重庆沙坪坝铁路综合交通枢纽智慧化设计与实践

刘实秋，牛梦宇，廖 华

（中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司 四电机动及设备院，重庆 400023)

重庆沙坪坝铁路综合交通枢纽于2017年12月31日开通运营，该项目工程是国内首个高速铁路车站站场加盖作为城市综合体开发的典型案例，也是公共交通引导城市发展(TOD)的典范。综合交通枢纽集高速铁路、城市轨道交通、道路交通、人行交通等于一体，充分利用城市地下空间、高速铁路站场上部空间、城市道路空间，实现沙坪坝核心区的交通改善、商圈升级、核心区扩展。信息化工程将综合交通枢纽打造成为汇集各类客流、商流、资金流、信息流的城市智慧中枢，推进综合客运枢纽与智能交通的融合发展。

1 沙坪坝铁路综合交通枢纽概况

沙坪坝铁路综合交通枢纽位于重庆市沙坪坝中心区，项目用地为原沙坪坝火车站站区、铁路生活办公用地及城市建设用地，利用地形条件，将沙坪坝火车站站场区域整体加盖作为城市广场和物业开发使用，拓展了城市空间。为满足铁路安全运营的需要，综合交通枢纽总平面布局根据用地条件，在成渝客运专线站场范围布置上盖广场，在上盖广场范围内主要布置1层的高架客运专线站房和5层的商业用房，其余建筑体量均布置在铁路站场外以北的城市地块上，主要开发建筑沿站东路南侧布置[1]。沙坪坝铁路综合交通枢纽区位图如图1所示。

图1 沙坪坝铁路综合交通枢纽区位图Fig.1 Location of Shapingba Railway Integrated Transportation Hub

沙坪坝铁路综合交通枢纽总用地约21.42 hm2，总建筑面积约75万m2，配建停车位约2 500个，包括综合交通枢纽和物业开发两部分，其中综合交通枢纽部分包括成渝客运专线沙坪坝站站房、进站通道、地下出站通道、高速铁路站台、铁路配套用房、高速铁路出站厅、地下出租车站、地下公交车站、地下停车库、设备用房、公寓式办公楼B地下部分、城市轨道交通9号线沙坪坝站、110 kV变电站。

2 枢纽信息化面临的挑战

为将沙坪坝铁路综合交通枢纽打造为城市智慧中枢，推进综合客运枢纽与智能交通的融合发展，充分体现“以人为本、以流为主”的设计理念，需要建立统一的信息化平台，打破不同交通方式之间的信息壁垒，加强信息采集、处理、共享，实现信息及时发布与实时更新，满足不同层次的需要，为各种交通方式实现联动处置提供可靠的信息保障，提升服务精准性。

综合交通枢纽作为具有多种功能的城市综合体，不仅是大量的人流、车流集散地，也是海量信息产生、交换的场所，信息化平台的搭建，面临着7个方面的挑战[2]。

（1）枢纽区位特殊。沙坪坝铁路综合交通枢纽北靠重庆“五大商圈”之一的沙坪坝商圈，南面是沙坪坝枢纽，地处核心商圈，集城市需求、交通需求于一体，周边还有重庆大学、重庆师范大学等高校以及大量住宅区，而国内其他综合交通枢纽大多设置于城市中心区边缘[3]，沙坪坝地理区位及周边用地的特殊性，使得该枢纽客流组成、时空分布呈现复杂性。

（2）枢纽定位高端。沙坪坝站是主城区“三主两辅”中两大辅助铁路客运站之一，集高速铁路、城市轨道交通、公交、出租车、社会车辆等多种交通方式为一体，承担内外交通功能的同时，促进周边用地开发、提档商业模式、提升区域经济发展活力、展示城市发展形象，是城市副中心的标志性发展区域，是沙坪坝区域经济发展的核心。2016年，国家发展和改革委员会(以下简称“国家发改委”)颁布文件，要求城市综合交通枢纽要打造“智慧枢纽”，并且明确了6大国家发改委和地方政府共建枢纽示范城市，重庆作为其中之一[4]，而沙坪坝铁路综合交通枢纽无疑是首个“智慧枢纽”示范。

（3）外围路网结构不完善，道路条件复杂。综合交通枢纽地处沙坪坝商圈核心，外围路网结构不完善，与枢纽功能定位不协调。枢纽周边主要有渝碚路、汉渝路、站西路、站东路、土湾路、天陈路、沙正街、小龙坎正街等道路，多数路段道路等级低，平面交叉多，从核心区外围难以快速便捷进入枢纽。

（4）多种交通方式聚集，客流组成复杂。综合交通枢纽融合了城市对内对外多种交通方式、并配有高密度商业开发，加之其特殊的区位共同决定了枢纽多源多样的客流组成，包括出入境客流、通勤客流、购物客流、上学客流、休闲娱乐客流等，枢纽附近旅客出行目的各异，对枢纽内客流诱导和信息服务、交通方式高效调度提出了挑战。

（5）地下多层空间布设，客流车流流线复杂。综合交通枢纽同时汇集了多种交通方式，所有换乘体系均设置在地面1层和地下8层(包括停车库、高速铁路出站层、高速铁路站台层、交通转换层、广场、高速铁路候车室等)，并且地下空间全部为交通设施和交通换乘空间，交通换乘及客流集散全部在地下空间完成。多样多向客流车流在立体空间中交汇，流线复杂，换乘量大。良好的信息服务是保障各种客流车流顺畅流动的根本，同时，地下多层结构也带来了对紧急情况下旅客快速疏散和应急管理的高要求。沙坪坝铁路综合交通枢纽立体空间图如图2所示。

图2 沙坪坝铁路综合交通枢纽立体空间图Fig.2 Three-dimensional space of Shapingba Railway Integrated Transportation Hub

（6）停车管理复杂。由于综合交通枢纽毗邻三峡广场，是沙坪坝商圈的核心，枢纽内地下3层、5层、6层建设停车场，约2 500个车位。停车场中间地下4层夹设高速铁路出站层，不同层停车场由不同连接道与枢纽外路网衔接，停车场布局物理结构复杂。另外，由于停车场地处商业核心区和综合枢纽内部，停车需求量较大。基于以上多方面原因，为调节停车需求在时间和空间分布上的不均匀、提高停车场周转率和使用效率、减少由于寻找停车位而产生的迂回交通、增加商业区域的经济活力，需具备强有力的停车管理机制和控制系统，这也依赖于完善的枢纽信息化平台。

（7）管理部门众多，信息化服务对象多样。综合交通枢纽管理部门包括枢纽管理部门、各类交通运营公司和监管部门，各部门职责不同，对枢纽信息化平台的需求也不同。枢纽信息化平台应在满足乘客信息需求的同时，为各管理部门的日常工作提供服务，因此准确把握不同部门的需求十分重要。

综上，沙坪坝铁路综合交通枢纽信息化平台应是基于枢纽运营、管理和服务的理念，在各交通方式信息系统的基础上，统筹规划并构建专门用于枢纽内各种交通方式信息交换和共享，提供旅客综合信息服务，支撑枢纽多方式协调运营及应急联动指挥等管理职能的信息化系统。同时，该系统应符合沙坪坝铁路综合交通枢纽整体建设目标，能够支持国家智慧枢纽发展战略，推动重庆枢纽示范城市建设。因此，沙坪坝铁路综合交通枢纽信息化工程设计了代表当前行业顶尖水平的智慧型综合控制系统(Intelligent Integrated Control System，IICS)[5]。

3 枢纽智慧型综合控制系统架构设计

3.1 系统规划目标

为将沙坪坝铁路综合交通枢纽IICS系统建设成为具备高度人工智能、高度集成、高效便捷的智慧型管理控制系统[6]，规划系统目标如下。

（1）提升枢纽运行监测水平。整合枢纽内视频监控、广播、资讯服务、门禁安防、安检、通信、数字集群、停车场等系统，以及照明、空调、新风、电梯、变配电、给排水等机电系统在内的各子系统，实现对这些系统的综合监控，提升整个枢纽运行状态的监测管理水平。

（2）提升控制与管理效率。实现各子系统高效操作，在日常管理过程中能够根据现场事件快速地进行响应，尤其是在突发事件发生时，能迅速调动和调整各子系统运转，确保现场处置效率与效果。

（3）强化控制技术与联动控制。实现枢纽信息化管理、敏捷控制，在统一的控制界面下实现对枢纽内所有机电及信息设备的操作，使各类设备充分发挥作用，实现多个系统间数据融合、联动控制。

（4）高度可视化管理。对机电设备运行状态、环境监控数据、视频数据、图像数据、音频数据采用可视化技术，实现良好的人机界面，使枢纽的运行状态能直观、实时地展现在控制人员面前。

（5）主动节能与被动节能有机结合。实现系统的节能管理，在各子系统设备具备自身被动节能技术保障的基础上，利用IICS系统自身的行为及业务分析能力，在确保各子系统服务功能的前提下，实现机电设备的主动节能。

（6）良好的开放互联性。在实现枢纽内部高效管理的同时，IICS系统应能将公共服务信息以综合资讯的方式向公众发送，实现以资讯显示屏为固定载体、移动互联网为移动载体的资讯发布，使公众方便、快捷地获取枢纽的服务资讯和引导信息。

（7）系统可靠性与安全性。IICS系统应具备高度可靠的安全运行机制，保证枢纽内机电设备运行状态数据、视频监控数据、实时控制指令等安全传输，7×24小时稳定工作，能够防御来自人为攻击、系统漏洞、病毒等各级安全风险。

3.2 系统设计原则

（1）总体设计原则。IICS系统功能丰富、构架复杂，需要周密考虑、统一规划，实施过程中可以从实际出发，循序渐近，分步建设。

（2）先进性原则。采用技术领先、应用前景好的新技术与产品，保证平台建成后能在较长时间内保持技术领先，为用户提供长期、高效的服务。

（3）标准化原则。严格遵守国内外相关标准，提高平台的通用性、兼容性，为后期功能完善奠定良好基础。

（4）可扩展性原则。体系架构及软硬件选型遵循开放性标准，减轻系统维护负担、增强系统的扩展能力，并为后续工程奠定良好基础。

（5）安全性原则。采用防火墙技术、加密技术、安装杀毒软件及严格控制用户权限等方式防止非法入侵造成数据丢失和平台瘫痪等问题。

（6）长效运行原则。充分考虑信息资源分布特点，采用高效可行的数据采集方式并建立相应的数据质量保障机制，为信息系统的良好运转提供稳定的数据支撑。

3.3 与相关系统接口关系

（1）与重庆市交通委员会系统之间的关系。重庆市交通委员会作为行业管理部门，IICS系统需对采集到的枢纽内运行信息进行指标化数据分析，向其报送所需数据，为其行使行业监督指导职能及决策提供支撑[7]。

（2）与沙坪坝枢纽管理委员会系统之间的关系。沙坪坝枢纽管理委员会作为沙坪坝铁路综合交通枢纽的主管部门，IICS系统应为其实时了解枢纽的日常运行状态、客流车流分布动向、突发事件信息等提供接口，并为其发布重要通知、指示、管理举措等信息提供接入方式。

（3）与政府相关部门系统之间的关系。与公安、交通执法、安全管理部门系统建立接口，为其提供数据支撑。

（4）与高速铁路、城市轨道交通系统之间的关系。IICS系统宜与高速铁路、城市轨道交通的运营调度、票务、视频监控以及乘客服务等系统建立接口，实现动静态数据的共享交换，为枢纽协同应急提供支撑。

（5）与地面公交、出租汽车、长途客运系统之间的关系。IICS系统采集公交、出租车、长途客运、枢纽周边道路的运行信息，实现公交、出租车、城市轨道交通、高速铁路多种交通方式数据集成和共享，形成统一的数据资源中心，为枢纽内各种交通方式的协同调度提供支撑。

（6）与站外信息发布系统之间的关系。为加大旅客获取出行信息的渠道，IICS系统宜通过手机APP、出行服务网站、车载查询系统等站外信息发布方式，为旅客提供全面详实的出行服务信息。

（7）与沙坪坝商圈之间的关系。IICS系统宜支持购物诱导，为商圈提供客流信息、发布广告，促进商圈经济发展，同时商圈可以反馈商业信息，以便于枢纽进行购物诱导。

3.4 系统技术架构

3.4.1 IICS系统总体框架

IICS系统是一个庞大的集成系统，涉及枢纽内部几乎所有的机电设备、信息设备及网络通信设备，系统共设计了9大功能分系统45项子系统(近期39项、远期6项)[8]。9大功能分系统分别是：中央控制系统、运行与监测系统、安全疏散与应急控制系统、指挥调度系统、车辆引导与停车场管理系统、顾客引导及资讯服务系统、综合运行信息管理系统、协调管理与联动支持系统、节能管理系统。IICS系统总体框架如图3所示。

图3 IICS系统总体框架Fig.3 IICS framework

IICS系统核心层(即综合应用层)采用“B/S+C/S”模式，系统建设采用SOA技术架构，合理划分功能模块的颗粒度，根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用。

系统服务接口统一采用具有良好互操作性的SOAP/Web Service接口形式，采用基于XML和HTTP协议的SOAP调用互联其他应用系统。系统服务接口不直接完成业务逻辑，业务逻辑由独立的业务组件完成，服务接口需要调用业务组件的服务完成相应的业务申请，业务组件和服务接口是物理分隔的，两者之间的调用采用Remoting方式，或是将两者部署在同一台物理服务器上从而进一步提高调用性能。

通过数据交换系统实现的消息总线，加载预先定义的数据更新组件，从数据总线中读出数据，然后更新到数据库中。

应用系统采用统一J2EE技术架构，基于MVC框架模型，构建多层应用。

3.4.2 IICS分系统

（1）中央控制系统。中央控制系统是IICS系统实现信息集成和控制的中心系统，主要由中央核心设备群、应用系统群、终端管理群、核心网络群以及相关的其他设备及软件组成，在中央控制大厅实现对所有分系统的控制和管理。中央控制系统负责IICS系统所有数据的存储和管理，以及通信和安全；对来自各类系统设备的数据及信号，根据预置的规则进行自动处理；生成应急预案，根据不同的触发事件自动调用不同的应急预案，并根据用户的干预进行执行。

（2）运行与监测系统。运行与监测系统作为数据中心，负责整合、集成IICS的所有运行、服务数据。整合汇集枢纽所涉及的各相关行业系统信息，形成完整的、语义一致的信息资源，面向枢纽运营管理信息系统开辟各类信息的来源，为枢纽日常的信息服务、运营管理、应急处理提供决策支持。发生突发事件时，能够及时通知枢纽应急响应中心以及接驳交通运输方式主管部门及其他相关单位，进行协同应急。此外，还可以通过指标化模型分析，进行数据挖掘，共享给枢纽内各种交通运输方式主管部门以及行业管理部门。运行与监测系统框架如图4所示。

图4 运行与监测系统框架Fig.4 Framework of operating & monitoring system

（3）安全疏散与应急控制系统。安全疏散与应急控制系统以运行与监测系统为信息支撑，是整个交通枢纽正常、安全、有序运行的保障，能够快速响应各类突发事件，实现各部门的协调调度。在发生客流拥堵、车辆堵塞、突发社会事件、火灾等紧急情况时，管理人员能迅速在系统中进行干预和处置，简捷的操作会触发信号灯、电梯、门禁、照明、显示屏、广播、监控、智能移动终端APP等系统设备协调工作，在最短的时间内引导人群和车辆以最安全的方式进行疏散。安全疏散与应急控制系统框架如图5所示。

图5 安全疏散与应急控制系统框架Fig.5 Framework of safety evacuation & emergency control system

（4）指挥调度系统。指挥调度系统为枢纽管理提供了极其强大的整合通信系统，能将无线集群对讲、蜂窝电话、固话、智能终端与调度台互联互通，实现群呼、组呼、单呼等功能，为实现整个枢纽的高效管理提供快速、便捷的通信指挥手段。

（5）车辆引导与停车场管理系统。车辆引导与停车场管理系统对管辖区域内所有车辆的行驶进行智能化的调度与管理，能自动根据停车场状况引导车辆迅速找到空车位并反向寻车，针对不同的车辆密集程度，智能地控制信号灯，保证路况的畅通。

（6）顾客引导及咨询服务系统。顾客引导及资讯服务系统将枢纽功能布局、各类公告、客流引导等各类资讯通过静态和动态标识或手机APP等方式展现在顾客面前，使人们能方便地获取所需的各类资讯，同时向顾客提供当前的交通和道路状况等，以帮助出行者选择出行方式、出行时间和出行路线，还可为出行者提供准确实时的地铁、轻轨和公共汽车等公共交通的服务信息。顾客引导及咨询服务系统框架如图6所示。

图6 顾客引导及咨询服务系统框架Fig.6 Framework of customer guidance & consulting service system

（7）综合运行信息管理系统。综合运行信息管理系统整合汇集枢纽所涉及的各相关行业系统信息，形成完整的、语义一致的信息资源，面向枢纽运营管理信息系统开辟各类信息的来源，可以为枢纽日常的信息服务、运营管理提供决策支持；发生突发事件时，能够及时通知枢纽应急响应中心以及接驳交通运输方式主管部门和其他相关单位，进行协同应急；此外，还可以通过指标化模型分析，进行数据挖掘，共享给枢纽内各种交通运输方式主管部门及行业管理部门。综合运行信息管理系统框架如图7所示。

图7 综合运行信息管理系统框架Fig.7 Framework of integrated operation information management system

（8）协调管理与联动支持系统。枢纽协调管理与联动支持系统采集和整合枢纽内各类视频监控图像、客流检测数据、事件识别信息、停车位监测数据等，实现对枢纽日常运行状况的全面监测、枢纽内拥挤程度的分析和预警、人员聚集和可疑物品滞留等突发公共事件的及时报警、枢纽内运营企业之间的信息共享和协调联动、突发公共事件的快速响应等。

（9）节能管理系统。节能管理系统实时监测枢纽内每一类设备的资源消耗情况，并进行跟踪分析，在发生异常能耗变化时，及时发出管理预警信息。同时，根据现场运营状况，主动调整各类系统的运行功率、运行区域，实现科学的主动节能，使整个枢纽的能耗消耗达到国际一流水平。

4 枢纽智慧型综合控制系统实施及运营效益

4.1 实施方案

根据沙坪坝铁路综合交通枢纽工程建设计划，自2013年4月开工，铁路开通日期为2017年底，周边配套成熟道路最早全部建设时间为2019年以后，上盖商用物业开发建成时间在2020年以后，枢纽工程建设周期长，IICS系统宏大全面的功能设置在相当一段时间不能发挥作用。同时，考虑到枢纽未来运营管理主体的不确定性，相应的运营管理对信息化功能的需求存在不确定性，以及信息技术软硬件设备发展及更新迅速，项目组在信息化工程实施阶段按照“统筹规划，分阶段实施原则”制定了IICS系统实施方案[9]。

（1）第一阶段，满足2017年底铁路通车的基本需求。简化IICS系统功能，实施综合管理系统平台(简化版IICS)，设置集群通信系统、综合布线系统、公共广播系统、信息引导及发布系统、建筑设备监控系统、视频监控系统、门禁系统、车库管理系统等8个功能子系统，即包含IICS系统近期39项子系统中满足铁路通车基本需求的16项子系统。综合管理系统平台将各子系统操作界面集成到一个控制界面上，可以在统一的控制界面下实现主要设备的管理操作，实现各系统分立运行、适度整合、集中管理，各子系统共用中心控制室及机房，并与枢纽消防控制中心之间设置必要的信息联络(火警信号，视频监控内容共享)。综合管理系统平台框架(简化版IICS)如图8所示。系统软硬件选择采用技术领先、成熟可靠的产品，在一定时期内具有先进性，满足后续扩展和升级要求。

图8 综合管理系统平台框架(简化版IICS)Fig.8 Framework of integrated management system platform(simplified IICS)

（2）第二阶段，基本实现系统规划目标。在枢纽(除了上盖商用物业)全部建成前，实施总体规划的IICS系统9大功能分系统，以及整体规划的IICS系统剩余的近期23项子系统，基本实现系统规划目标，推动重庆枢纽示范城市建设。

（3）第三阶段，功能拓展。在枢纽上盖商用物业建成后，适时实施IICS系统总体规划的远期6项功能，建设智慧枢纽，发挥综合客运枢纽牵引作用，打造宜居、宜业、宜行、宜娱的生产生活、创新创业新空间。

4.2 运营效益

自2017年12月底开通运营以来，综合管理系统平台(简化版IICS)对枢纽内各系统进行集成管理，以信息交换与共享为基础，各种交通方式联动处置，为优化交通组织提供了数据支持，有效缓解了沙坪坝铁路综合交通枢纽的交通疏解压力。同时，平台实现了应急资源共享，有效支撑了行业管理部门应急快速反应、措施得当、协同应对、统筹资源，对维护社会稳定、保持社会和谐起到重要的作用。

综合管理系统平台的统一界面管理优势，提高了相关管理人员的工作效率，可减少维管人员9人，按照员工每年工资9.3万元，员工福利按工资比例的59%计算，每年可节省运维成本约133万元。此外，平台可以为旅客提供人性化的交通信息服务，旅客在枢纽内平均可节约5 min以上的换乘时间，大幅提高了乘客满意度。

5 结束语

目前，IICS系统第二阶段工程还在实施中，待全部建成后，能为枢纽日常管理、信息服务、应急保障、商业开发等提供信息化、智能化手段，为各运营单位提供多种协调渠道，最大限度展现联动作用，实现各类运营信息共享交换，更好地满足旅客中转换乘的高效、安全、便捷、舒适要求。沙坪坝铁路综合交通枢纽信息化建设在研究和设计过程中，困难与挑战并存，基于后续运营中反馈的各种信息，将积极探索智慧新功能[10-12]，对IICS系统进一步优化完善，持续推动重庆枢纽示范城市建设，为国内外类似工程建设提供参考。