城市軌道交通換乘站綜合監控系統設計方案

趙琛琛 朱曉飛

（南京南瑞集團公司，211106，南京∥工程師）

換乘站在城市軌道交通線網中具有特殊地位和作用。隨著城市軌道交通網絡化的發展，換乘站的主體結構和監控功能設計成為影響線網效率和安全性的關鍵因素，其影響主要表現在設施協調、客運組織、信息共享、線間聯動等方面。其中，換乘站節點的綜合監控系統（ISCS）平臺結構和系統功能必須滿足正常情況下各線路相對獨立運營管理，災害情況下實現統一調度和指揮的運營需求。

1 工程概述

西安地鐵3號線全長50.5km，共設車站32座，分兩期建設。3號線一期工程為魚化寨至保稅區段，線路全長39.15km，共設車站26座（19座地下車站、7座高架車站，其中換乘站6座）。另設車輛段及綜合維修基地、停車場各1座。控制中心與1、2號線合設。

3號線一期工程中的6座換乘站分別為科技路站（與規劃6號線換乘）、小寨站（與2號線換乘）、大雁塔站（與規劃4號線換乘）、青龍寺站（與規劃5號線換乘）、咸寧站（與規劃6號線換乘）和通化門站（與地鐵1號線換乘）。根據設計規劃，為方便運營管理，3號線換乘站和其換乘線路的ISCS分別設置，以實現各自車站級ISCS功能。換乘站各相關子系統根據換乘車站各線路建設時間的先后次序等因素，采用分別設計或子系統合設等方式設置。3號線換乘站ISCS及相關系統設計規劃如表1所示。

表1 西安地鐵3號線換乘車站ISCS設計

2 換乘站ISCS結構設計

2.1 設置原則

換乘站在地鐵系統中的地位非常特殊。從土建角度看，換乘站是一個建筑整體，發生災害時，整個車站的防災設備需要統一調度；從地鐵運營角度看，換乘站是多條地鐵線路的節點站，車站發生火災時對各線均有影響，須各條線路共同管理。因此，換乘站ISCS的設置對地鐵運營至關重要。

換乘站的換乘方式大致分為站臺換乘、站廳換乘、通道換乘、節點換乘、混合換乘及站外換乘等。換乘布局包括并列式、行列式、十字型、T型、L型、H型等。根據建設周期和換乘方式的不同，ISCS設置原則如下：

（1）同期建設，共用站廳、站臺層公共區：建議車控室、ISCS合設。

（2）同期建設，站臺、站廳分設或站廳層有換乘公共區：建議車控室、ISCS分設，正常情況下各線路獨立運營，災害情況下實現聯動功能。

（3）分期建設，共用站廳、站臺層公共區：建議車控室、ISCS由原線路擴容，為后建線路提供接口條件。

（4）分期建設，站臺、站廳分設或站廳層有換乘公共區：建議車控室、ISCS分設，正常情況下各線路獨立運營，災害情況下實現聯動功能。

地鐵3號線的6座換乘站中，除小寨站為分期建設外，其它5座車站均為同期建設。同時，該6座車站均采用車站上下立交的T型站廳換乘布局，站臺分線設置，站廳通過各線的換乘集散廳和過道相連，故ISCS采用分線設置方式。

2.2 管理界面

地鐵機電系統中，除了牽引供電、屏蔽門（PSD）、信號及專用通信（如傳輸、專用電話等）必須各線分設外，換乘站的其他系統設計應根據換乘方式和運營管理需求，在確保運營安全、方便運營管理的前提下遵循資源共享的設置原則。換乘站機電設備系統遵循的設置原則如下：需要納入同一運營管理主體管理的設備系統，應盡可能各個換乘線路合設，即按照相同標準統一建設，以便設備的維修操作及管理標準統一；不同運營管理主體管理的設備系統及相關設施，各個換乘線路應盡可能分設，以便管理界面清晰。如果相互之間職責和管理界面不清，不僅會降低管理效率，還會因特殊情況下應急處置不當，導致人身及財產損失，甚至發生災難性后果。

西安地鐵3號線各換乘站有下述共性：各換乘線路在本站共享站廳層，站廳合并或通過換乘集散廳連接；站臺層空間完全分開，各線路通過電梯垂直換乘或通過站廳平行換乘。在該換乘空間條件下，需要確定本站的運營管理主體單位，由主體單位負責站廳公共區及本線路站臺層的運營管理，非運營管理主體單位則負責其所轄線路站臺層工作。西安地鐵目前開通以及在建的地鐵線路均歸屬同一運營公司管理，因此不存在運營管理界面拆分的問題。

2.3 平臺設置方案

結合換乘站ISCS的設置原則、運營管理界面劃分，以及由管理界面決定的設備歸屬、系統設置方式等因素，換乘站ISCS的平臺集成系統方案如下：

方案一：將換乘車站定位為一個完整的車站，同期設計、同期施工。在先開通的線路中設置一套ISCS，將該換乘車站的每一個弱電系統統一接入本站的綜合監控平臺。該站ISCS同時接入本線控制中心和后建線路控制中心。該方案把所有與運營有關的系統功能整合在一個人機界面上。

方案二：設計初衷大體與方案一一致，合設一套ISCS，二者的區別是弱電系統必須按線分別設立。先建線路設置ISCS時，需預留與后建線路相關系統的接口條件，以集成互聯本線和換乘線所屬的機電系統。

方案三：不同線路獨立設置ISCS，機電系統根據車站換乘形式、運營管理模式和車站建設時序等因素，同期設計、施工，全站統一設置。合設的深度集成子系統（如BAS、FAS）以兩種方式接入ISCS：① 以集成方式接入先期建設線路，負責全部監控；以互聯方式接入后建換乘線路，僅負責設備監視。② 以集成方式接入先后建設的換乘線路，按照劃分的運營屬地原則，由ISCS設置相應的控制權限，實現對各自監控所轄范圍內的設備實施控制，對非所轄范圍內設備實施監視。同時交互報警信息，實現跨線聯動功能。

方案四：不同線路獨立設置ISCS，機電系統根據車站換乘形式、運營管理模式和車站建設時序等因素，按線分別設置，接入各自對應的車站級ISCS，由各線ISCS對接入子系統范圍內的設備實施監控。按線路分設的子系統通過接口，交互實時狀態和報警信息，從而實現跨線聯動。

根據3號線換乘站的換乘方式，有條件進行換乘站主體車站的同期建設，且換乘線路隸屬于同一運營公司管理，機電系統完全具備同期設計、合并設置的條件。因此，3號線換乘站平臺集成方案，除2、3號線換乘的小寨站采用方案四外，其它均采用了方案三。

3 換乘站ISCS功能設計

3.1 換乘站子系統互傳信息

換乘線路分設子系統或合設子系統僅接入一條線路的ISCS時，需要通過接口向鄰站轉發的信息大致如下（具體信息將根據運營需求調整）：

PSCADA：400VⅠ／Ⅱ段饋線開關位置、狀態（如低壓設備供電有引自鄰線400V開關柜回路的）。

BAS：通風大系統、通風小系統、照明（正常、廣告、導向、應急、區間）、給排水、電扶梯、電保溫、水系統、空調、模式、傳感器等信息。

FAS：火警總信號、防煙分區火警、氣滅區火警、區間手報、專用排煙風機狀態等信息。

PSD：門控單元故障（通信、電源、監視系統）、就地控制盤、IBP盤、滑動門、端門、應急門以及司機門狀態和報警等信息。

AFC（自動售檢票）：運營模式、各類閘機狀態等信息。

CCTV（閉路電視）：換乘公共區域攝像機（增加視頻分配器，轉發視頻圖像）的視頻信息。

ATS（列車自動監控）：軌道占用超時信息。

3.2 換乘站聯動功能

3.2.1 火災聯動

換乘站發生火災時，與該站相關的幾條線均進入火災運行模式。同樣，與換乘站相鄰的某線路區間發生火災時，相關線路亦進入火災運行模式。火災模式下，FAS聯動BAS、ISCS、ACS（門禁系統）、AFC，通過ISCS聯動CCTV、PA（廣播）、PIS（乘客信息系統）、PSD等。如圖1所示。

圖1 換乘站發生火災時各系統聯動邏輯圖

FAS分設：通道換乘車站各線FAS由各線設置并負責管理；若換乘車站雖同期設計但因建設周期相距較長未能同期施工，FAS也按各線的管轄范圍進行設置。此時，由多個系統完成整個車站的防災報警和防災設施的聯動控制，換乘接口可采用站級或中央級。正常工況時，ISCS通過本線路的集成接口和換乘線路的互聯接口，監控本線路設備，監視鄰線設備運行狀態和報警信息。當車站或區間相應區域內發生火災報警時，所屬線路FAS工作站收到火災報警信息后，本線路各系統按圖1執行消防聯動和綜合監控聯動；同時，通過換乘接口，鄰線接收到線路火警信息，鄰線各系統按圖1執行消防聯動和綜合監控聯動。

FAS合設：同廳或同臺換乘車站按照建筑個體設置一套FAS系統，區間和折返線的FAS按照線路劃分設置。由先開通線路設置FAS主控制器，并以先開通車站控制室作為車站的消防值班室；后開通線路設FAS區域控制器，與FAS主控制器連接，或設單獨的報警回路接入FAS主控制器。各線FAS需設置接口傳遞火災信息，由一個系統完成防災報警和防災設施的聯動控制。

BAS分設：通道換乘車站各線BAS由各線設置并負責管理，若換乘車站雖同期設計但因建設周期相距較長未能同期施工，BAS也按各線的管轄范圍進行設置。由多個系統配合FAS完成整個車站的消防聯動控制。換乘接口可采用站級或中央級。正常工況時，ISCS通過本線路的集成接口和換乘線路的互聯接口，監控本線路設備，監視鄰線設備運行狀態和報警信息。當車站或區間相應區域內發生火災報警時，所屬線路FAS工作站收到火災報警信息后，分別聯動本線路BAS和鄰線BAS系統。各線BAS系統按照相應的火災模式啟停通風、照明、電扶梯等設備。

BAS合設：同廳或同臺換乘車站按照建筑個體設置一套BAS系統，區間和折返線的BAS按照線路劃分設置。由先開通線路設置BAS可編程邏輯控制（PLC）主控制器，后開通線路BAS設置遠程I／O模塊箱，通過通信總線接入主控制器。各線BAS需設置接口，交互設備狀態和控制指令，從而由一個系統完成與FAS的消防聯動控制。

3.2.2 阻塞聯動

當換乘站相關線路的區間發生列車阻塞或其它事故時，可能需要兩個或以上線路的通風系統配合完成區間的阻塞通風，此時需要啟動換乘站相關線路的阻塞聯動。當兩條換乘線路是接駁貫通運營時，該需求尤為突出。阻塞聯動邏輯圖如圖2所示。

圖2 換乘站相關線路區間發生阻塞時各系統聯動邏輯圖

BAS分設：換乘站某條線路的ISCS檢測到該線路ATS的阻塞報警信號后，通過換乘接口將該阻塞報警轉發至鄰線ISCS。各線ISCS根據阻塞執行模式的定義，以自動或半自動方式啟動相應阻塞聯動。各線ISCS聯動所接線路BAS系統啟動阻塞通風模式，同時聯動各自PA、PIS、CCTV等相關系統。

BAS合設：BAS按照整站設計施工時，由一個系統完成阻塞聯動時的模式下發和相關通風設備啟動。當某條線路的ISCS檢測到該線路ATS的阻塞報警信號后，通過換乘接口將該阻塞報警轉發至鄰線ISCS，聯動PA、PIS、CCTV等相關系統。

4 換乘站ISCS接口設計

由于西安地鐵已建、在建和規劃線路均設置ISCS，不存在綜合監控與分立系統間接口，因此僅考慮兩線ISCS間的接口設計。根據子系統是否分設、子系統間是否具有軟硬件互聯能力等因素，兩線ISCS間的接口可采取四類接口方案（見圖3）。

圖3 換乘站ISCS接口設計

4.1 子系統分設

小寨站是西安地鐵2號線和3號線換乘站，根據表1中換乘站系統設計方案，換乘車站ISCS集成系統PSCADA、BAS、FAS采用兩線分設。

方式一：子系統互聯。當換乘站各線路ISCS接口子系統具有軟硬件互聯能力時，可以采用子系統直接互聯，再通過各線前端處理器（FEP）與車站ISCS（SISCS）接口，向SISCS提供換乘站子系統的全部信息。如圖3方式①。采用這種方式監控時，對各線路SISCS的軟硬件無需改動，僅需進行數據庫和畫面組態工作。

方式二：子系統和FEP互聯。當換乘站各線路ISCS接口子系統無互聯能力時，可通過各線FEP接入鄰線子系統。如圖3方式②。該方案接線較為復雜，同時需要對各線FEP擴展相應的硬件接口，并進行接口軟件開發。

方式三：SISCS的FEP互聯。通過各線路SISCS的FEP互聯實現信息交換和共享。如圖3方式③。該方案接口清晰，不涉及單個子系統，是車站級的數據交換。各線FEP需進行接口軟件開發，適用于不同廠家的SISCS互聯。

方式四：SISCS－SISCS互聯。是站級SISCS服務器層級互聯方案。不同廠家的SISCS間采用該互聯方式時，可分別在其SISCS出口加設接口服務器實現互聯。該方式可簡化為在雙方車站服務器上加裝獨立網卡，從而互聯實現信息共享。同廠家SISCS間則可直接互聯SISCS車站以太網交換機。如圖3方式④。采用該方式時，需做好網絡隔離，防止交互信息以外的其它數據串擾。

4.2 子系統合設

根據西安地鐵3號線規劃設計，除小寨站外，其它5座換乘站的BAS和FAS按一套系統設計，在3號線建設時同期實施。該情況下，上述換乘線路間ISCS系統的接口方式同樣適用，僅相關子系統由兩線分設模式變為合設模式，不再贅述。

5 結語

城市軌道交通逐漸進入網絡化運行階段，其ISCS也必須適應于線網運行的需要。換乘站ISCS設計有別于普通車站，必須站在線網層面進行思考和規劃，只有這樣，才能充分發揮換乘站的特殊作用，使ISCS功能更好地適應并滿足線網運行模式的需要。

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