城市轨道交通换乘站设备系统的资源共享*

毛 建 付保明 张 宁 石琦玉

(1.南京地下铁道有限责任公司,210008,南京;2.东南大学智能运输系统研究中心城市轨道交通研究所,210096,南京∥第一作者,高级工程师)

城市轨道交通换乘站设备系统的资源共享*

毛 建1付保明2张 宁2石琦玉2

(1.南京地下铁道有限责任公司,210008,南京;2.东南大学智能运输系统研究中心城市轨道交通研究所,210096,南京∥第一作者,高级工程师)

合理设置城市轨道交通换乘站的设备系统,不仅能提高换乘站的运营管理水平,而且能有效避免设备系统重复投资。介绍了换乘站设备系统资源共享的内容;对换乘站换乘类型、运营管理模式及建设时序等影响资源共享的因素进行了分析;提出了3种换乘站设备系统资源共享总体方案,并从可靠性、经济性、运营管理方便性等方面对相关系统的各具体方案进行了对比分析,提醒出相应的建议。

城市轨道交通; 换乘站; 设备系统; 资源共享

First-author′s address Nanjing Metro Co.,Ltd.,Nanjing 210008

随着城市轨道交通的不断建设,轨道交通网络化运营管理的趋势和需求明显[1-2]。作为轨道交通线网的锚固点,换乘站的建设与运营管理一直是关注的重点。传统的换乘站机电设备系统设计方案以线路为单位,分别配置各线的车站设备系统。这样虽能基本满足运营管理的要求,但换乘站设备系统资源利用率较低,且可能存在设备重复配置、工程重复投资及运营管理不便等问题。在此背景下,轨道交通管理部门对换乘站的设备系统配置及运营管理提出了更高的要求。

本文结合国内外的研究成果,在总结已开通线路换乘站建设与运营管理的基础上,通过分析换乘站类型、管理模式、建设时序及设备系统接口等影响因素,从全局角度对换乘站设备系统资源共享进行研究,以提高城市轨道交通在建线及待建线换乘站设备系统设置的合理性和科学性,提高轨道交通换乘站设备系统的整体效能及管理水平,为轨道交通建设提供有益的参考。

1 换乘站设备系统资源共享简介

1.1 车站设备系统

车站设备是城市轨道交通系统中的一线设备,涉及到多个专业系统。根据各系统的业务差异,可将车站设备系统分为3大类:①与行车管理相关的设备系统(包括牵引变电所、电力监控、信号系统、专用电话系统及屏蔽门系统等);②与车站运营管理相关的自动化系统(包括防灾报警、环境与设备监控、自动售检票、防灾报警、门禁及综合监控等);③与车站本体相关的机电系统(包括降压变电所、通风空调、给排水、气体灭火及动力照明等)。

1.2 资源共享内容

对于换乘站而言,不同线路间的资源共享涉及到空间、设备、平台及管理4个层次的内容。

空间层次:对同类机电设备等硬件占用的设备用房空间进行共享,对车站公共区及管理用房进行共享。可减小车站土建的建造规模,节省高额的土建成本[3]。

设备层次:对同类的机电设备等硬件进行共享,可使用1套或者统一接口标准的设备来满足换乘站各线路对同类设备的需求。可减少车站设备的数量,提高设备的利用效率。

平台层次:对换乘站各线路同一设备系统的业务操作平台进行共享。各线路可使用统一标准的业务平台来实现本系统设备的监控及其他相关业务的处理,并满足各线路车站设备系统在各种工况下的运营管理需求。

管理层次:在空间、设备及操作平台共享的基础上,对换乘站的管理信息整合、管理人员配置、业务处理流程等方面进行优化。可方便管理单位的运营管理,使换乘车站整体的运营效率得到进一步提升。

鉴于不同设备系统的业务功能及系统构成存在差异,故不同设备系统的资源共享涉及不同的层面。由于轨道交通行车采用分线运营管理的方式[4],因此换乘站内不同线路间与行车管理相关的设备系统可相互独立;但考虑到网络化运营管理的需求,则相关设备系统还应相互兼容。与车站本体相关的机电系统,其共用设备用房和设备能有效地减少建筑面积及设备数量,节省初期投资。该类系统资源共享重点在于空间及设备层次的共享。与车站运营管理相关的各自动化系统,其设备系统结构组成相对复杂,故其资源共享涉及到空间、设备、业务平台及运营管理等多个层面。因此,应着重研究车站运营管理自动化系统和车站本体机电系统的资源共享。

1.3 资源共享设计

当前,许多城市通过制定轨道交通相关设备系统技术标准,统一系统的网络架构、接口标准以及设备制式等,来保证线网系统的互联互通和资源共享[5]。这为换乘站设备系统的资源共享提供了保障。

作为线网设备系统的结点,换乘站设备系统资源共享是轨道交通线网资源共享的重要组成部分。设计时应以线网技术标准为基础,以方便运营管理为核心,充分考虑技术的发展和可持续性,深入分析资源共享的影响因素,并结合资源共享内容以及换乘站的规划建设和运营情况,对可行方案进行综合分析评价,从而确定最优设计方案。

2 换乘站资源共享影响因素分析

2.1 换乘站类型

按照不同线路车站的空间位置关系,换乘站可分为L型、T型、十字型、H型及上下平行等多种布局形式;按换乘形式,换乘站可以分成同站厅换乘站、同站台换乘站和通道换乘站[6]。各种换乘形式如图1所示。

图1 各种换乘形式示意

不同形式换乘站具有不同的车站建筑结构,且会形成不同形式的共用区域。同站厅换乘站一般有两线或多线共用站厅,或相互连通形成统一的换乘大厅;而同站台换乘站两线共用站台,通过站台实现换乘。同站厅及同站台两线换乘站的车站部分建筑结构是一体的,且两线共用公共区域。而通道换乘站的车站结构是分离的,并通过换乘通道相连。

作为设备系统设计的基础,车站建筑结构为各设备系统的设备安装及线路布设提供空间并预留管道。一体化的建筑结构提供了较多的车站共用区域,为设备系统的资源共享提供了空间位置上的便利,便于方案的具体实施。此外,非同期开通的换乘站在建设过程中,其一体化的建筑结构通常需要一定的工程预留。这也为资源共享条件下后期设备的接入提供了空间便利。而通道换乘站却不能为资源共享提供有利的空间位置,反而可利用换乘通道来实现系统间的互联。

2.2 换乘站运营管理模式

对于一般标准车站而言,设备系统一般采用“两层管理,三级控制”的运营管理模式,即采用线路和车站两层管理,线路、车站及就地三级控制模式(如图2所示)。

图2 标准站设备系统管理模式

由图2可知,标准站的设备系统有且仅有1个车站管理主体和1个线路管理主体。换乘站为各线路的节点,需要确定其设备系统由其中的某条线管理主体负责统一管理,还是由各线的管理主体分别管理。换乘站设备系统有4种管理模式[7]:车站及线路层面均由各线分别管理(模式1);车站层面由各线分别管理,线路层面由某条线统一管理(模式2);车站层面由某条线统一管理,线路层面由各线分别管理(模式3);车站及线路层面均由某条线统一管理(模式4)。

运营管理模式会影响设备系统在车站及线路层面上的运营管理方便性。对于运营管理模式1和模式2,由于设备系统由多个车站管理主体共同管理,故设备系统共享部分的使用、管理及维护等的职权分配要经过各方商议。这样易发生管理上的混乱和冲突,不仅会降低了运营管理的方便性,还会因特殊情况下应急处置不当而导致人身及财产损失,甚至发生灾难性后果。对于模式3和模式4,设备系统由1个车站管理主体管理,故设备系统共享部分在管理上职权分配明确,有利于系统的运营管理,但管理主体的工作量较大。

2.3 换乘站建设时序

根据各条新建线路的建设时序,换乘站的建设可分为同期建设和非同期建设[8]。同期建设指换乘站的两条或多条线路建设时间和周期大致相近。根据开通运营的时序,同期建设的换乘站又可细划为同期开通换乘站(时序1)和非同期开通换乘站(时序2)。非同期建设换乘站的建设时间相差较远,包括与既有线换乘站(时序3)和远期节点预留车站(时序4)。

对于同期建设换乘站,由于各线路同期设计建设,故换乘站的线路之间能进行有效协调,从而降低换乘站设备系统资源共享的实施难度,提高共享设备的利用率,提高运营管理的方便性。对于非同期建设换乘站,由于各线路的建设期相差较远,且车站设计、建设及运营管理等阶段存在较大的不确定性,故设备系统实施共享方案的难度较大。因此,在建线路车站的设计建设仅涉及对已运营车站的改造及远期换乘节点预留。

2.4 设备系统接口

设备系统间有大量的接口以实现系统间监控和互联互通的功能,提高车站的自动化管理水平。车站设备系统间的接口从接口功能的角度分为车站运营管理自动化系统与车站本体机电系统之间的接口(接口1)及车站运营管理自动化系统间的接口(接口2)2大类。

通过接口1,自动化系统可实现对相关机电设备的自动监视和控制。通过接口2,各自动化系统间可实现联动及信息共享。相对于标准站,换乘站系统间的联系复杂,接口的种类数量较多。因此,在设置换乘站的设备系统时,必须充分考虑系统间的接口问题。换乘站各自动化系统的共享方案应能对机电设备的控制权限及可控程度进行合理有效的划分,同时自动化系统间接口标准制定、接口调试及联动控制功能应易于实现。

3 换乘站设备系统资源共享方案

3.1 资源共享总体方案

虽然不同设备系统的业务需求不同,且涉及车站不同的建筑区域;但是,各设备系统资源共享的核心问题是相同的,都是在满足换乘站运营管理需求的前提下,换乘站选择是设置1套设备系统,还是分线设置多套相同的设备系统。因此,针对换乘站的各设备系统提出3种资源共享总体方案。

方案1:各线系统分设。各线在设备用房及系统设备等方面分别设置,各线设备系统服务界面与车站安装界面或运营管理界面保持一致。当设备系统涉及系统间的互联互通时,应预留硬接线或通信接口。

方案2:各线系统部分合设。各线分别在换乘站设置各自的设备系统,但是各系统具有共享的组成部分。比如:各系统共用设备用房,但系统设备分别设置;或者依据车站建筑区域将该设备系统划分为若干区域子系统,进而将部分区域子系统纳入先期开通的线路设备系统,且将其他区域子系统分线设置。当设备系统涉及系统间的互联互通时,应预留硬接线或通信接口。

方案3:各线系统合设。换乘站只设置1套设备系统,且先期开通线路预留系统容量及接口,待后期线路开通时再将相应系统作为子系统接入车站系统。对于一些监控系统,由于存在终端设备监视及相关数据掌握的需求,需为换乘线路设置相关系统的监视工作站。

3.2 方案分析

换乘站运营管理自动化系统和车站机电系统的资源共享较为复杂。现分别以2类设备系统中的空调冷水系统及火灾自动报警系统为例,并综合考虑该换乘站的换乘类型、运营管理模式及建设时序等影响因素,从运营管理方便性、方案实施难度、方案经济性及系统可靠性等方面对各方案进行综合对比分析。各方案对比分析结果如表1所示。

表1 资源共享方案对比分析

3.3 案例分析

以南京地铁5号线的3座换乘站为例,采用专家调研及层次分析法[9]对设备系统资源共享的3种总体方案进行综合比选。换乘站的具体信息如表2所示。

表2 南京地铁5号线3座换乘站概况[10]

换乘站的换乘类型、运营管理模式、建设时序及系统接口对换乘站设备系统资源共享方案的影响较大。依据各因素的影响,给出各影响因素下具体的方案评价指标,进而形成多层次指标评价体系(如图3所示)。

根据相关专家对准则层及指标层各指标的相对重要性打分情况来确定所有指标的权重。然后,结合专家对具体方案下各指标的评分,利用层次分析法得到各方案的综合评估值,进而确定最优方案。以空调冷水系统和火灾报警系统为例,经过综合比选得到的最优换乘站设备共享方案见表3。

4 资源共享方案建议

通过分析,对换乘站设备系统资源共享的建议如下:

(1) 对于同期建设的同站厅或同站台换乘站,当车站管理单位为1家时,应优先考虑各线设备系统合设。当车站运营管理单位为多家时,各线设备系统分设更便于管理,但要考虑系统间接口的设置,以实现信息互通。

图3 换乘站设备系统资源共享方案评价体系

换乘站空调冷水系统火灾报警系统方案1方案2方案3方案1方案2方案3三山街站√√下关站√√新亭路站√√

(2) 对于非同期建设的换乘站,由于各线设备系统合设的实施难度大,系统间接口的兼容性难以保障,且车站改造会影响已开通线路的运营;因此,无论车站有几家运营管理单位,各线设备系统分别设置更有利于车站运营管理。

(3) 对于采用通道换乘的换乘站,由于各线车站建筑结构空间相互独立,分别设置各线设备系统完全能够满足运营管理的需求,且方案实施难度较低;故该类换乘站可考虑系统分设,但要确保监控系统间的互联互通。

随着我国各大城市轨道交通网络化建设的迅速推进,换乘站资源共享已经成为线网实施中亟待深入研究的课题。

对换乘站的设备系统资源进行合理的分配和组织,进行集约化的设计,可从源头上避免各条线路设备系统的重复建设或改造,可提高设备使用率,加快运营效率,方便运营管理,节约建设和运营成本。

[1] 朱沪生,毕湘利.上海城市轨道交通网络化建设中若干问题的探讨[J].城市轨道交通研究,2005,8(2):1-5.

[2] 顾伟华.上海城市轨道交通网络建设与资源共享[J].城市轨道交通研究,2005,8(6):15-19.

[3] 殷爽.轨道交通换乘车站供电资源共享设计探讨[J].地下工程与隧道,2012(2):60-62.

[4] 杨保东,孙静.北京轨道交通换乘站通信系统资源共享[J].都市快轨交通,2011,24(5):58-61.

[5] 王健,黄亮,张宁,等.南京轨道交通线网AFC系统技术规程编制[J].都市快轨交通,2011,24(2):99-102.

[6] 沙滨,袁振洲,缪江华,等.城市轨道交通换乘方式对比分析[J].城市交通,2006,4(2):11-15.

[7] 徐文,孙静.北京轨道交通换乘站AFC系统资源共享研究[J].都市快轨交通,2011,24(5):43-47.

[8] 李欣,李金龙,王燕平.地铁换乘站火灾报警系统的资源共享[J].都市快轨交通,2011,24(6):64-68.

[9] 李春好,孙永河,贾艳辉,等.变权层次分析法[J].系统工程理论与实践,2010,30(4):723-731.

[10] 南京地铁集团有限公司.南京城市轨道交通建设规划(2014—2020)[R],南京:南京地铁集团有限公司,2013.

Resource Sharing of Equipment System Adopted at Urban Rail Transit Transfer Station

MAO Jian, FU Baoming, ZHANG Ning, SHI Qiyu

Reasonable setting of the equipment system at urban rail transit transfer station can not only improve the operation management level,but also avoid repeated investment in equipment system.Firstly,the resource sharing of equipment system at transfer station is briefly introduced, the influencing factors of resource sharing,such as transfer types,operation management modes and construction sequences of transfer station are analyzed;secondly,three resource sharing schemes of equipment system at transfer station are proposed and comparatively analyzed respectively from aspects of reliability,economic efficiency and convenient operation management;finally,corresponding recommendations are proposed.

urban rail transit; transfer station; equipment system; resource sharing

*江苏省科技厅产学研联合创新基金项目(BY2012497);南京地铁专项科技项目(8550140042)

F 530.7

10.16037/j.1007-869x.2016.12.023

2016-04-06)