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。
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。
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。