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)動等方面。其中，換乘站節(jié)點(diǎn)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）平臺結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能必須滿足正常情況下各線路相對獨(dú)立運(yùn)營管理，災(zāi)害情況下實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度和指揮的運(yùn)營需求。

1 工程概述

西安地鐵3號線全長50.5km，共設(shè)車站32座，分兩期建設(shè)。3號線一期工程為魚化寨至保稅區(qū)段，線路全長39.15km，共設(shè)車站26座（19座地下車站、7座高架車站，其中換乘站6座）。另設(shè)車輛段及綜合維修基地、停車場各1座?？刂浦行呐c1、2號線合設(shè)。

3號線一期工程中的6座換乘站分別為科技路站（與規(guī)劃6號線換乘）、小寨站（與2號線換乘）、大雁塔站（與規(guī)劃4號線換乘）、青龍寺站（與規(guī)劃5號線換乘）、咸寧站（與規(guī)劃6號線換乘）和通化門站（與地鐵1號線換乘）。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)劃，為方便運(yùn)營管理，3號線換乘站和其換乘線路的ISCS分別設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)各自車站級ISCS功能。換乘站各相關(guān)子系統(tǒng)根據(jù)換乘車站各線路建設(shè)時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號線換乘車站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，換乘站是一個建筑整體，發(fā)生災(zāi)害時，整個車站的防災(zāi)設(shè)備需要統(tǒng)一調(diào)度；從地鐵運(yùn)營角度看，換乘站是多條地鐵線路的節(jié)點(diǎn)站，車站發(fā)生火災(zāi)時對各線均有影響，須各條線路共同管理。因此，換乘站ISCS的設(shè)置對地鐵運(yùn)營至關(guān)重要。

換乘站的換乘方式大致分為站臺換乘、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、站臺層公共區(qū)：建議車控室、ISCS合設(shè)。

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

（3）分期建設(shè)，共用站廳、站臺層公共區(qū)：建議車控室、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、站廳分設(shè)或站廳層有換乘公共區(qū)：建議車控室、ISCS分設(shè)，正常情況下各線路獨(dú)立運(yùn)營，災(zāi)害情況下實(shí)現(xiàn)聯(lián)動功能。

地鐵3號線的6座換乘站中，除小寨站為分期建設(shè)外，其它5座車站均為同期建設(shè)。同時，該6座車站均采用車站上下立交的T型站廳換乘布局，站臺分線設(shè)置，站廳通過各線的換乘集散廳和過道相連，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（PSD）、信號及專用通信（如傳輸、專用電話等）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)營管理需求，在確保運(yùn)營安全、方便運(yùn)營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)營管理主體管理的設(shè)備系統(tǒng)，應(yīng)盡可能各個換乘線路合設(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)營管理主體管理的設(shè)備系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)施，各個換乘線路應(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，不僅會降低管理效率，還會因特殊情況下應(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，站廳合并或通過換乘集散廳連接；站臺層空間完全分開，各線路通過電梯垂直換乘或通過站廳平行換乘。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)及本線路站臺層的運(yùn)營管理，非運(yùn)營管理主體單位則負(fù)責(zé)其所轄線路站臺層工作。西安地鐵目前開通以及在建的地鐵線路均歸屬同一運(yùn)營公司管理，因此不存在運(yùn)營管理界面拆分的問題。

2.3 平臺設(shè)置方案

結(jié)合換乘站ISCS的設(shè)置原則、運(yùn)營管理界面劃分，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的平臺集成系統(tǒng)方案如下：

方案一：將換乘車站定位為一個完整的車站，同期設(shè)計(jì)、同期施工。在先開通的線路中設(shè)置一套ISCS，將該換乘車站的每一個弱電系統(tǒng)統(tǒng)一接入本站的綜合監(jiān)控平臺。該站ISCS同時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)營有關(guān)的系統(tǒng)功能整合在一個人機(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，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)車站換乘形式、運(yùn)營管理模式和車站建設(shè)時序等因素，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)營屬地原則，由ISCS設(shè)置相應(yīng)的控制權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對各自監(jiān)控所轄范圍內(nèi)的設(shè)備實(shí)施控制，對非所轄范圍內(nèi)設(shè)備實(shí)施監(jiān)視。同時交互報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)跨線聯(lián)動功能。

方案四：不同線路獨(dú)立設(shè)置ISCS，機(jī)電系統(tǒng)根據(jù)車站換乘形式、運(yùn)營管理模式和車站建設(shè)時序等因素，按線分別設(shè)置，接入各自對應(yīng)的車站級ISCS，由各線ISCS對接入子系統(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)通過接口，交互實(shí)時狀態(tài)和報(bào)警信息，從而實(shí)現(xiàn)跨線聯(lián)動。

根據(jù)3號線換乘站的換乘方式，有條件進(jìn)行換乘站主體車站的同期建設(shè)，且換乘線路隸屬于同一運(yùn)營公司管理，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號線換乘站平臺集成方案，除2、3號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，需要通過接口向鄰站轉(zhuǎn)發(fā)的信息大致如下（具體信息將根據(jù)運(yùn)營需求調(diào)整）：

PSCADA：400VⅠ／Ⅱ段饋線開關(guān)位置、狀態(tài)（如低壓設(shè)備供電有引自鄰線400V開關(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、防煙分區(qū)火警、氣滅區(qū)火警、區(qū)間手報(bào)、專用排煙風(fēng)機(jī)狀態(tài)等信息。

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

AFC（自動售檢票）：運(yùn)營模式、各類閘機(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（列車自動監(jiān)控）：軌道占用超時信息。

3.2 換乘站聯(lián)動功能

3.2.1 火災(zāi)聯(lián)動

換乘站發(fā)生火災(zāi)時，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，相關(guān)線路亦進(jìn)入火災(zāi)運(yùn)行模式?；馂?zāi)模式下，F(xiàn)AS聯(lián)動BAS、ISCS、ACS（門禁系統(tǒng)）、AFC，通過ISCS聯(lián)動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)時各系統(tǒng)聯(lián)動邏輯圖

FAS分設(shè)：通道換乘車站各線FAS由各線設(shè)置并負(fù)責(zé)管理；若換乘車站雖同期設(shè)計(jì)但因建設(shè)周期相距較長未能同期施工，F(xiàn)AS也按各線的管轄范圍進(jìn)行設(shè)置。此時，由多個系統(tǒng)完成整個車站的防災(zāi)報(bào)警和防災(zāi)設(shè)施的聯(lián)動控制，換乘接口可采用站級或中央級。正常工況時，ISCS通過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)車站或區(qū)間相應(yīng)區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災(zāi)報(bào)警時，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)動和綜合監(jiān)控聯(lián)動；同時，通過換乘接口，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)動和綜合監(jiān)控聯(lián)動。

FAS合設(shè)：同廳或同臺換乘車站按照建筑個體設(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。由先開通線路設(shè)置FAS主控制器，并以先開通車站控制室作為車站的消防值班室；后開通線路設(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，由一個系統(tǒng)完成防災(zāi)報(bào)警和防災(zāi)設(shè)施的聯(lián)動控制。

BAS分設(shè)：通道換乘車站各線BAS由各線設(shè)置并負(fù)責(zé)管理，若換乘車站雖同期設(shè)計(jì)但因建設(shè)周期相距較長未能同期施工，BAS也按各線的管轄范圍進(jìn)行設(shè)置。由多個系統(tǒng)配合FAS完成整個車站的消防聯(lián)動控制。換乘接口可采用站級或中央級。正常工況時，ISCS通過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)車站或區(qū)間相應(yīng)區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災(zāi)報(bào)警時，所屬線路FAS工作站收到火災(zāi)報(bào)警信息后，分別聯(lián)動本線路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)：同廳或同臺換乘車站按照建筑個體設(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。由先開通線路設(shè)置BAS可編程邏輯控制（PLC）主控制器，后開通線路BAS設(shè)置遠(yuǎn)程I／O模塊箱，通過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，從而由一個系統(tǒng)完成與FAS的消防聯(lián)動控制。

3.2.2 阻塞聯(lián)動

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

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

BAS分設(shè)：換乘站某條線路的ISCS檢測到該線路ATS的阻塞報(bào)警信號后，通過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，以自動或半自動方式啟動相應(yīng)阻塞聯(lián)動。各線ISCS聯(lián)動所接線路BAS系統(tǒng)啟動阻塞通風(fēng)模式，同時聯(lián)動各自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，由一個系統(tǒng)完成阻塞聯(lián)動時的模式下發(fā)和相關(guān)通風(fēng)設(shè)備啟動。當(dāng)某條線路的ISCS檢測到該線路ATS的阻塞報(bào)警信號后，通過換乘接口將該阻塞報(bào)警轉(zhuǎn)發(fā)至鄰線ISCS，聯(lián)動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接口方案（見圖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號線和3號線換乘站，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，可以采用子系統(tǒng)直接互聯(lián)，再通過各線前端處理器（FEP）與車站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，對各線路SISCS的軟硬件無需改動，僅需進(jìn)行數(shù)據(jù)庫和畫面組態(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)無互聯(lián)能力時，可通過各線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，同時需要對各線FEP擴(kuò)展相應(yīng)的硬件接口，并進(jìn)行接口軟件開發(fā)。

方式三：SISCS的FEP互聯(lián)。通過各線路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，不涉及單個子系統(tǒng)，是車站級的數(shù)據(jù)交換。各線FEP需進(jìn)行接口軟件開發(fā)，適用于不同廠家的SISCS互聯(lián)。

方式四：SISCS－SISCS互聯(lián)。是站級SISCS服務(wù)器層級互聯(lián)方案。不同廠家的SISCS間采用該互聯(lián)方式時，可分別在其SISCS出口加設(shè)接口服務(wù)器實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。該方式可簡化為在雙方車站服務(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車站以太網(wǎng)交換機(jī)。如圖3方式④。采用該方式時，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號線建設(shè)時同期實(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

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

［3］西安市地下鐵道有限責(zé)任公司.西安地鐵3號線一期工程（魚化寨－保稅區(qū)）綜合監(jiān)控系統(tǒng)招標(biāo)文件［G］.西安：西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，2013.

［4］姚國華，張寧.張曉軍.城市軌道交通換乘站綜合監(jiān)控平臺的構(gòu)建［J］.城市軌道交通研究，2011（1）：66.

［5］張文澗.地鐵換乘車站運(yùn)營管理界面及機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)設(shè)置原則分析［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2010（1）：45.

［6］高軍章，趙曄飛.換乘站綜合監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)探討［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2009（4）：24.

［7］楊保東，孫靜.北京軌道交通換乘站通信系統(tǒng)資源共享［J］.都市快軌交通，2011（5）：58.

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