摘要：城市轨道交通系统是集客运、货运、地铁和轻轨等多种运输方式为一体的综合性交通枢纽，在现代化交通领域中占据重要位置。为了提高人民生活水平与安全感，改善人们的出行环境，对城市轨道交通系统提出新要求。文章首先分析了行业发展现状及趋势，然后结合北京轨道交通22号线工程，确定弱电系统的集成方案，实现机房面积、设备配置、电源系统的综合优化；确定弱电系统集中站模式设备配置优化方案，完善城市轨道交通弱电技术体系结构，满足国家对智能化城市轨道交通提出的要求，为后续发展提供参考依据。
关键词：城市轨道交通；弱电系统；电源集成；轨道交通智能管理平台
0背景
城市发展用电需求侧需要改革，促进智能建筑技术的应用，提升其安全性与可靠性，以满足社会经济发展对供电质量、稳定性和舒适性等方面的更高标准的需要。随着城市化的高速发展，国内很多城市出现了交通拥挤情况，人们对公共交通快速运行提出了更高的要求，低运能的交通工具逐步退出历史舞台，城市轨道交通建设步伐愈加紧密。城市地铁在运能、环保、舒适、快捷方面为人们的出行带来极大便利，这些优势是其他交通方式无法比拟的。根据国家有关部门规定，满足人口、城市GDP产值、年财政收入要求的城市可以建设地铁。因此，未来10年将是我国城市轨道交通快速推进的时期，城市轨道交通弱电系统建设成为重点课题。近年来，杭州、武汉、深圳、上海等城市已经在城市轨道交通采用弱电系统综合机房的机房集成方案。其中，武汉轨道交通基于站段云技术模式，计划实现站区化管理，这一方案目前仍处于研究阶段。当前，关于城市轨道交通弱电系统集中站的研究较缺乏，主要原因是各设备系统较独立，资源共享利用率较低。随着轨道交通云平台的推广与建设，弱电系统进行了中心集中的云化部署，已具备进行车站弱电系统及用房集成的实施基础。
1项目概况
城市轨道交通系统通常指地铁、轻轨、市郊铁路、有轨电车等共同构成的城市公共交通系统。项目投资资金量大，建设周期长，项目投运后的运行及维护也需要大量资金，因此需要优化项目运营，研究弱电系统集成技术。按照京发改〔2019〕990号、京发改〔2019〕1433号等文件的精神，降本增效成为轨道交通建设的关注焦点。北京轨道交通22号线工程采用单站独立建设模式，而且弱电设备种类繁多，设备功能及特点不同。在设计中要充分考虑各部件之间的相互配合关系，合理地统筹规划各个子系统，以减少运营成本、提高效率、降低事故率。目前，该系统存在土建建设成本高、空间利用率较低、维护人员投入较多等问题，针对存在的问题，急需优化集成弱电系统，提出更好的配置方案。
2城市轨道交通弱电系统集成设计的目的
结合北京轨道交通22号线工程，确定弱电系统的集成方案，实现机房面积、设备配置、电源系统的综合优化；确定弱电系统设备配置优化方案，研究智能管理平台，实现联动模式创新。通过集成及优化，降低城市轨道交通建设投资及后期运维护投入，促进城市轨道交通领域可持续发展，实现轨道交通全寿命周期综合成本控制，为弱电系统建设及管理模式优化奠定基础，提高城市轨道交通弱电系统的综合设计水平，促进城市轨道线路弱电系统方案优化，促进技术进步产业升级、行业进步；降低系统投资，提升运营维护管理效率，实现节能减排、降本增效的目的。项目成果可逐步推广，优先在北京城市轨道交通项目试点应用，最终推广至全国城市轨道交通项目，实现可持续性发展及优化[1]。
3城市轨道交通弱电系统集成设计
3.1弱电系统集成思路
设计人员需要集成弱电系统布局方案。在城市轨道交通智慧平台发展背景下，车站级弱电系统，如通信系统、综合监控系统、自动售检票系统等均已实现站级部分设备的资源集成，各系统其余站级设备，在用房、电源、网络等方面具备高度集成条件。同时，随着智慧平台的建设，运营模式从各系统单独运维模式逐渐转向综合运维模式，建设及运营成本得到有效控制，使弱电系统站级具备了实现综合运维和系统集成的条件，弱电系统集成思路如图1所示。设计人员需要重点研究弱电系统的机房集成、配电集成等问题。城市轨道交通弱电系统由各种子系统构成，包括电力、供电、照明、通风等子系统，在进行系统集成时可以采用不同类型的模块结构。例如，通信与控制系统、信息处理设备和管理信息系统、集中式智能监控单元系统等，各自功能独立、互不影响，进行系统集成能够实现系统的统一调度，便于维护检修，实现对整个城市轨道交通的控制与管理。为了实现城市地铁线路与电力、光缆的信息交换，以及车站供电系统之间的数据传输和控制，通过有线或无线方式连接各种设备形成一个综合体，从而完成对整个地铁运营过程的监控管理及调度指挥，同时还能为乘客提供更多安全保障服务。例如，在车站内实时监视站内、外部环境变化，如温度过高、烟雾浓度异常及相关参数的故障信息等；该系统还能够实现自动报警与控制[2]。
3.2弱电系统集成方案
在北京地区常规轨道交通弱电系统配置方案中，采用单站独立建设模式，各弱电系统机房独立设置，维护管理责任按照机房划分，并且后备电源也是独立配置，各个系统配电设备自行管理。这种传统配置方式的优点是针对性较强，一个弱电系统故障不会影响其他系统运行；缺点是重复配置，初始投资较大，系统数量较多导致运维人员较多，控制室占用建筑面积较大，各个弱电系统独立设置的蓄电池需要分开设置，分别监控，增加了成本和维护工作量。设计人员需要综合各弱电系统的资源需求，完成机房集成布局方案，优化建筑规模，根据22号线车站的实际情况得到不同车站的弱电系统电源集成方案。
3.2.1集成对象。主要包括综合监控系统、设备监控系统、直流电源系统、传输系统、公务电话系统、广播系统、门禁系统、乘客信息系统、综合安防系统、自动售检票系统、低压动照应急电源系统等。这些系统都是保障轨道交通安全、高效运行的基础。
3.2.2具体集成方案。以直流操作电源为主体，整个弱电系统能够统一配置。主回路采用智能型高频开关操作装置，能够实现信息监测管理，将FAS系统、ISCS系统、PSD安全门和AFC闸机、应急照明EPS、直流操作电源、综合监控系统等作为该直流系统的负载终端，根据系统需要接入各个专业模块，实现对各个弱电系统的管理和监控。在接口分界处设置统一直流电源系统的蓄电池，作为备用电源，进行合理切换。控制中心采用同样模式，将通信系统（信号系统）、综合监控系统等作为负载接入电源系统[3]（1）应急系统。如果弱电系统共用一套集中应急系统作为备用电源，某一弱电系统出现问题时会导致影响范围扩大，因此需要设计单独供电系统。例如，为信号系统、FAS系统、屏蔽门系统、消防及疏散系统设计单独供电系统，然后按照上述模式进行集成。（2）直流系统监控单元智能化检测。可自动启动分级切载程序，管理各个弱电系统的用电时长，计量各系统的用电时间，根据检测内容精准传输控制指令，驱动继电器控制相应断路器操作机构切掉相应负载。（3）蓄电池容量计算及校验。考虑经济性原则，在弱电系统集成期间，按照电压控制法及阶梯计算原则，对系统配置蓄电池的容量进行计算及校验。直流电源系统的馈线断路器及下级断路器的配置按照级差配合的原则进行配置，避免出现供电不足的情况[4]。
4城市轨道交通弱电系统智能管理
随着城市轨道交通的发展，对车站智能管理提出了更高要求。城市轨道交通弱电系统要面向乘客，提升乘客体验，为乘客提供更加便捷的公共交通体验；逐步实现弱电系统设备的高效自动控制，提高系统的反应速度和运行效率，减少人员运维成本；针对系统出现的应急事故，系统需要快速完成全面联动，以高效处理事故，确保系统的安全、稳定、可靠[5]。在轨道交通行业实施业务驱动和创新，可以推进新技术在轨道交通领域的应用推广，使轨道交通向着智能化、数字化的方向不断发展。
4.1“互联网+”智能管理
随着城市轨道交通弱电系统的发展，推进交通运输“互联网+”对车站智能管理提出了更高要求。地铁运输管理人员需要强化互联网思维，利用新一代技术构建车站智能管理体系，打造全新的交通运输服务。在城市轨道交通弱电系统中采用无线网络技术实现各子系统之间的通信，然后通过网络监控中心实时掌握车辆运行状态及相关人员的动态变化，及时反馈给管理中心的决策层管理者，从而保证车站运营的安全、畅通，实现对整个地铁线路的统一调度、协调，以及信息的采集与传输。
4.2智慧平台
实现智能轨道交通系统的核心是建立数据采集和处理的智慧平台。在轨道交通智慧平台中，可以建设综合监控系统，对接车站、线路上的绝大多数机电、监控设备，这是轨道交通数据采集和处理的关键[6]。建设轨道交通智慧平台的核心是建设车站智能管理系统，技术人员要基于新技术，建立一套完善的智能管理体系，保证整个地铁运营过程中各部门之间的有效沟通[7]。智能管理系统可以实时监测子系统的数据，并发送至智慧平台调度中心，通知集控室统一收集、记录。智慧平台通过与轨道交通传输监控系统、机车信息系统的可靠连接，实现线路管理运营的一体化，使轨道交通弱电系统更加可靠，提升线路服务水平[8]。
5结束语
在城市轨道交通智能管理平台发展背景下，车站的弱电系统已经实现了站级部分设备的资源集成，同时具备实现综合运维和系统集成的条件。研究人员需要深入研究城市轨道交通弱电系统的集成设计，促进城市轨道交通的进一步发展。
作者:董哲 单位:中铁电气化勘测设计研究院有限公司