城市轨道交通车站级弱电系统整合模式研究

引言

在地铁车站内，设置有通信、信号、BAS（环境和设备监控）、综合监控、门禁、自动售检票、消防自动报警、站台屏蔽门等各种弱电设备系统。在地铁运行过程中，它担负着行车指挥、客流组织、环境监测等重要职能，一般被认为是电力系统中等级最高的负荷，有些还被列入了特殊保障的第一类负载。其电力供应的连续性和电力品质的高低，关系到整个轨道交通系统的安全和稳定，是保证地铁安全、可靠运行的重要基础设施。

1 车站设备向云端发展现状

城市轨道交通（“城轨”）云平台的构建，正在深刻地改变产业运营、管理和服务的方式，并已成为推动我国高质量发展的重要发动机。“城轨云”是“智慧轨道交通”的重要组成部分，它通过与大数据的融合，有效地解决了各个系统之间的“孤岛”问题，为实现智能服务的扩展提供了强大的技术支持。随着“城轨云”技术的迅速发展，包括通信、综合监控、自动售检票、控制系统、信号控制等在内的站级弱电系统已经逐渐将设备资源集中到云上，并进行“上云”。

2 车站级弱电系统整合成果

2.1 传统车站用房需求

在传统的城轨设计中，各个专业的机房一般都是各自独立布置，这样的分布造成了空间利用率低下，也使得土建和相关设备的建设费用增加。站级弱电系统主要依靠专门的服务器来实现，但是单个设备的载载率很低，导致了大量的资源闲置，很难减少系统的建设和后期的维护费用。以8 节车厢D 型客车为例，统计了集控室（即“集中站”）和非集控室（“非集中站”）的机房需求量，并根据需要的机柜和服务器的数目，中央车站的弱电系统（包括通讯、信号、综合监视、售检票和出入控制等）需要大约 215.0 平方米的建筑面积和大约 170.0平方米的非中央车站。云计算的出现极大地提高了系统的硬件资源集成和共享能力，同时也带来了运行维护方式的演化。如果没有整合到云计算平台中的网络装置（例如交换机）继续以分布式方式配置，则会增加日常维护的工作量。

2.2 整合方案

当前，车站级通信、自动售检票和集成监测系统已实现云计算部署，支持资源共享。这些系统无需站级服务器，仅依靠中心或分区控制器即可与综合监测室共享场地。尽管信号系统尚未完全云化，其运营维护已交由相关部门管理，应纳入统一规划。安检系统主要为数据传送设备，可合并至通讯室管理。各弱电系统在技术及运行上已达集中集成条件，通过建立统一弱电机房进行资源集中配置和维修，不仅能减少设备用房面积，还能降低运维成本。相比传统方案，基于云计算的集成方案显著优化资源配置：从多服务器分散部署转为 2-3 个高性能服务器，减少8 个机柜使用，降低系统热量 80% ，全负荷时减少65% 供电需求。这提高了计算机室的空间利用率，解决了传统分割带来的空间和能量浪费问题，促进城市轨道交通站点的绿色智能发展。

2.3 弱电系统机房整合对其他专业的影响

设备机房涉及到土建、电力、照明、通风、消防等多个专业领域。所以，在进行电力系统一体化的研究中，需要对各个专业所受的影响进行系统性的分析，才能合理、客观地评价整个系统的影响。

2.3.1 对通风空调系统的影响

综合机房后，从实际运行情况来看，各机组的散热装置总数和总的发热量都没有显著增加，表明合并对机组的实际负荷影响不大。另外，集成后的集中式机房在风道布置方式上与原来的分散布置方式基本相同，因此在不增加通风空调面积的情况下，不会增加工程造价。

2.3.2 对动力照明系统的影响

通过对电力照明系统进行综合和优化，电力照明系统的设备布置数目没有改变，总体电力负荷没有太大的改变。尽管由于机柜的集中配置，使得供电回路从原先的 8 路缩减到 4 路，提高了单回线的承载能力，从而导致了相应的电缆截面面积的增大，但是从造价计算来看，这样的调整对整个工程的投资影响很小，可以看作是没有任何附加的费用增长。

2.3.3 对气灭系统的影响

综合机房后，可根据实际应用需求，对气灭系统的保护面积进行适当调整，从而减小了总体保护范围。由于减少了设备的尺寸，需要的建筑物面积也就更小了，这样就可以腾出一间原来用来放置气瓶的房间。以 8 列 D 车型为例，其给水、排水系统选择 IG541 为灭火媒介，一台气灭系统可以同时满足 8 个防区的要求，而灭火剂的使用量根据保护区内的面积最大来确定。在没有进行综合机房之前，需要在各设备之间单独设置燃气消防管网；而合并之后，各个功能都在一个统一的弱电室里，只需要布置一套管道，总体上可以减少 3 个管道。例如，在合并之前，车站楼层需要 2 个气瓶，占地 24 平米，12 平米；合并后，保护区缩减为7 个，相应地，气灭系统和气瓶室也相应减少，共计节省12 平方米。这极大地缓解了给水排水专业的设备配备及投资。经过测量，合并后的信号机房建筑面积为 67.2 平方米，最大的保护区域仍然是控制控制室（24 平方米）；与总控室合并后的总控室共 120 平米，其中最大的防护区改为 29 平米的弱电一体化机房。表1 总结了集电室合并后对系统性能的影响。

表1 信号集中站和非集中站机房整合后效果分析

从表 1 中的资料可以看出：合并后的弱电机房中，有一个是站内的气灭系统，相应的钢瓶、管网等配套设备的数目也相应的减少。就投资而言，合并后的分站可省下300,000 元左右，中央分站可省下250000 元左右。

2.3.4 对建筑专业的影响

通过对弱电机房的合并，将原来分布在不同位置的多个机房进行合并，使所需要的面积得到了有效的降低。通过对建筑物总体布置进行优化，使整个站点的总长度减少3-5 米左右。

结束语

将弱电机房集成在一起，可以产生多种正面效应：集中使用计算机室，提高空间利用率；减少了气灭机房的设置数，减少了设备的冗余度；使管网布置更紧凑、更合理；管道与建筑物的协同更加协调，总体布置更加灵活；在多个环节的协同改善下，达到了高效的成本控制和节约。

参考文献：

[1] 马仲梅 . 兰州轨道交通综合监控系统改进方案 [D]. 昆明理工大学 ,2019.

[2] 姚国华 , 张宁 , 张晓军 . 城市轨道交通换乘站综合监控平台的构建 [J]. 城 市 轨 道 交 通 研 究 ,2012,15(1):66-69.DOI:10.3969/j.issn.1007-869X.2012.01.015.

[3] 胡倩 . 城市轨道交通车站弱电系统电源整合方案研究 [J]. 铁道勘测与设计 ,2009(5):5.DOI:JournalArticle/5af4c3a0c095d718d81d6a00.