雙碳要求下城軌線網控制中心弱電用房整合研究

馬映坤

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引 言

我國城市軌道交通線網規模不斷擴大，當前已有多個城市運營超500 km的城軌線網。超大規模的線網使得指揮控制模式復雜度驟然加大，多地城軌受限于數年前較少的線網規模規劃，如今面臨既有指揮控制中心空間飽和、算力飽和、預留不足，難以承載近期、遠期新建線路，亟待建設新的控制中心。

中國城市軌道交通協會于2022年8月發布了中國城市軌道交通綠色城軌發展行動方案，方案提出推進“云、數、網、安、智”等新一代信息技術與綠色低碳業務深度融合，以智慧賦能節能降碳關鍵核心技術攻關助力城軌交通綠色低碳、高質量發展[1]。方案對建設規劃提出開展雙碳和綠色城軌專項論證，突出節約和高效利用資源能源、加強網絡資源的優化共享和系統規劃清潔能源結構[2]。顯然線網線路的弱電生產系統（如綜合監控系統、自動售檢票系統、通信系統、信號系統以及安防系統等）將更多地承載于線網云平臺、大數據平臺等平臺之上，城市軌道交通行業向著更信息化、智慧化方向高質量發展。在智能建設的同時，各地也在建設新的控制中心以期實現軟硬件匹配，從運營端、建設端2個方面實施節能增效推動綠色城軌的實現。而云平臺的應用將給土建基礎建造帶來多大的經濟效益，也為行業所關注。

本文以調研所得某市既有運行控制中心（Operation Control Center，OCC）建成后的指標為依據，分析了控制中心弱電用房不同的整合方式以及整合效果，旨在為各地新建控制中心的弱電用房設置方案提供依據。

1 某市城軌建設現狀

1.1 線網及控制中心建設概況

某市當前已開通12條線路，在建5條線路，并規劃了2030年5條普線及3條市域線。當前采用全網指揮中心和應急中心+區域控制中心的控制中心設置模式，已建成3處區域集中式控制中心，一座線路控制中心。

S控制中心集中負責1～4號線的運營指揮調度；線網清分中心、制票中心、線網指揮中心的災備及復示系統（兼做應急指揮中心）也設置于本控制中心。

Z控制中心集中負責5～8號線的運營指揮調度；同時，市線網指揮中心、含線網門禁授權中心也設置本控制中心大樓內。

X控制中心分為2期建設，一期已建成，已接入10號線一期工程、17號線一期、18號線一期二期，未來18、19號線貫通運營，將合用大屏及調度臺；二期工程擬接入13、27、30號線，大廳及設備房已經完成土建預留，機電系統及大屏尚未開始建設，本控制中心還建設有線網清分MLC系統的主中心和制票中心。

9號線采用自動駕駛系統，線路控制中心設在WQ車輛段。

1.2 OCC設備用房及管理用房設置現狀

控制中心各線路按運營及生產需求分別設置設備類用房（各系統設備室、電源室）、管理類用房（綜合監控系統網管室、通信網管室、信號網管室、通信值班室、信號值班室、打印室、ATS/DCS工區儀器儀表及工具室、培訓演示室、ATS/DCS工區備品庫、信號工區辦公室等）以及輔助用房等（空調、氣滅、各類電房、更衣室等）。各OCC設備及管理用房按總面積、單線分項面積指標統計如圖1所示。

2 OCC弱電用房存在問題分析

2.1 設備間利用率不足，功能相近房間未整合

綜合監控、自動售檢票系統（Automatic Fare Collection，AFC）、專用通信等專業設備用房多，空余空間大，多數功能相近房間未做整合。S控制中心設備間雖然做了部分整合但也同樣存在此類問題。如圖2所示，AFC設備室因未整合，所用面積54 m2，但其中只含3個機柜，實際使用面積約14 m2。

如圖3所示，通信、綜合監控、門禁合用的設備室179 m2，實際利用面積不足120 m2。弱電設備室柜前距離分別為3 m、2.4 m、1.8 m，遠大于規范要求及倒切維護需要。

2.2 不同中心弱電設備管理用房面積不統一

各控制中心管理用房分線路分系統分專業設置網管室、儀器儀表室、值班室、打印室等房間；備品備件室、工區辦公室、值班室為多線共用。但各中心設置合用原則及面積并不統一。圖4所示Z控制中心的信號網管室，面積35 m2，實際僅放置2臺工作站，使用3 m2。通信網管室，面積36 m2，布置較為緊湊。

2.3 中心級系統設備用房存在進一步整合的空間

既有及在建17條線設備用房總面積為11 343 m2，管理與輔助用房總面積為14 821 m2。目前既有區域控制中心設備用房、管理用房和輔助用房基本均按線路設置，未做充分整合。

3 整合建議

控制中心大樓除調度大廳外，還包括中央設備機房、維保用房及生產辦公用房3大類。其中設備機房包括線網指揮中心設備機房及各線路通信、信號、綜合監控、門禁及安防等系統中央級設備用房。

3.1 設備用房設置方案

設備用房設置方案如表1所示。

表1 機房整合方案描述

3.2 各種整合方式優缺點

各種整合方式優缺點如表2所示。

表2 機房整合方案優缺點

3.3 建議優化方案

既有控制中心為每4條線1座控制中心，為方便既有線路遷移至新的控制中心并結合第4輪第5輪建設時序，建議以每4條線為1個整體模塊建設，每個整體模塊中按照信號用房、其余弱電專業綜合用房為小模塊進行整合。

4 不同建設模式與對比分析

4.1 傳統機房與數據機房區別

傳統機房與數據機房的區別見表3。

表3 傳統機房與模塊化數據中心機房對比

模塊化機房集成了供配電系統、制冷系統、機柜通道系統、照明系統、綜合布線系統、防雷接地系統以及智能管理系統，包含機柜、配電和監控等功能單元，模塊全部組件可大幅降低建設成本。

4.2 傳統機房弱電整合建設模式

對于新建控制中心設備維保用房，可大致將相應機房分為通信、綜合監控設備用房、信號設備用房、線網指揮中心綜合設備用房、大屏設備用房以及維保工區。

將通信、綜合監控設備用房整合為弱電綜合設備室、弱電綜合電源室、弱電綜合網絡管理室3類，信號設備用房單獨設置設備室、電源室、網絡管理室。以每4條線為1個單元進行整合。整合后房間布置如圖5所示。

4.3 利用云平臺模塊化機房弱電整合建設模式

按建設線網生產云平臺考慮，將既有以及擬建全部40條線路設于新建控制中心，對線網指揮中心及線路中央通信、綜合監控等系統中央級及線網級硬件資源進行整合，建設標準化微模塊數據中心機房，其弱電綜合設備室整合后機房構成：線網云平臺機房及云平臺電源室、非入云弱電綜合設備室及電源室、信號設備室及電源室。目前市場常見微模塊化機房單個模組可布置標準機柜16面，占地面積約26.35 m2，外延1m檢修空間，占地面積約40 m2。

根據測算結果，數據中心機房可按2期分建，共需48標準模塊。一期數據中心機房按24標準模塊設計：其中線網級應用2標準模塊+8條新線路用16標準模塊+其余為1～4號線大修備用6標準模塊）。二期數據中心機房按24標準模塊設計：其11條新線路用22標準模塊+其余為其他線大修備用2標準模塊）。圖6所示為一期數據中心機房布置圖。

另估算每期云平臺電源室不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）容量為2 000 kVA，需面積約260 m2。

由于弱電系統各專業存在不能入云的機柜設備，因此還需設置非入云弱電綜合設備室及電源室。合設4條線路城市軌道交通綜合監控系統（Integrated Supervisory Control System，ISCS）、門禁系統（Access Control System，ACS）、AFC、通信設備室為一個弱電設備室與一個電源室；信號專業按4線合設信號設備室與電源室按照既有線機柜大小，整合后，4線規模約為170 m2。UPS室按4線整合，整合后，4線規模約為60 m2。其中UPS需要約250 kVA。布置方式如圖7所示。

4.4 維保工區規模估算

維保工班規模：按照每2條線路1個信號工班、1個綜合監控工班、2個通信工班的標準配置維修工班；線網指揮中心配置1個信號維修工班、1個綜合監控維修工班、1個通信維修工班。參照運營公司各控制中心用房實際情況，按照40條線路和線網指揮中心共計83個工班的規模。

不做整合的維保用房規模估算：通信、綜合監控維修工班辦公室-每個工班25 m2，信號維修工班辦公室-每個工班40 m2，工班材料備品間兼維修室-每個工班25 m2，更衣室-每個工班20 m2，打印室-每層樓20 m2，全部用房面積23 265 m2。維保工區6 325 m2。

4線合設整合維保工區規模估算：每4線通信、信號、綜合監控共用1個維保工區模塊，每個模塊凈面積120 m2共10個模塊，合計1 200 m2。

4.5 3種不同模式用房面積對比

對于不做整合，新建40條線控制中心沿用既有OCC布置的方式，可選取單線路面積指標最小的X二期OCC用房指標估算；對于4線一整合，傳統方式整合后以及按照設置云平臺模塊化機房整合后的方式，全部40條線規模所需用房面積如表4所示，遠期設備管理用房規模如圖8所示，傳統/模塊化機房按4線整合模塊對比如圖9所示。

表4 3種不同模式用房面積對比 單位：m2

4.6 三種不同模式經濟指標對比

通過表4可見，模塊化機房建設方案最優，較未整合建設方案，可節約面積12 245 m2，按當前OCC概算指標0.644 6 萬元/m2可節約土建造價約7 300萬元，相比傳統機房多線整合后建設模式可節約2 960 m2，節約近1 700萬元。

5 結 論

結合當前雙碳要求及城軌協會要求，建議推行云平臺作為線網控制中心的基礎。云平臺在減少單線設備投入，整合數據節能降耗方面具有得天獨厚的優勢。在此基礎上建議采用數據中心模塊化機房設置方案，按4條線為一機房模塊進行整合。（1）4線合用的信號設備室、信號電源室、網絡管理室；（2）4線合用非入云的弱電綜合設備室、弱電電源室、網絡管理室；（3）按4線合設涵蓋全專業的維保工區用房；（4）按初近期規模分別配置云平臺機房及電源室、網絡管理室。

上述方案在減少土建投資要求、減少土建規模，降低土建能耗、提高節能減排上面優勢巨大，符合國家對新時期低碳節能的要求，符合城軌協會對綠色軌道建設的要求。線網指揮中心控制中心是城市軌道交通線網系統的中樞部分，是保證城市軌道交通系統安全高效運行的重中之重，也是整個城市交通不可或缺的重要一環。基于云技術建設城軌線網生產平臺和數據中心，整合相同IT架構的設備系統，大量減少車站級服務器的數量，減少運營后期維護工作量，同時將寶貴的地下建筑空間節約下來，轉移到成本較低的地面空間，線路工程通過云計算技術應用，有效減小土建規模，其對土建工程的利好使其更具應用價值和發揮環境保護效益。