何 強

（天津市地下鐵道運營有限公司，天津300222）

城市軌道交通環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)研究

何 強

（天津市地下鐵道運營有限公司，天津300222）

本文對環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的功能、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行工況，及其與火災報警系統(tǒng)和信號系統(tǒng)之間的相互作用等方面作了較詳盡的分析。

地鐵；環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)；火災報警系統(tǒng)

1 概述

為了滿足城市軌道交通的運營要求，對地下車站及地下區(qū)間暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、給排水系統(tǒng)設(shè)備、電梯系統(tǒng)設(shè)備、安全門系統(tǒng)、低壓配電與動力照明系統(tǒng)設(shè)備等車站設(shè)備進行全面、有效地自動化監(jiān)控及管理，進行程序自動、實時、定時監(jiān)視設(shè)備運行狀態(tài)，控制開啟和關(guān)停，檢測環(huán)境參數(shù)，調(diào)控環(huán)境舒適度及節(jié)能管理。采集、處理有關(guān)信息，進行歷史資料檔案和設(shè)備維修管理。同時，為滿足在緊急狀態(tài)的報警、乘客疏散、救災等要求，在軌道交通車站還設(shè)置了火災報警系統(tǒng)、水消防系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、防煙設(shè)備等機電設(shè)備和系統(tǒng)。為了實施對這些系統(tǒng)和設(shè)備相互間的有序聯(lián)動控制和監(jiān)視，在軌道交通線上設(shè)置了稱之為 “環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)”（Electrical and Mechanical Control System——EMCS或Building Automatic System---BAS）的自動控制系統(tǒng)，形成了一個強大的軌道交通運營保障系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

以天津地鐵1號線為例，此線路于2006年6 月12日試運營。該線路EMCS系統(tǒng)由ECS（環(huán)境控制）和BS（樓宇控制）兩大部分組成。ECS功能主要承擔車站火災情況下排煙功能、正常運營情況下通排風以及在空調(diào)季節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)；BS系統(tǒng)完成車站的照明、給排水、蓄電池、電扶梯等監(jiān)視和控制功能。整個監(jiān)控系統(tǒng)按照功能分散、信息集中的原則，以相對獨立的區(qū)域為監(jiān)控對象，以車站為基本單位，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以分層分布式方式構(gòu)成，就地級、車站級、中央級三級控制，實現(xiàn)車站級、中央級兩級管理。

2.1 車站級EMCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

車站網(wǎng)絡(luò)分為2層，上層采用標準工業(yè)級以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。通訊協(xié)議為AB公司提供的工業(yè)以太網(wǎng)，同時提供標準以太網(wǎng)接口用于監(jiān)控工作站，傳輸速率為100Mbps，傳輸介質(zhì)為光纜或雙絞線?？刂茖硬捎肁B公司提供的ControlNet實時現(xiàn)場總線。控制器之間采用光纖連接。遠程I/O與控制器之間采用ControlNet連接。傳輸介質(zhì)為冗余總線結(jié)構(gòu)。根據(jù)地上/地面站和地下站以及OCC的不同安全要求情況以及設(shè)備種類及數(shù)量的不同分別構(gòu)建了不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

地下站EMCS由車站EMCS局域網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、車站監(jiān)控工作站、ECS和BS系統(tǒng)構(gòu)成。同時在車站綜合控制室設(shè)有由主控系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計的應急后備盤（IBP），作為隧道通風系統(tǒng)、車站大系統(tǒng)、小系統(tǒng)在火災模式或列車阻塞模式下設(shè)備運行控制的緊急后備操作盤。

2.2 中央EMCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

中央EMCS由系統(tǒng)服務器、車站EMCS局域網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、車站監(jiān)控工作站、地鐵控制中心大樓的BS系統(tǒng)構(gòu)成。BS系統(tǒng)主要監(jiān)控冷水機組、電梯、與消防無關(guān)的新風機、給排水系統(tǒng)等。

3 系統(tǒng)的運行工況

EMCS系統(tǒng)的運行工況主要分為正常運行和事故運行兩種運行狀態(tài)，其中隧道系統(tǒng)和大系統(tǒng)的正常運行是根據(jù)地鐵運營的時間，由環(huán)控專業(yè)人員預先設(shè)定的時間表來控制不同的運行模式；事故運行是針對不同的事故類型來控制不同的運行模式。車站內(nèi)任一設(shè)備房間或區(qū)域出現(xiàn)火災報警，值班人員確認火災后，啟動相應火災模式，則其他系統(tǒng)自動執(zhí)行停機模式，關(guān)閉所有風閥和風機，防止竄煙，達到最好的防排煙效果。

EMCS系統(tǒng)所管理的環(huán)控通風系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的控制方式分為點控和模控兩種。在人機界面上，將設(shè)備控制方式打到點控位，即可對該設(shè)備控制單一控制，由其現(xiàn)場控制單元立即執(zhí)行。當設(shè)備處于?？匚粫r，當系統(tǒng)下發(fā)相關(guān)模式后，該設(shè)備根據(jù)事先設(shè)定好的啟、停命令進行自動控制。當設(shè)備處于點控位時，不參與正常自動模式控制。但發(fā)生火災或阻塞時，模式相關(guān)的設(shè)備會在模式啟動時自動切換到?？匚?，然后執(zhí)行相應的事故模式。

3.1 隧道運行工況

正常運行主要通過時間表的功能來控制隧道風機的運行，隧道通風系統(tǒng)除早間通風和晚間通風運行外，列車正常運行時，區(qū)間隧道采用開式運行，充分利用列車活塞風作用進行通風換氣排除余熱余濕。在不同的時間段運行不同的模式，運行不同模式的啟停時間主要依據(jù)地鐵運營開始及停止的時間和日期。

事故運行模式主要包括阻塞模式和火災模式兩種。當列車在隧道區(qū)間發(fā)生阻塞 (即被迫停于隧道內(nèi)且短時間內(nèi)無法移動)，EMCS系統(tǒng)自動根據(jù)軌道信號判斷阻塞位置，進行隧道通風模式控制；區(qū)間隧道內(nèi)發(fā)生火災或列車內(nèi)發(fā)生火災事故時，根據(jù)當事列車司機的報告，防災調(diào)度員（即地鐵控制中心調(diào)度員，主要負責監(jiān)視本線路各車站的EMCS系統(tǒng)及火災報警系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備運行狀態(tài)，當發(fā)生火災時，下發(fā)相應火災模式，組織并指揮相關(guān)人員搶險救災等工作）或車站值班員手動啟動相應區(qū)間的火災模式。在中心選擇火災模式時，計算機會根據(jù)軌道信號和人工輸入的列車著火位置，產(chǎn)生一個推薦的火災模式供防災調(diào)度員選用，運行不同的火災模式，保證旅客的安全疏散。

3.2 車站大、小系統(tǒng)運行工況

車站大系統(tǒng)以車站級監(jiān)控為主。通過對車站大系統(tǒng)的組合式空調(diào)器或風機盤管、空調(diào)新風機、回/排風機、排煙風機、相關(guān)風閥、傳感器、水系統(tǒng)二通閥等設(shè)備的監(jiān)控，達到環(huán)控工藝提出的工藝要求，保證車站的環(huán)境舒適及火災情況下的系統(tǒng)聯(lián)動。車站大系統(tǒng)通風空調(diào)系統(tǒng)運行分空調(diào)季節(jié)小新風、空調(diào)季節(jié)全新風、通風季、冬季、早夜換氣、停機等幾種模式。通過運行時間表，自動選擇運行工況，還可以人工干預運行工況。

車站小系統(tǒng)與車站大系統(tǒng)類似，保證車站各類設(shè)備和管理房間的環(huán)境及在火災情況下的模式聯(lián)動。車站小系統(tǒng)以車站級監(jiān)控為主，對車站內(nèi)設(shè)備及管理用房的空調(diào)器、風機、風閥進行控制，實現(xiàn)車站小系統(tǒng)通風、排煙功能，小系統(tǒng)的排風、排煙系統(tǒng)是共用的一套系統(tǒng)，在正常運行情況下，小系統(tǒng)送風機正常運行，排風機正常運行，若排風機為雙速風機，則處于低速運行，在災害時，處于高速運行。車站小系統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)冷源主要來源于車站內(nèi)的風冷機組或者VPN小系統(tǒng)空調(diào)機，柜式空調(diào)器和風機盤管負擔車站內(nèi)設(shè)備及管理用房的熱濕負荷。

發(fā)生火災時，F(xiàn)AS發(fā)出相應的火災模式信號，如果這時系統(tǒng)處于自動狀態(tài)（IBP盤切到自動狀態(tài)），則通過人工確認后自動啟動對應的火災模式。可以在人機界面上人工干預啟動火災模式，如果計算機死機，還可以在IBP應急盤上手動啟動模式。大系統(tǒng)火災模式時，各小系統(tǒng)將自動處于停機狀態(tài)，關(guān)閉風閥，減少串煙?；馂慕Y(jié)束，按人機界面上火災恢復按鈕，則系統(tǒng)解除火災工況。

3.3 換乘站臺聯(lián)動原則

換乘車站任意線路的環(huán)控通風系統(tǒng)執(zhí)行車站公共區(qū)火災通風模式后會觸發(fā)另一條線路的環(huán)控通風系統(tǒng)執(zhí)行 “停機”模式。即，例如A站是1，2號線的換乘車站，當1號線A站環(huán)控通風系統(tǒng)執(zhí)行 “站臺火災模式”后會觸發(fā)2號線A站的環(huán)控通風系統(tǒng)執(zhí)行 “停機”模式，反之亦然。

火災報警系統(tǒng)只觸發(fā)本線路的環(huán)控通風系統(tǒng)聯(lián)動一次火災模式，后期觸發(fā)的火災模式均無法執(zhí)行。兩條線路的火災報警系統(tǒng)之間沒有聯(lián)動關(guān)系。

4 結(jié)論

綜上所述，環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在為乘客提供舒適的乘車環(huán)境和特殊情況下的送/排風方面起著不可替代的作用，最終達到節(jié)能降耗，最大程度減小火災等突發(fā)事件發(fā)生后造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失的目的。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.地鐵設(shè)計規(guī)范∶GB 50157-2013［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范：GB 50116-2013［S］．北京：中國計劃出版社，2013.

［3］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.消防聯(lián)動控制系統(tǒng)：GB 16806-2006［S］．北京：中國標準出版社，2006.

On Building Automatic System of Urban Rail Transit

HE Qiang

This article introduces the function,network,and operating conditions of building automation system（BAS）.Meanwhile,the article also analyzes thoroughly the connection between BAS with the fire alarm system（FAS）and signal system.

Metro,building automatic system（BAS）,fire alarm system（FAS）

U29-39

A

1008-3812（2017）01-019-03

版權(quán)聲明

2016-11-19

何強（1983— ），男，天津人，助理工程師。研究方向：城市軌道交通運營管理。

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