城市軌道交通車站資源集約化管理策略*

劉海東 盧萌萌 蘇 鵬 安俊峰 王建軍

(1.中國海洋大學環境工程學院， 266100, 青島； 2.濟南軌道交通集團有限公司， 250014， 濟南；3.山東勞動職業技術學院， 250022， 濟南∥第一作者， 正高級工程師)

車站集約化是要實現資源集約，資源集約是集約化車站的基本和前提。車站的資源可以包含建筑、設備系統、運營人力、運營耗材、數據、能耗、算法、算力、網絡、存儲、知識等。資源集約化是需要集合資源的優勢，達到節約建設成本、節約運維成本、降本增效等目的。集約化車站需要通過提高資源品質、增加資源內容、資源集中及資源組合等方式的調整來實現，誠然也離不開新技術的應用。

集約化應具備真實性、增益性和可復制性。真實性要源自集約且回歸到集約，從總體看真實地實現集約效果；增益性要在實現集約的前提下，不降低車站品質，并可以帶來安全、高效、便捷、節約和舒適等有益成果，如節約建筑面積的同時，可以實現降低工程造價、降低能源消耗、減少設備數量、減少運維人員等某些優勢，而不是為了集約而集約；可復制性，要避免特殊場景的個例應用，在成熟、穩定的前提下可在行業推廣復制。

城市軌道交通生產系統眾多，生產類型多樣，系統的RAMS(可靠性、可用性、可維護性和安全性)指標仍需提升，具備融合、集成、節約的潛力。目前云平臺、人工智能、大數據技術研究熱度高，物聯網、BIM(建筑信息模型)、手持終端的應用廣泛，從技術上為資源集約提供了可行性。

1 車站資源集約化管理策略

1.1 提高資源質量

1) 動力照明系統集約化：實現設備用房綜合利用，如可將站臺門控制室和照明配電室進行整合；也可按照GB 51309—2018《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》，將照明配電室和應急照明電源室進行整合，使其同時成為消防應急照明和疏散指示系統專用房。

2) 環境監控系統集約化：采取節能策略，降低空調能耗。應用技術手段，減少冷卻塔、地鐵空調的占地面積，降低冷卻機房面積。對于車站空調系統，如采用傳統冷源方案，需要設置冷卻水泵、冷卻塔、冷卻水處理裝置及相關閥門，占地面積大，能耗高；如采用優化方案，蒸發冷凝機組設置在室外地面上，取消了冷卻水泵、冷卻塔及相應閥門和管道，減少了設備大端用房，適當減少了小系統機房，減少占地面積約45～60 m2，同時降低了能耗。

1.2 增加資源含量

1) 模塊化技術：采用一體化和模塊化的設計理念預置設備，實現模塊化裝配。可提高施工速度、減少資源和施工人員、集成建設耗材、降低施工難度。比如：模塊化裝配式機房主要由機柜、各弱電機電系統組成，占地面積小、機柜數量少，可快速部署，并能實現高效節能的目的；模塊化裝配式站臺門，可降低施工難度、縮短施工工期；模塊化裝配式車輛由司機室、側墻、底座、中間端等模塊組成，可實現集約增效的目的。

2) 物聯網和智能運維技術：采用物聯網技術提高設備感知能力。通過加裝傳感器采集多類型數據，借助深度學習、機器學習等算法，計算得到設備健康度，實現故障預警功能，并逐步實現遠程運維，改善現有的修程修制，以減少維修工作量。

應用到物聯網的設備系統較多，每一個系統若都獨立建立平臺，則投資會很大，建議設置物聯網集約共享平臺。以風機設備為例，可以對數據、算法模型、組件、微服務等進行集約共享，在平臺應用層可實現風機設備的PHM(故障診斷與健康管理)，實現區塊鏈共享應用及信息追溯等功能，在AI(人工智能)算法層實現多個算法的集成應用，在IoT(物聯網)層綜合使用攝像頭、聲音、電流等多種感知手段，加強互聯響應能力，同時通過該平臺還可將風機系統資源共享給其他設備系統。一方面要實現技術的融合集成，如區塊鏈、人工智能、PHM的融合，實現設備故障診斷能力提升，降低運維壓力；另一方面，實現多維度的融合節約，比如通過攝像頭、電流傳感器的數據分析實現風機電機故障預警、風機扇葉缺陷檢測、風機連鎖風閥狀態異常監控等多個功能，通過該平臺能聯動門禁系統，當有人進入設備房間，才啟動照明，實現節約用電。

3) BIM和GIS(地理信息系統)：采用BIM技術，可降低施工期間的管線碰撞，減少返工，節約耗材；在運營期間，再結合智能運維技術，可實現可視化和自動巡檢。在BIM中整合GIS，可實現數據信息的復用，提高系統分析診斷能力。

1.3 資源集中

1) 云計算和大數據技術：采用云架構可提高計算、網絡、存儲、安全等資源的利用率，減少設備數量。通過云計算技術可實現智慧車站計算單元、智能運維、綜合監控系統(ISCS)、門禁系統和PIS(乘客信息系統)等的資源整合，1個車站可節約各類服務器約4～7臺。采用熱插拔、模塊化、靈活組合的模式，可減少設備機柜數量、減少車站面積、提高資源復用率、提升數據資源的互用性、提高數據共享處理能力。采用大數據技術，可將車輛運維數據、新型創新應用(如電扶梯故障診斷、擁擠度等客流信息展示、站臺門間隙探測等)的數據匯總在智慧車站計算節點，然后進行采集存儲、邊緣計算、運營檢測、業務分析、數據處理、數據分析挖掘、微服務開發等。在這個過程中，如果弱電系統采用一體化機柜，數據可從終端感知層匯總到一體化機柜，打破了原一一映射格局，這會減少機柜數量和機柜占地面積，實現資源集約和數據融合驅動的目的。

2) 手持終端智能化：一方面要考慮系統之間的設備共享，另一方面要考慮手持終端集成更多功能。運營人員通過手持終端可便捷獲知運營狀況、環境等信息。將各個系統盡可能地集成在一個手持終端，可提高多專業運維能力。考慮將無線對講電話功能集成融合在手持終端，提高手持終端的集約化程度。

1.4 資源組合

1.4.1 區域車控室設置方案

多個區域采用共享車控室方案，將原來系統功能集約到區域車控室，可實現對管轄范圍內車站的數據監視、應急聯動、故障報警等。將原客運組織、行車組織、施工管理等功能集中在區域車控室，可實現智能運維，進而提升運維管理能力；可實現區域車控室人員一專多能，并提升統籌管控能力、增強中心級的監控能力。

1) 將FAS(火災報警系統)移動到站長室，IBP(綜合后備盤)部分采取電子IBP的形式并將其移動到站長室或區域車控室，將信號、綜合監控、CCTV(視頻監控)、無線電話等系統的業務轉移到區域車控室，通過軟件權限配置可實現區域車控室監控多個車站。

2) 將原多專業工作站軟件功能轉換到手機APP，通過APP處理操作各項業務，并實現客運組織、行車管理，以及乘客服維護管理的數據展示、信息接受、任務派發、閉環控制、設備預警、故障定位和應急搶修等功能。

3) 配置增強型智能運維系統，實現遠程運維，降低運維人員勞動強度。如一鍵開關站功能，通過運維系統完成站內自巡檢、自啟動和自處理等。區域車控室設置方案需要大數據分析技術、人工智能技術、設備全自動化技術等的支撐，有望在將來成為現實。區域車控室設置方案，可以節約車控室面積40～80 m2，并且實現了調度人員和車站值班人員資源的有效利用，提高了區域管控能力和資源集約，降低了運維成本。

1.4.2 功能區域車站布置方案

按照功能區域優化車站布局，按照管理用房的集中整合理念，分設設備房和管理用房，遵照人、設備的分離分設原則，優化布局，能夠節約部分管線，降低部分能耗，同時可節約用房面積，減少線纜敷設數量和管線槽的數量，降低氣體滅火等系統的容量。將站長室、交接班室、站務室、票務室整合為站務綜合室1，將維護工班、安檢休息室整合為站務綜合室2，可節約土建面積為45～60 m2。把設備房間和管理用房分不同的區域進行整合設置，所需要的能耗、電量、管線量等都會減少。分開設置還可減少部分動力照明和氣體滅火管線施工安裝費用、后期的運維費用。

2 車站資源集約化管理應用案例分析

2.1 基于“城軌云”的設計規劃實例

以某典型地下車站弱電系統為例進行分析。按照弱電系統的原設計方案，其弱電設備系統有信號系統、通信系統、綜合監控系統、火災自動報警系統、環境與設備監控系統、自動售檢票系統、安檢系統、車輛智慧運維系統、安防系統、民用通信系統和公安通信系統等，設備及電源房間均獨立設置。基于“城軌云”平臺方案，可以將弱電系統的設備及電源集成在1個房間，車站用房面積可節約25～40 m2。由此可以證明，通過采用“城軌云”平臺節約車站設備房間面積是可行的。在減少設備用房面積的同時，也會帶來相關其他效益，如：提高資源利用率，提高運營系統部署效率，減少機柜數量，減少施工難度，降低設備的能耗功耗和發熱量，進而節約地鐵車站的冷負荷電費、減少運維難度、減少運維人員數量、降低運維頻次。

基于“城軌云”平臺可同步研究多維度集約技術方案，減少車站基礎設施投資，提高資源復用能力，具有顯著的經濟效益和技術優勢。

2.2 云交自動化系統案例

在原方案下，綜合監控系統、信號系統等都有單獨的自動化系統平臺。采用云技術方案，可以整合資源，實現各專業資源共享、信息互聯互通；建立于統一的分層分布式網絡、同一個系統體系之上，各個專業可以實現資源統籌調配、信息快速傳遞，進而實現各專業快速聯動控制。

作為集成多專業數字化信息的云共享平臺，超越了各獨立系統運營和監控的局限性，通過將各個系統的信息進行統一采集、集中處理、分解、協議轉換、分析，可提供最簡便、直接又詳盡的信息，輔助決策人員及時響應、快速決策。

以昆明軌道交通4號線為例。該線的綜合運行管理平臺系統，可稱為云交自動化系統或者多專業綜合的自動化系統，是融合所有以“終端-數據-采集-應用-挖掘”為模式子系統的綜合系統平臺，通過終端、數據、采集、挖掘達到協同、組織、管理、服務、運營等目的。該平臺系統的核心設備為車站級智能控制一體機，是具有服務器、交換機、協議轉換、編輯、軟交換等功能的綜合性設備，代替了原來的BAS(環境與設備監控)系統、群控系統、MCC(智能環控柜)系統等自帶的PLC(可編程邏輯控制器)設備、交換機設備等。將各終端的處理單元橫向虛擬化，組成基礎設備云池，分布式上傳數據；上層系統依靠統一的軟件，實現集約搭建；數據采用大數據平臺的多個智能組件進行處理。因此該平臺系統具備系統高集成、節約土建面積、提高設備系統效益的特點。

多專業綜合的自動化系統下，大數據平臺匯總了各個終端設備的數據，能夠實現快速整合；使用車站的綜合一體柜，取消了多系統的多面柜子。更進一步，ISCS、AFC(自動售檢票)系統、ACS(門禁系統)、PIS、PA(廣播)系統和云計算節點都需電源，可考慮將所有電源室房間進行整合，這樣可節約約30 m2建筑面積；結合云交自動化系統技術，可將弱電設備房間整合為綜合弱電設備房間。同時，打破各專業限制，從資源整合角度出發，做好感知層數據的采集、匯總及整理；做好平臺層的通用化與模塊化方案；做好應用層的模塊化、微服務化、容器化、可視化方案，使得系統之間的交互更加敏捷，數據可以復用，進而提高運營系統的處置效率、增強應急處理能力、便捷智慧運維實施，為降低運維成本打好基礎。

2.3 濟南地鐵物聯網和智慧運維集成系統探索案例

濟南地鐵基于AI、PHM、區塊鏈等先進技術，以及結合IoT理念的機電設備智慧運維系統，構建了風機、水泵、空調等多設備的集成共享平臺(見圖1)。該平臺集成了多傳感器物聯信息，如采集風機設備的振動數據、電流數據、風閥狀態圖像數據；集成了故障預警、壽命預測、健康評估等AI算法模型。濟南地鐵通過探索，旨在實現設備的全息感知、故障預警、在線監測等功能，進而實現遠程運維、降低運維壓力、減少運維成本。

3 結語

1) 做好頂層設計方案。從全過程和全生命周期角度考慮車站資源集約化管理策略，綜合權衡各項指標的可行性。車站集約化的表征應包含減少車站面積、減少設備系統數量、集成節約設備系統、減少建設成本、減少運維人員等。

2) 系統設備供應商應加強新技術的研究，提高業務系統感知層、網絡層、應用層的智能化程度，共同推進集約化車站建設。

3) 籌劃運維生產模式革新。隨著智能運維、云方案、弱電系統及機電系統的深度集成等相關技術的發展和應用，運營規則、維修規則和修程修制等都會相應發生變化，需要搭配相應的系統方案、維保方案和運維方案，并適當調整運營人員的組織模式，需要提前協調溝通，謀劃規章制度建設。