地鐵既有站換乘改造通信系統升級方案研究

梁海英，王玉杰

（1.北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100068；2.城市軌道交通全自動運行系統與安全監控北京市重點實驗室，北京 100068；3.北京市市政四建設工程有限責任公司，北京 100037）

1 研究背景

中國經濟高速發展，帶動全國地鐵大規模建設，地鐵網絡化運營日漸成熟，同時伴隨著地鐵線網中的換乘節點越來越多[1]。由于規劃或實際條件限制等原因，早期建設的線路較少考慮到后期換乘，因此，在新線建設過程中，往往伴隨著因新建線路交叉帶來的既有車站換乘改造和升級[2]，包括站臺結構改造、綜合監控等設備改造、機房改造和一些換乘功能改造等[3-4]。其中，通信傳輸系統的擴容、升級改造也是既有站改造建設工程的重點之一。

通信傳輸系統在城市軌道交通的建設過程中起重要作用，它關系到民用信息、專用信息和公安信息的傳輸。與這些信息相對應的3 類城市軌道交通通信系統為民用通信系統、專用通信系統和公安通信系統[5]。民用通信系統的應用場景為電信運營商與軌道交通的合作，可以為乘客提供可靠且高質量的通信服務。專用通信系統為軌道交通的管理應用和指揮行車提供服務。公安通信系統使公安通信網延伸于軌道交通。通信傳輸系統在軌道交通建設與發展過程中十分重要，這不僅在以上的三類通信系統中得以體現，還在一些具體的軌道交通運營業務上體現，比如車站里的自動售檢票、地鐵上的視頻播放和及時的站點播報等。因此，如果通信傳輸系統在運行過程中出現問題，可能會導致重要信息的丟失，從而嚴重影響城市軌道交通安全。

既有站與新建站換乘改造工程，首先對通信系統提出了擴容要求。伴隨著物聯網、大數據及5G 通信新技術的應用，對地鐵通信系統的速率、傳輸帶寬等也提出了升級要求，因此，對既有站通信傳輸系統的升級改造方案設計尤為重要。本文針對這一需求，探討既有站通信傳輸系統升級改造的核心需求及主要應用技術問題，并就換乘站改造帶來的通信設備改移以及通信擴容需求進行探討，提出公安傳輸系統增強型MSTP 建設方案和骨干傳輸系統OTN 建設方案。并以北京市新建昌南線與既有10 號線西土城站形成的換乘站的通信系統升級改造進行方案應用。方案實現了在不影響既有線運營前提下，按照升級改造需求，設計了通信系統擴容改造方案，包括通信系統安裝調試方案、系統倒切方案以及因為系統改造帶來的通信機房遷移方案。該實際工程案例驗證了本文所提方案的合理性，為未來各類既有站換乘改造的通信系統升級工程提供參考。

2 地鐵通信系統概述及改造需求

2.1 地鐵通信系統概述

作為城市軌道交通重要的基礎網絡之一，公安傳輸系統負責公安通信系統中的各個子系統的統籌協調。該系統負責的業務為：運行控制中心與公安分局、車站警務站、公安分局和派出所之間的傳輸，包含公安計算機網絡、公安無線、公安電源、公安電話和公安視頻等子系統業務[6]。

地鐵民用通信系統延伸了運營商的地面通信服務，將其引入地鐵范圍內，以便乘客在地下空間也可以享受到與地上空間無差異的通信服務。作為其基礎網絡，傳輸系統不但為后續新增的業務預留了資源，還為各系統網關和基站提供傳輸通道[7]。

2.2 既有站通信系統升級改造需求分析

在地鐵建設中，既有線與新建站構成的換乘站結構各異，但通信系統的升級改造設計因秉承與既有站一致的原則，從而可以保證系統建設的一致性和兼容性，也可以保證既有站在升級改造中能正常運營和系統順利倒切。

1) 換乘站互聯互通需求。分析新建站的互聯互通具體需求，從換乘站出入口、站臺、換乘通道、扶梯、付費區、安檢機售票區等關鍵區域的視頻傳輸要求，電話線、電纜、配電等管路改造要求，廣播等系統升級要求等多需求出發，以新建站與既有站互聯互通為目標，對通信系統擴容和升級開展需求對標設計。

2) 多業務應用需求。改造要滿足多種業務應用需求，包括：支持車站控制室、公安安全室、主備控制中心、派出所等關鍵區域的視頻監控業務需求；滿足換乘通道改造帶來的付費區變化、出入口增加等的通信業務應用需求；支持廣播網管系統升級改造后新增設備的網管需求；支持民用機房、公安機房、安全門控制室、步梯、扶梯等改擴建或者新增區域的視頻監控通信需求；支持無線傳輸需求。

3) 技術需求。雖然在城市軌道交通建設過程中，提出了各種可參考的通信系統改造升級方案，但是隨著通信技術的發展，產品也在不斷升級迭代中，從早期的同步數字體系發展為近期軌道交通通信系統中應用的多業務傳送平臺(multi-service transport platform，MSTP)。如廣州地鐵14 號線就采用了增強型MSTP[8]。MSTP 具有多業務支持能力，同時實現時分復用技術(time-division multiplexing，TDM)、異步傳輸，是一個可以實現以太網業務接入和傳遞的可靠、靈活的綜合數據傳送平臺。

增強型MSTP 綜合傳輸平臺改進了傳統模式下的MSTP，支持TDM 管道和分組數據硬管道的靈活配置，實現了多業務平行隔離、完全物理隔離的綜合傳送。OTN(optical transport network，光傳輸網絡)作為光纖傳輸技術，帶寬大，具備光層調度能力，而且對電層業務的兼容性很高[6-8]，解決了多業務、高帶寬、可靠性和網絡平滑演進等需求，是民用通信傳輸系統的最佳選擇。

3 西土城既有站換乘通信系統升級改造案例

3.1 項目概述

北京市新建昌南線西土城站與既有10號線西土城站形成換乘，該站位于北土城西路、知春路與西土城路交叉路口南側，車站沿西土城路東側輔路南北向設置。與呈東西走向的既有站構成換乘關系。兩站通過兩條8.3 m 凈寬的雙向換乘通道實現換乘，換乘通道由昌南線西土城站的地下一層站廳層小端，連接至10號線地下二層站廳層的付費區。換乘平面如圖1 所示。

圖1 換乘平面Figure 1 Plan diagram of the transfer station

3.2 通信系統升級改造需求分析

10 號線西土城站為兩端三層明挖中間單層暗挖的端進式10 m 島式車站，車站規模小，在前期建設中沒有預留換乘條件，而且目前僅在東西端廳分別設置了1 組樓扶梯(一部上行扶梯與一部2.2 m 的樓梯)，設施通行能力有限，不能滿足車站預期客流量。因此，在換乘站設計中，重點涉及3 部分改造內容，具體如圖2 所示。換乘通道與10 號線交界處，側墻開洞，對應位置站內房間需要改移；10 號線西土城站站廳站臺樓梯數量不足，增加樓梯，對應位置站內房間需要改移；因換乘需要，10 號線西土城站站廳清空，改為付費區，閘機、安檢移至各出入口地面廳或地下廳，對應出入口改造。

圖2 東側站廳改造平面布置Figure 2 Reconstruction plan of east station hall

結構上的改造帶來了車站設備系統升級改造，主要包含以下系統：通風系統；給排水及消防；安檢系統；動力照明及供電；站臺門系統；自動售檢票系統；綜合監控系統；火災自動報警系統；環境與設備監控系統；電梯以及通信系統等。

通信系統是各類系統數據和信息傳輸的通道，因此，上述換乘方案對三類通信系統的升級改造帶來具體的需求，包括對專用通信系統的改造需求，涉及話務系統、時鐘系統、綜合監控、廣播、CCTV、自動售檢票系統、綜合布線、網絡既有系統改造升級；對公安及民用通信系統技術提出升級擴容需求。

因為既有站新增換乘口，原有設備機房拆除帶來了公安通信機房和民用通信機房的改移和通信設備移設及新設，包括重新敷設原通信機房引入及引出的線纜，并對通信橋架進行改移及新設等工作。

3.3 專用通信系統改造內容及實施方案

1) 專用通信系統改移涉及的主要內容：①其他設備移設引起的通信終端設備的改移及新設；②出入口改造引起的通信終端設備的改移及新設；③既有閘機、售票機、安檢機等改移引起的通信終端設備的改移及新設；④售票亭拆建引起的通信終端設備的改移及新設，以及車站專用電話值班操作臺軟件調整；⑤新增樓梯、換乘口及垂直電梯改移引起的通信終端設備的改移及新設；⑥新增攝像機引起的專用視頻監控系統及公安視頻監控系統擴容。

2) 移除及通信恢復工作執行步驟如下：

Step1：拆除站臺門設備室內的AP 箱；抽出線纜并做好標記，各點位電源線及主電源線重新敷設至專用通信設備室，AP 箱利舊安裝至通信機房內，然后完成線纜成端及測試(不需要根據土建進度決定，可以優先完成遷移)。優先敷設到新公安機房的線槽，至于各個出入口的新線槽、線管敷設需要根據土建進度決定。

Step2：二次結構完成后拆除站內利舊攝像機、廣播；抽出線纜并做好標記，各點位電源線、網線重新敷設至新點位；同時完成新增攝像機、廣播的線纜敷設；安裝對應點位的攝像機、廣播，成端完成及測試(根據土建進度決定)。

Step3：拆除B、D 兩個出入口及東側站臺電話分線箱，抽出線纜并做好標記；待土建二次結構完成后，各個點位的線纜重新敷設至改移后的分線盒；成端完成及測試(根據土建進度決定)。

Step4：拆除時鐘，抽出線纜并做好標記；重新從專用通信設備敷設電源及控制線至新點位，安裝時鐘，完成及測試。

3.4 公安及民用通信系統技術升級及接口方案

地鐵10 號線建成于2008 年，作為北京第二條環形地鐵線路，客運量居北京地鐵線路之首。為了保障線路正常運行，在既有站改造過程中，地鐵在該站甩站運行。因此，通信系統的設備改移(安裝調試、系統倒切等)不能影響整體線路正常通信需求[9-10]。同時，車站通信傳輸設備使用年限較長，部分設備已停產，部分設備老舊，已經影響了通信系統的后期使用[11]?？紤]到當前通信技術的發展和5G 業務要求，在此次通信系統升級改造過程中，有必要升級技術，預留5G 業務的接入能力。因此提出公安傳輸系統增強型MSTP 建設方案和骨干傳輸系統OTN 建設方案，并新增一套5G系統滿足換乘站人流熱點區域的大容量通信需求[12]。

根據通信機房電源端口分布、業務端口規劃、直放站內設備配置、機房線纜分布、線纜規格型號和線纜敷設等要求建設條件，設計公安機房內配分布如圖3 所示，民用機房內配分布如圖4 所示。

圖3 公安機房內配分布明細Figure 3 Details of distribution in the public security equipment room

圖4 民用機房內配分布明細Figure 4 Details of distribution in the civil equipment room

3.5 公安及民用通信系統改造實施方案

待新建公安及民用通信機房施工完成后，通信機房內線纜橋架、配電箱、線纜敷設等就可以進行改移和設備升級工作?？紤]到換乘站改造不能影響既有線路的運行，所有設備拆遷改移必須在窗口期快速開展，首先，設備停啟測試3 min，測試確定設備電源已全部斷開后，進行線纜、設備拆除移設。具體移除及通信恢復工作執行步驟如下：

Step1：光纜熔接盤整體移至ODF 機柜下，拆走ODF 機柜安裝到新機房，新機房ODF 柜新增ODF 子框(老機房舊ODF 子框占用，新機房需新設ODF 子框，并提前熔接完成)，需要提前將新敷設電纜室移至新公安機房主干光纜成端并完成線纜測試。

Step2：提前完成無線機柜、網絡機柜、視頻柜及配套電源柜安裝。安裝完成后接地組網完成，接上正式電源，各系統分路電源成端完成并加上正式電源。系統中各個數據線需要纜成端，以確保各個系統可以正常運行，即移設一臺調好一臺。

Step3：各建設小組做好光纜倒接配合工作，確保上掛。下掛站及控制中心、運營商機房設備運行正常后，電纜間切斷原有光纜進行有業務光纜倒接，同時進行設備端口倒接。

Step4：倒接完成后，各相關車站及機房確認無故障，完成倒接工作。最后進行線纜整理，貼標識。

4 結束語

本文針對既有站換乘節點改造帶來的通信系統升級和設備改移等進行方案研究，討論了公安、民用和專用通信系統升級和通信設備的改移方案，并提出了增強型MSTP 和OTN 建設方案，新增5G 系統滿足換乘站人流熱點區域通信需求?；诒本┎暇€西土城新建站與10 號線既有線換乘具體工程應用案例進行了探討。

在既有站換乘通信系統升級改造中，需要面向換乘改造通信具體需求進行方案設計，不僅要選擇安全可靠且成本適宜的方案，也要緊跟新技術發展，能夠支持未來的通信業務需求和技術承載、支持和擴展。