城市軌道交通換乘站設備系統的資源共享*

毛 建 付保明 張 寧 石琦玉

(1.南京地下鐵道有限責任公司,210008,南京;2.東南大學智能運輸系統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備系統的資源共享*

毛 建1付保明2張 寧2石琦玉2

(1.南京地下鐵道有限責任公司,210008,南京;2.東南大學智能運輸系統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)

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

城市軌道交通; 換乘站; 設備系統; 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,軌道交通網絡化運營管理的趨勢和需求明顯[1-2]。作為軌道交通線網的錨固點,換乘站的建設與運營管理一直是關注的重點。傳統的換乘站機電設備系統設計方案以線路為單位,分別配置各線的車站設備系統。這樣雖能基本滿足運營管理的要求,但換乘站設備系統資源利用率較低,且可能存在設備重復配置、工程重復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備系統配置及運營管理提出了更高的要求。

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

1 換乘站設備系統資源共享簡介

1.1 車站設備系統

車站設備是城市軌道交通系統中的一線設備,涉及到多個專業系統。根據各系統的業務差異,可將車站設備系統分為3大類:①與行車管理相關的設備系統(包括牽引變電所、電力監控、信號系統、專用電話系統及屏蔽門系統等);②與車站運營管理相關的自動化系統(包括防災報警、環境與設備監控、自動售檢票、防災報警、門禁及綜合監控等);③與車站本體相關的機電系統(包括降壓變電所、通風空調、給排水、氣體滅火及動力照明等)。

1.2 資源共享內容

對于換乘站而言,不同線路間的資源共享涉及到空間、設備、平臺及管理4個層次的內容。

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

設備層次:對同類的機電設備等硬件進行共享,可使用1套或者統一接口標準的設備來滿足換乘站各線路對同類設備的需求。可減少車站設備的數量,提高設備的利用效率。

平臺層次:對換乘站各線路同一設備系統的業務操作平臺進行共享。各線路可使用統一標準的業務平臺來實現本系統設備的監控及其他相關業務的處理,并滿足各線路車站設備系統在各種工況下的運營管理需求。

管理層次:在空間、設備及操作平臺共享的基礎上,對換乘站的管理信息整合、管理人員配置、業務處理流程等方面進行優化。可方便管理單位的運營管理,使換乘車站整體的運營效率得到進一步提升。

鑒于不同設備系統的業務功能及系統構成存在差異,故不同設備系統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],因此換乘站內不同線路間與行車管理相關的設備系統可相互獨立;但考慮到網絡化運營管理的需求,則相關設備系統還應相互兼容。與車站本體相關的機電系統,其共用設備用房和設備能有效地減少建筑面積及設備數量,節省初期投資。該類系統資源共享重點在于空間及設備層次的共享。與車站運營管理相關的各自動化系統,其設備系統結構組成相對復雜,故其資源共享涉及到空間、設備、業務平臺及運營管理等多個層面。因此,應著重研究車站運營管理自動化系統和車站本體機電系統的資源共享。

1.3 資源共享設計

當前,許多城市通過制定軌道交通相關設備系統技術標準,統一系統的網絡架構、接口標準以及設備制式等,來保證線網系統的互聯互通和資源共享[5]。這為換乘站設備系統的資源共享提供了保障。

作為線網設備系統的結點,換乘站設備系統資源共享是軌道交通線網資源共享的重要組成部分。設計時應以線網技術標準為基礎,以方便運營管理為核心,充分考慮技術的發展和可持續性,深入分析資源共享的影響因素,并結合資源共享內容以及換乘站的規劃建設和運營情況,對可行方案進行綜合分析評價,從而確定最優設計方案。

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構,且會形成不同形式的共用區域。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,通過站臺實現換乘。同站廳及同站臺兩線換乘站的車站部分建筑結構是一體的,且兩線共用公共區域。而通道換乘站的車站結構是分離的,并通過換乘通道相連。

作為設備系統設計的基礎,車站建筑結構為各設備系統的設備安裝及線路布設提供空間并預留管道。一體化的建筑結構提供了較多的車站共用區域,為設備系統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過程中,其一體化的建筑結構通常需要一定的工程預留。這也為資源共享條件下后期設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系統間的互聯。

2.2 換乘站運營管理模式

對于一般標準車站而言,設備系統一般采用“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 標準站設備系統管理模式

由圖2可知,標準站的設備系統有且僅有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點,需要確定其設備系統由其中的某條線管理主體負責統一管理,還是由各線的管理主體分別管理。換乘站設備系統有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一管理(模式2);車站層面由某條線統一管理,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一管理(模式4)。

運營管理模式會影響設備系統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,由于設備系統由多個車站管理主體共同管理,故設備系統共享部分的使用、管理及維護等的職權分配要經過各方商議。這樣易發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急處置不當而導致人身及財產損失,甚至發生災難性后果。對于模式3和模式4,設備系統由1個車站管理主體管理,故設備系統共享部分在管理上職權分配明確,有利于系統的運營管理,但管理主體的工作量較大。

2.3 換乘站建設時序

根據各條新建線路的建設時序,換乘站的建設可分為同期建設和非同期建設[8]。同期建設指換乘站的兩條或多條線路建設時間和周期大致相近。根據開通運營的時序,同期建設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)。非同期建設換乘站的建設時間相差較遠,包括與既有線換乘站(時序3)和遠期節點預留車站(時序4)。

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

2.4 設備系統接口

設備系統間有大量的接口以實現系統間監控和互聯互通的功能,提高車站的自動化管理水平。車站設備系統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與車站本體機電系統之間的接口(接口1)及車站運營管理自動化系統間的接口(接口2)2大類。

通過接口1,自動化系統可實現對相關機電設備的自動監視和控制。通過接口2,各自動化系統間可實現聯動及信息共享。相對于標準站,換乘站系統間的聯系復雜,接口的種類數量較多。因此,在設置換乘站的設備系統時,必須充分考慮系統間的接口問題。換乘站各自動化系統的共享方案應能對機電設備的控制權限及可控程度進行合理有效的劃分,同時自動化系統間接口標準制定、接口調試及聯動控制功能應易于實現。

3 換乘站設備系統資源共享方案

3.1 資源共享總體方案

雖然不同設備系統的業務需求不同,且涉及車站不同的建筑區域;但是,各設備系統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,換乘站選擇是設置1套設備系統,還是分線設置多套相同的設備系統。因此,針對換乘站的各設備系統提出3種資源共享總體方案。

方案1:各線系統分設。各線在設備用房及系統設備等方面分別設置,各線設備系統服務界面與車站安裝界面或運營管理界面保持一致。當設備系統涉及系統間的互聯互通時,應預留硬接線或通信接口。

方案2:各線系統部分合設。各線分別在換乘站設置各自的設備系統,但是各系統具有共享的組成部分。比如:各系統共用設備用房,但系統設備分別設置;或者依據車站建筑區域將該設備系統劃分為若干區域子系統,進而將部分區域子系統納入先期開通的線路設備系統,且將其他區域子系統分線設置。當設備系統涉及系統間的互聯互通時,應預留硬接線或通信接口。

方案3:各線系統合設。換乘站只設置1套設備系統,且先期開通線路預留系統容量及接口,待后期線路開通時再將相應系統作為子系統接入車站系統。對于一些監控系統,由于存在終端設備監視及相關數據掌握的需求,需為換乘線路設置相關系統的監視工作站。

3.2 方案分析

換乘站運營管理自動化系統和車站機電系統的資源共享較為復雜。現分別以2類設備系統中的空調冷水系統及火災自動報警系統為例,并綜合考慮該換乘站的換乘類型、運營管理模式及建設時序等影響因素,從運營管理方便性、方案實施難度、方案經濟性及系統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,采用專家調研及層次分析法[9]對設備系統資源共享的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、建設時序及系統接口對換乘站設備系統資源共享方案的影響較大。依據各因素的影響,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)。

根據相關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重。然后,結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,進而確定最優方案。以空調冷水系統和火災報警系統為例,經過綜合比選得到的最優換乘站設備共享方案見表3。

4 資源共享方案建議

通過分析,對換乘站設備系統資源共享的建議如下:

(1) 對于同期建設的同站廳或同站臺換乘站,當車站管理單位為1家時,應優先考慮各線設備系統合設。當車站運營管理單位為多家時,各線設備系統分設更便于管理,但要考慮系統間接口的設置,以實現信息互通。

圖3 換乘站設備系統資源共享方案評價體系

換乘站空調冷水系統火災報警系統方案1方案2方案3方案1方案2方案3三山街站√√下關站√√新亭路站√√

(2) 對于非同期建設的換乘站,由于各線設備系統合設的實施難度大,系統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,各線設備系統分別設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構空間相互獨立,分別設置各線設備系統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分設,但要確保監控系統間的互聯互通。

隨著我國各大城市軌道交通網絡化建設的迅速推進,換乘站資源共享已經成為線網實施中亟待深入研究的課題。

對換乘站的設備系統資源進行合理的分配和組織,進行集約化的設計,可從源頭上避免各條線路設備系統的重復建設或改造,可提高設備使用率,加快運營效率,方便運營管理,節約建設和運營成本。

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[5] 王健,黃亮,張寧,等.南京軌道交通線網AFC系統技術規程編制[J].都市快軌交通,2011,24(2):99-102.

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[10] 南京地鐵集團有限公司.南京城市軌道交通建設規劃(2014—2020)[R],南京:南京地鐵集團有限公司,2013.

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

*江蘇省科技廳產學研聯合創新基金項目(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)