关于铁路机电设备管理系统设计规范解读

刘诗慧，陈 凯，王 嵩，朱飞雄，夏 炎

0 引言

随着科学技术水平的不断提升，通过智能化手段达到绿色低碳的效果成为引领各领域发展的重要方向[1]。国务院《2030 年前碳达峰行动方案》提出加快绿色交通基础设施建设，开展交通基础设施绿色化提升改造[2]。《交通强国建设纲要》要求智能、绿色交通发展水平明显提高，到本世纪中叶的基础设施智能化与绿色化水平位居世界前列[3]。铁路相关场所中存在大量机电设备，如冷热源及水系统、空调与新风系统、电动门窗、照明设备、给排水设备等，对这些机电设备进行节能改造，通过智能化手段提升设备利用效率是一个重要的节能方向。对这些设备相关的电、燃气、水等消耗量和光伏发电等新能源利用量进行智能处理，形成自动控制策略，可以进一步优化节能空间。目前已有一系列相关的建设运营实践和成果[4-6]。

为统一设计标准，制定TB 10037—2022《铁路机电设备管理系统设计规范》（以下简称《规范》）。《规范》在贯彻国家和铁路相关政策法规，总结归纳国家和行业既有相关标准的基础上，统一了设置于站房、段所和隧道的机电设备管理系统设计内容，明确了与其他专业的接口关系，便于设计执行；完善了标准体系，结合铁路“双碳”目标的建设要求，以达到铁路运营管理节能增效的目的[7]。国家铁路局发布TB 10037—2022《铁路机电设备管理系统设计规范》，于2023 年2 月1 日起实施[8]。

1 规范编制原则

（1）贯彻相关政策法规，与《中华人民共和国节约能源法》及《公共机构节能条例》等政策相协同[9-10]。

（2）认真执行国家、行业有关规范要求，与TB 10008—2015《铁路电力设计规范》等有关标准相协调[11]。

（3）归纳总结铁路相关科研成果，吸收借鉴地铁、智能建筑的建设经验，提高规范的创新性和深广度。

（4）贯彻技术先进、节能增效的原则，充分利用机电设备既有监测设备获取监控数据，节省工程投资；采用自动化的控制策略实现机电设备的运行节能；通过规范能耗监测、管理及节能评估策略实现水、电、气等能源的管理节能。

2 编制内容和意义

《规范》规定了机电设备管理系统的总体和共性要求，并对设置在站房、段（所）和隧道的机电设备管理系统的相应要求进行规定，最后对接口设计进行规定。具体功能参数、参数类型、取源位置、数值类型等在附录的功能表中进行规定。

2.1 完善标准体系

结合铁路“双碳”目标的建设要求，针对铁路机电设备管理系统工程制定了专项设计规范，统一了铁路机电设备管理系统设计标准，明确了具体的技术要求，最终达到铁路运营管理节能增效的目的。

2.2 统一设计内容

以贯彻执行国家和铁路相关法律、法规、方针、政策为前提，在总结归纳国家和铁路既有相关规范标准的基础上，统一了设置于站房、段所和隧道的机电设备管理系统设计内容。

“站房机电设备管理”章规定了设置于站房的机电设备管理系统的组成、设置、设备监控和能效监管两个子系统的功能及对象等具体技术要求。为了保证机电设备的运营管理效率和节能控制效果，明确机电设备管理系统为自主运行系统，并具备和旅客服务与生产管控平台等相关管理系统实现信息交互的功能。

“段所机电设备监控”章规定了设置于段所与设置在站房的机电设备管理系统在设计要求上的共同性和差异性。

“隧道机电设备管理”章规定了设置于隧道的机电设备管理系统的系统组成、设备监控子系统、网络与安全、系统辅助设施的相关规定。结合铁路隧道实际运营管理需求，对隧道内通风、照明、消防泵、排水泵、应急疏散防护门等设备的监控要求进行了规定。

2.3 明确接口关系

“接口设计”章规定了机电设备管理系统与信息、通信等其他专业的接口关系；对机电设备管理系统与相关管理系统、火灾自动报警系统、通信系统、各类机电设备的接口类型和接口界面进行了规定；明确了接口功能和接口界面，便于设计执行。

3 技术要点研究与解读

3.1 设置范围

《规范》主要对铁路站房、段所、隧道等具有铁路特殊性场所的机电设备管理系统的设计标准进行了规定：大型及以上铁路旅客站房，地下车站以及与之相邻的隧道，设有应急照明、机械排水、通风设施的隧道，应设置机电设备管理系统；中型铁路旅客站房，铁路段所的大型车间、库，设有集中空调的综合楼、调度所等大中型建筑，设有正常照明的隧道，宜设置机电设备管理系统；有工艺控制和节能管理要求的其他场所可设置机电设备管理系统。

3.2 系统组成

铁路机电设备管理系统由设备监控子系统、能效监管子系统等组成。中型及以上旅客站房应设置设备监控子系统；大型及以上旅客站房应设置能效监管子系统，中型旅客站房宜设置能效监管子系统。此处对车站规模的定义参考TB 10100—2018《铁路旅客车站设计规范》的相关规定[12]。设置于段所的机电设备管理系统应包括设备监控子系统，当存在检查库、综合楼等大规模建筑物时，可包括能效监管子系统。设置于隧道的机电设备管理系统应包括设备监控子系统。

设备监控子系统和能效监管子系统宜共享数据及硬件资源。

3.3 系统功能

设备监控子系统应具备监测机电设备运行状态的功能，宜具备远程控制、自动启停、自动调节等功能。当机电设备自带控制单元时，设备监控子系统应通过机电设备自带控制单元获取监测信息、发送启停控制指令，由其自带控制单元完成自身监控功能。

能效监管子系统应具备电、水、气等能耗数据和可再生能源利用数据的数据采集和统计分析功能，应具备能效评估、节能率计算等功能。

3.4 系统架构

机电设备管理系统架构应根据管理需求和监控对象确定，宜分为站点级单级架构或中央级、站点级的两级架构。机电设备管理系统中央级应具备对所管辖站点级设备的远程监测、能耗分析及能效评估等综合管理功能，根据管理需求可具备远程控制功能；机电设备管理系统站点级应能独立完成对管辖范围内机电设备的远程监控和能效监管，应能完成数据处理并选择性上传。

站点级单级架构为国铁站房、段所机电设备管理系统的常规架构；对于相邻2 个及以上通过地下隧道连通的地下车站机电设备管理系统设计，需考虑车站之间的联动控制，参考GB 50157—2013《地铁设计规范》的相关规定，采用中央级、站点级的两级架构。

站点级是指机电设备管理系统的基础站点层级，可以是一座站房、一条隧道或一个段所；中央级是指机电设备管理系统集中管理多个站点级的层级。在与中央级通信中断时，站点级仍应能完成本站范围内机电设备的监控和能效监管功能。站点级设备设于各车站的控制室，中央级设备设于其中一个站点或中心的控制室。设置于段所的机电设备管理系统宜采用单级架构，预留监控及能耗数据上传条件。

3.5 火灾、正常双工况设备联动方式

当同时具有火灾和正常两种工况的机电设备由设备监控子系统监控时，参考TB 10063—2016《铁路工程设计防火规范》[13]，规定设备监控子系统的可靠性应满足消防联动控制的要求，火灾工况时，设备监控子系统应优先执行火灾自动报警系统（FAS）发布的火灾模式指令。

3.6 设备监控子系统

3.6.1 子系统组成

站房设备监控子系统宜由监控主站、监控终端、控制器、传感器、执行器、通信网络等组成。站房监控主站可根据系统规模及管理需求设置服务器、网络设备、不间断电源、打印机等。监控终端设置于中央级、站点级控制室及其他有运营管理需求的房间。控制器可分为主控制器和就地控制器，宜采用分布控制方式。传感器、执行器应具备标准电气接口或数字通信接口，传感器的测量精度、执行器的调节精度应满足功能设计要求。控制器应具备独立运行功能；当监控主站和监控终端发生故障或停止工作时，不应影响控制器的正常运行。

隧道设备监控子系统宜由监控主站、监控终端、主控制器、就地控制器、集中控制盘、通信网络等组成。

3.6.2 监控对象

站房设备监控子系统宜监控冷热源机组及其水系统、空调及新风机组、通风、给水排水、照明等系统或设备，宜监测电梯及自动扶梯、光伏发电等系统或设备；根据运营管理需要，可监控电动门、电动窗，可监测变配电、客车上水、客车真空卸污等系统或设备。

隧道设备监控子系统的监控对象宜包括隧道风机、消防泵、排水泵、疏散通道防护门、正常照明和应急照明等设备或系统。

3.6.3 监控要求

通风空调设备和冷热源及其水系统等机电设备的监控要求，参考TB 10056—2019《铁路房屋供暖通风与空气调节设计规范》，规定应监测系统内各设备的运行、故障等运行状态，应监测温度等与控制调节相关的运行参数；宜监测电流、电压、电能等用于能效计算的能效参数；可监测其他用于运维管理的运维参数。应具备设备故障报警和联锁控制等安全保护功能和启停等远程控制功能，按预设程序自动启停等功能；能设定系统运行工况或系统参数设定值，并自动调节设备及阀门使系统参数达到设定值；自动调节方案宜采用节能策略。

照明控制要求，参考TB 10089—2015《铁路照明设计规范》，规定站房照明应具备公共区照明、景观照明、广告照明、有源静态标识的照明回路分组开关的远程控制功能；当公共区照明、景观照明采用调光方式调节灯具亮度时，应能实现照明光源亮度的远程调节。隧道照明的控制要求，应能实现对正常照明的分段就地及远程控制。

参考GB 55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》，《规范》规定对光伏发电系统应监测发电量、光伏组件背板表面温度、室外温度、太阳总辐照量等参数，宜由光伏发电自带监控系统获取监测数据。

3.7 能效监管子系统

当能效监管子系统独立设置时，宜由能效监管主站、前端数据采集设备、通信网络组成；为节约成本、便于操作，当能效监管子系统与设备监控子系统共享硬件资源时，能效监管主站宜与设备监控主站合并设置。

能效监管主站可根据系统规模及管理需求设置服务器、不间断电源、工作站、打印机等。前端数据采集设备由计量器具、数据采集器等组成。当能效监管主站设备发生故障或停止工作时，不应影响前端数据采集设备运行。

参考TB 10016—2016《铁路工程节能设计规范》[14]，《规范》规定，能效监管子系统应监测电、水、燃气、集中外供热量、集中外供冷量等消耗量；应监测站房主要耗能系统和设备的能耗以及用于能效分析的参数；具备能耗数据采集、能耗统计分析、能效评估、节能率计算等功能。

3.8 网络与安全

设置于站房和段所的机电设备管理系统应设置广域网和局域网。设置于隧道的设备监控子系统通信网络宜由广域网和隧道端局域网组成。

广域网宜利用铁路数据通信网；通道带宽应满足数据传输要求。

中央级、大型及以上站房站点级局域网宜采用核心层、接入层两层网络结构，核心层网络设备双机冗余配置，接入层网络设备可双机冗余设置，并具备可扩展性。车站现场监控网络宜采用总线拓扑结构，也可采用环形、星型或自由拓扑结构。车站现场监控网络宜采用有线通信方式。

隧道端局域网监控网络宜采用光纤自愈环形工业级以太网、网状拓扑无线物联网等，监控网络带宽应满足隧道现场实时性监控需求，主控制器与监控主站之间宜采用双通道。

网络安全设计应符合下列规定：利用铁路数据通信网承载时，应采用MPLS VPN 等技术进行系统隔离，接口处宜设置防火墙或安全隔离设备；与相关管理系统接口处宜设置防火墙或安全隔离设备；机电设备管理系统宜具有身份认证、访问控制等功能。

3.9 系统辅助设施

《规范》对供电设计、线缆选型、防雷接地设计等作了具体规定。服务器和监控终端应采用不间断电源装置供电，设备监控子系统控制器、通信网络等参与消防联动的部分，应按消防负荷等级供电。线缆选择应符合TB 10063—2016《铁路工程设计防火规范》[13]的相关规定。防雷与接地设计应符合GB 50343—2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的相关规定。

3.10 接口设置

为了保证机电设备的运营管理效率和节能控制效果，《规范》明确机电设备管理系统为自主运行系统，并具备与相关管理系统实现信息交互的功能，并规定了机电设备管理系统与信息、通信等其他专业的接口关系。参考TB 10008—2015《铁路电力设计规范》[11]、TB 10074—2016《铁路客运服务信息系统设计规范》、《铁路旅客服务与生产管控平台配置暂行技术条件》（铁客[2020]166 号）等相关规范，对机电设备管理系统与相关管理系统、火灾自动报警系统、通信系统、各类机电设备的接口类型和接口界面进行了规定。

4 结语

《铁路机电设备管理系统设计规范》在归纳国家和行业既有相关标准的基础上，主要针对具有铁路特殊性场所的机电设备管理系统的设计标准进行了规定，对铁路机电设备管理系统及其子系统的定义、组成、设置、架构、联动控制、监控和管理的功能及对象等具体技术内容进行规定。其旨在引导铁路机电设备管理系统设计充分利用机电设备既有监测设备获取监控数据，节省工程投资；采用自动化的控制策略实现机电设备的运行节能；通过规范能耗监测、管理及节能评估策略实现管理节能；最终实现铁路机电设备管理节能增效的目的。

《铁路机电设备管理系统设计规范》进一步完善了铁路工程建设标准体系，对统一设计标准、优化设计质量、指导工程实施具有重要意义，为服务国家节能战略和铁路智能绿色高质量发展奠定了基础。