軌道交通綜合布線系統(tǒng)設(shè)計

1 軌道交通與綜合布線系統(tǒng)

地鐵、輕軌都是城市內(nèi)部的軌道交通系統(tǒng)，是城市公交體系的一部分。與以往的公共交通工具相比，它具有運量大、速度快、污染小、能耗低、建設(shè)快、成本低等特點。大力發(fā)展城市軌道交通，對于緩解城市交通擁擠和改善城市大氣環(huán)境具有十分重要的意義。

城市軌道交通系統(tǒng)一般由供電系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、控制與運行系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、自動扶梯/ 電梯系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等組成。在這些子系統(tǒng)的內(nèi)部和子系統(tǒng)之間，不但存在著大量的信息交換，而且，這些信息的表現(xiàn)形式不僅有開關(guān)量，還有對干擾十分敏感的模擬量，因此，布線系統(tǒng)十分復(fù)雜。

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，軌道交通系統(tǒng)的數(shù)字化程度不斷地提高，這也對布線系統(tǒng)提出了新的要求。綜合布線系統(tǒng)本身所具有的兼容性、開放性、靈活性、可靠性、先進性和經(jīng)濟性等優(yōu)點，使其在軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越普遍。

2 軌道交通布線系統(tǒng)的特殊性

軌道交通的特殊性，決定了軌道交通布線系統(tǒng)的特殊性。如圖1 所示，軌道交通布線系統(tǒng)不僅要考慮系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)、傳輸性能，還要更多地考慮消防、管理、系統(tǒng)升級等方面的要求。

與民用、商用綜合布線系統(tǒng)相比，在設(shè)計軌道交通布線系統(tǒng)時，還要考慮以下幾個因素：

(1)布線系統(tǒng)的消防性能

地鐵人流密集，一旦發(fā)生火災(zāi)，救援、疏導(dǎo)都有一定困難，因此，消防要求很嚴(yán)格。根據(jù)有關(guān)資料顯示，火災(zāi)發(fā)生時，燃燒物散發(fā)出來的煙霧中含有大量的有毒物質(zhì)。例如，火災(zāi)中會分解產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、氫化氰氣體，能使人嗆咳、窒息，極易造成人員死亡。在火災(zāi)喪生的人中，多數(shù)都是因為吸入過多的毒煙而窒息死亡的，而不是直接死于高溫。

在軌道交通系統(tǒng)中存在著大量的電纜。因此，在纜線選用時除了滿足阻燃要求外，還應(yīng)該考慮到火焰的蔓延程度，燃燒時釋放的熱量、煙霧和毒氣等因素。

(2)布線系統(tǒng)的電磁兼容性能

與傳統(tǒng)的寫字樓、校園網(wǎng)、生活小區(qū)等民用、商用布線系統(tǒng)相比，地鐵布線系統(tǒng)具有更明顯的數(shù)據(jù)分布特征。由于軌道交通采用電力牽引，來自一次線路和二次線路的干擾遠遠大于普通建筑群電梯系統(tǒng)的干擾，并且，信號傳輸線路與其他線路可能長距離平行布防，因此，在設(shè)計布線系統(tǒng)時，要充分考慮系統(tǒng)的電磁兼容性能及各種纜線之間的間距要求和屏蔽電纜光纜的應(yīng)用。

(3)傳輸線路的可靠性

軌道交通系統(tǒng)的客流量很大，例如：上海地鐵一、二、三號線的客流總量每個工作日都保持在130 萬人次左右，周五更是達到140 多萬人次，而香港地鐵目前日均客流量可達230 萬人次。軌道交通和其他交通方式不同的是，一旦發(fā)生事故，整個線路就必須停止運行，因此，運輸中斷帶來的經(jīng)濟損失是十分巨大的，它關(guān)系到軌道交通公司和幾百萬人的利益，系統(tǒng)的配置應(yīng)有冗余和備份。

(4)系統(tǒng)的可管理性

作為一個復(fù)雜的機電系統(tǒng)，發(fā)生故障是不可避免的，因此，如何在最短的時間內(nèi)找到故障點并加以排除是一個關(guān)鍵問題。布線系統(tǒng)雖然是無源系統(tǒng)，但它就像人體的神經(jīng)一樣，聯(lián)系著機電系統(tǒng)的每一個節(jié)點，它也是機電系統(tǒng)中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。因此，提高線纜連接的可管理性，會大大縮短故障定位時間。

(5)系統(tǒng)的可擴展性

隨著數(shù)字化時代的到來，軌道交通運營商必然會增加許多新的設(shè)備或增值性服務(wù)來提高軌道交通系統(tǒng)的整體功能，因此，必須考慮到系統(tǒng)的可擴展性，以滿足日后的系統(tǒng)改進、擴容等方面的需求。

(6)總體擁有成本

一套系統(tǒng)建成后，在使用過程中還會發(fā)生其他的維護費用。在設(shè)計布線系統(tǒng)時，應(yīng)在現(xiàn)有條件下，提高系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)的多態(tài)性，并做到合理的冗余。

3 布線系統(tǒng)設(shè)計

3.1 參照標(biāo)準(zhǔn)

目前，在設(shè)計軌道交通系統(tǒng)時，可參照住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部批準(zhǔn)的、由北京市城建設(shè)計研究總院主編的《地鐵設(shè)計規(guī)范GB 50157- 2003》。

《地鐵設(shè)計規(guī)范GB 50157 - 2003》是國家標(biāo)準(zhǔn)，自2003 年8 月1 日起實施。標(biāo)準(zhǔn)中包括建議部分和強制要求部分，其中，第15 章對通信系統(tǒng)的設(shè)計提出了設(shè)計要求，包括傳輸系統(tǒng)、公務(wù)電話系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)等。此外，標(biāo)準(zhǔn)的21 章對運營控制中心的功能分區(qū)與總體布置、建筑與裝修，特別是布線、供電、防雷與接地、消防與安全等方面提出了具體的規(guī)定和建議。 此外，作為綜合布線系統(tǒng)的設(shè)計者，還應(yīng)該遵守或參照IEC/ISO 11801 國際建筑布線標(biāo)準(zhǔn)和GB50311-2007、GB50312-2007 國家綜合布線標(biāo)準(zhǔn)等。

3.2 拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計

在軌道交通系統(tǒng)中，存在著多種網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，常用的是共享介質(zhì)以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI 等。以太網(wǎng)主要用于辦公用計算機組網(wǎng);令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI 主要用于網(wǎng)絡(luò)綜合性能要求較高的設(shè)備組網(wǎng)。

在前幾節(jié)中，已經(jīng)論述了軌道交通系統(tǒng)的特殊性。為了適應(yīng)軌道交通系統(tǒng)的需求，軌道交通系統(tǒng)的工控設(shè)備通常采用雙機熱備份技術(shù)，以便在故障發(fā)生后啟用備用系統(tǒng)，并且，多采用全雙工環(huán)狀結(jié)構(gòu)。另外，為了防止意外的損壞，還要進行線路的物理冗余設(shè)計，因此，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)通常為圖2 所示。

圖2 典型結(jié)構(gòu)

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