關于鐵路機電設備管理系統設計規范解讀

劉詩慧，陳 凱，王 嵩，朱飛雄，夏 炎

0 引言

隨著科學技術水平的不斷提升，通過智能化手段達到綠色低碳的效果成為引領各領域發展的重要方向[1]。國務院《2030 年前碳達峰行動方案》提出加快綠色交通基礎設施建設，開展交通基礎設施綠色化提升改造[2]。《交通強國建設綱要》要求智能、綠色交通發展水平明顯提高，到本世紀中葉的基礎設施智能化與綠色化水平位居世界前列[3]。鐵路相關場所中存在大量機電設備，如冷熱源及水系統、空調與新風系統、電動門窗、照明設備、給排水設備等，對這些機電設備進行節能改造，通過智能化手段提升設備利用效率是一個重要的節能方向。對這些設備相關的電、燃氣、水等消耗量和光伏發電等新能源利用量進行智能處理，形成自動控制策略，可以進一步優化節能空間。目前已有一系列相關的建設運營實踐和成果[4-6]。

為統一設計標準，制定TB 10037—2022《鐵路機電設備管理系統設計規范》（以下簡稱《規范》）。《規范》在貫徹國家和鐵路相關政策法規，總結歸納國家和行業既有相關標準的基礎上，統一了設置于站房、段所和隧道的機電設備管理系統設計內容，明確了與其他專業的接口關系，便于設計執行；完善了標準體系，結合鐵路“雙碳”目標的建設要求，以達到鐵路運營管理節能增效的目的[7]。國家鐵路局發布TB 10037—2022《鐵路機電設備管理系統設計規范》，于2023 年2 月1 日起實施[8]。

1 規范編制原則

（1）貫徹相關政策法規，與《中華人民共和國節約能源法》及《公共機構節能條例》等政策相協同[9-10]。

（2）認真執行國家、行業有關規范要求，與TB 10008—2015《鐵路電力設計規范》等有關標準相協調[11]。

（3）歸納總結鐵路相關科研成果，吸收借鑒地鐵、智能建筑的建設經驗，提高規范的創新性和深廣度。

（4）貫徹技術先進、節能增效的原則，充分利用機電設備既有監測設備獲取監控數據，節省工程投資；采用自動化的控制策略實現機電設備的運行節能；通過規范能耗監測、管理及節能評估策略實現水、電、氣等能源的管理節能。

2 編制內容和意義

《規范》規定了機電設備管理系統的總體和共性要求，并對設置在站房、段（所）和隧道的機電設備管理系統的相應要求進行規定，最后對接口設計進行規定。具體功能參數、參數類型、取源位置、數值類型等在附錄的功能表中進行規定。

2.1 完善標準體系

結合鐵路“雙碳”目標的建設要求，針對鐵路機電設備管理系統工程制定了專項設計規范，統一了鐵路機電設備管理系統設計標準，明確了具體的技術要求，最終達到鐵路運營管理節能增效的目的。

2.2 統一設計內容

以貫徹執行國家和鐵路相關法律、法規、方針、政策為前提，在總結歸納國家和鐵路既有相關規范標準的基礎上，統一了設置于站房、段所和隧道的機電設備管理系統設計內容。

“站房機電設備管理”章規定了設置于站房的機電設備管理系統的組成、設置、設備監控和能效監管兩個子系統的功能及對象等具體技術要求。為了保證機電設備的運營管理效率和節能控制效果，明確機電設備管理系統為自主運行系統，并具備和旅客服務與生產管控平臺等相關管理系統實現信息交互的功能。

“段所機電設備監控”章規定了設置于段所與設置在站房的機電設備管理系統在設計要求上的共同性和差異性。

“隧道機電設備管理”章規定了設置于隧道的機電設備管理系統的系統組成、設備監控子系統、網絡與安全、系統輔助設施的相關規定。結合鐵路隧道實際運營管理需求，對隧道內通風、照明、消防泵、排水泵、應急疏散防護門等設備的監控要求進行了規定。

2.3 明確接口關系

“接口設計”章規定了機電設備管理系統與信息、通信等其他專業的接口關系；對機電設備管理系統與相關管理系統、火災自動報警系統、通信系統、各類機電設備的接口類型和接口界面進行了規定；明確了接口功能和接口界面，便于設計執行。

3 技術要點研究與解讀

3.1 設置范圍

《規范》主要對鐵路站房、段所、隧道等具有鐵路特殊性場所的機電設備管理系統的設計標準進行了規定：大型及以上鐵路旅客站房，地下車站以及與之相鄰的隧道，設有應急照明、機械排水、通風設施的隧道，應設置機電設備管理系統；中型鐵路旅客站房，鐵路段所的大型車間、庫，設有集中空調的綜合樓、調度所等大中型建筑，設有正常照明的隧道，宜設置機電設備管理系統；有工藝控制和節能管理要求的其他場所可設置機電設備管理系統。

3.2 系統組成

鐵路機電設備管理系統由設備監控子系統、能效監管子系統等組成。中型及以上旅客站房應設置設備監控子系統；大型及以上旅客站房應設置能效監管子系統，中型旅客站房宜設置能效監管子系統。此處對車站規模的定義參考TB 10100—2018《鐵路旅客車站設計規范》的相關規定[12]。設置于段所的機電設備管理系統應包括設備監控子系統，當存在檢查庫、綜合樓等大規模建筑物時，可包括能效監管子系統。設置于隧道的機電設備管理系統應包括設備監控子系統。

設備監控子系統和能效監管子系統宜共享數據及硬件資源。

3.3 系統功能

設備監控子系統應具備監測機電設備運行狀態的功能，宜具備遠程控制、自動啟停、自動調節等功能。當機電設備自帶控制單元時，設備監控子系統應通過機電設備自帶控制單元獲取監測信息、發送啟停控制指令，由其自帶控制單元完成自身監控功能。

能效監管子系統應具備電、水、氣等能耗數據和可再生能源利用數據的數據采集和統計分析功能，應具備能效評估、節能率計算等功能。

3.4 系統架構

機電設備管理系統架構應根據管理需求和監控對象確定，宜分為站點級單級架構或中央級、站點級的兩級架構。機電設備管理系統中央級應具備對所管轄站點級設備的遠程監測、能耗分析及能效評估等綜合管理功能，根據管理需求可具備遠程控制功能；機電設備管理系統站點級應能獨立完成對管轄范圍內機電設備的遠程監控和能效監管，應能完成數據處理并選擇性上傳。

站點級單級架構為國鐵站房、段所機電設備管理系統的常規架構；對于相鄰2 個及以上通過地下隧道連通的地下車站機電設備管理系統設計，需考慮車站之間的聯動控制，參考GB 50157—2013《地鐵設計規范》的相關規定，采用中央級、站點級的兩級架構。

站點級是指機電設備管理系統的基礎站點層級，可以是一座站房、一條隧道或一個段所；中央級是指機電設備管理系統集中管理多個站點級的層級。在與中央級通信中斷時，站點級仍應能完成本站范圍內機電設備的監控和能效監管功能。站點級設備設于各車站的控制室，中央級設備設于其中一個站點或中心的控制室。設置于段所的機電設備管理系統宜采用單級架構，預留監控及能耗數據上傳條件。

3.5 火災、正常雙工況設備聯動方式

當同時具有火災和正常兩種工況的機電設備由設備監控子系統監控時，參考TB 10063—2016《鐵路工程設計防火規范》[13]，規定設備監控子系統的可靠性應滿足消防聯動控制的要求，火災工況時，設備監控子系統應優先執行火災自動報警系統（FAS）發布的火災模式指令。

3.6 設備監控子系統

3.6.1 子系統組成

站房設備監控子系統宜由監控主站、監控終端、控制器、傳感器、執行器、通信網絡等組成。站房監控主站可根據系統規模及管理需求設置服務器、網絡設備、不間斷電源、打印機等。監控終端設置于中央級、站點級控制室及其他有運營管理需求的房間。控制器可分為主控制器和就地控制器，宜采用分布控制方式。傳感器、執行器應具備標準電氣接口或數字通信接口，傳感器的測量精度、執行器的調節精度應滿足功能設計要求。控制器應具備獨立運行功能；當監控主站和監控終端發生故障或停止工作時，不應影響控制器的正常運行。

隧道設備監控子系統宜由監控主站、監控終端、主控制器、就地控制器、集中控制盤、通信網絡等組成。

3.6.2 監控對象

站房設備監控子系統宜監控冷熱源機組及其水系統、空調及新風機組、通風、給水排水、照明等系統或設備，宜監測電梯及自動扶梯、光伏發電等系統或設備；根據運營管理需要，可監控電動門、電動窗，可監測變配電、客車上水、客車真空卸污等系統或設備。

隧道設備監控子系統的監控對象宜包括隧道風機、消防泵、排水泵、疏散通道防護門、正常照明和應急照明等設備或系統。

3.6.3 監控要求

通風空調設備和冷熱源及其水系統等機電設備的監控要求，參考TB 10056—2019《鐵路房屋供暖通風與空氣調節設計規范》，規定應監測系統內各設備的運行、故障等運行狀態，應監測溫度等與控制調節相關的運行參數；宜監測電流、電壓、電能等用于能效計算的能效參數；可監測其他用于運維管理的運維參數。應具備設備故障報警和聯鎖控制等安全保護功能和啟停等遠程控制功能，按預設程序自動啟停等功能；能設定系統運行工況或系統參數設定值，并自動調節設備及閥門使系統參數達到設定值；自動調節方案宜采用節能策略。

照明控制要求，參考TB 10089—2015《鐵路照明設計規范》，規定站房照明應具備公共區照明、景觀照明、廣告照明、有源靜態標識的照明回路分組開關的遠程控制功能；當公共區照明、景觀照明采用調光方式調節燈具亮度時，應能實現照明光源亮度的遠程調節。隧道照明的控制要求，應能實現對正常照明的分段就地及遠程控制。

參考GB 55015—2021《建筑節能與可再生能源利用通用規范》，《規范》規定對光伏發電系統應監測發電量、光伏組件背板表面溫度、室外溫度、太陽總輻照量等參數，宜由光伏發電自帶監控系統獲取監測數據。

3.7 能效監管子系統

當能效監管子系統獨立設置時，宜由能效監管主站、前端數據采集設備、通信網絡組成；為節約成本、便于操作，當能效監管子系統與設備監控子系統共享硬件資源時，能效監管主站宜與設備監控主站合并設置。

能效監管主站可根據系統規模及管理需求設置服務器、不間斷電源、工作站、打印機等。前端數據采集設備由計量器具、數據采集器等組成。當能效監管主站設備發生故障或停止工作時，不應影響前端數據采集設備運行。

參考TB 10016—2016《鐵路工程節能設計規范》[14]，《規范》規定，能效監管子系統應監測電、水、燃氣、集中外供熱量、集中外供冷量等消耗量；應監測站房主要耗能系統和設備的能耗以及用于能效分析的參數；具備能耗數據采集、能耗統計分析、能效評估、節能率計算等功能。

3.8 網絡與安全

設置于站房和段所的機電設備管理系統應設置廣域網和局域網。設置于隧道的設備監控子系統通信網絡宜由廣域網和隧道端局域網組成。

廣域網宜利用鐵路數據通信網；通道帶寬應滿足數據傳輸要求。

中央級、大型及以上站房站點級局域網宜采用核心層、接入層兩層網絡結構，核心層網絡設備雙機冗余配置，接入層網絡設備可雙機冗余設置，并具備可擴展性。車站現場監控網絡宜采用總線拓撲結構，也可采用環形、星型或自由拓撲結構。車站現場監控網絡宜采用有線通信方式。

隧道端局域網監控網絡宜采用光纖自愈環形工業級以太網、網狀拓撲無線物聯網等，監控網絡帶寬應滿足隧道現場實時性監控需求，主控制器與監控主站之間宜采用雙通道。

網絡安全設計應符合下列規定：利用鐵路數據通信網承載時，應采用MPLS VPN 等技術進行系統隔離，接口處宜設置防火墻或安全隔離設備；與相關管理系統接口處宜設置防火墻或安全隔離設備；機電設備管理系統宜具有身份認證、訪問控制等功能。

3.9 系統輔助設施

《規范》對供電設計、線纜選型、防雷接地設計等作了具體規定。服務器和監控終端應采用不間斷電源裝置供電，設備監控子系統控制器、通信網絡等參與消防聯動的部分，應按消防負荷等級供電。線纜選擇應符合TB 10063—2016《鐵路工程設計防火規范》[13]的相關規定。防雷與接地設計應符合GB 50343—2012《建筑物電子信息系統防雷技術規范》的相關規定。

3.10 接口設置

為了保證機電設備的運營管理效率和節能控制效果，《規范》明確機電設備管理系統為自主運行系統，并具備與相關管理系統實現信息交互的功能，并規定了機電設備管理系統與信息、通信等其他專業的接口關系。參考TB 10008—2015《鐵路電力設計規范》[11]、TB 10074—2016《鐵路客運服務信息系統設計規范》、《鐵路旅客服務與生產管控平臺配置暫行技術條件》（鐵客[2020]166 號）等相關規范，對機電設備管理系統與相關管理系統、火災自動報警系統、通信系統、各類機電設備的接口類型和接口界面進行了規定。

4 結語

《鐵路機電設備管理系統設計規范》在歸納國家和行業既有相關標準的基礎上，主要針對具有鐵路特殊性場所的機電設備管理系統的設計標準進行了規定，對鐵路機電設備管理系統及其子系統的定義、組成、設置、架構、聯動控制、監控和管理的功能及對象等具體技術內容進行規定。其旨在引導鐵路機電設備管理系統設計充分利用機電設備既有監測設備獲取監控數據，節省工程投資；采用自動化的控制策略實現機電設備的運行節能；通過規范能耗監測、管理及節能評估策略實現管理節能；最終實現鐵路機電設備管理節能增效的目的。

《鐵路機電設備管理系統設計規范》進一步完善了鐵路工程建設標準體系，對統一設計標準、優化設計質量、指導工程實施具有重要意義，為服務國家節能戰略和鐵路智能綠色高質量發展奠定了基礎。