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摘要：城市軌道交通系統是集客運、貨運、地鐵和輕軌等多種運輸方式為一體的綜合性交通樞紐，在現代化交通領域中占據重要位置。為了提高人民生活水平與安全感，改善人們的出行環境，對城市軌道交通系統提出新要求。文章首先分析了行業發展現狀及趨勢，然后結合北京軌道交通22號線工程，確定弱電系統的集成方案，實現機房面積、設備配置、電源系統的綜合優化；確定弱電系統集中站模式設備配置優化方案，完善城市軌道交通弱電技術體系結構，滿足國家對智能化城市軌道交通提出的要求，為后續發展提供參考依據。
關鍵詞：城市軌道交通；弱電系統；電源集成；軌道交通智能管理平臺
0背景
城市發展用電需求側需要改革，促進智能建筑技術的應用，提升其安全性與可靠性，以滿足社會經濟發展對供電質量、穩定性和舒適性等方面的更高標準的需要。隨著城市化的高速發展，國內很多城市出現了交通擁擠情況，人們對公共交通快速運行提出了更高的要求，低運能的交通工具逐步退出歷史舞臺，城市軌道交通建設步伐愈加緊密。城市地鐵在運能、環保、舒適、快捷方面為人們的出行帶來極大便利，這些優勢是其他交通方式無法比擬的。根據國家有關部門規定，滿足人口、城市GDP產值、年財政收入要求的城市可以建設地鐵。因此，未來10年將是我國城市軌道交通快速推進的時期，城市軌道交通弱電系統建設成為重點課題。近年來，杭州、武漢、深圳、上海等城市已經在城市軌道交通采用弱電系統綜合機房的機房集成方案。其中，武漢軌道交通基于站段云技術模式，計劃實現站區化管理，這一方案目前仍處于研究階段。當前，關于城市軌道交通弱電系統集中站的研究較缺乏，主要原因是各設備系統較獨立，資源共享利用率較低。隨著軌道交通云平臺的推廣與建設，弱電系統進行了中心集中的云化部署，已具備進行車站弱電系統及用房集成的實施基礎。
1項目概況
城市軌道交通系統通常指地鐵、輕軌、市郊鐵路、有軌電車等共同構成的城市公共交通系統。項目投資資金量大，建設周期長，項目投運后的運行及維護也需要大量資金，因此需要優化項目運營，研究弱電系統集成技術。按照京發改〔2019〕990號、京發改〔2019〕1433號等文件的精神，降本增效成為軌道交通建設的關注焦點。北京軌道交通22號線工程采用單站獨立建設模式，而且弱電設備種類繁多，設備功能及特點不同。在設計中要充分考慮各部件之間的相互配合關系，合理地統籌規劃各個子系統，以減少運營成本、提高效率、降低事故率。目前，該系統存在土建建設成本高、空間利用率較低、維護人員投入較多等問題，針對存在的問題，急需優化集成弱電系統，提出更好的配置方案。
2城市軌道交通弱電系統集成設計的目的
結合北京軌道交通22號線工程，確定弱電系統的集成方案，實現機房面積、設備配置、電源系統的綜合優化；確定弱電系統設備配置優化方案，研究智能管理平臺，實現聯動模式創新。通過集成及優化，降低城市軌道交通建設投資及后期運維護投入，促進城市軌道交通領域可持續發展，實現軌道交通全壽命周期綜合成本控制，為弱電系統建設及管理模式優化奠定基礎，提高城市軌道交通弱電系統的綜合設計水平，促進城市軌道線路弱電系統方案優化，促進技術進步產業升級、行業進步；降低系統投資，提升運營維護管理效率，實現節能減排、降本增效的目的。項目成果可逐步推廣，優先在北京城市軌道交通項目試點應用，最終推廣至全國城市軌道交通項目，實現可持續性發展及優化[1]。
3城市軌道交通弱電系統集成設計
3.1弱電系統集成思路
設計人員需要集成弱電系統布局方案。在城市軌道交通智慧平臺發展背景下，車站級弱電系統，如通信系統、綜合監控系統、自動售檢票系統等均已實現站級部分設備的資源集成，各系統其余站級設備，在用房、電源、網絡等方面具備高度集成條件。同時，隨著智慧平臺的建設，運營模式從各系統單獨運維模式逐漸轉向綜合運維模式，建設及運營成本得到有效控制，使弱電系統站級具備了實現綜合運維和系統集成的條件，弱電系統集成思路如圖1所示。設計人員需要重點研究弱電系統的機房集成、配電集成等問題。城市軌道交通弱電系統由各種子系統構成，包括電力、供電、照明、通風等子系統，在進行系統集成時可以采用不同類型的模塊結構。例如，通信與控制系統、信息處理設備和管理信息系統、集中式智能監控單元系統等，各自功能獨立、互不影響，進行系統集成能夠實現系統的統一調度，便于維護檢修，實現對整個城市軌道交通的控制與管理。為了實現城市地鐵線路與電力、光纜的信息交換，以及車站供電系統之間的數據傳輸和控制，通過有線或無線方式連接各種設備形成一個綜合體，從而完成對整個地鐵運營過程的監控管理及調度指揮，同時還能為乘客提供更多安全保障服務。例如，在車站內實時監視站內、外部環境變化，如溫度過高、煙霧濃度異常及相關參數的故障信息等；該系統還能夠實現自動報警與控制[2]。
3.2弱電系統集成方案
在北京地區常規軌道交通弱電系統配置方案中，采用單站獨立建設模式，各弱電系統機房獨立設置，維護管理責任按照機房劃分，并且后備電源也是獨立配置，各個系統配電設備自行管理。這種傳統配置方式的優點是針對性較強，一個弱電系統故障不會影響其他系統運行；缺點是重復配置，初始投資較大，系統數量較多導致運維人員較多，控制室占用建筑面積較大，各個弱電系統獨立設置的蓄電池需要分開設置，分別監控，增加了成本和維護工作量。設計人員需要綜合各弱電系統的資源需求，完成機房集成布局方案，優化建筑規模，根據22號線車站的實際情況得到不同車站的弱電系統電源集成方案。
3.2.1集成對象。主要包括綜合監控系統、設備監控系統、直流電源系統、傳輸系統、公務電話系統、廣播系統、門禁系統、乘客信息系統、綜合安防系統、自動售檢票系統、低壓動照應急電源系統等。這些系統都是保障軌道交通安全、高效運行的基礎。
3.2.2具體集成方案。以直流操作電源為主體，整個弱電系統能夠統一配置。主回路采用智能型高頻開關操作裝置，能夠實現信息監測管理，將FAS系統、ISCS系統、PSD安全門和AFC閘機、應急照明EPS、直流操作電源、綜合監控系統等作為該直流系統的負載終端，根據系統需要接入各個專業模塊，實現對各個弱電系統的管理和監控。在接口分界處設置統一直流電源系統的蓄電池，作為備用電源，進行合理切換。控制中心采用同樣模式，將通信系統（信號系統）、綜合監控系統等作為負載接入電源系統[3]（1）應急系統。如果弱電系統共用一套集中應急系統作為備用電源，某一弱電系統出現問題時會導致影響范圍擴大，因此需要設計單獨供電系統。例如，為信號系統、FAS系統、屏蔽門系統、消防及疏散系統設計單獨供電系統，然后按照上述模式進行集成。（2）直流系統監控單元智能化檢測?？勺詣訂臃旨壡休d程序，管理各個弱電系統的用電時長，計量各系統的用電時間，根據檢測內容精準傳輸控制指令，驅動繼電器控制相應斷路器操作機構切掉相應負載。（3）蓄電池容量計算及校驗。考慮經濟性原則，在弱電系統集成期間，按照電壓控制法及階梯計算原則，對系統配置蓄電池的容量進行計算及校驗。直流電源系統的饋線斷路器及下級斷路器的配置按照級差配合的原則進行配置，避免出現供電不足的情況[4]。
4城市軌道交通弱電系統智能管理
隨著城市軌道交通的發展，對車站智能管理提出了更高要求。城市軌道交通弱電系統要面向乘客，提升乘客體驗，為乘客提供更加便捷的公共交通體驗；逐步實現弱電系統設備的高效自動控制，提高系統的反應速度和運行效率，減少人員運維成本；針對系統出現的應急事故，系統需要快速完成全面聯動，以高效處理事故，確保系統的安全、穩定、可靠[5]。在軌道交通行業實施業務驅動和創新，可以推進新技術在軌道交通領域的應用推廣，使軌道交通向著智能化、數字化的方向不斷發展。
4.1“互聯網+”智能管理
隨著城市軌道交通弱電系統的發展，推進交通運輸“互聯網+”對車站智能管理提出了更高要求。地鐵運輸管理人員需要強化互聯網思維，利用新一代技術構建車站智能管理體系，打造全新的交通運輸服務。在城市軌道交通弱電系統中采用無線網絡技術實現各子系統之間的通信，然后通過網絡監控中心實時掌握車輛運行狀態及相關人員的動態變化，及時反饋給管理中心的決策層管理者，從而保證車站運營的安全、暢通，實現對整個地鐵線路的統一調度、協調，以及信息的采集與傳輸。
4.2智慧平臺
實現智能軌道交通系統的核心是建立數據采集和處理的智慧平臺。在軌道交通智慧平臺中，可以建設綜合監控系統，對接車站、線路上的絕大多數機電、監控設備，這是軌道交通數據采集和處理的關鍵[6]。建設軌道交通智慧平臺的核心是建設車站智能管理系統，技術人員要基于新技術，建立一套完善的智能管理體系，保證整個地鐵運營過程中各部門之間的有效溝通[7]。智能管理系統可以實時監測子系統的數據，并發送至智慧平臺調度中心，通知集控室統一收集、記錄。智慧平臺通過與軌道交通傳輸監控系統、機車信息系統的可靠連接，實現線路管理運營的一體化，使軌道交通弱電系統更加可靠，提升線路服務水平[8]。
5結束語
在城市軌道交通智能管理平臺發展背景下，車站的弱電系統已經實現了站級部分設備的資源集成，同時具備實現綜合運維和系統集成的條件。研究人員需要深入研究城市軌道交通弱電系統的集成設計，促進城市軌道交通的進一步發展。
作者:董哲 單位:中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司