周晨、顧正宜、張瑾

（1.上海申通地鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，上海 201103；2.中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200436）

0 引言

城市軌道交通通信系統(tǒng)承擔(dān)了城市日?？瓦\(yùn)管理和旅客服務(wù)所需的語(yǔ)音、視頻、音頻、數(shù)據(jù)的交互和處理。以上海軌道交通為例，其交通通信系統(tǒng)主要包括：傳輸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、公務(wù)電話系統(tǒng)、專(zhuān)用電話系統(tǒng)、信息接入網(wǎng)系統(tǒng)、技術(shù)防范系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、時(shí)間系統(tǒng)、專(zhuān)用無(wú)線系統(tǒng)、公安無(wú)線系統(tǒng)、消防無(wú)線引入系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)。

當(dāng)前，上海城市軌道交通已呈現(xiàn)超大規(guī)模運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，各通信子系統(tǒng)隨著軌道交通各個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)歷經(jīng)了不同制式、架構(gòu)的演進(jìn)，隨著系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壽命逐漸到期，設(shè)備故障率呈顯著上升態(tài)勢(shì)，如何滿足運(yùn)營(yíng)維護(hù)和成本精細(xì)化管理的雙重要求，是通信系統(tǒng)更新改造策略需要重點(diǎn)研究的課題。

1 城市軌道交通通信系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1.1 子系統(tǒng)大修周期不一致

由于各條線路，甚至單條線路分期開(kāi)通的時(shí)間不一，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備的折舊起算投用時(shí)間點(diǎn)不一致，進(jìn)而形成“波浪潮汐”式系統(tǒng)設(shè)備更新特征。以上海城市軌道交通維保通號(hào)管轄的通信電源、公務(wù)電話系統(tǒng)大修改造計(jì)劃為例，其調(diào)研數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 通信電源、公務(wù)電話改造時(shí)序梳理表

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，單線單系統(tǒng)的細(xì)碎改造需求會(huì)造成改造立項(xiàng)數(shù)目繁多但單個(gè)項(xiàng)目工程體量不足，一方面會(huì)導(dǎo)致在立項(xiàng)決策時(shí)需要為細(xì)碎項(xiàng)目的立項(xiàng)耗費(fèi)大量精力；另一方面在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化高質(zhì)量運(yùn)營(yíng)的總體要求下，孤立的單系統(tǒng)改造還會(huì)造成改造定位及視角的局限性，從而難以形成跨系統(tǒng)的“合縱連橫”一體化功能提升。

1.2 系統(tǒng)性能狀態(tài)評(píng)估維度單一

當(dāng)前通信系統(tǒng)的大修更新改造立項(xiàng)依據(jù)，主要來(lái)自維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)判斷和項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)提出的使用年限。通信系統(tǒng)的建議使用年限一般控制在8～12 年之間，但對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估的因素是多維的，具體包括設(shè)備質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)能力、運(yùn)行環(huán)境等。而目前僅以年限作為系統(tǒng)改造立項(xiàng)依據(jù)，在當(dāng)前成本控制精細(xì)化的大環(huán)境下，總體上缺乏科學(xué)和富有說(shuō)服力的理論及數(shù)據(jù)支撐。

2 城市軌道交通通信系統(tǒng)更新改造策略

2.1 頂層架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)策略

2.1.1 穩(wěn)定功能定位，提煉歸納精簡(jiǎn)

通信系統(tǒng)在上海城市軌道交通長(zhǎng)期建設(shè)和實(shí)踐運(yùn)營(yíng)中，系統(tǒng)的組成、架構(gòu)、功能以及性能都在不斷調(diào)整和改進(jìn)。哪些功能經(jīng)過(guò)實(shí)踐具備價(jià)值和實(shí)用性，哪些功能是華而不實(shí)，或設(shè)計(jì)初衷與實(shí)際使用不符，需要不斷總結(jié)、修正和優(yōu)化。一味地對(duì)系統(tǒng)做“加法”，不僅會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，還會(huì)增加系統(tǒng)的故障率和建設(shè)、運(yùn)維成本[1]。

為滿足網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)維護(hù)需求，應(yīng)當(dāng)結(jié)合長(zhǎng)期實(shí)踐，對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)的功能、架構(gòu)進(jìn)行重新審視，做到化繁為簡(jiǎn)，聚焦核心業(yè)務(wù)體驗(yàn)，將資金、人力等資源切實(shí)投入核心功能的保障和強(qiáng)化上，以此進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模線網(wǎng)下的系統(tǒng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一，從而為系統(tǒng)的一致性維護(hù)、長(zhǎng)期升級(jí)奠定基礎(chǔ)，當(dāng)前部分優(yōu)化建議如下：

第一，取消或輕量化軌旁電話。該設(shè)備源于鐵路系統(tǒng)，適用于長(zhǎng)大區(qū)間軌旁作業(yè)時(shí)與車(chē)站保持通信，但并不適合用于城市軌道交通中的類(lèi)似場(chǎng)景，因此實(shí)際使用頻率很低，且系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)成本較高，每年還要做大量的終端電話有效性測(cè)試，占用大量人力成本。同時(shí)，相應(yīng)場(chǎng)景訴求可通過(guò)無(wú)線通信系統(tǒng)手持臺(tái)或插孔電話進(jìn)行替代。

第二，取消二級(jí)母鐘。時(shí)間系統(tǒng)中二級(jí)母鐘的主要作用是與中心一級(jí)母鐘同步時(shí)鐘信號(hào)。但在城市軌道交通中，二級(jí)母鐘系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)站級(jí)子鐘的授時(shí)，基本不為其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)授時(shí)。基于這種定位，站級(jí)各子鐘設(shè)備授時(shí)可以通過(guò)一級(jí)母鐘直接下發(fā)信號(hào)完成，或者通過(guò)共享車(chē)站視音頻（PIS、PA）系統(tǒng)信號(hào)來(lái)完成授時(shí)，以此實(shí)現(xiàn)精簡(jiǎn)設(shè)備和降低系統(tǒng)復(fù)雜度。

第三，優(yōu)化廣播終端形式。當(dāng)前廣播終端以各類(lèi)吸頂或扣板揚(yáng)聲器為主。由于采用小功率密布的方案原則，導(dǎo)致終端數(shù)量較多，與車(chē)站裝修特色產(chǎn)生矛盾的情況也時(shí)有發(fā)生。因此，應(yīng)在確保播音效果和功能前提下，持續(xù)探索采用平板廣播等數(shù)量精簡(jiǎn)的終端方案，以此在進(jìn)行設(shè)備維護(hù)的同時(shí)降低既有線路改造的復(fù)雜度。

第四，優(yōu)化視頻90d存儲(chǔ)方案。視頻監(jiān)控的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家相關(guān)要求滿足90d時(shí)長(zhǎng)存儲(chǔ)，同時(shí)結(jié)合當(dāng)前上海既有軌道交通線路通信設(shè)備用房狹小現(xiàn)狀，以及既有動(dòng)力電源能耗上限達(dá)到瓶頸等因素，研究在車(chē)輛基地或控制中心以單線或多線實(shí)施集中式或聚合式存儲(chǔ)90d視頻數(shù)據(jù)的可行性方案，以此實(shí)現(xiàn)需求導(dǎo)向下的設(shè)備集中布局和能源集約利用。

第五，提煉歸納業(yè)務(wù)接口種類(lèi)和數(shù)量。隨著通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，在城市軌道交通通信業(yè)務(wù)中也存在不同的通信接口，如E1、RS422/485 等。但在IP 信息化的背景下，采用統(tǒng)一的IP 物理接口（如RJ45、ST/FC 等）有助于簡(jiǎn)化傳輸設(shè)備板卡配置數(shù)量，優(yōu)化綜合配線架規(guī)格，形成業(yè)務(wù)與基礎(chǔ)設(shè)施之間的標(biāo)準(zhǔn)接口界面，從而有效提高系統(tǒng)的維護(hù)效率。

2.1.2 構(gòu)建框架體系結(jié)構(gòu)，滿足長(zhǎng)期擴(kuò)展需求

通信系統(tǒng)按照功能定位，可分為業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)兩類(lèi)。其中，將傳輸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、信息入網(wǎng)系統(tǒng)、專(zhuān)用無(wú)線系統(tǒng)劃分基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)；而公務(wù)電話系統(tǒng)、專(zhuān)用電話系統(tǒng)、技術(shù)防范系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、時(shí)間系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等可劃分業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)。

對(duì)于業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)而言，應(yīng)在充分調(diào)研、分析、梳理過(guò)去運(yùn)營(yíng)維護(hù)實(shí)踐中的需求后，結(jié)合市場(chǎng)主流方案架構(gòu)，逐步形成一套基于控制中心—車(chē)站/車(chē)輛基地的典型系統(tǒng)架構(gòu)圖，明確各個(gè)軟硬件模塊的功能（內(nèi)涵）和接口（邊界），并確保模塊間的信息流和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)透明化、標(biāo)準(zhǔn)化，此后通過(guò)試點(diǎn)實(shí)踐逐步迭代形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

所有大修改造系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)結(jié)合大修改造逐步遵循上述框架結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵點(diǎn)在于合理、精確地定義軟硬件的功能及接口?？刹捎煤诤蟹绞介_(kāi)發(fā)和交付，模塊內(nèi)各家供應(yīng)商可自行開(kāi)發(fā)?？蚣苁侥K化、單元化功能及接口，意味著模塊間協(xié)議的開(kāi)放和一致，這樣一方面在未來(lái)需求發(fā)生變化時(shí)，良好的開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)能夠以較少的代價(jià)提供長(zhǎng)期的功能調(diào)整；另一方面在未來(lái)供應(yīng)商發(fā)生變化時(shí)，框架式結(jié)構(gòu)和松耦合模塊將具備部件的互換性。

2.1.3 業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)部件模組化，探索設(shè)備統(tǒng)型理念下的互替可行性

需求穩(wěn)定后，各系統(tǒng)形成的功能模塊最終大部分會(huì)呈現(xiàn)為硬件形式，以實(shí)體進(jìn)行交付，因此應(yīng)逐步研究設(shè)備的最小可替換備件單元。例如，單臺(tái)交換機(jī)、服務(wù)器、控制器等，由于這些設(shè)備之間的通信協(xié)議在形成標(biāo)準(zhǔn)化后，就具備了不同供應(yīng)商硬件搭配時(shí)使用的可行性。因此，應(yīng)著力做好協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的精細(xì)化定義和構(gòu)建，再結(jié)合改造升級(jí)項(xiàng)目設(shè)備采購(gòu)前的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試，實(shí)現(xiàn)硬件的即插即用，互替兼容。

2.1.4 系統(tǒng)網(wǎng)管南北向協(xié)議開(kāi)放及標(biāo)準(zhǔn)化

站段級(jí)系統(tǒng)北向接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于控制中心側(cè)，乃至遠(yuǎn)期的維護(hù)中心側(cè)來(lái)說(shuō)，其可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)式接入和全功能對(duì)接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)統(tǒng)管和全數(shù)據(jù)接入。

該架構(gòu)將從“按線接入”向“按點(diǎn)接入”理念轉(zhuǎn)變，以便更加適應(yīng)超大規(guī)模節(jié)點(diǎn)管理理念和現(xiàn)狀。通過(guò)平臺(tái)化方式對(duì)接中心級(jí)業(yè)務(wù)平臺(tái)和維護(hù)保障后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)有：

其一，后臺(tái)保障監(jiān)控平臺(tái)可有效識(shí)別異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備信息和狀態(tài)。

其二，故障定位至可替換模塊級(jí)。

其三，現(xiàn)場(chǎng)搶修將以簡(jiǎn)單替換和快速恢復(fù)為主。

其四，可通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化料庫(kù)、工區(qū)用房中的備件數(shù)量和品種預(yù)測(cè)。

由此可見(jiàn)，此種模式更適應(yīng)超大規(guī)模城市軌道交通運(yùn)維保障體系。

2.2 項(xiàng)目實(shí)施方法策略

當(dāng)前城市軌道交通更新改造方案呈現(xiàn)出多通信子系統(tǒng)的融合、合并改造趨勢(shì)，能夠有效避免反復(fù)改造對(duì)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的影響，進(jìn)而形成集約效應(yīng)。多系統(tǒng)整合改造有利于多種接口問(wèn)題的協(xié)調(diào)，同時(shí)多次工程項(xiàng)目實(shí)施帶來(lái)的項(xiàng)目界面、時(shí)間及建設(shè)成本也高于多系統(tǒng)整線制改造。項(xiàng)目實(shí)施改造的目標(biāo)及原則包括以下幾個(gè)方面：

2.2.1 形成標(biāo)準(zhǔn)化、模塊式、接口化改造方法

對(duì)不同車(chē)站特征形成固定模板庫(kù)；經(jīng)過(guò)頂層規(guī)劃和需求梳理，去偽存真，做到簡(jiǎn)約化和輕量化，結(jié)合運(yùn)營(yíng)和維護(hù)制度形成系列標(biāo)準(zhǔn)模板；結(jié)合高架站、地下站、通道換乘站、站廳換乘站、裝修特色站等特點(diǎn)和需求，形成不同設(shè)備模塊、終端及管線的選型方案，進(jìn)而形成最優(yōu)的組合式搭配；統(tǒng)一各系統(tǒng)終端操作界面，形成標(biāo)準(zhǔn)、簡(jiǎn)潔、易懂、便捷、邏輯合理的線網(wǎng)一致標(biāo)準(zhǔn)圖形化操作界面。

2.2.2 改造方法應(yīng)當(dāng)以“運(yùn)營(yíng)無(wú)感”為目標(biāo)原則

設(shè)施設(shè)備更新改造應(yīng)當(dāng)以最大限度降低對(duì)市民乘客出行、運(yùn)營(yíng)調(diào)度人員的干擾為原則開(kāi)展。系統(tǒng)的改造一般可采用“先安裝、再割接、后拆除”的思路進(jìn)行推進(jìn)，系統(tǒng)、設(shè)備的配線數(shù)量應(yīng)當(dāng)優(yōu)化至最少，配線拓?fù)鋺?yīng)著力避免采用大型的、以機(jī)房為中心的方式，應(yīng)以總線式、環(huán)網(wǎng)式、樹(shù)形拓?fù)鋪?lái)減少纜線敷設(shè)的工作量和復(fù)雜度，進(jìn)而降低機(jī)房根部纜線數(shù)量。同時(shí)，應(yīng)確保設(shè)備、終端安裝工藝支持快速安裝。

2.2.3 系統(tǒng)的集成化、小型化、綠色環(huán)保要求

當(dāng)前既有城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀為現(xiàn)有設(shè)備用房面積不足，既有用電容量受限等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，因此應(yīng)著力研究控制設(shè)備體積、精簡(jiǎn)機(jī)柜數(shù)量等改造原則。一方面要將改造環(huán)境作為輸入條件，另一方面應(yīng)盡可能避免機(jī)房擴(kuò)展，從而衍生出建筑、結(jié)構(gòu)、環(huán)控、動(dòng)照、消防等問(wèn)題，導(dǎo)致改造方案難以實(shí)施。因此，系統(tǒng)整體改造時(shí)，應(yīng)著力做到系統(tǒng)的集成化、小型化。

2.2.4 邊緣全要素?cái)?shù)據(jù)采集和處理要求

多系統(tǒng)整線制改造時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)頂層架構(gòu)規(guī)劃和信息化要求，同步做好數(shù)據(jù)采集部署和頂層接入工作，從而為全專(zhuān)業(yè)的信息化運(yùn)維元數(shù)據(jù)采集、處理和大數(shù)據(jù)分析奠定基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)狀態(tài)修目標(biāo)[2]。

2.3 設(shè)備用房改造策略

通信設(shè)備用房是系統(tǒng)改造升級(jí)的重要地點(diǎn)，其面臨的問(wèn)題與新建線路不同。

首先，對(duì)于設(shè)備用房面積、位置已知并已有在用設(shè)備機(jī)柜的情況，無(wú)法按照新建設(shè)備用房的條件實(shí)施安裝。

其次，用房配套設(shè)施條件無(wú)法按照新建線路的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)留。上述問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致改造項(xiàng)目的實(shí)施方案難以適配現(xiàn)有機(jī)房。

因此，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備系統(tǒng)硬件部署方案設(shè)計(jì)，使其能夠適應(yīng)現(xiàn)有狹小的、用電容量受限的、空調(diào)及管線條件不良的設(shè)備用房。過(guò)于粗放的設(shè)備機(jī)柜部署方案會(huì)給工程實(shí)施帶來(lái)困難。為此，實(shí)施改造項(xiàng)目時(shí)，對(duì)于設(shè)備用房的適用策略如下：

2.3.1 設(shè)備用房裝修配套標(biāo)準(zhǔn)

首先，應(yīng)通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，形成既有設(shè)備用房的裝修和布局標(biāo)準(zhǔn)，遵循實(shí)用、安全、可靠原則，結(jié)合不同房間的建筑形狀，提出若干標(biāo)準(zhǔn)布局方案以指導(dǎo)工程建設(shè)；其次，應(yīng)形成照明、插座、空調(diào)、消防、安防、門(mén)禁、動(dòng)環(huán)的位置、標(biāo)識(shí)、操作等工藝標(biāo)準(zhǔn)，從而為現(xiàn)場(chǎng)巡檢及搶修制度和流程打好基礎(chǔ)；再次，部分設(shè)備可采用壁裝方式（如RRU 等），以節(jié)省機(jī)柜空間；最后，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的機(jī)柜內(nèi)布局形成統(tǒng)一方案（基于框架式模組系統(tǒng)方案），便于套用線網(wǎng)統(tǒng)一模塊化維護(hù)方法。

2.3.2 建立機(jī)房倒替改造方法策略

針對(duì)既有升級(jí)改造設(shè)備用房有限，且設(shè)備用房?jī)?nèi)在設(shè)備持續(xù)在用的問(wèn)題，應(yīng)形成既有和新建設(shè)備用房倒替標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)方案，確保新建設(shè)備系統(tǒng)上線后能夠與既有系統(tǒng)進(jìn)行“運(yùn)營(yíng)無(wú)感”化倒換。同時(shí)，還應(yīng)研究對(duì)既有設(shè)備的下線及拆除方法，從而為未來(lái)新一輪的大修改造或各子系統(tǒng)分階段改造創(chuàng)造便利條件。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著超大規(guī)模城市軌道交通的持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)營(yíng)，其系統(tǒng)設(shè)備必然存在更新改造的工作。為此，以通信系統(tǒng)為例，針對(duì)系統(tǒng)更新改造面臨的各項(xiàng)問(wèn)題，以及外部實(shí)施條件與新建線路的差異特殊性，從頂層架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、項(xiàng)目實(shí)施方法、用房適應(yīng)條件三個(gè)維度提出了改造策略及要點(diǎn)思路，以期為未來(lái)城市軌道交通中的大量存量系統(tǒng)的改造工作提供參考。