城轨交通BAS系统结构比较

摘要：本文概述城市轨道交通BAS系统的几种典型系统结构，并作简要对比分析 Abstract：The paper outlines several kind of typical BAS system structure of urban rail transit, and makes brief contrast analysis 关键词：城市轨道交通；环境与设备监控系统；系统结构；综合监控系统；主控系统；系统平台 Keywords：Urban Rail Transit；BAS；System Structure；Integrated Supervisory & Control System；MCS；System Platform 1 引言 近几年，随着城市轨道交通建设步伐的加快和计算机技术的发展，人们对自动化系统的认识在不断提高，其中在国内城市轨道交通新线建设中BAS（Building Automation System，建筑自动化系统。用于城市轨道交通，《地铁设计规范》称之为环境与设备监控系统）系统的整体结构呈现出多样化，这里对国内几条线路的BAS整体结构作简要比较。 2 BAS系统的几种整体结构形式 BAS系统通常依站设置，从而形成一个延地铁线路分布、以车站为单位的地理上分散的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition，数据采集及监控）系统。根据BAS系统与其他系统的集成关系，其整体结构形式可分为两大类：独立系统结构形式和集成系统结构形式。 2.1独立系统结构 根据设计规范的要求，BAS功能应包括3个层面：中心级、车站级和就地级，对应系统结构层次有3个部分：中心、车站和就地。根据BAS承担的功能范围，对应有以下几种结构形式： 2.1.1有中心功能结构 如图1所示，这是一种完全独立的系统结构，较为传统和经典，目前建成或在建线路的BAS系统大多采用这种结构方式，如南京地铁1号线，天津地铁，广州地铁2号线等。有中心功能结构的特点是： l 全线BAS作为一个专业系统完全独立设置，具有完整的、独立的各级结构与功能（系统包括完整的中心级、车站级和就地级结构）； l 一般为单独标段并由一个系统集成商完成所有的工作； l 系统中各级之间在同一个硬件及软件平台上无缝集成； l 和其他系统之间存在有限的互连接口。

图1 　　优点：系统完整，接口及责任清晰，便于业主管理和实施； 缺点：系统较为封闭，信息没有共享，须单独建设自己的网络及监控平台，需独占骨干网信息通道，硬件成本偏高，对集成商要求较高。 2.1.2无中心功能结构 图2所示结构中，专业BAS系统不具备中心功能，因此就没有中心的结构及设备，是一种不完整的结构形式，这种结构形式的BAS是以车站为单位的一个个相对独立的系统，如广州地铁3号线，北京地铁5号线，其特点如下： l BAS系统平台只局限于车站，具有完整的车站级系统结构及功能，中心的BAS功能一般由其他系统（如主控系统）实现； l BAS不提供与骨干网的接口，自身没有构成一个完整的大型SCADA系统，而是借助于其他系统； l BAS需要在车站级向综合监控系统提供物理及数据接口，向综合监控系统提供各车站BAS的实时数据，同时接收来自综合监控系统的数据。

图2 优点：BAS系统逻辑规模小，系统简化，只是以车站为单位的重复。与综合监控系统接口较清晰，BAS集成商实施难度较低。通过综合监控系统共享骨干网络（非独占网络通道），BAS信息得到共享，轨道交通系统整体得到优化。 缺点：对综合监控系统的依赖性增强，BAS不能通过综合监控系统实施对自身的全线管理和维护，只能局限于车站。由于系统间的相对独立使得两系统都须向对方提供特定的集成接口，接口变得复杂，接口成本提高，系统整体效率不是很高，业主管理难度增大。 2.1.3混合结构 结合了上述两种结构的特点，如图3所示，BAS既要在车站和综合监控系统接口，同时又要通过地铁骨干网形成一个较完整的BAS系统，如广州地铁4号线。 这种混合结构的特点是： l BAS系统相对独立，具有完整的各级结构及功能； l 在车站向综合监控系统提供接口，以适应多专业系统的集成需求； l 正常情况下，借助综合监控系统实现中心级监控功能； l 利用地铁骨干网，构建备用中心功能系统（如车辆段的中央级维护系统，该系统除在正常情况下实现对全线BAS的集中维护工作外，同时亦可做为监控中心的BAS功能后备）。

图3 　　优点：提高了BAS中心监控功能的可靠性，降低了BAS对综合监控系统的依赖性，并可以实现对自身的全线管理和维护功能，同样BAS信息得到共享。　　缺点：仍需独占地铁骨干网通道，须提供额外的接口成本用于和综合监控系统 的互连，轨道交通监控系统整体复杂性提高。 2.2集成系统结构 这种结构形式的特点是BAS不再作为一个独立的系统存在了，而是被集成在其他系统中。根据系统规模的不同，又有2种集成方式，包括： 2.2.1集成于其他专业子系统 如果BAS系统设备较少且相对其他专业比重小而不足以独立构建专业系统时，一般做法是将该部分功能集成在其他子系统（如PSCADA，Power SCADA，电力监控系统）中实现，以方便工程的实施和管理。如图4所示，这是一种简化结构，该结构多在城市快轨或轻轨项目中应用（因其车站建筑位于地上，具有很少的环控系统设备和其他机电设备），如北京城铁13号线，即是这种方式。 这种形式的特点是： l BAS一般不承担防灾功能或其监控范围的规模较小； l 用于BAS控制层及接口设备有限，一般不构建专用网络，监控层和其他专业子系统共享网络平台； l 一般不设置专门的中央及车站监控级，而是依托其他系统平台实现功能； l 对于业主而言不涉及两系统间的接口管理。

图4 2.2.2集成于轨道交通综合监控系统 另外一种集成方式就是集成了BAS功能的综合监控系统结构。如图5所示，从工程组织的角度看，此时BAS系统将不作为一个独立的专业子系统来实施，而是成为了集成于轨道交通综合监控系统中的一项专业功能，而且利用构建的系统平台又可以集成或互连若干其他专业或子系统，如PSCADA、FAS（Fire Alarm System，火灾报警系统）等，深圳地铁一期工程E＋F＋S系统（EMCS＋FAS＋PSCADA），广州地铁5号线，北京地铁10号线即采用了这种结构方式。这是一种和综合监控系统高度集成的结构，这种结构的特点是： l BAS专业仍然具有专用的、完整的用于其控制层和现场层的控制及接口设备，并具有独立的控制层及现场层网络或总线结构； l 没有独立的车站级，其监控层（包括车站和中心）是基于综合监控系统的，没有独立的专用于BAS的监控设备，而是和其他被集成或互连的专业共享监控设备； l 车站及中心的监控功能作为综合监控系统的一项功能存在。

优点：系统开放性好，集成度高。系统的监控范围扩大，可以进行自身全线管理和维护。集成接口问题由集成商自行管理并完成，对于业主而言其工程管理变得简单。高度的集成在一定程度上可以降低接口成本和监控设备成本。系统更加紧凑，结构更加合理，系统效率得以提高。 缺点：系统整体复杂性有所提高，对集成商要求很高。 3 几种结构比较

*指智能接口，一般为异步串行接口 通过上面简单的对比可以看出，集成BAS功能的综合监控系统具有下列优势： l 可以为城市轨道交通构建一个很好的信息共享平台，可以有效提高运营管理水平； l 弱化综合监控系统和BAS系统的界线和接口管理，降低管理成本，更便于工程组织和实施； l 系统结构更加紧凑、合理，软件平台得到统一，系统效率更高，硬件成本有所降低。 综上所述，系统以其高度的集成性、可靠性、成熟性和先进的设计理念而更适合目前城市轨道交通行业的技术发展和工程组织的需求，同时对提高城市轨道交通的运营和管理水平、推进轨道交通整体自动化技术应用的进步都是有积极意义的。 4 结束语 从上述BAS系统结构变化的趋势看，集成BAS功能的综合监控系统已逐渐成为国内轨道交通构建监控系统的趋势，这种变化折射出人们在城市轨道交通自动化系统设计时的执着追求和探索，随着人们对自动化技术的不断大胆运用和对先进设计思路的大胆实践，相信会带动国内轨道交通自动化系统水平的迅速提高。 参考文献 地铁设计规范（GB50157－2003） 北京：中国计划出版社[S]，2003.8 王常力，罗安 分布式控制系统（DCS）设计与应用实例 北京：电子工业出版社[M]，2004.8 魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术 北京：电子工业出版社[M]，2004.11