(shè)至新點(diǎn)位；同時完成新增攝像機(jī)、廣播的線纜敷設(shè)；安裝對應(yīng)點(diǎn)位的攝像機(jī)、廣播，成端完成及測試(根據(jù)土建進(jìn)度決定)。

Step3：拆除B、D 兩個出入口及東側(cè)站臺電話分線箱，抽出線纜并做好標(biāo)記；待土建二次結(jié)構(gòu)完成后，各個點(diǎn)位的線纜重新敷設(shè)至改移后的分線盒；成端完成及測試(根據(jù)土建進(jìn)度決定)。

Step4：拆除時鐘，抽出線纜并做好標(biāo)記；重新從專用通信設(shè)備敷設(shè)電源及控制線至新點(diǎn)位，安裝時鐘，完成及測試。

3.4 公安及民用通信系統(tǒng)技術(shù)升級及接口方案

地鐵10 號線建成于2008 年，作為北京第二條環(huán)形地鐵線路，客運(yùn)量居北京地鐵線路之首。為了保障線路正常運(yùn)行，在既有站改造過程中，地鐵在該站甩站運(yùn)行。因此，通信系統(tǒng)的設(shè)備改移(安裝調(diào)試、系統(tǒng)倒切等)不能影響整體線路正常通信需求[9-10]。同時，車站通信傳輸設(shè)備使用年限較長，部分設(shè)備已停產(chǎn)，部分設(shè)備老舊，已經(jīng)影響了通信系統(tǒng)的后期使用[11]?？紤]到當(dāng)前通信技術(shù)的發(fā)展和5G 業(yè)務(wù)要求，在此次通信系統(tǒng)升級改造過程中，有必要升級技術(shù)，預(yù)留5G 業(yè)務(wù)的接入能力。因此提出公安傳輸系統(tǒng)增強(qiáng)型MSTP 建設(shè)方案和骨干傳輸系統(tǒng)OTN 建設(shè)方案，并新增一套5G系統(tǒng)滿足換乘站人流熱點(diǎn)區(qū)域的大容量通信需求[12]。

根據(jù)通信機(jī)房電源端口分布、業(yè)務(wù)端口規(guī)劃、直放站內(nèi)設(shè)備配置、機(jī)房線纜分布、線纜規(guī)格型號和線纜敷設(shè)等要求建設(shè)條件，設(shè)計公安機(jī)房內(nèi)配分布如圖3 所示，民用機(jī)房內(nèi)配分布如圖4 所示。

圖3 公安機(jī)房內(nèi)配分布明細(xì)Figure 3 Details of distribution in the public security equipment room

圖4 民用機(jī)房內(nèi)配分布明細(xì)Figure 4 Details of distribution in the civil equipment room

3.5 公安及民用通信系統(tǒng)改造實施方案

待新建公安及民用通信機(jī)房施工完成后，通信機(jī)房內(nèi)線纜橋架、配電箱、線纜敷設(shè)等就可以進(jìn)行改移和設(shè)備升級工作。考慮到換乘站改造不能影響既有線路的運(yùn)行，所有設(shè)備拆遷改移必須在窗口期快速開展，首先，設(shè)備停啟測試3 min，測試確定設(shè)備電源已全部斷開后，進(jìn)行線纜、設(shè)備拆除移設(shè)。具體移除及通信恢復(fù)工作執(zhí)行步驟如下：

Step1：光纜熔接盤整體移至ODF 機(jī)柜下，拆走ODF 機(jī)柜安裝到新機(jī)房，新機(jī)房ODF 柜新增ODF 子框(老機(jī)房舊ODF 子框占用，新機(jī)房需新設(shè)ODF 子框，并提前熔接完成)，需要提前將新敷設(shè)電纜室移至新公安機(jī)房主干光纜成端并完成線纜測試。

Step2：提前完成無線機(jī)柜、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、視頻柜及配套電源柜安裝。安裝完成后接地組網(wǎng)完成，接上正式電源，各系統(tǒng)分路電源成端完成并加上正式電源。系統(tǒng)中各個數(shù)據(jù)線需要纜成端，以確保各個系統(tǒng)可以正常運(yùn)行，即移設(shè)一臺調(diào)好一臺。

Step3：各建設(shè)小組做好光纜倒接配合工作，確保上掛。下掛站及控制中心、運(yùn)營商機(jī)房設(shè)備運(yùn)行正常后，電纜間切斷原有光纜進(jìn)行有業(yè)務(wù)光纜倒接，同時進(jìn)行設(shè)備端口倒接。

Step4：倒接完成后，各相關(guān)車站及機(jī)房確認(rèn)無故障，完成倒接工作。最后進(jìn)行線纜整理，貼標(biāo)識。

4 結(jié)束語

本文針對既有站換乘節(jié)點(diǎn)改造帶來的通信系統(tǒng)升級和設(shè)備改移等進(jìn)行方案研究，討論了公安、民用和專用通信系統(tǒng)升級和通信設(shè)備的改移方案，并提出了增強(qiáng)型MSTP 和OTN 建設(shè)方案，新增5G 系統(tǒng)滿足換乘站人流熱點(diǎn)區(qū)域通信需求?；诒本┎暇€西土城新建站與10 號線既有線換乘具體工程應(yīng)用案例進(jìn)行了探討。

在既有站換乘通信系統(tǒng)升級改造中，需要面向換乘改造通信具體需求進(jìn)行方案設(shè)計，不僅要選擇安全可靠且成本適宜的方案，也要緊跟新技術(shù)發(fā)展，能夠支持未來的通信業(yè)務(wù)需求和技術(shù)承載、支持和擴(kuò)展。