城市轨道交通环境与设备监控系统研究

何 强

（天津市地下铁道运营有限公司，天津300222）

城市轨道交通环境与设备监控系统研究

何 强

（天津市地下铁道运营有限公司，天津300222）

本文对环境与设备监控系统的功能、网络结构和运行工况，及其与火灾报警系统和信号系统之间的相互作用等方面作了较详尽的分析。

地铁；环境与设备监控系统；火灾报警系统

1 概述

为了满足城市轨道交通的运营要求，对地下车站及地下区间暖通空调系统设备、给排水系统设备、电梯系统设备、安全门系统、低压配电与动力照明系统设备等车站设备进行全面、有效地自动化监控及管理，进行程序自动、实时、定时监视设备运行状态，控制开启和关停，检测环境参数，调控环境舒适度及节能管理。采集、处理有关信息，进行历史资料档案和设备维修管理。同时，为满足在紧急状态的报警、乘客疏散、救灾等要求，在轨道交通车站还设置了火灾报警系统、水消防系统、气体灭火系统、防排烟系统、防烟设备等机电设备和系统。为了实施对这些系统和设备相互间的有序联动控制和监视，在轨道交通线上设置了称之为 “环境与设备监控系统”（Electrical and Mechanical Control System——EMCS或Building Automatic System---BAS）的自动控制系统，形成了一个强大的轨道交通运营保障系统。

2 系统的网络结构

以天津地铁1号线为例，此线路于2006年6 月12日试运营。该线路EMCS系统由ECS（环境控制）和BS（楼宇控制）两大部分组成。ECS功能主要承担车站火灾情况下排烟功能、正常运营情况下通排风以及在空调季节空调系统的温度调节；BS系统完成车站的照明、给排水、蓄电池、电扶梯等监视和控制功能。整个监控系统按照功能分散、信息集中的原则，以相对独立的区域为监控对象，以车站为基本单位，采用网络技术，以分层分布式方式构成，就地级、车站级、中央级三级控制，实现车站级、中央级两级管理。

2.1 车站级EMCS网络结构

车站网络分为2层，上层采用标准工业级以太网结构。通讯协议为AB公司提供的工业以太网，同时提供标准以太网接口用于监控工作站，传输速率为100Mbps，传输介质为光缆或双绞线。控制层采用AB公司提供的ControlNet实时现场总线。控制器之间采用光纤连接。远程I/O与控制器之间采用ControlNet连接。传输介质为冗余总线结构。根据地上/地面站和地下站以及OCC的不同安全要求情况以及设备种类及数量的不同分别构建了不同的网络结构。

地下站EMCS由车站EMCS局域网、网络设备、车站监控工作站、ECS和BS系统构成。同时在车站综合控制室设有由主控系统统一设计的应急后备盘（IBP），作为隧道通风系统、车站大系统、小系统在火灾模式或列车阻塞模式下设备运行控制的紧急后备操作盘。

2.2 中央EMCS网络结构

中央EMCS由系统服务器、车站EMCS局域网、网络设备、车站监控工作站、地铁控制中心大楼的BS系统构成。BS系统主要监控冷水机组、电梯、与消防无关的新风机、给排水系统等。

3 系统的运行工况

EMCS系统的运行工况主要分为正常运行和事故运行两种运行状态，其中隧道系统和大系统的正常运行是根据地铁运营的时间，由环控专业人员预先设定的时间表来控制不同的运行模式；事故运行是针对不同的事故类型来控制不同的运行模式。车站内任一设备房间或区域出现火灾报警，值班人员确认火灾后，启动相应火灾模式，则其他系统自动执行停机模式，关闭所有风阀和风机，防止窜烟，达到最好的防排烟效果。

EMCS系统所管理的环控通风系统相关设备的控制方式分为点控和模控两种。在人机界面上，将设备控制方式打到点控位，即可对该设备控制单一控制，由其现场控制单元立即执行。当设备处于模控位时，当系统下发相关模式后，该设备根据事先设定好的启、停命令进行自动控制。当设备处于点控位时，不参与正常自动模式控制。但发生火灾或阻塞时，模式相关的设备会在模式启动时自动切换到模控位，然后执行相应的事故模式。

3.1 隧道运行工况

正常运行主要通过时间表的功能来控制隧道风机的运行，隧道通风系统除早间通风和晚间通风运行外，列车正常运行时，区间隧道采用开式运行，充分利用列车活塞风作用进行通风换气排除余热余湿。在不同的时间段运行不同的模式，运行不同模式的启停时间主要依据地铁运营开始及停止的时间和日期。

事故运行模式主要包括阻塞模式和火灾模式两种。当列车在隧道区间发生阻塞 (即被迫停于隧道内且短时间内无法移动)，EMCS系统自动根据轨道信号判断阻塞位置，进行隧道通风模式控制；区间隧道内发生火灾或列车内发生火灾事故时，根据当事列车司机的报告，防灾调度员（即地铁控制中心调度员，主要负责监视本线路各车站的EMCS系统及火灾报警系统相关设备运行状态，当发生火灾时，下发相应火灾模式，组织并指挥相关人员抢险救灾等工作）或车站值班员手动启动相应区间的火灾模式。在中心选择火灾模式时，计算机会根据轨道信号和人工输入的列车着火位置，产生一个推荐的火灾模式供防灾调度员选用，运行不同的火灾模式，保证旅客的安全疏散。

3.2 车站大、小系统运行工况

车站大系统以车站级监控为主。通过对车站大系统的组合式空调器或风机盘管、空调新风机、回/排风机、排烟风机、相关风阀、传感器、水系统二通阀等设备的监控，达到环控工艺提出的工艺要求，保证车站的环境舒适及火灾情况下的系统联动。车站大系统通风空调系统运行分空调季节小新风、空调季节全新风、通风季、冬季、早夜换气、停机等几种模式。通过运行时间表，自动选择运行工况，还可以人工干预运行工况。

车站小系统与车站大系统类似，保证车站各类设备和管理房间的环境及在火灾情况下的模式联动。车站小系统以车站级监控为主，对车站内设备及管理用房的空调器、风机、风阀进行控制，实现车站小系统通风、排烟功能，小系统的排风、排烟系统是共用的一套系统，在正常运行情况下，小系统送风机正常运行，排风机正常运行，若排风机为双速风机，则处于低速运行，在灾害时，处于高速运行。车站小系统的空调系统冷源主要来源于车站内的风冷机组或者VPN小系统空调机，柜式空调器和风机盘管负担车站内设备及管理用房的热湿负荷。

发生火灾时，FAS发出相应的火灾模式信号，如果这时系统处于自动状态（IBP盘切到自动状态），则通过人工确认后自动启动对应的火灾模式。可以在人机界面上人工干预启动火灾模式，如果计算机死机，还可以在IBP应急盘上手动启动模式。大系统火灾模式时，各小系统将自动处于停机状态，关闭风阀，减少串烟。火灾结束，按人机界面上火灾恢复按钮，则系统解除火灾工况。

3.3 换乘站台联动原则

换乘车站任意线路的环控通风系统执行车站公共区火灾通风模式后会触发另一条线路的环控通风系统执行 “停机”模式。即，例如A站是1，2号线的换乘车站，当1号线A站环控通风系统执行 “站台火灾模式”后会触发2号线A站的环控通风系统执行 “停机”模式，反之亦然。

火灾报警系统只触发本线路的环控通风系统联动一次火灾模式，后期触发的火灾模式均无法执行。两条线路的火灾报警系统之间没有联动关系。

4 结论

综上所述，环境与设备监控系统在为乘客提供舒适的乘车环境和特殊情况下的送/排风方面起着不可替代的作用，最终达到节能降耗，最大程度减小火灾等突发事件发生后造成的人员伤亡和财产损失的目的。

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部.地铁设计规范∶GB 50157-2013［S］．北京：中国建筑工业出版社，2013.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部.火灾自动报警系统设计规范：GB 50116-2013［S］．北京：中国计划出版社，2013.

［3］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.消防联动控制系统：GB 16806-2006［S］．北京：中国标准出版社，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

版权声明

2016-11-19

何强（1983— ），男，天津人，助理工程师。研究方向：城市轨道交通运营管理。

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