综合交通枢纽站区弱电系统集成设计研究

■ 董存祥 秦小光 戴琳

综合交通枢纽是一个立体化、多功能换乘中心，可实现民航、铁路、地铁、公路等交通方式的“零换乘”。在信息科技高速发展的今天，针对交通枢纽的信息化系统建设，弱电系统作为其内涵的一个主要方面，正在走向系统集成的道路。

目前对于交通枢纽信息化系统研究比较多的是对其中单个系统的建设研究，如文献[1]对天津站交通枢纽的智能交通系统进行设计；文献[2]对交通枢纽中的建筑设备管理系统的可靠性进行分析，给出了可靠性分析原理和方法；文献[3]分析了城市交通枢纽的信息管理系统，给出了交通枢纽信息管理系统的组成。针对近年来出现的大型综合交通枢纽站区弱电系统集成问题，以济南西客站为例，从系统集成的方式、系统架构设计及系统总体构成等方面进行分析和研究，并讨论系统集成的关键技术。

1 系统架构设计

1.1 组织架构

按照谁投资谁产权的原则，根据多投资方多业主这一特点，提出了济南西客站运营组织架构（见图1）。

具备运营经验的公司参与枢纽的前期投资、承建和后期运营，能够从整体考虑枢纽前期建设和后期运营的收益和管理情况，实现投资、运营、承建一体化，运营管理从承建时介入，能够减少后期的管理问题。

1.2 系统总体架构

济南西客站站区配套设施工程是一个大型综合交通项目，由多个单体建筑构成，有2个运营主体。由于工程设计包括多个弱电系统且建筑较分散，如果各建筑单体弱电系统独立建设，相关建筑单体之间缺乏相互联系和统一协调，对于突发事件的应急处理能力就会较差。为了实现建筑智能化，使各智能系统间能够进行信息共享，需要建立一个完整、统一的监控管理平台。现代化的工程运营管理要求自动化系统能提供一个可实现信息互通和资源共享的综合监控系统平台。

图1 济南西客站运营组织架构

1.2.1 平台方案分析

方案一：顶层信息集成模式。（1）设置控制中心一级节点、南/北综合体二级节点和各功能建筑三级节点，在各级节点将所管辖范围集成系统和互联系统的重要监控信息统一汇集处理，然后再显示到各级节点的图形化人机界面上；（2）将早期分立监控模式下各子系统的上、下位机结构拆分成2个独立部分进行设计、实施和调试；（3）在各站点将原来分立的各集成子系统拦腰截为两部分，上位机监控部分功能由综合监控系统完成，下位机控制器部分功能由各集成子系统完成各系统间的协调联动；（4）设置专门的网关接口设备（如前端处理器FEP），实现与各接入系统的数据通信和信息隔离，这样的系统划分方式将导致综合监控系统独享上层已搭建的网络资源。

方案二：深度系统集成模式。（1）对顶层信息集成模式的一种继承和发展；（2）将原来分层设置的多个监控系统作为一个大规模的综合自动化系统，进行统一设计、招标、实施和调试；（3）将分立监控系统上下位机结构作为一个整体进行考虑，原来分立系统的功能统一在综合监控系统软硬件平台上完成；（4）多个控制层设备（如PSCADA控制器、BAS控制器、FAS报警盘等）均直接连接到综合监控系统的各级节点局域网络上。

结论：推荐方案二。与方案一相比，方案二虽然对集成技术要求较高，但统一的平台提高了系统的集成度，优化了接口环节，便于运营操作、调度指挥，系统的可用度、响应速度和资源共享程度也有一定提高。

1.2.2 弱电集成系统方案

弱电集成系统整体架构与运营管理模式密切相关。根据工程运营管理模式的初步成果，参考目前国内外综合交通的建设、管理模式，建议济南西客站片区场站一体化（站区配套设施）工程建立控制中心，按三级监控管理（即控制中心、南北综合体节点、三级节点）的总体架构构建弱电集成系统。根据济南市公安部门要求，消防安防系统独立建设，不与BA、CA、OA等其他弱电系统合设，三级节点弱电系统分为消防安防和其他弱电系统2个有机的互联部分。系统总体架构见图2。

控制中心和二级节点在正常情况下主要实现对区域的监视、设备控制、协调和管理工作。日常运营管理应以三级节点为主，控制中心和二级节点主要起到所管辖范围内的协调管理职责，主要提供信息系统基础支撑平台和环境，包括数据采集、综合监视、信息交换、统计分析和应急管理等。在灾害状况下，实现对范围内防灾抢险工作的统一指挥，并协调各地铁、铁路、公交及公安、消防、安全、其他政府部门等按照既定预案配合的防灾抢险工作。

针对各子项内部集成系统的关系进行研究，以及各子项与上级子项和下级子项的关系进行研究，由各级节点实现所管辖范围内的信息共享、信息互通、统一管理和协调。集成系统的设计紧密结合各子项运营管理的具体需求，各子项既能分散独立管理，也能集中统一协调。因此，集成系统在设计上着重体现“分散集中”的结构特点。

2 系统总体构成

针对弱电系统中各子系统的使用特点进行优化设计，按照系统功能有机结合，通过一体化方式集成到统一的系统平台上，达到分散控制、集中监控和管理的要求，并实现对信息、资源和管理服务的共享，预防各种突发事件的发生，提高突发事件的应对能力。

2.1 信息设施系统

（1）通信接入系统。通过光纤把宽带接入网络引到枢纽各建筑内部，确保从用户的最后一公里到城域网，以及到骨干网的高速连接，满足客户业务需求。

（2）电话交换系统。满足IP应用的需要，保留升级至IP的全部接口，并且可在任何时间过渡到全IP方案。

图2 系统总体架构

（3）信息网络系统。计算机网络由主机、终端、网络节点、通信链路等网络元素组成，每个计算机网络都有很强的应用背景，其功能也不尽相同。

（4）综合布线系统。综合布线系统对建筑内进行统一布线，为数据网络系统和语音系统的智能化管理提供一个开放、灵活、先进和可扩展的线路基础。综合布线系统可实现资源共享、综合信息数据库管理、电子邮件、个人数据库、报表处理、财务管理、电话会议、电视会议等。

（5）有线电视及卫星电视接收系统。综合体子项建筑分别设置有线电视接收系统。

（6）广播系统（PA）。广播系统包括正常广播（背景音乐、业务广播）和紧急广播。正常情况下作为背景音乐的传播媒介，以显示综合体硬件设置的完善程度，美化综合体的公共环境；遇特殊情况，广播系统由正常广播转换为紧急广播传播媒介，指挥人员疏散，配合消防、防盗、监控系统。

（7）会议系统。会议系统是整个楼宇智能化系统的重要组成部分。能为与会者迅速、准确、直观地提供、发布和传输各种信息，提高领导决策的准确性和科学性，提高会议和工作效率。

（8）信息导引及发布系统（PIS）。主要提供告知、信息发布及导引、形象宣传、广告发布和信息查询等功能，可由信息采集、信息编辑、信息播控、信息显示和信息导览系统组成。

（9）客流监测系统。客流监测系统是一种基于现代人工智能和图像处理技术的视频产品，能准确统计通道口出入人数，提供人群流动方向。由前端设备、视频分析服务器、监视器、矩阵、视频数据存储器组成。

2.2 信息化应用系统

（1）商业经营信息管理系统。数据库系统采用数据库+中间件+客户端的三层结构，最大限度保护数据库的安全性。

（2）公共服务管理系统。旨在通过信息化手段强化管理延伸到枢纽的服务职能，减轻枢纽工作负担，提高枢纽工作效率，节约成本。并可对枢纽各种数据整合，实现枢纽相关数据的共享，为内部各部门提供数据服务。

（3）运营管理系统。用于机电设备（各种机械和电子设备，如空调、电梯、给水排水设备等）的集中检测与控制，保证所有设备正常运行，并达到最佳状态。

（4）公共信息服务系统。建设公众信息服务平台，将其作为窗口向公众提供基于位置查询的信息服务。第一，把现有数据资源同位置信息系统融合，为信息和资源共享提供坚实基础，为实现城市信息资源的共享、交换、整合、调度与集成应用提供技术支撑；第二，基于位置的服务是信息可视化技术提供的基本服务，为信息资源的最终使用者和最终受益者——社会公众提供了高效率、直观地使用信息、掌握信息的有力工具，使信息资源真正为社会公众服务。

（5）信息网络安全管理系统。目前我国各城市都有大量规划和在建的综合交通枢纽项目，综合交通枢纽的安全运营在城市公共安全中起着非常重要的作用。设立综合交通枢纽安全管理控制指挥中心非常必要，而综合交通枢纽指挥控制中心的设立和功能应优先基于公共安全。

2.3 建筑设备管理系统（BAS）

用于机电设备（如空调、通风、电梯、给水排水设备等）的集中检测与控制，保证所有设备的正常运行，并达到最佳状态。同时，在计算机软件的支持下进行信息处理、数据计算、数据分析、逻辑判断、图形识别等，达到高水平的现代化管理和服务，确保建筑物成为具有最佳工作与生活环境、设备高效运行、整体节能效果最佳且安全的场所。其整体功能可概括为四方面：（1）对建筑设备实现以最优控制为中心的过程控制自动化；（2）以运行状态监视和积算为中心的设备管理自动化；（3）以安全状态监视和灾害控制为中心的防灾自动化；（4）以运行为中心的能量管理自动化。

2.4 公共安全系统

公共安全系统由消防和安全防范（简称安防）2个系统组成。消防系统包括火灾自动报警系统、电气火灾监控系统；安防系统包括电视监控系统、入侵报警系统、出入口控制系统、电子巡更系统。

（1）火灾自动报警系统（FAS）。各子项建筑分别设置火灾自动报警系统，实现对监控范围内火灾信息的采集、报警及专用消防设备的联动控制，主要包括火灾自动探测、消防联动控制、紧急广播、消防电话、电气火灾监控、气体灭火系统监控等部分。

（2）入侵报警系统。通过各种探测器日夜监视建筑内部需要监视的地方。监视各类非法入侵的时间、地点，并自动报警，同时将各类信息向中心通报。

2.5 智能化系统集成

按当前应用水平和发展趋势，智能化系统集成将原来的多个系统融为一体，使系统所有点均为开放，使系统能真正做到集中管理、集中维护、方便扩充。

集成后各子系统互不干涉、各自独立完成各自的工作。可保证控制中心对车站级的监控。

各系统共用1套软件管理系统，便于信息传递和共享。由于所选的集成软件功能比较强大，因此在工作站上做出来的人机界面画面和各种工作报表比原系统美观、实用，更能满足运营的要求。系统管理平台见图3。

2.6 机房工程

根据各子项系统的配置，提出机房设置建议。考虑到济南市消防相关要求，FAS、安防系统合建消防控制室，其他系统合建综合控制室/弱电机房。建设中可与济南市消防部门进一步沟通，有条件时宜合并2个机房，以节省投资、方便运营。各机房及配线间环境、温湿度、供配电、接地、防雷应满足《电子信息机房系统设计规范》、《建筑防雷设计规范》和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》要求。

3 关键技术分析

3.1 需求分析及需求的稳定

弱电集成系统是一个大型的为运营服务的自动化系统，需求分析复杂，变化大，需求分析及其确定是该系统集成成功与否的关键。

3.2 信息共享平台的搭建

搭建一个数字集成化平台是本系统的基础，按照数字信息共享平台构建原则建设这一平台是项目的重点。数字信息共享平台构建原则：采用开放系统、无缝接入各子系统，实现系统的高可靠性、高响应性和良好的扩展性。

3.3 接口要求

弱电系统与各机电设备接口繁多，类型复杂。在系统研究中引入接口规范，以便保证系统实施。以济南西客站枢纽工程为例进行说明。

3.3.1 枢纽与其他相关项目的接口界面

（1）与地铁的界面。地铁站台层归地铁管理；换乘厅公共区中为地铁服务的电扶梯系统和自动售检票系统归地铁管理；公共区中环控、给排水、动照等设备归市政管理。

图3 系统管理平台

（2）与国铁的界面。以换乘厅和国铁的防火分区界面作为划分界面。

3.3.2 其他相关系统接口

（1）与FAS接口。①FAS在各二级节点连接，监视整个市政配套工程的防灾设备运行状态，显示报警信息及地点，火灾信息由二级节点综合监控系统上传到中央级；②负责向FAS发送时钟信号。

（2）与设备监控系统（BAS）接口。①各二级节点弱电集成系统可监视和控制所辖区域内的通风、空调、给排水、自动扶梯、照明控制系统等设备的运行状态和故障信息，并上传给中央级；②系统按工作模式控制BAS的运行。

（3）与电力监控系统（SCADA）的接口。①SCADA进行实时控制监视和数据采集，主要完成控制功能、信息采集和处理功能、遥测功能、遥调功能、数据归档和统计报表功能、信息打印功能、系统维护功能、远方通信功能及模拟显示功能，并上传给中央级；②对SCADA以模式控制为主。

（4）与安防系统接口。与安防系统互联，向系统提供系统运行信息、故障信息、报警信息，并在紧急情况下接受系统控制和管理。

（5）与PIS的接口。①通过PIS发布整个市政配套工程信息、灾害警报信息、一些提前定义的触发播放信息、环境温湿度信息、非正常运营模式信息等，监视目前PIS的工作状态及显示内容，接收PIS的报警信息；②与PIS在中央级和二级节点都有接口。

（6）与PA的接口。①通过PA可实现既对整个市政配套工程的广播，又可对二级节点的广播分区进行广播，主要有编组工作模式、单选工作模式、话筒/语音合成广播模式、人工编程模式、监听模式等；②负责监视广播设备的工作状态，显示记录故障与报警信息；③与广播系统是主从关系，只有当弱电集成系统访问广播系统时，广播系统才将需要的内容上传显示。

（7）与CCTV接口。①通过CCTV可实现对整个市政配套工程的电视监控，可选择显示画面，控制调节摄像机；②负责监视CCTV的工作状态，显示记录故障与报警信息。

（8）与通信系统综合网管接口。利用综合布线系统的传输通道，和计算机网络系统留有接口。

（9）与时钟系统（CLK）接口。根据主时钟系统提供的时钟信号，统一系统的网络时间，在二级节点通过接口系统的校时协议，对各被集成系统校时。

3.4 运营管理模式

从单一追求硬件高配置转变为以系统运营管理模式与系统功能定位为核心，研究更切合实际需要的系统构架。一级节点侧重应急指挥协调功能研究；二级节点侧重建筑设备实用性和适用性研究。

3.5 综合能耗监控管理

结合建筑节能技术应用和空调通风等专题研究，建筑设备自动化管理平台中包含综合能耗监控管理子系统，具有对各单体建筑及不同使用区域的能耗进行分项计量监测、综合分析和记录、自动控制，以方便将来的使用管理和节能降耗。

在各综合体内安装分类和分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现综合体内能耗的在线监测和动态分析，根据自定义的算法和策略对相应部分进行能耗优化处理，将能耗数据提升为综合处理的业务模型，通过BAS进行优化控制，实现节能降耗和方便使用管理。

3.6 消防应急照明和智能疏散

建筑物内发生火灾时，消防控制室、消防水泵房、自备发电机房、为消防系统供电的蓄电池室和有人值班的总配电室、变电所仍需消防作业。

消防应急照明和疏散指示的设计应体现节能原则，采用运行可靠的节能光源、高效灯具及灯具附件；人员聚集的公共场所宜选择持续型的以LED为光源的消防应急标志灯具。消防应急照明和疏散指示系统采用的蓄电池组应符合国家产品技术标准规定。

4 结束语

大型综合交通枢纽弱电系统集成是个庞大的系统，要建设好弱电系统的集成，必须从多个方面综合考虑：对系统建设的需求进行分析和确定；平台架构模式的构建；信息化应用系统、功能需求、运营管理模式及各系统间的接口关系等。目前国内虽已建成深圳福田、上海虹桥、济南西、天津西等大型综合交通枢纽，并对其弱电系统都建设了不同层次的系统集成，但由于没有一套完整的建设模式和运营理念，目前仍处于探索阶段。通过对大型综合交通枢纽站区弱电系统集成进行的深入研究，能对未来交通枢纽的信息化建设提供参考。

[1] 李军．天津站交通枢纽智能交通系统设计[J]．自动化与仪表，2010(5)

[2] 李斌，许岗，王明辉．大型交通枢纽BAS系统可靠性分析[J]．现代城市轨道交通，2009(1)

[3] 徐薇，杜效农，宋晓琳，等．交通枢纽设备备件管理信息系统的设计及实现[J]．数字技术与应用，2010(7)