交通建筑智能化系統設計要點探討

龍海珊

(湖南省建筑設計院有限公司,長沙 410012)

0 引言

隨著國民經濟和智慧城市的發展,快節奏、高效率成為現代城市最顯著的特征,一日往返雙城甚至多城已成為一種新的生活模式。 飛機、輪船、火車、汽車等交通工具在這些快速運轉的城市之間運行,交通建筑作為整個交通運輸服務體系的重要節點,是小至城鎮、大至國家的“大門”,其重要性日益凸顯。

如何構建交通建筑的智能化系統,為國家和城鎮的“大門”裝上聰明的“大腦”,成為智慧城市建設的重要課題。 本文結合工程實踐,分析和探討交通建筑智能化系統設計的相關重點問題,僅供各位同行參考。

1 建筑特點及智能化需求分析

從古代的驛站、碼頭到現代的民用機場航站樓、港口客運站、城市軌道交通站等,交通建筑都是聯系城市交通最重要的基礎設施。 而涵蓋了諸如所在地域、交通建筑分類及等級、客流量分析、安全和保安等重要問題都是在進行智能化設計時所需要了解的信息。

1.1 交通建筑特點

交通建筑是為交通運輸服務的公共建筑,其類型包括民用機場航站樓、鐵路旅客車站、汽車客運站、港口客運站、綜合交通樞紐站、城市軌道交通站等,一般具有如下特點。

(1)多為城市地標建筑,建筑內多為高大空間,建筑師對其美觀要求非常高,智能化系統等機電設備的管線敷設具有極大的挑戰性。

(2)建筑內部功能復雜,不同類型交通建筑的工藝流程各有特點,其業務系統具有極強的專業性和針對性,且對運營效率的要求非常高。

(3)人員密集,交通建筑是典型的以流動人口為主的人員密集場所,出現任何突發事件都會造成極強的社會影響,因此對安保工作要求很高。

1.2 建筑智能化需求分析

隨著城市的發展,交通建筑逐漸從單一交通功能發展為集交通、商業、餐飲、辦公于一體的綜合性建筑,其智能化工程建設的根本目的是滿足不同業態下的建筑功能需求以及人員需求。 工作和管理人員需要工作高效快捷,入駐商戶希望提高盈利能力,廣大乘客則對良好的候機、候車環境和服務體驗感有強烈的需求。 總而言之,交通建筑是通過智能化基礎平臺的建設,實現建筑內互聯網、物聯網、云計算、大數據、智能控制和智能終端的總集成和統一控制,以滿足高效運營、智能出行為基本目標,全面實現建筑內管理、安全以及服務的智慧化。

2 系統整體架構

交通建筑是為人服務的,其智能化設計的基本理念是以人為本、數據共享、提高效率,最大限度滿足旅客、管理及工作人員、商業經營者的不同需求。 為實現上述目標,需要深度分析交通建筑類型、規模和管理模式,合理采用先進技術進行頂層設計,采用標準化協議搭建一個靈活先進、安全可靠、具有開放性、可擴充性、可持續發展的網絡平臺。

交通建筑智能化系統通常包括信息設施系統、安全防范系統、建筑設備管理系統、智能化集成系統、信息化應用系統和機房工程六個部分。 圖1 為典型的交通建筑智能化系統整體架構圖。

圖1 交通建筑智能化系統整體架構

交通建筑中的信息化應用系統包括公共服務、智能卡應用、物業管理、信息設施運行管理、信息安全管理、基本業務辦公等通用系統和專業業務辦公系統,各業務系統通過智能化系統集成平臺實現統一控制與管理,集成平臺示意如圖2 所示。 從圖2中可以看出,民用機場航站樓、鐵路客運站、城市軌道交通站、汽車客運站等不同類型的交通建筑分別有其特殊的專業業務系統。

3 系統設計重點

不同類型交通建筑的工藝流程和運營特點各有不同,其智能化系統及要求亦各有側重,但對網絡安全、建筑安全、人員安全以及時間準確的保障是所有交通建筑智能化系統設計的重點。

圖2 交通建筑智能化信息管理集成平臺示意圖

3.1 規模分級及相關系統配置要求

智能化系統設計的第一步是明確建筑規模及其定位。 《交通建筑電氣設計規范》根據不同類型交通建筑的特點對其規模進行了明確的等級劃分,如表1～3 所示。

民用機場航站樓建筑等級分類 表1

在智能化系統涉及的眾多子系統中,規范對于智能化集成、廣播、建筑設備監控等系統的設置提出了具體要求。 (1)智能化集成系統:Ⅱ類及以上民用機場航站樓、特大型鐵路旅客車站、大型綜合交通樞紐站應設置;Ⅲ類民用機場航站樓、大型鐵路旅客車站、城市軌道交通站宜設置。 (2)廣播系統:Ⅲ類及以上民用機場航站樓、大型及以上鐵路旅客車站、大型綜合交通樞紐站廣播系統應實現多信源、多通道、多廣播區同時廣播。 Ⅱ類及以上民用機場航站樓宜以自動廣播為主、本地廣播為輔(優先級較高)。 (3)建筑設備監控系統:Ⅳ類及以上民用機場航站樓、大型及以上鐵路旅客車站、大型綜合交通樞紐站、軌道交通站、磁浮列車站、一級港口客運站應設置此系統。

3.2 網絡系統

網絡系統是所有智能化系統的核心和基礎,交通建筑網絡系統的設計重點是網絡安全和無線網的設置。

現代交通建筑的各智能化子系統高度互聯互通、信息高度集成、大數據平臺應用迅猛,在此大趨勢下,保障網絡信息安全至關重要。 一般系統可基于業務的安全區域對網絡進行劃分和隔離,以航站樓為例,可根據業務類型劃分信息集成網、無線網、離港網、安防網、建筑設備監控網、綜合業務網、對外業務網等,各網絡相互獨立、物理隔離。 網絡安全措施包括明確網絡安全保護等級、安全區域的劃分與隔離、防護措施以及安全管理。 網絡安全的核心之一是防護,目前比較有效的措施是針對重要核心業務部署防火墻和IPS,實現雙層防護。 在安全區域邊界部署防火墻,進行網絡訪問控制,實現基礎的區域安全隔離。 同時,應部署統一網管實現對全網防火墻、IPS 的統一配置管理和安全審計。

不論機場還是客運站、車站,候客大廳往往是旅客聚集之地,也是大量商戶經營的場所,人員流動性強。 傳統無線網絡的設置存在同頻干擾嚴重、信號不穩定、處理能力和傳輸帶寬低等問題,高密場景中不合理的AP 布防易產生相互干擾,網絡規劃成為棘手難題。 無線網絡高蜜蜂窩覆蓋方案能有效解決上述難點和痛點。 通過高密度的無線覆蓋、雙頻部署和專業網規等技術手段,可以實現AP功率的平衡分布,有效改善同頻干擾,滿足交通建筑中商戶及乘客信號漫游切換不中斷、人員導航、資產定位管理等多種需求,使人們獲得良好的終端業務體驗。

3.3 安全防范系統

前文已述,安防系統是交通建筑的重中之重。設計首先應對風險對象等級進行評估,同時全面分析建筑類型、規模、交通主要流線,以構筑一個全方位、立體化、人性化的安全防范網。 對于高風險保護對象,其安全防范工程應采用專用傳輸網絡(專線和虛擬專用網)。

安全防范系統包括視頻監控、入侵報警、出入口控制、電子巡查、安全檢查、電子巡查、停車場管理、安全防范管理平臺、應急響應等子系統。以民用機場為例,其安全防范系統總體架構如圖3 所示。

圖3 民用機場安全防范系統總體架構圖

安全防范系統設計的總體思路是全過程實現事前防范與預處理、事中處理、事后追溯及總結。事前預防包括周界入侵檢測與判定、異常行為檢測與判定、熱點區域分析與智能疏導、可疑人物檢測與監控跟蹤,這是安防系統設計的重點。 事中處理包括流程化的事件快速響應機制、多部門自動協調聯動、任務自動派發等。 事后追溯總結包括優化監控管理分析策略、數據分析與管理、形成統一安防知識庫等。

由于交通建筑體量大、人員多,因此在安防布控上首先要對熱點區域、重點防范區域進行分析,在這些區域采用人臉識別、智能分析(如人流量監測、異常行為分析)等技術,通過分析前端攝像機采集的視頻數據實現人臉識別、周界防護、遺留物檢測、物品移走檢測、逆行檢測、人數統計、人群密度檢測等功能,對異常行為進行前期預警,使視頻監控系統具備主動防控功能。

3.4 安檢信息系統

交通建筑內人員密集、情況復雜,安全檢查是保證建筑和人員安全的重要措施,安檢信息系統是交通建筑區別于普通建筑需設置的主要智能化系統之一。

安檢信息系統的主要功能有旅客信息獲取、行李X 光圖像采集、可疑開包管理、 旅客照片采集/布控、行李狀態提示、手提可疑行李開包日志管理等。系統采用網絡架構,通過安檢網進行信號傳輸,并接入交通建筑安檢視頻監控系統中統一管理,要求保證監控圖像資料存儲時間為90 天。

各類交通建筑對安檢信息系統的末端設備設置有明確的要求。 以民用機場航站樓為例,系統要求在安檢通道工位設置報警按鈕,接入就近攝像機報警;在通道上設置拾音器,接入就近攝像機進行語音監控。 在每個安檢通道、回流通道、旅客排隊區、安檢通道之后均需設置數個攝像機。 有一條強制性條文需要特別注意:對成像式人體安檢設備,對其顯示圖像應具有人體隱私保護功能。

3.5 GPS 時鐘系統

交通建筑的特點決定其對時鐘系統有著嚴格的要求,“不差分毫”是交通建筑業務系統正常運行的最基本保障,GPS 時鐘系統也因此成為交通建筑中最重要的基礎信息設施之一。

GPS 時鐘系統能實現時間輸入、輸出、顯示、調控、設備校時、監控管理等功能,系統所需通信線路由綜合網布線系統提供。 設計中一般采用二級或三級組網方式,根據有關規范要求,對于Ⅲ類及以上民用機場航站樓宜采用三級組網方式,因此目前運營中的大部分機場的GPS 時鐘系統都應采用三級組網方式。 時鐘系統中心母鐘主機一般設置在控制中心,應采用一主一備的熱備份方式。 圖4 為系統工作原理圖。

圖4 GPS 時鐘系統工作原理圖

子鐘可采用數字子鐘或模擬子鐘,不同類型交通建筑對子鐘設置場所有不同要求,如民用機場航站樓應在值機廳、候機廳、到達廳、到達行李提取廳等處設置同步校時的子鐘,軌道交通車站應在站廳層、站臺層、車控室、環控室、電控室、站長室、警務室及其他與行車直接相關的辦公室等處設置子鐘。

3.6 智能化前沿技術應用

隨著移動通信、物聯網、云計算、大數據、人工智能等現代信息技術的不斷發展,各類智能化前沿技術也廣泛應用于現代交通建筑中,其中大數據平臺和物聯網的應用最為成熟。

大數據采集、分析和處理技術的進步使大量分散于不同地域、不同時間段的數據能夠在同一信息平臺上實現交互和共享,集中為某一物、某一事、某一目標服務。 如目前首都機場、虹橋機場、浦東機場等機場管理中均借助了GIS 空間庫建設和大數據平臺,機場內部、航空公司、服務代理公司、地勤、空中導航服務供應商、空中流量管理單位實現了對機場、空管、航空公司、其他駐場機構的數據及機場范圍內的環境等信息的交換、融合和共享、管理。 大數據平臺的應用可以切實提高機場各部門之間的協同工作效率,對航班晚點等突發事件進行快速響應,保證機場航班的準點率。

LORA、NB-IOT 等各類低功耗、窄帶寬物聯網技術產品的成熟應用,使“萬物互聯”成為可能,其中最有代表性的應用之一是現代機場、港口客運站等建筑中廣泛采用的基于RFID 的行李再確認系統。系統采用RFID 技術標記并定位行李,使行李在民航運輸中可追蹤,從而降低行李在運輸過程中的丟失率。 系統可以提高行李分揀速度,實現對行李的動態監控,在裝卸操作、值機操作和系統錯誤三個方面有超強糾錯能力。

4 設計中需要注意的問題

2010 年以來,智能化系統的相關規范、標準日益增多。 根據筆者不完全統計,國家現行的智能化系統相關標準中強制性條文多達近百條,其中2018版《安全防范工程技術標準》的強制性條文就有27條。 錯看、漏看強制性條文往往導致圖紙質量不高、關鍵技術不能有效把控與落實,這對智能化系統設計的規范化、標準化和精細化提出了更高的要求。 筆者以交通建筑為例,梳理總結了智能化系統設計中需要注意的若干問題。

4.1 強制性條文問題

(1)防范恐怖襲擊重點目標的視頻圖像信息保存期限應≥90d,其他目標的視頻圖像信息保存期限應≥30d。

防范恐怖襲擊重點目標的界定由JT/T 961-2015《交通運輸行業反恐怖防范基本要求》有關規定負責,許多大型交通建筑如客流集散量30 萬人次/日及以上的綜合客運交通樞紐、一級道路客運站、一級港口客運站等均屬于防恐怖特別重要目標。

(2)總建筑面積＞20 000m2的公共建筑或建筑高度＞100m 的建筑所設置的應急響應系統,必須配置與上一級應急響應系統信息互聯的通信接口。由于交通建筑一般規模較大,因此這條規范條文適用于大多數交通建筑。

(3)火災隱患地區使用的緊急廣播傳輸線路及其線槽(或線管)應采用阻燃材料,用于火災隱患區的緊急廣播揚聲器應使用阻燃材料或具有阻燃后罩結構。 在設計中應注意當傳輸線纜為光纜時應采用阻燃光纜。

(4)出入口控制系統執行部分的輸入電纜在該出入口的對應受控區、同級別受控區或高級別受控區外的部分,應封閉保護,其保護結構的抗拉伸、抗彎折強度應不低于鍍鋅鋼管。 設計應明確說明或在圖紙上對此條要求應標注清楚。

4.2 設計合理性問題

(1)交通建筑往往跨距大、空間高,傳統弱電間的規劃很難滿足90m 限制的要求,建筑整體性及美觀性要求使增加管井變得尤為困難,這時需要合理增加CP 設置,也可考慮采用全光網或者無源光局域網系統。

(2)交通建筑常采用天窗式設計,因此在布置攝像機、顯示屏等末端設備時應考慮光線的影響,盡量避免逆光照射。 當實際工程中客觀條件受限制時,也可采用寬動態攝像機予以改善。

(3)視頻監控存儲需與前端攝像機分辨率匹配,不能降低碼流進行存儲。

(4)智能化系統設計應特別關注與其他專業的配合,保證相互提供資料的準確性,對建筑設備監控、智能照明、背景音樂及緊急廣播等系統應統一設計,避免出現設計盲區或重復設計。

(5)智能化集成系統集成專業多、接口多、涉及產品多,系統設計應統籌規劃,對各子系統產品接口作出精細化要求,以免在施工、采購環節發生矛盾糾紛。

(6)由于目前大部分工程的監理單位缺少智能化專業人才,應提前建議業主針對智能化系統作第三方檢測,以確保系統工程質量。

5 結束語

當代交通建筑正向著性能綠色化、功能復合化發展,對智能化技術也提出了新的要求。 在“互聯網+”時代,云網融合技術、大數據平臺與GIS 空間庫建設、物聯網技術、AI 技術、數字孿生應用平臺等智能化前沿技術將加速突破、不斷融合,并更多地應用于交通建筑中,使建筑空間環境真正滿足各類人員、各種業務的實際需要,為實現智慧城市、智慧交通保駕護航。