軌道交通綜合布線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(yùn)量大、速度快、污染小、能耗低、建設(shè)快、成本低等特點(diǎn)。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(yùn)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(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，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?fù)浣Y(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(jì)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?yàn)槲脒^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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)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(dá)到140多萬人次，而香港地鐵目前日均客流量可達(dá)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(yùn)行，因此，運(yùn)輸中斷帶來的經(jīng)濟(jì)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(jī)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(diǎn)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(jī)電系統(tǒng)的每一個節(jié)點(diǎn)，它也是機(jī)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(kuò)展性 隨著數(shù)字化時代的到來，軌道交通運(yùn)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(kuò)展性，以滿足日后的系統(tǒng)改進(jìn)、擴(kuò)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(hù)費(fèi)用。在設(shè)計(jì)布線系統(tǒng)時，應(yīng)在現(xiàn)有條件下，提高系統(tǒng)拓?fù)浣Y(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(jì)3.1 參照標(biāo)準(zhǔn) 目前，在設(shè)計(jì)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(jì)研究總院主編的《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50157－2003》。 《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50157－2003》是國家標(biāo)準(zhǔn)，自2003年8月1日起實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)中包括建議部分和強(qiáng)制要求部分，其中，第15章對通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了設(shè)計(jì)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(yùn)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(jì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(jì)算機(jī)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(jī)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(jìn)行線路的物理冗余設(shè)計(jì)，因此，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常為圖2所示。 在各個車站之間，必然會有一條工作鏈路，以維持正常的工作。為了組成環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，需要占用4根光纖。為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備冗余的要求，還要采用4根光纖與設(shè)備連接，形成雙機(jī)冗余鏈路。工作鏈路和雙機(jī)冗余鏈路可以采用一根8芯光纜。 為了防止8芯光纜意外損壞，還必須留有一條物理冗余鏈路。為了使這條鏈路既可以獨(dú)立工作，又可以作為纖芯備份，在工程中可采用4芯光纜，沿交通線路單獨(dú)敷設(shè)。 采用上述結(jié)構(gòu)后，每1芯光纖都有8根光纖作備份。作為以太網(wǎng)，結(jié)構(gòu)比較簡單，為了節(jié)約光纖，通常采用最大限度堆疊方式，如圖3所示。3.3 線纜選型 綜合布線系統(tǒng)中的電纜承擔(dān)著固定通信系統(tǒng)中所有信息流的傳輸任務(wù)。由于弱電信號功率較低，即便是老化，也不會因短路引起自燃而造成火災(zāi)。因此，布線系統(tǒng)的消防安全性能主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面是在火災(zāi)發(fā)生后，火勢不能沿著電纜線路到處蔓延；另一方面是有毒氣體的釋放必需滿足最小濃度要求。我們在設(shè)計(jì)軌道交通的結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)時，必須減少通信電纜的安全隱患，提高布線系統(tǒng)的安全性。　 防火電線電纜是具有防火性能電線電纜的總稱，通常分為阻燃電線電纜和耐火電線電纜兩種。 各個國家和城市都有不同的防火法規(guī)，在國際上，美國的UL實(shí)驗(yàn)室和國家電氣規(guī)程（NEC）是目前最為廣泛接受的電氣安全要求，它們對銅纜和光纖都有嚴(yán)格的阻燃要求。Molex企業(yè)布線網(wǎng)絡(luò)部的產(chǎn)品，采用了它們的電纜防火等級體系及阻燃分類。 NEC條款770針對光纖電纜的分類如表1所示，其中OFNP具有最高的阻燃等級。 NEC條款800針對銅纜的分類如表2所示。 作為世界最具權(quán)威的獨(dú)立認(rèn)證公司——美國UL實(shí)驗(yàn)室，專門設(shè)計(jì)了測試方案，來檢驗(yàn)電纜的防火性能。UL防火等級分成五種，分別是增壓級、干線級、商用級、通用級、家居級。我國的布線標(biāo)準(zhǔn)GB 50311-2007中也特別提到了光纜與電纜的防火等級與選用問題。 另外，Molex企業(yè)網(wǎng)絡(luò)布線部除了滿足上述阻燃線纜的分級以外，還提供低煙無鹵LSZH。低煙是指電線、電纜燃燒時產(chǎn)生的煙塵較少，即透光率較高；無鹵是指構(gòu)成電線、電纜的材料不含鹵素（氯、溴等鹵族元素），燃燒產(chǎn)物的腐蝕性較低，可以保證用戶在使用時的安全要求。由于低煙無鹵電線電纜使用時給環(huán)境產(chǎn)生危害很小，一些地方稱為清潔電纜或環(huán)保電纜，產(chǎn)品包括超5類四對雙絞電纜、6類四對雙絞電纜、光纜等。3.4 EMC設(shè)計(jì) 軌道交通布線系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的樓宇布線系統(tǒng)的另一個主要區(qū)別是二級配線間的距離較遠(yuǎn)，對于架空的輕軌系統(tǒng)來講，還應(yīng)考慮防雷、抗干擾等諸多問題。在軌道交通系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)長距離傳輸?shù)氖走x方案是光纖傳輸。通過使用光纖通信，大大降低了信號線和動力線長距離并行造成的EMC問題，并且將接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大大簡化。如果傳輸距離過長，站間的連接可以采用單模光纖，或在必要時加裝中繼設(shè)備。 Molex提供的光纜產(chǎn)品，包括OM1、OM2、OM3、OS1等規(guī)格的室內(nèi)外光纜。其中按照低煙無鹵標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的產(chǎn)品共計(jì)16種，特別適用于隧道敷設(shè)。另外，為了降低施工難度，節(jié)約施工時間，Molex還提供了Modlink系列“即插即用”產(chǎn)品。3.5 布線管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 綜合布線系統(tǒng)的管理目標(biāo)是：維護(hù)系統(tǒng)拓?fù)涞耐暾裕⑶夷軌蚋鶕?jù)實(shí)際需要，修改系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Molex企業(yè)布線網(wǎng)絡(luò)部提供了Realtime實(shí)時布線管理系統(tǒng)，從邏輯和物理兩個層面入手（如圖4所示），實(shí)現(xiàn)了布線系統(tǒng)的實(shí)時管理能力。 從邏輯層面上看，永久鏈路的信息包括線路敷設(shè)路由、信息出口的位置、點(diǎn)位圖、配線架端口的位置等信息；跳線信息包括交換機(jī)信息、跳線兩個端點(diǎn)的定位等。這些信息是由用戶輸入的，存放在數(shù)據(jù)庫中。從物理層面上看，主要包括跳線變更的實(shí)時狀態(tài)。當(dāng)跳線配置變動時，Realtime系統(tǒng)可以檢測到這種變動，并進(jìn)行記錄。 Realtime實(shí)時配線架在每個端口上都有一個傳感器端子，通過實(shí)時跳線和系統(tǒng)監(jiān)視器的共同作用，計(jì)算機(jī)軟件可以實(shí)時地反映系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對未授權(quán)的變更進(jìn)行記錄。 通過Realtime系統(tǒng)，使系統(tǒng)的變動可管理、可跟蹤、可監(jiān)視，避免了布線系統(tǒng)移動、增加、修改等操作與文檔的異步，使系統(tǒng)維護(hù)工作的成本大大降低，速度大大加快。對于像軌道交通這樣的系統(tǒng)來講，可以大大縮短排除故障的時間，并且可以在最短的時間內(nèi)啟用冗余數(shù)據(jù)鏈路。3.6 系統(tǒng)的可擴(kuò)展性 軌道交通系統(tǒng)涉及多種類型的弱電系統(tǒng)，信號種類很多，相應(yīng)的接口標(biāo)準(zhǔn)也很多。另外，作為公共交通系統(tǒng)的一部分，軌道交通系統(tǒng)的公共區(qū)域多，必然會提供更多的服務(wù)。考慮到新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，軌道交通布線系統(tǒng)應(yīng)提供多種媒體的接口，給未來的應(yīng)用提供更多的擴(kuò)展性。Molex的可配置配線架和通用配線架，滿足了這個需求。 USP配線架可以提供應(yīng)用于語音、數(shù)據(jù)、保安監(jiān)控、監(jiān)聽、有線電視等多種媒體的接口，并可以根據(jù)需要，自由組合。4 綜合布線系統(tǒng)在軌道交通應(yīng)用中的展望 人類離不開信息，軌道交通更離不開信息。不論軌道交通的形式如何變化，信息化將是永恒的主題。在未來十年內(nèi)，軌道交通系統(tǒng)將會迎來信息化的新浪潮，在車廂內(nèi)和候車大廳，自動導(dǎo)航系統(tǒng)、電視系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、傳媒系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、緊急疏散系統(tǒng)，甚至包括駕駛、車控系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)更高級別的自動化。自動化的基礎(chǔ)自然是數(shù)字化，而所有的數(shù)字化信息，將在軌道交通系統(tǒng)的布線網(wǎng)絡(luò)中傳輸。不斷發(fā)展的綜合布線技術(shù)，將會給軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基石。