城市轨道交通换乘站综合监控系统设计方案

赵琛琛 朱晓飞

（南京南瑞集团公司，211106，南京∥工程师）

换乘站在城市轨道交通线网中具有特殊地位和作用。随着城市轨道交通网络化的发展，换乘站的主体结构和监控功能设计成为影响线网效率和安全性的关键因素，其影响主要表现在设施协调、客运组织、信息共享、线间联动等方面。其中，换乘站节点的综合监控系统（ISCS）平台结构和系统功能必须满足正常情况下各线路相对独立运营管理，灾害情况下实现统一调度和指挥的运营需求。

1 工程概述

西安地铁3号线全长50.5km，共设车站32座，分两期建设。3号线一期工程为鱼化寨至保税区段，线路全长39.15km，共设车站26座（19座地下车站、7座高架车站，其中换乘站6座）。另设车辆段及综合维修基地、停车场各1座。控制中心与1、2号线合设。

3号线一期工程中的6座换乘站分别为科技路站（与规划6号线换乘）、小寨站（与2号线换乘）、大雁塔站（与规划4号线换乘）、青龙寺站（与规划5号线换乘）、咸宁站（与规划6号线换乘）和通化门站（与地铁1号线换乘）。根据设计规划，为方便运营管理，3号线换乘站和其换乘线路的ISCS分别设置，以实现各自车站级ISCS功能。换乘站各相关子系统根据换乘车站各线路建设时间的先后次序等因素，采用分别设计或子系统合设等方式设置。3号线换乘站ISCS及相关系统设计规划如表1所示。

表1 西安地铁3号线换乘车站ISCS设计

2 换乘站ISCS结构设计

2.1 设置原则

换乘站在地铁系统中的地位非常特殊。从土建角度看，换乘站是一个建筑整体，发生灾害时，整个车站的防灾设备需要统一调度；从地铁运营角度看，换乘站是多条地铁线路的节点站，车站发生火灾时对各线均有影响，须各条线路共同管理。因此，换乘站ISCS的设置对地铁运营至关重要。

换乘站的换乘方式大致分为站台换乘、站厅换乘、通道换乘、节点换乘、混合换乘及站外换乘等。换乘布局包括并列式、行列式、十字型、T型、L型、H型等。根据建设周期和换乘方式的不同，ISCS设置原则如下：

（1）同期建设，共用站厅、站台层公共区：建议车控室、ISCS合设。

（2）同期建设，站台、站厅分设或站厅层有换乘公共区：建议车控室、ISCS分设，正常情况下各线路独立运营，灾害情况下实现联动功能。

（3）分期建设，共用站厅、站台层公共区：建议车控室、ISCS由原线路扩容，为后建线路提供接口条件。

（4）分期建设，站台、站厅分设或站厅层有换乘公共区：建议车控室、ISCS分设，正常情况下各线路独立运营，灾害情况下实现联动功能。

地铁3号线的6座换乘站中，除小寨站为分期建设外，其它5座车站均为同期建设。同时，该6座车站均采用车站上下立交的T型站厅换乘布局，站台分线设置，站厅通过各线的换乘集散厅和过道相连，故ISCS采用分线设置方式。

2.2 管理界面

地铁机电系统中，除了牵引供电、屏蔽门（PSD）、信号及专用通信（如传输、专用电话等）必须各线分设外，换乘站的其他系统设计应根据换乘方式和运营管理需求，在确保运营安全、方便运营管理的前提下遵循资源共享的设置原则。换乘站机电设备系统遵循的设置原则如下：需要纳入同一运营管理主体管理的设备系统，应尽可能各个换乘线路合设，即按照相同标准统一建设，以便设备的维修操作及管理标准统一；不同运营管理主体管理的设备系统及相关设施，各个换乘线路应尽可能分设，以便管理界面清晰。如果相互之间职责和管理界面不清，不仅会降低管理效率，还会因特殊情况下应急处置不当，导致人身及财产损失，甚至发生灾难性后果。

西安地铁3号线各换乘站有下述共性：各换乘线路在本站共享站厅层，站厅合并或通过换乘集散厅连接；站台层空间完全分开，各线路通过电梯垂直换乘或通过站厅平行换乘。在该换乘空间条件下，需要确定本站的运营管理主体单位，由主体单位负责站厅公共区及本线路站台层的运营管理，非运营管理主体单位则负责其所辖线路站台层工作。西安地铁目前开通以及在建的地铁线路均归属同一运营公司管理，因此不存在运营管理界面拆分的问题。

2.3 平台设置方案

结合换乘站ISCS的设置原则、运营管理界面划分，以及由管理界面决定的设备归属、系统设置方式等因素，换乘站ISCS的平台集成系统方案如下：

方案一：将换乘车站定位为一个完整的车站，同期设计、同期施工。在先开通的线路中设置一套ISCS，将该换乘车站的每一个弱电系统统一接入本站的综合监控平台。该站ISCS同时接入本线控制中心和后建线路控制中心。该方案把所有与运营有关的系统功能整合在一个人机界面上。

方案二：设计初衷大体与方案一一致，合设一套ISCS，二者的区别是弱电系统必须按线分别设立。先建线路设置ISCS时，需预留与后建线路相关系统的接口条件，以集成互联本线和换乘线所属的机电系统。

方案三：不同线路独立设置ISCS，机电系统根据车站换乘形式、运营管理模式和车站建设时序等因素，同期设计、施工，全站统一设置。合设的深度集成子系统（如BAS、FAS）以两种方式接入ISCS：① 以集成方式接入先期建设线路，负责全部监控；以互联方式接入后建换乘线路，仅负责设备监视。② 以集成方式接入先后建设的换乘线路，按照划分的运营属地原则，由ISCS设置相应的控制权限，实现对各自监控所辖范围内的设备实施控制，对非所辖范围内设备实施监视。同时交互报警信息，实现跨线联动功能。

方案四：不同线路独立设置ISCS，机电系统根据车站换乘形式、运营管理模式和车站建设时序等因素，按线分别设置，接入各自对应的车站级ISCS，由各线ISCS对接入子系统范围内的设备实施监控。按线路分设的子系统通过接口，交互实时状态和报警信息，从而实现跨线联动。

根据3号线换乘站的换乘方式，有条件进行换乘站主体车站的同期建设，且换乘线路隶属于同一运营公司管理，机电系统完全具备同期设计、合并设置的条件。因此，3号线换乘站平台集成方案，除2、3号线换乘的小寨站采用方案四外，其它均采用了方案三。

3 换乘站ISCS功能设计

3.1 换乘站子系统互传信息

换乘线路分设子系统或合设子系统仅接入一条线路的ISCS时，需要通过接口向邻站转发的信息大致如下（具体信息将根据运营需求调整）：

PSCADA：400VⅠ／Ⅱ段馈线开关位置、状态（如低压设备供电有引自邻线400V开关柜回路的）。

BAS：通风大系统、通风小系统、照明（正常、广告、导向、应急、区间）、给排水、电扶梯、电保温、水系统、空调、模式、传感器等信息。

FAS：火警总信号、防烟分区火警、气灭区火警、区间手报、专用排烟风机状态等信息。

PSD：门控单元故障（通信、电源、监视系统）、就地控制盘、IBP盘、滑动门、端门、应急门以及司机门状态和报警等信息。

AFC（自动售检票）：运营模式、各类闸机状态等信息。

CCTV（闭路电视）：换乘公共区域摄像机（增加视频分配器，转发视频图像）的视频信息。

ATS（列车自动监控）：轨道占用超时信息。

3.2 换乘站联动功能

3.2.1 火灾联动

换乘站发生火灾时，与该站相关的几条线均进入火灾运行模式。同样，与换乘站相邻的某线路区间发生火灾时，相关线路亦进入火灾运行模式。火灾模式下，FAS联动BAS、ISCS、ACS（门禁系统）、AFC，通过ISCS联动CCTV、PA（广播）、PIS（乘客信息系统）、PSD等。如图1所示。

图1 换乘站发生火灾时各系统联动逻辑图

FAS分设：通道换乘车站各线FAS由各线设置并负责管理；若换乘车站虽同期设计但因建设周期相距较长未能同期施工，FAS也按各线的管辖范围进行设置。此时，由多个系统完成整个车站的防灾报警和防灾设施的联动控制，换乘接口可采用站级或中央级。正常工况时，ISCS通过本线路的集成接口和换乘线路的互联接口，监控本线路设备，监视邻线设备运行状态和报警信息。当车站或区间相应区域内发生火灾报警时，所属线路FAS工作站收到火灾报警信息后，本线路各系统按图1执行消防联动和综合监控联动；同时，通过换乘接口，邻线接收到线路火警信息，邻线各系统按图1执行消防联动和综合监控联动。

FAS合设：同厅或同台换乘车站按照建筑个体设置一套FAS系统，区间和折返线的FAS按照线路划分设置。由先开通线路设置FAS主控制器，并以先开通车站控制室作为车站的消防值班室；后开通线路设FAS区域控制器，与FAS主控制器连接，或设单独的报警回路接入FAS主控制器。各线FAS需设置接口传递火灾信息，由一个系统完成防灾报警和防灾设施的联动控制。

BAS分设：通道换乘车站各线BAS由各线设置并负责管理，若换乘车站虽同期设计但因建设周期相距较长未能同期施工，BAS也按各线的管辖范围进行设置。由多个系统配合FAS完成整个车站的消防联动控制。换乘接口可采用站级或中央级。正常工况时，ISCS通过本线路的集成接口和换乘线路的互联接口，监控本线路设备，监视邻线设备运行状态和报警信息。当车站或区间相应区域内发生火灾报警时，所属线路FAS工作站收到火灾报警信息后，分别联动本线路BAS和邻线BAS系统。各线BAS系统按照相应的火灾模式启停通风、照明、电扶梯等设备。

BAS合设：同厅或同台换乘车站按照建筑个体设置一套BAS系统，区间和折返线的BAS按照线路划分设置。由先开通线路设置BAS可编程逻辑控制（PLC）主控制器，后开通线路BAS设置远程I／O模块箱，通过通信总线接入主控制器。各线BAS需设置接口，交互设备状态和控制指令，从而由一个系统完成与FAS的消防联动控制。

3.2.2 阻塞联动

当换乘站相关线路的区间发生列车阻塞或其它事故时，可能需要两个或以上线路的通风系统配合完成区间的阻塞通风，此时需要启动换乘站相关线路的阻塞联动。当两条换乘线路是接驳贯通运营时，该需求尤为突出。阻塞联动逻辑图如图2所示。

图2 换乘站相关线路区间发生阻塞时各系统联动逻辑图

BAS分设：换乘站某条线路的ISCS检测到该线路ATS的阻塞报警信号后，通过换乘接口将该阻塞报警转发至邻线ISCS。各线ISCS根据阻塞执行模式的定义，以自动或半自动方式启动相应阻塞联动。各线ISCS联动所接线路BAS系统启动阻塞通风模式，同时联动各自PA、PIS、CCTV等相关系统。

BAS合设：BAS按照整站设计施工时，由一个系统完成阻塞联动时的模式下发和相关通风设备启动。当某条线路的ISCS检测到该线路ATS的阻塞报警信号后，通过换乘接口将该阻塞报警转发至邻线ISCS，联动PA、PIS、CCTV等相关系统。

4 换乘站ISCS接口设计

由于西安地铁已建、在建和规划线路均设置ISCS，不存在综合监控与分立系统间接口，因此仅考虑两线ISCS间的接口设计。根据子系统是否分设、子系统间是否具有软硬件互联能力等因素，两线ISCS间的接口可采取四类接口方案（见图3）。

图3 换乘站ISCS接口设计

4.1 子系统分设

小寨站是西安地铁2号线和3号线换乘站，根据表1中换乘站系统设计方案，换乘车站ISCS集成系统PSCADA、BAS、FAS采用两线分设。

方式一：子系统互联。当换乘站各线路ISCS接口子系统具有软硬件互联能力时，可以采用子系统直接互联，再通过各线前端处理器（FEP）与车站ISCS（SISCS）接口，向SISCS提供换乘站子系统的全部信息。如图3方式①。采用这种方式监控时，对各线路SISCS的软硬件无需改动，仅需进行数据库和画面组态工作。

方式二：子系统和FEP互联。当换乘站各线路ISCS接口子系统无互联能力时，可通过各线FEP接入邻线子系统。如图3方式②。该方案接线较为复杂，同时需要对各线FEP扩展相应的硬件接口，并进行接口软件开发。

方式三：SISCS的FEP互联。通过各线路SISCS的FEP互联实现信息交换和共享。如图3方式③。该方案接口清晰，不涉及单个子系统，是车站级的数据交换。各线FEP需进行接口软件开发，适用于不同厂家的SISCS互联。

方式四：SISCS－SISCS互联。是站级SISCS服务器层级互联方案。不同厂家的SISCS间采用该互联方式时，可分别在其SISCS出口加设接口服务器实现互联。该方式可简化为在双方车站服务器上加装独立网卡，从而互联实现信息共享。同厂家SISCS间则可直接互联SISCS车站以太网交换机。如图3方式④。采用该方式时，需做好网络隔离，防止交互信息以外的其它数据串扰。

4.2 子系统合设

根据西安地铁3号线规划设计，除小寨站外，其它5座换乘站的BAS和FAS按一套系统设计，在3号线建设时同期实施。该情况下，上述换乘线路间ISCS系统的接口方式同样适用，仅相关子系统由两线分设模式变为合设模式，不再赘述。

5 结语

城市轨道交通逐渐进入网络化运行阶段，其ISCS也必须适应于线网运行的需要。换乘站ISCS设计有别于普通车站，必须站在线网层面进行思考和规划，只有这样，才能充分发挥换乘站的特殊作用，使ISCS功能更好地适应并满足线网运行模式的需要。

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［5］张文涧.地铁换乘车站运营管理界面及机电设备系统设置原则分析［J］.现代城市轨道交通，2010（1）：45.

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