南京地铁一号线BAS系统
2007-04-20 来源：本站原创 作者：臧正保 张慧萍 浏览次数：
本文摘要：摘要：BAS是采用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术组成的高度自动化的建筑物设备综合管理系统。本文结合地下车站BAS系统配置图介绍了南京地铁一号线BAS系统的系统结构，系
摘要：BAS是采用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术组成的高度自动化的建筑物设备综合管理系统。本文结合地下车站BAS系统配置图介绍了南京地铁一号线BAS系统的系统结构，系统对通风系统、照明系统、给排水系统、导向标识系统、电梯、自动扶梯的监控功能，BAS系统工程软件及系统运行的特点。
关键词：BAS；地铁；自动控制
1工程概述
六朝古都南京，是我国华东地区重要的经济、文化中心。发展地下轨道交通，既能输送大量客流，缓解日益加剧的交通压力，同时又能很好地保持古都风貌。南京地铁一号线线路全长约16．90km，全线设车站16座，包括地下车站11座，高架及地面车站5座。
智能建筑［1,2］这一诞生不到20a的新生事物，以其高效、安全舒适和便利等优点，势不可挡冲进现代高层建筑。智能建筑在世界上被誉为世纪性建筑，是一个国家综合国力和科技水平的具体体现，智能建筑也将成为21世纪世界建筑发展的主流。
南京地铁一号线BAS系统是将现代科技的计算机及网络技术结合机电设备自动化控制原理，以专门的地铁环境通风空调及防灾处理等理论为基础的自动化控制系统，利用分布式微机监控系统对地铁车站及区间隧道内的空调通风、给排水、照明、电梯、自动扶梯、导向标识等机电设备进行全面的运行管理与控制，在发生火灾或列车阻塞等事故情况时，能够及时迅速地进入防灾运行模式，根据火灾报警系统发送的着火点信息或列车自动控制系统发送的阻塞点信息自动调度送风和排风，进行通风排烟，引导人员疏散，极大地提高地铁运营的智能化和安全性。系统以节能为特色，综合考虑列车、客流、车站设备、通风等影响空调通风系统负荷的各种因素，根据地铁热环境变化的规律，对空调通风系统的全年运行方式自动进行调整，不仅可以保障地铁车站机电系统设备的安全可靠运行，创造安全、舒适、高效的乘车环境，而且能降低空调通风系统的运行能耗，减少地铁运营成本。
2系统结构及监控对象、监控功能
地铁工程建设中，铁路的铺设和设计是整个工程骨架的搭建，而各机电设备自动控制系统的建设则是保证整个地铁系统运行的“神经”。工程主要包括地铁中央控制室OCC中央控制系统、车站MU控制系统、各站通风系统、照明系统和给排水系统、导向标识系统、电梯、自动扶梯等设备自动控制等多项控制系统。
南京地铁一号线BAS系统采用多层网络结构［3］，第一层是有效的最低层，包括装置感应器、执行机构和照明控制系统，使用现场网络连接所有的现场设备。第二层是操作站和分站即具体应用控制器或自动化站／设备)之间的自动化网络。即车站MV系统，第三层是管理层及其广域网络。即中央控制中心(OCC)及地铁公共传输网。
中央控制中心(OCC)为星形网络结构，采用TCP／IP协议。车站为ControlNET光纤环网，实时数据通信。车站与OCC之间的通信依托地铁公共传输网。珠江路地铁控制中心OCC为整个地铁一号线的控制中心，用来对整个地铁一号线16个站的全部机电设备运行状况进行集中监控和管理。
车站MU系统为每个车站站长室监控级，是用来对本车站范围内的机电系统设备运行状况进行监控。南京地铁一号线各车站建筑设备监控系统监控点数均在651～2500之间，为较大型系统，见图1。
3系统监控对象、监控功能
通风系统是BAS系统的主要组成部分［4,5］，用来保证地铁车站及隧道内的环境温湿度条件及改善环境对乘客感受舒适度影响。监控对象有：①隧道通风系统：隧道风机，射流风机、组合风阀，并监测隧道的温、湿度。②空调通风系统：制冷机组、空调机组、回排风机、相关风阀，以及新风、送风、回风及公共区的温湿度。③空调水系统：冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、分集水器、冷却塔、水路的电动蝶阀，并检测温度、压力和流量等。监控的主要功能有：①机组定时启停控制。根据事先排定的工作时间表定时启停机组，自动统计机组工作时间，提示定时维修。②联锁保护控制。风机启动后，其前后压差过低时，故障报警并联锁停机；风机停止后，新、回风风门、电动调节阀、电磁阀自动关闭；盘管处设温控开关，当温度过低时开启热水阀。③送回风温度控制。自动调节冷水阀开度，保证送回风温度为设定值。④送回风湿度控制。自动控制加湿阀开闭，保证送回风湿度为设定值。⑤过滤器堵塞报警。空气过滤器两端压差过大时报警，提示清扫。⑥冷负荷计算与冷水机组控制。根据冷冻水供、回水温度和供水流量值，自动计算建筑空调所需要冷负荷量；根据建筑所需冷负荷及差压旁通阀开度，自动调整冷水机组运行台数。联锁控制，起动时，冷却塔蝶阀开启，冷却水蝶阀开启，开冷却水泵，冷冻水蝶阀开启，开冷冻水泵，开冷水机组；停止时，停冷水机组，关冷冻水泵，关冷冻水蝶阀，关冷却水泵，关冷却水蝶阀，关冷却塔风机。⑦冷冻水差压控制。根据冷冻水供回水压差，自动调节旁通调节阀，保持供水压差恒定。⑧冷却水温度控制。根据冷却水温度，自动控制冷却塔风机的运行方式及启停台数。⑨机组运行参数的自动显示、定时打印及故障记录。
照明系统的控制是根据列车运行时间表要求，通过照明回路的开启设定及照明开启、关闭时间的设定对车站及隧道内的照明进行科学的控制，达到节能目的。监控对象有：工作照明、广告照明和节电照明等。监控的主要功能有：工作照明、广告照明和节电照明的启停控制。除了列车运行启停时间对车站及隧道照明的控制，在非高峰运行时段，可停止工作照明部分。
给排水系统，由于其设备位置比较分散不便管理，利用该控制系统可代替人工值班，根据站内用水量及各排水点水位状况自动控制设备进行工作。监控对象有：废水、污水及车站其他排水泵，水池、水箱的液位。监控的主要功能有：①水位自动控制。排水水位高于启泵水位时，自动起动排水或排污泵；水位低于停泵水位时自动停泵；水位高于报警水位时起动备用泵；②设备启停控制；③参数检测及报警。
导向标识系统提供引领乘客进入车站、乘车和离开车站的信息，紧急疏散时能引导乘客顺利离开危险区域并最终离开车站。监控对象为：各类群控、单控导向标识牌正常及紧急情况下的运行。监控的主要功能有：①群控标识牌的进、出方向显示，启停控制。②单控标识牌的启停控制。
电梯、自动扶梯：车站自动扶梯和无机房电梯运行监视和紧急报警。
BAS系统完成对车站设备的监测与控制，对设备故障进行检测和报警，接受OCC发布的监控指令，执行OCC指定的运行模式。可修改运行参数，自动调整运行工况。车站MU系统受控于OCC，但当公共信息网故障时，车站MV系统可独立运行。
地铁列车与大量客流所产生的热量是影响地铁站台与隧道空间的热环境的主要因素，使得地铁温度逐年升高，如不加以控制会形成公害，这是世界性的难题。采用空调设备排热降温，耗资巨大，运行费用高昂，能源浪费严重。南京地铁一号线设计采用蓄冷技术，合理配置了通风设备(风机等)并加以微机控制。以通风系统局部代替空调系统，投资少、效果好，有效地解决了温升难题。BAS系统根据实时负荷的变化，采用变频方式调节风机的通风量，达到显著的节能效果。
与地面公共交通相比，地铁通常运营线路更长，设备众多，对运行模式和运行管理有很高的要求；同时，地铁内部与外界通风口少，出入口少，客流量大，人员疏散不易，一旦发生火灾，如果不能及时有效地通风排烟并控制火情，将酿成巨大的灾难。因此，智能的环境监控系统应该具备防灾功能。南京地铁一号线的BAS系统在接到火灾报警信号后，可以自动将机电设备的运行状态切换到灾害状态，启动灾害模式；在列车因事故暂时停在隧道无法驶入站台时，系统也可以通过启动紧急状态，确保隧道内空气流通，以保证车厢内有充足的氧气。
5工程软件
南京地铁BAS系统采用了一系列先进的软件技术，共同确保应用的效果。其中，主要的软件系统有地铁环境模拟预测软件、地铁空调通风系统优化控制软件EnCs、地铁设备运行管理软件EuMs、设备故障诊断软件FaDs、火灾状况分析与排烟处理软件EaSs。
地铁环境模拟预测软件通过对地铁环境的模拟分析，了解不同空调通风方案下运行的可能结果，为方案的比选提供依据。用于空调通风的工程设计和可行性分析，也是发展地铁在线优化控制等软件的一个必备工具。
地铁空调通风优化控制软件EnCs包括隧道通风系统的优化控制和站内空调系统的优化控制两部分。优化控制的目的是在满足系统环境控制要求的前提下，尽可能地降低风机、水泵和机组的能耗，节省运行费用。
地铁设备运行管理软件EuMs可以增强BAS系统的系统管理功能、提高控制决策水平和事故应变能力。EuMs软件用于统计各风机、水泵、扶梯、电梯等设备的运行时间、故障情况，编排维修计划。
设备故障诊断软件FaDs可以对一些主要的机电设备故障，仪表或执行器故障、系统故障进行诊断。设备故障诊断所采用的基本方法有以下几种方式：①高低限报警。②根据故障诊断的规则库。③根据专有的故障诊断算法。在FaDs中，以上几种方法被有机地结合起来，从而形成一个完整的故障诊断专家系统。方式①用于对故障进行初步的判断，在此基础上将方式②和方式③相结合对故障进行进一步的精细判断。
火灾状况分析与排烟处理软件EaSs具有火灾状况分析与排烟处理专家系统，针对不同的着火区间建立相应的排烟处理模式，并对相关的风阀和风机进行控制。一旦发现火灾现象时，BAS系统立即按照预先贮存的消防状态下的相应程序运行，同时将此信息立即通知中心管理工作站OCC，立即进入EaSs排烟处理软件，并进行防火排烟实时分析计算，及时调整排烟控制策略和相关急救措施。
6结束语
在地铁这一不同于地面建筑运行环境的公共交通工程内应用BAS系统，我们还需要进行认真分析，总结经验教训，不断改进。只有这样我们才能做到设备的可靠、安全运行，节约能源、节省人力、减轻工作人员劳动强度以及确保建筑物环境的安全和舒适。
参考文献
〔1〕 陈一才主编.智能建筑电气设计手册〔S〕.北京：中国建材工业出版社，1999，8
〔2〕 胡崇岳.智能建筑自动化技术〔M〕.北京：机械工业化出版社,1999,6.
〔3〕 江苏省建委建筑智能化系统工程设计标准编写组.建筑智能化系统工程设计标准〔S〕.DB32／181—1998，1998，3
〔4〕 陈汉民,王奇南主编.建筑电气技术500问〔M〕.福州：福建科学技术出版社,2001,1
〔5〕 建设部工程质量安全监督与行业发展司，中国建筑标准设计研究所.全国民用建筑工程设计技术措施电气〔M〕.北京：中国计划出版社,2003,2
关键词：BAS；地铁；自动控制
1工程概述
六朝古都南京，是我国华东地区重要的经济、文化中心。发展地下轨道交通，既能输送大量客流，缓解日益加剧的交通压力，同时又能很好地保持古都风貌。南京地铁一号线线路全长约16．90km，全线设车站16座，包括地下车站11座，高架及地面车站5座。
智能建筑［1,2］这一诞生不到20a的新生事物，以其高效、安全舒适和便利等优点，势不可挡冲进现代高层建筑。智能建筑在世界上被誉为世纪性建筑，是一个国家综合国力和科技水平的具体体现，智能建筑也将成为21世纪世界建筑发展的主流。
南京地铁一号线BAS系统是将现代科技的计算机及网络技术结合机电设备自动化控制原理，以专门的地铁环境通风空调及防灾处理等理论为基础的自动化控制系统，利用分布式微机监控系统对地铁车站及区间隧道内的空调通风、给排水、照明、电梯、自动扶梯、导向标识等机电设备进行全面的运行管理与控制，在发生火灾或列车阻塞等事故情况时，能够及时迅速地进入防灾运行模式，根据火灾报警系统发送的着火点信息或列车自动控制系统发送的阻塞点信息自动调度送风和排风，进行通风排烟，引导人员疏散，极大地提高地铁运营的智能化和安全性。系统以节能为特色，综合考虑列车、客流、车站设备、通风等影响空调通风系统负荷的各种因素，根据地铁热环境变化的规律，对空调通风系统的全年运行方式自动进行调整，不仅可以保障地铁车站机电系统设备的安全可靠运行，创造安全、舒适、高效的乘车环境，而且能降低空调通风系统的运行能耗，减少地铁运营成本。
2系统结构及监控对象、监控功能
地铁工程建设中，铁路的铺设和设计是整个工程骨架的搭建，而各机电设备自动控制系统的建设则是保证整个地铁系统运行的“神经”。工程主要包括地铁中央控制室OCC中央控制系统、车站MU控制系统、各站通风系统、照明系统和给排水系统、导向标识系统、电梯、自动扶梯等设备自动控制等多项控制系统。
南京地铁一号线BAS系统采用多层网络结构［3］，第一层是有效的最低层，包括装置感应器、执行机构和照明控制系统，使用现场网络连接所有的现场设备。第二层是操作站和分站即具体应用控制器或自动化站／设备)之间的自动化网络。即车站MV系统，第三层是管理层及其广域网络。即中央控制中心(OCC)及地铁公共传输网。
中央控制中心(OCC)为星形网络结构，采用TCP／IP协议。车站为ControlNET光纤环网，实时数据通信。车站与OCC之间的通信依托地铁公共传输网。珠江路地铁控制中心OCC为整个地铁一号线的控制中心，用来对整个地铁一号线16个站的全部机电设备运行状况进行集中监控和管理。
车站MU系统为每个车站站长室监控级，是用来对本车站范围内的机电系统设备运行状况进行监控。南京地铁一号线各车站建筑设备监控系统监控点数均在651～2500之间，为较大型系统，见图1。
3系统监控对象、监控功能
通风系统是BAS系统的主要组成部分［4,5］，用来保证地铁车站及隧道内的环境温湿度条件及改善环境对乘客感受舒适度影响。监控对象有：①隧道通风系统：隧道风机，射流风机、组合风阀，并监测隧道的温、湿度。②空调通风系统：制冷机组、空调机组、回排风机、相关风阀，以及新风、送风、回风及公共区的温湿度。③空调水系统：冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、分集水器、冷却塔、水路的电动蝶阀，并检测温度、压力和流量等。监控的主要功能有：①机组定时启停控制。根据事先排定的工作时间表定时启停机组，自动统计机组工作时间，提示定时维修。②联锁保护控制。风机启动后，其前后压差过低时，故障报警并联锁停机；风机停止后，新、回风风门、电动调节阀、电磁阀自动关闭；盘管处设温控开关，当温度过低时开启热水阀。③送回风温度控制。自动调节冷水阀开度，保证送回风温度为设定值。④送回风湿度控制。自动控制加湿阀开闭，保证送回风湿度为设定值。⑤过滤器堵塞报警。空气过滤器两端压差过大时报警，提示清扫。⑥冷负荷计算与冷水机组控制。根据冷冻水供、回水温度和供水流量值，自动计算建筑空调所需要冷负荷量；根据建筑所需冷负荷及差压旁通阀开度，自动调整冷水机组运行台数。联锁控制，起动时，冷却塔蝶阀开启，冷却水蝶阀开启，开冷却水泵，冷冻水蝶阀开启，开冷冻水泵，开冷水机组；停止时，停冷水机组，关冷冻水泵，关冷冻水蝶阀，关冷却水泵，关冷却水蝶阀，关冷却塔风机。⑦冷冻水差压控制。根据冷冻水供回水压差，自动调节旁通调节阀，保持供水压差恒定。⑧冷却水温度控制。根据冷却水温度，自动控制冷却塔风机的运行方式及启停台数。⑨机组运行参数的自动显示、定时打印及故障记录。
照明系统的控制是根据列车运行时间表要求，通过照明回路的开启设定及照明开启、关闭时间的设定对车站及隧道内的照明进行科学的控制，达到节能目的。监控对象有：工作照明、广告照明和节电照明等。监控的主要功能有：工作照明、广告照明和节电照明的启停控制。除了列车运行启停时间对车站及隧道照明的控制，在非高峰运行时段，可停止工作照明部分。
给排水系统，由于其设备位置比较分散不便管理，利用该控制系统可代替人工值班，根据站内用水量及各排水点水位状况自动控制设备进行工作。监控对象有：废水、污水及车站其他排水泵，水池、水箱的液位。监控的主要功能有：①水位自动控制。排水水位高于启泵水位时，自动起动排水或排污泵；水位低于停泵水位时自动停泵；水位高于报警水位时起动备用泵；②设备启停控制；③参数检测及报警。
导向标识系统提供引领乘客进入车站、乘车和离开车站的信息，紧急疏散时能引导乘客顺利离开危险区域并最终离开车站。监控对象为：各类群控、单控导向标识牌正常及紧急情况下的运行。监控的主要功能有：①群控标识牌的进、出方向显示，启停控制。②单控标识牌的启停控制。
电梯、自动扶梯：车站自动扶梯和无机房电梯运行监视和紧急报警。
图1车站BAS系统配置图
BAS系统完成对车站设备的监测与控制，对设备故障进行检测和报警，接受OCC发布的监控指令，执行OCC指定的运行模式。可修改运行参数，自动调整运行工况。车站MU系统受控于OCC，但当公共信息网故障时，车站MV系统可独立运行。
地铁列车与大量客流所产生的热量是影响地铁站台与隧道空间的热环境的主要因素，使得地铁温度逐年升高，如不加以控制会形成公害，这是世界性的难题。采用空调设备排热降温，耗资巨大，运行费用高昂，能源浪费严重。南京地铁一号线设计采用蓄冷技术，合理配置了通风设备(风机等)并加以微机控制。以通风系统局部代替空调系统，投资少、效果好，有效地解决了温升难题。BAS系统根据实时负荷的变化，采用变频方式调节风机的通风量，达到显著的节能效果。
与地面公共交通相比，地铁通常运营线路更长，设备众多，对运行模式和运行管理有很高的要求；同时，地铁内部与外界通风口少，出入口少，客流量大，人员疏散不易，一旦发生火灾，如果不能及时有效地通风排烟并控制火情，将酿成巨大的灾难。因此，智能的环境监控系统应该具备防灾功能。南京地铁一号线的BAS系统在接到火灾报警信号后，可以自动将机电设备的运行状态切换到灾害状态，启动灾害模式；在列车因事故暂时停在隧道无法驶入站台时，系统也可以通过启动紧急状态，确保隧道内空气流通，以保证车厢内有充足的氧气。
5工程软件
南京地铁BAS系统采用了一系列先进的软件技术，共同确保应用的效果。其中，主要的软件系统有地铁环境模拟预测软件、地铁空调通风系统优化控制软件EnCs、地铁设备运行管理软件EuMs、设备故障诊断软件FaDs、火灾状况分析与排烟处理软件EaSs。
地铁环境模拟预测软件通过对地铁环境的模拟分析，了解不同空调通风方案下运行的可能结果，为方案的比选提供依据。用于空调通风的工程设计和可行性分析，也是发展地铁在线优化控制等软件的一个必备工具。
地铁空调通风优化控制软件EnCs包括隧道通风系统的优化控制和站内空调系统的优化控制两部分。优化控制的目的是在满足系统环境控制要求的前提下，尽可能地降低风机、水泵和机组的能耗，节省运行费用。
地铁设备运行管理软件EuMs可以增强BAS系统的系统管理功能、提高控制决策水平和事故应变能力。EuMs软件用于统计各风机、水泵、扶梯、电梯等设备的运行时间、故障情况，编排维修计划。
设备故障诊断软件FaDs可以对一些主要的机电设备故障，仪表或执行器故障、系统故障进行诊断。设备故障诊断所采用的基本方法有以下几种方式：①高低限报警。②根据故障诊断的规则库。③根据专有的故障诊断算法。在FaDs中，以上几种方法被有机地结合起来，从而形成一个完整的故障诊断专家系统。方式①用于对故障进行初步的判断，在此基础上将方式②和方式③相结合对故障进行进一步的精细判断。
火灾状况分析与排烟处理软件EaSs具有火灾状况分析与排烟处理专家系统，针对不同的着火区间建立相应的排烟处理模式，并对相关的风阀和风机进行控制。一旦发现火灾现象时，BAS系统立即按照预先贮存的消防状态下的相应程序运行，同时将此信息立即通知中心管理工作站OCC，立即进入EaSs排烟处理软件，并进行防火排烟实时分析计算，及时调整排烟控制策略和相关急救措施。
6结束语
在地铁这一不同于地面建筑运行环境的公共交通工程内应用BAS系统，我们还需要进行认真分析，总结经验教训，不断改进。只有这样我们才能做到设备的可靠、安全运行，节约能源、节省人力、减轻工作人员劳动强度以及确保建筑物环境的安全和舒适。
参考文献
〔1〕 陈一才主编.智能建筑电气设计手册〔S〕.北京：中国建材工业出版社，1999，8
〔2〕 胡崇岳.智能建筑自动化技术〔M〕.北京：机械工业化出版社,1999,6.
〔3〕 江苏省建委建筑智能化系统工程设计标准编写组.建筑智能化系统工程设计标准〔S〕.DB32／181—1998，1998，3
〔4〕 陈汉民,王奇南主编.建筑电气技术500问〔M〕.福州：福建科学技术出版社,2001,1
〔5〕 建设部工程质量安全监督与行业发展司，中国建筑标准设计研究所.全国民用建筑工程设计技术措施电气〔M〕.北京：中国计划出版社,2003,2
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