双碳要求下城轨线网控制中心弱电用房整合研究

马映坤

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 510010）

0 引 言

我国城市轨道交通线网规模不断扩大，当前已有多个城市运营超500 km的城轨线网。超大规模的线网使得指挥控制模式复杂度骤然加大，多地城轨受限于数年前较少的线网规模规划，如今面临既有指挥控制中心空间饱和、算力饱和、预留不足，难以承载近期、远期新建线路，亟待建设新的控制中心。

中国城市轨道交通协会于2022年8月发布了中国城市轨道交通绿色城轨发展行动方案，方案提出推进“云、数、网、安、智”等新一代信息技术与绿色低碳业务深度融合，以智慧赋能节能降碳关键核心技术攻关助力城轨交通绿色低碳、高质量发展[1]。方案对建设规划提出开展双碳和绿色城轨专项论证，突出节约和高效利用资源能源、加强网络资源的优化共享和系统规划清洁能源结构[2]。显然线网线路的弱电生产系统（如综合监控系统、自动售检票系统、通信系统、信号系统以及安防系统等）将更多地承载于线网云平台、大数据平台等平台之上，城市轨道交通行业向着更信息化、智慧化方向高质量发展。在智能建设的同时，各地也在建设新的控制中心以期实现软硬件匹配，从运营端、建设端2个方面实施节能增效推动绿色城轨的实现。而云平台的应用将给土建基础建造带来多大的经济效益，也为行业所关注。

本文以调研所得某市既有运行控制中心（Operation Control Center，OCC）建成后的指标为依据，分析了控制中心弱电用房不同的整合方式以及整合效果，旨在为各地新建控制中心的弱电用房设置方案提供依据。

1 某市城轨建设现状

1.1 线网及控制中心建设概况

某市当前已开通12条线路，在建5条线路，并规划了2030年5条普线及3条市域线。当前采用全网指挥中心和应急中心+区域控制中心的控制中心设置模式，已建成3处区域集中式控制中心，一座线路控制中心。

S控制中心集中负责1～4号线的运营指挥调度；线网清分中心、制票中心、线网指挥中心的灾备及复示系统（兼做应急指挥中心）也设置于本控制中心。

Z控制中心集中负责5～8号线的运营指挥调度；同时，市线网指挥中心、含线网门禁授权中心也设置本控制中心大楼内。

X控制中心分为2期建设，一期已建成，已接入10号线一期工程、17号线一期、18号线一期二期，未来18、19号线贯通运营，将合用大屏及调度台；二期工程拟接入13、27、30号线，大厅及设备房已经完成土建预留，机电系统及大屏尚未开始建设，本控制中心还建设有线网清分MLC系统的主中心和制票中心。

9号线采用自动驾驶系统，线路控制中心设在WQ车辆段。

1.2 OCC设备用房及管理用房设置现状

控制中心各线路按运营及生产需求分别设置设备类用房（各系统设备室、电源室）、管理类用房（综合监控系统网管室、通信网管室、信号网管室、通信值班室、信号值班室、打印室、ATS/DCS工区仪器仪表及工具室、培训演示室、ATS/DCS工区备品库、信号工区办公室等）以及辅助用房等（空调、气灭、各类电房、更衣室等）。各OCC设备及管理用房按总面积、单线分项面积指标统计如图1所示。

2 OCC弱电用房存在问题分析

2.1 设备间利用率不足，功能相近房间未整合

综合监控、自动售检票系统（Automatic Fare Collection，AFC）、专用通信等专业设备用房多，空余空间大，多数功能相近房间未做整合。S控制中心设备间虽然做了部分整合但也同样存在此类问题。如图2所示，AFC设备室因未整合，所用面积54 m2，但其中只含3个机柜，实际使用面积约14 m2。

如图3所示，通信、综合监控、门禁合用的设备室179 m2，实际利用面积不足120 m2。弱电设备室柜前距离分别为3 m、2.4 m、1.8 m，远大于规范要求及倒切维护需要。

2.2 不同中心弱电设备管理用房面积不统一

各控制中心管理用房分线路分系统分专业设置网管室、仪器仪表室、值班室、打印室等房间；备品备件室、工区办公室、值班室为多线共用。但各中心设置合用原则及面积并不统一。图4所示Z控制中心的信号网管室，面积35 m2，实际仅放置2台工作站，使用3 m2。通信网管室，面积36 m2，布置较为紧凑。

2.3 中心级系统设备用房存在进一步整合的空间

既有及在建17条线设备用房总面积为11 343 m2，管理与辅助用房总面积为14 821 m2。目前既有区域控制中心设备用房、管理用房和辅助用房基本均按线路设置，未做充分整合。

3 整合建议

控制中心大楼除调度大厅外，还包括中央设备机房、维保用房及生产办公用房3大类。其中设备机房包括线网指挥中心设备机房及各线路通信、信号、综合监控、门禁及安防等系统中央级设备用房。

3.1 设备用房设置方案

设备用房设置方案如表1所示。

表1 机房整合方案描述

3.2 各种整合方式优缺点

各种整合方式优缺点如表2所示。

表2 机房整合方案优缺点

3.3 建议优化方案

既有控制中心为每4条线1座控制中心，为方便既有线路迁移至新的控制中心并结合第4轮第5轮建设时序，建议以每4条线为1个整体模块建设，每个整体模块中按照信号用房、其余弱电专业综合用房为小模块进行整合。

4 不同建设模式与对比分析

4.1 传统机房与数据机房区别

传统机房与数据机房的区别见表3。

表3 传统机房与模块化数据中心机房对比

模块化机房集成了供配电系统、制冷系统、机柜通道系统、照明系统、综合布线系统、防雷接地系统以及智能管理系统，包含机柜、配电和监控等功能单元，模块全部组件可大幅降低建设成本。

4.2 传统机房弱电整合建设模式

对于新建控制中心设备维保用房，可大致将相应机房分为通信、综合监控设备用房、信号设备用房、线网指挥中心综合设备用房、大屏设备用房以及维保工区。

将通信、综合监控设备用房整合为弱电综合设备室、弱电综合电源室、弱电综合网络管理室3类，信号设备用房单独设置设备室、电源室、网络管理室。以每4条线为1个单元进行整合。整合后房间布置如图5所示。

4.3 利用云平台模块化机房弱电整合建设模式

按建设线网生产云平台考虑，将既有以及拟建全部40条线路设于新建控制中心，对线网指挥中心及线路中央通信、综合监控等系统中央级及线网级硬件资源进行整合，建设标准化微模块数据中心机房，其弱电综合设备室整合后机房构成：线网云平台机房及云平台电源室、非入云弱电综合设备室及电源室、信号设备室及电源室。目前市场常见微模块化机房单个模组可布置标准机柜16面，占地面积约26.35 m2，外延1m检修空间，占地面积约40 m2。

根据测算结果，数据中心机房可按2期分建，共需48标准模块。一期数据中心机房按24标准模块设计：其中线网级应用2标准模块+8条新线路用16标准模块+其余为1～4号线大修备用6标准模块）。二期数据中心机房按24标准模块设计：其11条新线路用22标准模块+其余为其他线大修备用2标准模块）。图6所示为一期数据中心机房布置图。

另估算每期云平台电源室不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）容量为2 000 kVA，需面积约260 m2。

由于弱电系统各专业存在不能入云的机柜设备，因此还需设置非入云弱电综合设备室及电源室。合设4条线路城市轨道交通综合监控系统（Integrated Supervisory Control System，ISCS）、门禁系统（Access Control System，ACS）、AFC、通信设备室为一个弱电设备室与一个电源室；信号专业按4线合设信号设备室与电源室按照既有线机柜大小，整合后，4线规模约为170 m2。UPS室按4线整合，整合后，4线规模约为60 m2。其中UPS需要约250 kVA。布置方式如图7所示。

4.4 维保工区规模估算

维保工班规模：按照每2条线路1个信号工班、1个综合监控工班、2个通信工班的标准配置维修工班；线网指挥中心配置1个信号维修工班、1个综合监控维修工班、1个通信维修工班。参照运营公司各控制中心用房实际情况，按照40条线路和线网指挥中心共计83个工班的规模。

不做整合的维保用房规模估算：通信、综合监控维修工班办公室-每个工班25 m2，信号维修工班办公室-每个工班40 m2，工班材料备品间兼维修室-每个工班25 m2，更衣室-每个工班20 m2，打印室-每层楼20 m2，全部用房面积23 265 m2。维保工区6 325 m2。

4线合设整合维保工区规模估算：每4线通信、信号、综合监控共用1个维保工区模块，每个模块净面积120 m2共10个模块，合计1 200 m2。

4.5 3种不同模式用房面积对比

对于不做整合，新建40条线控制中心沿用既有OCC布置的方式，可选取单线路面积指标最小的X二期OCC用房指标估算；对于4线一整合，传统方式整合后以及按照设置云平台模块化机房整合后的方式，全部40条线规模所需用房面积如表4所示，远期设备管理用房规模如图8所示，传统/模块化机房按4线整合模块对比如图9所示。

表4 3种不同模式用房面积对比 单位：m2

4.6 三种不同模式经济指标对比

通过表4可见，模块化机房建设方案最优，较未整合建设方案，可节约面积12 245 m2，按当前OCC概算指标0.644 6 万元/m2可节约土建造价约7 300万元，相比传统机房多线整合后建设模式可节约2 960 m2，节约近1 700万元。

5 结 论

结合当前双碳要求及城轨协会要求，建议推行云平台作为线网控制中心的基础。云平台在减少单线设备投入，整合数据节能降耗方面具有得天独厚的优势。在此基础上建议采用数据中心模块化机房设置方案，按4条线为一机房模块进行整合。（1）4线合用的信号设备室、信号电源室、网络管理室；（2）4线合用非入云的弱电综合设备室、弱电电源室、网络管理室；（3）按4线合设涵盖全专业的维保工区用房；（4）按初近期规模分别配置云平台机房及电源室、网络管理室。

上述方案在减少土建投资要求、减少土建规模，降低土建能耗、提高节能减排上面优势巨大，符合国家对新时期低碳节能的要求，符合城轨协会对绿色轨道建设的要求。线网指挥中心控制中心是城市轨道交通线网系统的中枢部分，是保证城市轨道交通系统安全高效运行的重中之重，也是整个城市交通不可或缺的重要一环。基于云技术建设城轨线网生产平台和数据中心，整合相同IT架构的设备系统，大量减少车站级服务器的数量，减少运营后期维护工作量，同时将宝贵的地下建筑空间节约下来，转移到成本较低的地面空间，线路工程通过云计算技术应用，有效减小土建规模，其对土建工程的利好使其更具应用价值和发挥环境保护效益。