“互联互通+数字智能一体化”在现代有轨电车中的应用

严 兰

(上海市城市建设设计研究总院 上海 200125)



“互联互通+数字智能一体化”在现代有轨电车中的应用

严 兰

(上海市城市建设设计研究总院 上海 200125)

基于苏州现代有轨电车1号线工程的正线及车辆段的调度控制中心电气化数字应用项目，设计数字智能集成一体化发展方案的关键技术(调度控制中心、中央信息管理系统、建筑弱电控制系统、维护维修管理系统、能源监测监控管理系统、中央信息系统与各子系统的总体互联互通等)。打破大铁路、城市地铁半自动化常规的传统设计，提出数字化、绿色化、低碳化新技术的设计理念，开创中国现代有轨电车数字智能电气化信息系统安全运营新的设计模式。

有轨电车；互联互通；数字智能化；生命周期；绿色化；低碳化；信息系统

1 工程案例介绍

目前，国际上未来工业的发展重点是电气化、自动化和数字化。这些举措都是为了加强机电数字一体化系统设计技术的核心竞争力，围绕这一国际战略思路，在设计苏州高新区现代有轨电车1号线工程的机电方案中，采用了数字工业4.0机电数字一体化信息系统互联互通的设计理念。

苏州高新区现代有轨电车1号线项目全长18.19 km，起点为龙安路站，终点为苏州乐园站，设车站7座，分别为生态城站、龙山路站、管委会站、白马涧站、白马涧生态园站、新区公园站、苏州乐园站。车辆基地位于太湖大道南侧在大阳山内，未来还肩负现代有轨电车3、4号线的调度中心。车辆基地建筑物群的信息化设计涵盖了苏州现代有轨电车1号线全线运营、检修、控制中心调度，以及工作人员办公、值班、生活等需求的全部内容。车辆基地内房屋建筑包括：控制中心综合楼、检修库、不落轮镟库、洗车库、油漆车间、停车库、危险品、变电所、地下停车场、门卫值班房间等，总面积约49 910 m2，占地约9.5 hm2。现代有轨电车控制系统的设计引入了数字工业化互联互通信息系统的关键技术——中央信息管理系统，见图1。

图1 苏州市高新区现代有轨电车1号线线网规划

2 设计理念

苏州高新区现代有轨电车1号线工程的安全调度运营管理系统采用了互联互通信息化、大数据、网络计算机在城市现代有轨电车数据采集中的应用等关键技术，设计了调度控制中心“运营控制管理”智能一体化信息系统，更好地发挥和提升苏州现代有轨电车项目在公共交通中安全运营的重要作用，从而向广大乘客提供更为优质、便捷、舒适的公共交通信息服务，为现代有轨电车运营管理者提供安全、可靠、稳定营运的生产工具，为城市管理者提供真实、科学的实时数据。

3 总体设计方案

苏州高新区现代有轨电车1号线正线及车辆基地的建筑物工程弱电控制系统采用了互联互通“调度控制中心-中央信息管理系统”的大平台系统。

智能数字互联互通一体化系统的组成主要有：中央信息管理系统、网络通信系统、时钟对时系统、综合控制管理系统(建筑弱电及控制系统、运营调度管理系统、智能信号系统、火灾自动报警系统、电力监控系统)、智能交通优先系统、能源监测监控管理系统、大屏幕显示系统、地理信息监控系统、维修维护管理系统等，以及上述各系统的互联互通集成的接口部分，见图2。

图2 智能机电一体化互联互通系统

3.1 调度控制中心

调度控制中心是现代有轨电车调度指挥管理人员以及电力变电所监控、道岔控制等操作人员进行日常工作的场所，集合了运营调度、车辆指挥、站台协调、视频监控、道岔控制、电力监控、报警处置等相关安全运营功能。

3.2 中央信息管理系统

中央信息管理系统为调度控制中心的核心基础平台。它通过对各个子系统综合信息的收集、处理和利用，以数据呈现、整合和挖掘等方式，为调度控制中心的管理机构提供了一个“数字化、全面化、效率化”的可视管理平台，见图3。

图3 中央信息管理系统功能示意

3.2.1 数据中心

数据中心(中心机房)是整个弱电系统中综合运营调度系统高效可靠运转的重要基础与保障，主要包含核心网络系统、数据库及存储系统、后台服务软件系统、GIS(地理信息系统)、各类应用服务器、视频监控服务器、时钟同步设备、UPS不间断电源等。

3.2.2 综合网络通信系统

苏州高新区现代有轨电车1号线工程的网络通信系统，采用独立的万兆工业级光纤双环以太网进行数据、语音、视频等大容量信息的传输。

中央信息管理系统调度中心的计算机数据中心网，全部连接至冗余的核心交换机，新建一条主干48芯光纤连接成一个万兆工业级双环主干网，见图4。

图4 综合网络通信系统框架

3.2.3 综合控制管理系统

综合控制系统与调度控制中心共同设置在调度大厅内，并设置调度工作站。综合监控系统通过与大屏幕显示系统的接口，可以将电力监控系统投至大屏幕，供调度人员查看。

3.2.4 运营调度管理系统

运营调度管理系统包括视频监控系统和车载设备系统。运营调度管理系统是有轨电车运营调度管理人员以及操作人员日常工作的地方，集合了运营调度、车辆运营、站台协调、视频监控处置等相关功能。

软件系统用于支持运营调度人员、管理层及其他业务工作人员的各项日常工作，包括综合信息管理、计划排班、运营调度、车辆监控、视频监控以及与道岔控制和电力监控之间的接口等子系统。

运营信息管理涵盖了基础信息管理、营运管理、安全管理、票务管理、决策支持等，把1号线有轨电 车 主 营

业务以及主要的保障业务纳入到系统中，统一采集、集中管理、共享使用，实现资源共享。

运营调度子系统包括车辆调度、异常处理、人员考勤、数据查询、车次数据管理、业务数据报表、业务分析报表等。

3.2.5 与道岔控制软件接口

智能信号系统主要由道岔信号控制系统及道口信号优先系统组成，其中道岔信号控制系统包括正线道岔控制系统及车辆段联锁控制系统。

正线道岔控制系统可采用联锁集中控制和车载遥控两种方案，见图5。

图5 车载无线道岔控制系统原理

3.2.6 道口优先系统

信号优先控制是对交叉路口交通信号控制策略的优化设计，对城市现代有轨电车车辆进行倾斜性的信号分配，可提高车辆在交叉口的通行效率，确保车辆的优先通行权。

3.2.7 视频监控子系统(CCTV)

视频监控系统作为监督车辆运行安全、确保线路运营秩序的重要系统，可以有效提高工作人员的质量，改善运营地点的治安状况，清查各类异常事件的原因与责任，因此有必要全面覆盖车辆及站台内部、正线沿线、车辆段等关键位置。

3.2.8 信息服务系统

信息服务系统包括面向乘客的站台信息服务系统

和车载信息服务系统，以及面向司乘人员的车辆段勤务系统。

3.2.9 火灾自动报警系统(FAS)

苏州高新区现代有轨电车1号线工程的所有车站都没有参与消防联动的设备，车站规模小，参照规范有关要求不考虑设置FAS。主变电所、车辆段设置FAS，在车辆段办公楼设置有轨电车1号线FAS控制中心，兼作车辆段FAS调度中心。

3.2.10 大屏幕显示系统

本系统设计采用了成熟先进的液晶屏显示技术，系统工作稳定，图像清晰度高，功能完善，是目前各行各业应用最广泛的大屏系统，不仅清晰度有了大幅提高，而且在耗电、视角等方面有了很大提高，使用寿命长，维修方便。

3.2.11 地理信息系统(GIS)

地理信息系统集成地理空间框架数据、单元网格数据、地理编码数据、管理部件和实时性事件数据，是基于信息采集、空间分析、可视化表达和决策支持等全方位服务的基础地理数据的GIS监控平台，由控制中心各监管人员采用高端信息手段对整个线路区域进行综合监管。

采集区域范围内各监控对象的详细信息，并录入到GIS数据库，建立以经纬度为单位的监控对象地理信息库，通过带有GPS模块的移动终端，形成从监控点位置汇总统计、监控点定位、监控视频调度、位置信息确认以及各类事(部)件专人处置的监管以及防范体系。

3.3 建筑弱电控制系统

车辆段建筑智能“绿色”弱电控制管理系统方案共有5大系统、33个子系统组成，该方案为实现绿色建筑信息化打下了有力基础，见图6。

图6 建筑弱电控制管理系统示意

3.4 维护维修管理系统

维护维修管理系统要求保障系统正常运行，提高维护管理效率，实现区域维护联动及控制中心维护管理信息的畅通，保障维护信息一体化服务，符合维护维修管理系统的建设要求，具有先进性、可靠性、安全性等特点。

3.5 能源监测监控管理系统

本方案将民用建筑电气设计的能源监测监控管理系统，引入到市政公共建筑设计中，并且取得中国住建部绿色建筑节能最高三星认证，也是第一次将民用电气设计的能源监测监控管理系统引入到现代有轨电车的设计中。

3.6 系统接口

“互联互通+中央信息管理系统”与各子系统的接口包括内部接口和外部接口。

内部接口包括与综合控制管理系统的接口、与火灾报警系统的接口、与背景音乐及紧急广播系统的接口、与门禁系统的接口、与停车场管理系统的接口、与建筑设备控制管理系统的接口、与电力监控系统的接口、与时钟对时系统的接口、与电话系统的接口等。

外部接口包括与苏州市应急指挥中心、苏州市交通信息中心、苏州公安及建交委信息中心、苏州市政府网等的接口。

3.7 中央信息系统与各子系统的总体互联互通

设计中采用了杨炼等编著的《三网融合的关键技术及建设方案》的理论研究，将车辆、站台、路口、中心等不同位置的系统，以及调度控制中心、数据中心、信息服务、视频监控、车载等不同功能的各子系统进行对接与集成，使之形成一套完整、协调、统一的信息综合系统，并建设成一体化的运营系统，形成苏州有轨电车1号线全线运营的安全、可靠、高效、便捷、顺畅的体系链，更好地提升苏州市政府的管理水平及和谐城市的形象。

4 能耗监测管理系统设计方案

利用苏州高新区现代有轨电车1号线工程的调度控制中心—中央信息化控制系统的大平台，设计了对各个子系统互联互通大数据的采集和共享。为了共享工业4.0数字化在城市现代有轨电车应用中的关键技术，引用了美国LEED(绿色认证)设计的先进技术，以可持续发展的理念，完成了车辆段建筑物的绿色、低碳节能目标。利用大数据、互联网技术将车辆基地的弱电系统和正线安全运营的弱电系统进行统一的整合，对整条线路生命周期的安全运营起到了监视和监控的作用。

工业4.0数字时代化在城市现代有轨电车中的应用使得苏州有轨电车1号线建筑物研发大厦取得了中国住建部三星级绿色建筑设计标识证书，更加明确了在公共建筑物群中，采集建筑物内的大数据，并通过“中央信息管理系统”互联互通的数据共享，使得工业4.0数字时代化在城市现代有轨电车应用的关键技术得到进一步的提升。利用能源管理系统控制采集的各种大数据信息，分析各类机电设备运行中反映出来的能源消耗实时数据以及能耗变换与消耗的特征，使得能耗控制系统对能效管理的数据更为细化、微观，实现了管理节能的可操作性、实时数据上传的准确性和数据的采集及统计。采用能效控制系统后，实现了较完整的能源优化管理系统以及机电智能数字化互联互通信息系统一体化功能，在公共建筑物设施中实现智能机电一体化，为现代有轨电车智能机电一体化打下了夯实基础。

4.1 能源监控管理系统

能源监控管理系统运用先进的网络感知技术，实时感知太阳能，统筹调度各系统的运行，最大限度地运用绿色能源。

4.2 智能中央空调节能系统

通过网络控制联网感知技术对中央空调主机、管路设备和供水运行状态(水压、水温度、水流量、液位等)进行实时信息采集和监测，调控中央空调的运行状态，达到节能效果。

4.3 智能照明节能系统

通过光源感知系统及光度感知信息系统对建筑空间的光源质量、光源状态及空间是否有人等进行智能监测，并传回信息中心(光感、红外线)智慧照明感知系统，智能调节与控制照明综合能耗，结合采用光导技术、LED节能灯具，可以将节能效果整体提升约60%。

4.4 智能节水管理系统

变频调速恒压供水设备可以按所需压力，根据用水量的变化来调节电机泵的转速，使设备恒压供水，达到高效节能的目的。

变频调速恒压供水设备采用微机控制，全自动运行，管理简单，使用方便，结构紧凑，占地面积小，投资省，安装方便，便于集中管理，功能齐全，通过面板操作实现用户所需的各种功能。

4.5 建筑空间生态节能系统

建筑空间生态环境感知系统是智能建筑中最为核心的组成部分，是能源精益化管理和节能减排执行的关键。环境感知系统对空间环境的空气质量、光照度、温度、湿度、电子微辐射量等数十个环境指标信息进行采集，并通过环境专家管理平台对空间的空调、照明、新风系统等节能设备运行状态和能耗状态进行有效管控。

4.6 智能停车场节能管理系统

新型节能照明管理系统整合成熟的通信技术和感测网络技术，让照明设备变“聪明”，例如通过不同功能的传感器侦测停车场环境的光线变化，自动调整到合适的照明强度，一旦有车辆驶入或驶出，行驶路线上的相应灯光增强以确保安全，而当车辆驶过之后，可自动恢复到节能照明状态。

4.7 智能电梯节能系统

4.7.1 变频节能

使用变频器可准确地控制电机转速，使电机始终处于恰当的频率和最佳节电状态，根据电梯的运行状况，一般能节电10%～20% 。

4.7.2 能量回馈节能

传统电梯下降的势能可通过发热电阻消耗掉，能量回馈系统可以把这部分能量反馈给电网，根据电梯现场安装测试证明，一般能节电20%～30%。

4.7.3 感应控制

通过感应是否有乘客，可控制自动扶梯的运行(半速或停止)。在综合办公大楼中，电梯的能耗仅次于空调，企业、生产运营单位也可以通过信息远程网络对设备进行远程修复和管理。

4.7.4 环境控制

对于地下停车库的通风系统，宜根据使用情况对通风机设置定时启停(台数)控制或根据车库内的CO2浓度进行自动运行控制，大大改善地下车库的工作环境质量。

4.7.5 三表计费系统

实现电、水、燃气三表的计费远程控制系统，及时掌握用能的流量数据和报表。

5 中国住建部绿色建筑节能三星认证

在设计苏州现代有轨电车1号线时,按照绿色公共建筑交通智能综合线网“绿色节能”运营管理系统的技术要求进行。首先遵循国家和地方的绿色标准，以及政府和相关部门的节能减排要求，按照国家的三星绿色建筑标准进行设计。本着节能减排、减人增效的设计原则，在苏州高新区现代有轨电车1号线中做到了减少能耗，使节能减排在公共建筑战略中得到了充分的体现，也促进了高新区以及苏州市多层次多模式的“绿色”公共交通网络的形成，发挥公共交通网络的整体效益,呈现出苏州高新区有轨电车车辆段建筑物的 “绿色节能”之风。

本工程在可行性研究阶段按照中国绿色建筑评价标识及三星等级的标准进行了设计。在规划、工可、初步方案设计阶段努力做到节约土地、节约能源、节约用水、节约材料、保护环境，得到了国家交通部运输司领导的高度评价，并且将苏州高新区现代有轨电车1号线的中央弱电信息化系统规定为示范线工程。

对综合建筑物群中的研发大厦按中国住建部的三星绿色认证标准进行设计，并且在2014年5月17日获得国家住建部审批的最高级别的“三星级绿色建筑”认证，苏州高新区现代有轨电车业主在市政工程中得到江苏省政府节能办相应的经济补贴。

6 结语

过去在设计公共基础设施的项目时，由于受通信技术的制约，只是按照局部的自动化技术进行分立系统的集成。现在通信技术已经发展到了光纤系统、WiFi系统、4G系统，解决了大数据通信系统流量的关键技术，所以数字智能机电一体化互联互通系统设计方案是基于综合调度控制运营信息化管理的需要，呈现出互联网络化、数字移动化、运营智慧化的新特点，通过建立信息化大平台来采集大数据及整合信息。利用人工智能、大数据、物联网、云计算等新型的信息技术软件平台，整合现代有轨电车工程的安全运营保障系统，向云计算信息化应用深层次发展。在调度控制中心建立“中央信息管理系统”，采集了大量现代有轨电车安全运营及建筑群所需要的安全、稳定、整点、准时综合交通运营的大数据，延长了现代有轨电车的安全生命周期。通过中央信息化软件对各种数据归类、统计、分析整合后，得出安全、稳定、高效的运行指令，指导调度人员通过数字化网络管理，真正做到了减人增效，降低运营和维护的成本，规避了安全隐患，大大降低了生产运营的经济成本。苏州高新区现代有轨电车1号线项目在2014年10月26日通过了正式的验收。“互联互通+数字智能一体化”在城市现代有轨电车中的应用技术设计方案，实现了智能化、信息化及综合线网一体化。通过互联互通能源信息化管理系统的软件平台，设计了实时云计算开放型的软件系统，为未来大数据的积累、整合、可持续发展提供第一手资料。对整合项目智能化的节能，生态化的减排，精益化的管理，真正做到了减人增效，使得现代有轨电车的运营维护变得更人性化、更智慧、更简单、更经济。

互联互通+数字智能一体化在城市现代有轨电车中的应用使得智能机电一体化的信息化系统更加安全、稳定，可靠，并且在2014年得到国家交通运输部运输司各级领导的高度认可和赞扬。苏州现代有轨电车1号线工程被列为“全国市政金杯示范工程”，是中国城市现代有轨电车互联互通信息化软件平台及能源监测监控管理系统的示范性工程。

[1] 杨炼.三网融合的关键技术及建设方案[M].北京：人民邮电出版社, 2011：150-196.

[2] (美) William C.Y.Lee. Wireless & cellular telecommunications third edition[M].北京：清华大学出版社, 2008:759-790.

[3] 吴论麒.城市轨道交通信号与通信系统[M].北京: 中国铁道出版社, 1998：20-58.

[4] 智能建筑设计标准：GB/T 50314—2015[S].北京：中国计划出版社，2015.

[5] 城市市政综合监管信息系统技术规范：CJJ/T 106—2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[6] 城市轨道交通工程安全控制技术规范：GB/T 50839—2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[7] 交通建筑电气设计规范：JGJ 243—2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[8] 城市照明节能评价标准：JGJ/T 307—2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[9] 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范：GB 50736—2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[10] 城镇排水系统电气与自动化工程技术规范：CJJ 120—2008[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[11] 绿色工业建筑评价标准：GB/T 50878—2013 [S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[12] 绿色建筑评价标准：GB/T 50378—2014[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[13] 公共建筑节能标准：GB 50189—2005[S].北京：中国建筑工业出版社，2005.

(编辑：王艳菊)

Application of “Interconnection+Digital and Intelligent Integration”to Modern Urban Tram

Yan Lan

(Shanghai Urban Construction Design & Research Institute, Shanghai 200125)

The paper takes as the background the mainline of Line 1 of Suzhou modern tram system and the experience of digitalization and electrification of its vehicle dispatching and control center. The key technologies of a digital and intelligent integration program are put forward, which includes the interconnection among dispatching and control center, central information management system, Building low voltage control system，maintenance and repair management system, monitoring and control of energy management systems，central information system and the subsystems, etc. The design breaks away from the traditional railway design rules, and semi-automatic design of subways, proposing new, digital, green and low-carbon technologies and creating a brand new model for digitalized and electrified intelligent safety operation of modern trams.

tram; interconnection; digital intelligence; life cycle; green energy; low-carbon operations; information system

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.05.026

2016-01-21

2016-02-22

严兰，女，硕士研究生，教授级高级工程师，研究方向为机电一体化,Yanlan-99@163.com

获奖项目: 2015年度全国市政金杯示范工程奖；2015年全国工程勘察设计行业二等奖；2015年全国交通部交通运营奖。

U482.1

A

1672-6073(2016)05-0125-06