劉海東 盧萌萌 蘇 鵬 安俊峰 王建軍

(1.中國海洋大學環(huán)境工程學院， 266100, 青島； 2.濟南軌道交通集團有限公司， 250014， 濟南；3.山東勞動職業(yè)技術學院， 250022， 濟南∥第一作者， 正高級工程師)

車站集約化是要實現(xiàn)資源集約，資源集約是集約化車站的基本和前提。車站的資源可以包含建筑、設備系統(tǒng)、運營人力、運營耗材、數(shù)據(jù)、能耗、算法、算力、網(wǎng)絡、存儲、知識等。資源集約化是需要集合資源的優(yōu)勢，達到節(jié)約建設成本、節(jié)約運維成本、降本增效等目的。集約化車站需要通過提高資源品質、增加資源內容、資源集中及資源組合等方式的調整來實現(xiàn)，誠然也離不開新技術的應用。

集約化應具備真實性、增益性和可復制性。真實性要源自集約且回歸到集約，從總體看真實地實現(xiàn)集約效果；增益性要在實現(xiàn)集約的前提下，不降低車站品質，并可以帶來安全、高效、便捷、節(jié)約和舒適等有益成果，如節(jié)約建筑面積的同時，可以實現(xiàn)降低工程造價、降低能源消耗、減少設備數(shù)量、減少運維人員等某些優(yōu)勢，而不是為了集約而集約；可復制性，要避免特殊場景的個例應用，在成熟、穩(wěn)定的前提下可在行業(yè)推廣復制。

城市軌道交通生產(chǎn)系統(tǒng)眾多，生產(chǎn)類型多樣，系統(tǒng)的RAMS(可靠性、可用性、可維護性和安全性)指標仍需提升，具備融合、集成、節(jié)約的潛力。目前云平臺、人工智能、大數(shù)據(jù)技術研究熱度高，物聯(lián)網(wǎng)、BIM(建筑信息模型)、手持終端的應用廣泛，從技術上為資源集約提供了可行性。

1 車站資源集約化管理策略

1.1 提高資源質量

1) 動力照明系統(tǒng)集約化：實現(xiàn)設備用房綜合利用，如可將站臺門控制室和照明配電室進行整合；也可按照GB 51309—2018《消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)技術標準》，將照明配電室和應急照明電源室進行整合，使其同時成為消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)專用房。

2) 環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)集約化：采取節(jié)能策略，降低空調能耗。應用技術手段，減少冷卻塔、地鐵空調的占地面積，降低冷卻機房面積。對于車站空調系統(tǒng)，如采用傳統(tǒng)冷源方案，需要設置冷卻水泵、冷卻塔、冷卻水處理裝置及相關閥門，占地面積大，能耗高；如采用優(yōu)化方案，蒸發(fā)冷凝機組設置在室外地面上，取消了冷卻水泵、冷卻塔及相應閥門和管道，減少了設備大端用房，適當減少了小系統(tǒng)機房，減少占地面積約45～60 m2，同時降低了能耗。

1.2 增加資源含量

1) 模塊化技術：采用一體化和模塊化的設計理念預置設備，實現(xiàn)模塊化裝配?？商岣呤┕に俣?、減少資源和施工人員、集成建設耗材、降低施工難度。比如：模塊化裝配式機房主要由機柜、各弱電機電系統(tǒng)組成，占地面積小、機柜數(shù)量少，可快速部署，并能實現(xiàn)高效節(jié)能的目的；模塊化裝配式站臺門，可降低施工難度、縮短施工工期；模塊化裝配式車輛由司機室、側墻、底座、中間端等模塊組成，可實現(xiàn)集約增效的目的。

2) 物聯(lián)網(wǎng)和智能運維技術：采用物聯(lián)網(wǎng)技術提高設備感知能力。通過加裝傳感器采集多類型數(shù)據(jù)，借助深度學習、機器學習等算法，計算得到設備健康度，實現(xiàn)故障預警功能，并逐步實現(xiàn)遠程運維，改善現(xiàn)有的修程修制，以減少維修工作量。

應用到物聯(lián)網(wǎng)的設備系統(tǒng)較多，每一個系統(tǒng)若都獨立建立平臺，則投資會很大，建議設置物聯(lián)網(wǎng)集約共享平臺。以風機設備為例，可以對數(shù)據(jù)、算法模型、組件、微服務等進行集約共享，在平臺應用層可實現(xiàn)風機設備的PHM(故障診斷與健康管理)，實現(xiàn)區(qū)塊鏈共享應用及信息追溯等功能，在AI(人工智能)算法層實現(xiàn)多個算法的集成應用，在IoT(物聯(lián)網(wǎng))層綜合使用攝像頭、聲音、電流等多種感知手段，加強互聯(lián)響應能力，同時通過該平臺還可將風機系統(tǒng)資源共享給其他設備系統(tǒng)。一方面要實現(xiàn)技術的融合集成，如區(qū)塊鏈、人工智能、PHM的融合，實現(xiàn)設備故障診斷能力提升，降低運維壓力；另一方面，實現(xiàn)多維度的融合節(jié)約，比如通過攝像頭、電流傳感器的數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)風機電機故障預警、風機扇葉缺陷檢測、風機連鎖風閥狀態(tài)異常監(jiān)控等多個功能，通過該平臺能聯(lián)動門禁系統(tǒng)，當有人進入設備房間，才啟動照明，實現(xiàn)節(jié)約用電。

3) BIM和GIS(地理信息系統(tǒng))：采用BIM技術，可降低施工期間的管線碰撞，減少返工，節(jié)約耗材；在運營期間，再結合智能運維技術，可實現(xiàn)可視化和自動巡檢。在BIM中整合GIS，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的復用，提高系統(tǒng)分析診斷能力。

1.3 資源集中

1) 云計算和大數(shù)據(jù)技術：采用云架構可提高計算、網(wǎng)絡、存儲、安全等資源的利用率，減少設備數(shù)量。通過云計算技術可實現(xiàn)智慧車站計算單元、智能運維、綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)、門禁系統(tǒng)和PIS(乘客信息系統(tǒng))等的資源整合，1個車站可節(jié)約各類服務器約4～7臺。采用熱插拔、模塊化、靈活組合的模式，可減少設備機柜數(shù)量、減少車站面積、提高資源復用率、提升數(shù)據(jù)資源的互用性、提高數(shù)據(jù)共享處理能力。采用大數(shù)據(jù)技術，可將車輛運維數(shù)據(jù)、新型創(chuàng)新應用(如電扶梯故障診斷、擁擠度等客流信息展示、站臺門間隙探測等)的數(shù)據(jù)匯總在智慧車站計算節(jié)點，然后進行采集存儲、邊緣計算、運營檢測、業(yè)務分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析挖掘、微服務開發(fā)等。在這個過程中，如果弱電系統(tǒng)采用一體化機柜，數(shù)據(jù)可從終端感知層匯總到一體化機柜，打破了原一一映射格局，這會減少機柜數(shù)量和機柜占地面積，實現(xiàn)資源集約和數(shù)據(jù)融合驅動的目的。

2) 手持終端智能化：一方面要考慮系統(tǒng)之間的設備共享，另一方面要考慮手持終端集成更多功能。運營人員通過手持終端可便捷獲知運營狀況、環(huán)境等信息。將各個系統(tǒng)盡可能地集成在一個手持終端，可提高多專業(yè)運維能力?？紤]將無線對講電話功能集成融合在手持終端，提高手持終端的集約化程度。

1.4 資源組合

1.4.1 區(qū)域車控室設置方案

多個區(qū)域采用共享車控室方案，將原來系統(tǒng)功能集約到區(qū)域車控室，可實現(xiàn)對管轄范圍內車站的數(shù)據(jù)監(jiān)視、應急聯(lián)動、故障報警等。將原客運組織、行車組織、施工管理等功能集中在區(qū)域車控室，可實現(xiàn)智能運維，進而提升運維管理能力；可實現(xiàn)區(qū)域車控室人員一專多能，并提升統(tǒng)籌管控能力、增強中心級的監(jiān)控能力。

1) 將FAS(火災報警系統(tǒng))移動到站長室，IBP(綜合后備盤)部分采取電子IBP的形式并將其移動到站長室或區(qū)域車控室，將信號、綜合監(jiān)控、CCTV(視頻監(jiān)控)、無線電話等系統(tǒng)的業(yè)務轉移到區(qū)域車控室，通過軟件權限配置可實現(xiàn)區(qū)域車控室監(jiān)控多個車站。

2) 將原多專業(yè)工作站軟件功能轉換到手機APP，通過APP處理操作各項業(yè)務，并實現(xiàn)客運組織、行車管理，以及乘客服維護管理的數(shù)據(jù)展示、信息接受、任務派發(fā)、閉環(huán)控制、設備預警、故障定位和應急搶修等功能。

3) 配置增強型智能運維系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程運維，降低運維人員勞動強度。如一鍵開關站功能，通過運維系統(tǒng)完成站內自巡檢、自啟動和自處理等。區(qū)域車控室設置方案需要大數(shù)據(jù)分析技術、人工智能技術、設備全自動化技術等的支撐，有望在將來成為現(xiàn)實。區(qū)域車控室設置方案，可以節(jié)約車控室面積40～80 m2，并且實現(xiàn)了調度人員和車站值班人員資源的有效利用，提高了區(qū)域管控能力和資源集約，降低了運維成本。

1.4.2 功能區(qū)域車站布置方案

按照功能區(qū)域優(yōu)化車站布局，按照管理用房的集中整合理念，分設設備房和管理用房，遵照人、設備的分離分設原則，優(yōu)化布局，能夠節(jié)約部分管線，降低部分能耗，同時可節(jié)約用房面積，減少線纜敷設數(shù)量和管線槽的數(shù)量，降低氣體滅火等系統(tǒng)的容量。將站長室、交接班室、站務室、票務室整合為站務綜合室1，將維護工班、安檢休息室整合為站務綜合室2，可節(jié)約土建面積為45～60 m2。把設備房間和管理用房分不同的區(qū)域進行整合設置，所需要的能耗、電量、管線量等都會減少。分開設置還可減少部分動力照明和氣體滅火管線施工安裝費用、后期的運維費用。

2 車站資源集約化管理應用案例分析

2.1 基于“城軌云”的設計規(guī)劃實例

以某典型地下車站弱電系統(tǒng)為例進行分析。按照弱電系統(tǒng)的原設計方案，其弱電設備系統(tǒng)有信號系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)、環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、安檢系統(tǒng)、車輛智慧運維系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、民用通信系統(tǒng)和公安通信系統(tǒng)等，設備及電源房間均獨立設置?；凇俺擒壴啤逼脚_方案，可以將弱電系統(tǒng)的設備及電源集成在1個房間，車站用房面積可節(jié)約25～40 m2。由此可以證明，通過采用“城軌云”平臺節(jié)約車站設備房間面積是可行的。在減少設備用房面積的同時，也會帶來相關其他效益，如：提高資源利用率，提高運營系統(tǒng)部署效率，減少機柜數(shù)量，減少施工難度，降低設備的能耗功耗和發(fā)熱量，進而節(jié)約地鐵車站的冷負荷電費、減少運維難度、減少運維人員數(shù)量、降低運維頻次。

基于“城軌云”平臺可同步研究多維度集約技術方案，減少車站基礎設施投資，提高資源復用能力，具有顯著的經(jīng)濟效益和技術優(yōu)勢。

2.2 云交自動化系統(tǒng)案例

在原方案下，綜合監(jiān)控系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等都有單獨的自動化系統(tǒng)平臺。采用云技術方案，可以整合資源，實現(xiàn)各專業(yè)資源共享、信息互聯(lián)互通；建立于統(tǒng)一的分層分布式網(wǎng)絡、同一個系統(tǒng)體系之上，各個專業(yè)可以實現(xiàn)資源統(tǒng)籌調配、信息快速傳遞，進而實現(xiàn)各專業(yè)快速聯(lián)動控制。

作為集成多專業(yè)數(shù)字化信息的云共享平臺，超越了各獨立系統(tǒng)運營和監(jiān)控的局限性，通過將各個系統(tǒng)的信息進行統(tǒng)一采集、集中處理、分解、協(xié)議轉換、分析，可提供最簡便、直接又詳盡的信息，輔助決策人員及時響應、快速決策。

以昆明軌道交通4號線為例。該線的綜合運行管理平臺系統(tǒng)，可稱為云交自動化系統(tǒng)或者多專業(yè)綜合的自動化系統(tǒng)，是融合所有以“終端-數(shù)據(jù)-采集-應用-挖掘”為模式子系統(tǒng)的綜合系統(tǒng)平臺，通過終端、數(shù)據(jù)、采集、挖掘達到協(xié)同、組織、管理、服務、運營等目的。該平臺系統(tǒng)的核心設備為車站級智能控制一體機，是具有服務器、交換機、協(xié)議轉換、編輯、軟交換等功能的綜合性設備，代替了原來的BAS(環(huán)境與設備監(jiān)控)系統(tǒng)、群控系統(tǒng)、MCC(智能環(huán)控柜)系統(tǒng)等自帶的PLC(可編程邏輯控制器)設備、交換機設備等。將各終端的處理單元橫向虛擬化，組成基礎設備云池，分布式上傳數(shù)據(jù)；上層系統(tǒng)依靠統(tǒng)一的軟件，實現(xiàn)集約搭建；數(shù)據(jù)采用大數(shù)據(jù)平臺的多個智能組件進行處理。因此該平臺系統(tǒng)具備系統(tǒng)高集成、節(jié)約土建面積、提高設備系統(tǒng)效益的特點。

多專業(yè)綜合的自動化系統(tǒng)下，大數(shù)據(jù)平臺匯總了各個終端設備的數(shù)據(jù)，能夠實現(xiàn)快速整合；使用車站的綜合一體柜，取消了多系統(tǒng)的多面柜子。更進一步，ISCS、AFC(自動售檢票)系統(tǒng)、ACS(門禁系統(tǒng))、PIS、PA(廣播)系統(tǒng)和云計算節(jié)點都需電源，可考慮將所有電源室房間進行整合，這樣可節(jié)約約30 m2建筑面積；結合云交自動化系統(tǒng)技術，可將弱電設備房間整合為綜合弱電設備房間。同時，打破各專業(yè)限制，從資源整合角度出發(fā)，做好感知層數(shù)據(jù)的采集、匯總及整理；做好平臺層的通用化與模塊化方案；做好應用層的模塊化、微服務化、容器化、可視化方案，使得系統(tǒng)之間的交互更加敏捷，數(shù)據(jù)可以復用，進而提高運營系統(tǒng)的處置效率、增強應急處理能力、便捷智慧運維實施，為降低運維成本打好基礎。

2.3 濟南地鐵物聯(lián)網(wǎng)和智慧運維集成系統(tǒng)探索案例

濟南地鐵基于AI、PHM、區(qū)塊鏈等先進技術，以及結合IoT理念的機電設備智慧運維系統(tǒng)，構建了風機、水泵、空調等多設備的集成共享平臺(見圖1)。該平臺集成了多傳感器物聯(lián)信息，如采集風機設備的振動數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、風閥狀態(tài)圖像數(shù)據(jù)；集成了故障預警、壽命預測、健康評估等AI算法模型。濟南地鐵通過探索，旨在實現(xiàn)設備的全息感知、故障預警、在線監(jiān)測等功能，進而實現(xiàn)遠程運維、降低運維壓力、減少運維成本。

3 結語

1) 做好頂層設計方案。從全過程和全生命周期角度考慮車站資源集約化管理策略，綜合權衡各項指標的可行性。車站集約化的表征應包含減少車站面積、減少設備系統(tǒng)數(shù)量、集成節(jié)約設備系統(tǒng)、減少建設成本、減少運維人員等。

2) 系統(tǒng)設備供應商應加強新技術的研究，提高業(yè)務系統(tǒng)感知層、網(wǎng)絡層、應用層的智能化程度，共同推進集約化車站建設。

3) 籌劃運維生產(chǎn)模式革新。隨著智能運維、云方案、弱電系統(tǒng)及機電系統(tǒng)的深度集成等相關技術的發(fā)展和應用，運營規(guī)則、維修規(guī)則和修程修制等都會相應發(fā)生變化，需要搭配相應的系統(tǒng)方案、維保方案和運維方案，并適當調整運營人員的組織模式，需要提前協(xié)調溝通，謀劃規(guī)章制度建設。