模塊化機(jī)房在南京地鐵控制中心 弱電機(jī)房上的研究與應(yīng)用

馬亞洲

【摘要】? ? 本文通過(guò)分析南京地鐵既有控制中心弱電機(jī)房在建設(shè)中存在的問(wèn)題，提出了模塊化機(jī)房的解決方案，并對(duì)模塊化機(jī)房建設(shè)中的各系統(tǒng)的設(shè)置進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并提出了一些標(biāo)準(zhǔn)化的建議，以便為南京地鐵新建控制中心的弱電機(jī)房的建設(shè)提供一些理論支持，同時(shí)也為其他軌道交通工程控制中心機(jī)房的建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)與借鑒。

【關(guān)鍵詞】? ? 模塊化機(jī)房? ? 控制中心? ? 弱電機(jī)房

南京地鐵目前共規(guī)劃四個(gè)控制中心：珠江路控制中心、南京南控制中心、靈山控制中心、江北控制中心。珠江路控制中心、南京南控制中心弱電設(shè)備機(jī)房均采用傳統(tǒng)機(jī)房建設(shè)模式，即按照單線路單專(zhuān)業(yè)布置機(jī)房，機(jī)柜和制冷、電源系統(tǒng)都完全分開(kāi)，每個(gè)機(jī)房設(shè)置一套獨(dú)立的輔助系統(tǒng)。傳統(tǒng)機(jī)房具有機(jī)房使用率差、擴(kuò)展性差、能耗高、機(jī)房運(yùn)維難度大等缺點(diǎn)，且隨著新興城軌生產(chǎn)云、車(chē)輛智能運(yùn)維等項(xiàng)目的落地，前期規(guī)劃的控制中心設(shè)備用房已無(wú)法滿(mǎn)足目前的使用需求。所以一種機(jī)房利用率高、易擴(kuò)展、綠色、節(jié)能、外觀性較好的新型模塊化機(jī)房布局顯得尤為重要。

一、工程概況

根據(jù)規(guī)劃，南京地鐵靈山控制中心第四至八層為線路設(shè)備層，每層規(guī)劃2條線路的通信、信號(hào)、綜合監(jiān)控設(shè)備室及電源室。靈山控制中心一期工程設(shè)備層只實(shí)施了四、五層，六至八層為預(yù)留層。由于寧句線（S6號(hào)線）、9號(hào)線、7號(hào)線的實(shí)施及新興城軌生產(chǎn)云、車(chē)輛智能運(yùn)維等項(xiàng)目的落地，目前靈山控制中心設(shè)備用房按原有規(guī)劃已無(wú)法滿(mǎn)足使用需求，需對(duì)六至八層進(jìn)行改造。靈山控制中心六層設(shè)備用房和八樓的生產(chǎn)云機(jī)房均采用模塊化機(jī)房進(jìn)行改造建設(shè)。本文以南京地鐵靈山控制中心模塊化機(jī)房改造項(xiàng)目為背景，詳細(xì)介紹模塊化機(jī)房在南京地鐵控制中心弱電機(jī)房上的研究與應(yīng)用。

二、模塊化機(jī)房的構(gòu)成及優(yōu)點(diǎn)

模塊化機(jī)房是一種將設(shè)備機(jī)柜、密閉通道、供配電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、管理子系統(tǒng)等集成為一體，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備及子系統(tǒng)更好銜接的一種新型的機(jī)房布置形式。模塊化機(jī)房在大型數(shù)據(jù)中心中已有相關(guān)應(yīng)用。

模塊化機(jī)房相較于傳統(tǒng)機(jī)房既有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）快速部署：模塊化機(jī)房為標(biāo)準(zhǔn)化部件，組件可在工廠預(yù)制，并可靈活拆卸，快速組裝，可在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化交付，并大幅降低建設(shè)成本。

（2）安全可靠：模塊化機(jī)房采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和高整合的設(shè)計(jì)方案，并配有完善的監(jiān)控系統(tǒng)，使得整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定度高。同時(shí)，充分考慮冗余設(shè)計(jì)，保障微模塊安全、可靠運(yùn)行。

（3）方便擴(kuò)展：模塊化機(jī)房在電力供應(yīng)、通信端口上預(yù)留了合理的余量，可實(shí)現(xiàn)靈活擴(kuò)容。

（4）節(jié)省機(jī)房面積：模塊化機(jī)房可以進(jìn)行高密度部署，以南京地鐵靈山控制中心六樓改造項(xiàng)目為例，模塊化機(jī)房較傳統(tǒng)機(jī)房方案節(jié)省36%機(jī)房面積。

（5）綠色節(jié)能：模塊化機(jī)房采用密閉冷通道，避免了冷熱氣流的混合，提高制冷系統(tǒng)效率;密閉通道采用行間空調(diào)，近端制冷，比傳統(tǒng)采用精密空調(diào)或者下送風(fēng)方案節(jié)減少30%的能耗。若模塊機(jī)房結(jié)合水冷系統(tǒng)、自然冷卻系統(tǒng)，PUE可降至1.5以下，相比傳統(tǒng)機(jī)房方案節(jié)能節(jié)能效果明顯。

三、機(jī)房布置原則

機(jī)房布置是一個(gè)機(jī)房工程的基石，一個(gè)合理的平面布局設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮和協(xié)調(diào)了各方面的因素，在滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的前提下，盡量提高面積使用率。

靈山控制中心弱電綜合機(jī)房?jī)?nèi)將供配電系統(tǒng)、機(jī)柜、空調(diào)、綜合布線系統(tǒng)集成至模塊內(nèi)，采用密閉通道的方式，可根據(jù)機(jī)房面積靈活選擇雙排或單排密閉通道進(jìn)行布置。UPS和蓄電池單獨(dú)設(shè)置于綜合電源室內(nèi)。由于消防氣瓶屬于高壓、高危物品，氣瓶不放在模塊內(nèi)，而是放置在專(zhuān)門(mén)的氣瓶間內(nèi)。

四、模塊化機(jī)房的相關(guān)系統(tǒng)設(shè)置

4.1機(jī)柜系統(tǒng)

機(jī)柜是模塊化機(jī)房的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備，為了保證到模塊化機(jī)房?jī)?nèi)風(fēng)格的統(tǒng)一性，設(shè)備機(jī)柜采用統(tǒng)一的顏色和統(tǒng)一的尺寸。為了滿(mǎn)足大型服務(wù)器的安裝需求，建議采用42U標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)柜（600（寬）*1200（深）*2200（高）單位：mm）。

4.2密閉通道

密閉通道是將設(shè)備機(jī)柜、列頭配電柜、列間空調(diào)、天窗、圍板和端門(mén)等設(shè)備組成一個(gè)“密閉空間”，從而避免了冷熱空氣混合，降低了制冷能耗。

模塊化機(jī)房的密閉通道有密閉冷通道和密閉熱通道兩種，冷通道兩排機(jī)柜“面對(duì)面”進(jìn)行布置，通道中間形成“冷通道”，外部形成“熱通道”;熱通道兩排機(jī)柜采用“背對(duì)背”進(jìn)行布置，通道中間形成“熱通道”，外部形成“熱通道”;由于冷通道對(duì)設(shè)備冷卻效果要優(yōu)于熱通道，建議控制中心模塊化機(jī)房采用密閉冷通道模式。密閉冷通道根據(jù)排布方式有雙排密閉冷通道、單排密閉冷通道兩種，具體可根據(jù)機(jī)房的面積靈活采用單、雙排密閉冷通道。靈山控制中心綜合弱電機(jī)房采用雙排密閉冷通道和單排密閉冷通道結(jié)合的方式，其布局如下圖1所示。

密閉通道天窗多采用平頂結(jié)構(gòu)方案，平頂天窗由側(cè)板、頂板、旋轉(zhuǎn)天窗組成。在工作狀態(tài)下天窗處于水平狀態(tài)，消防狀態(tài)下，電磁鎖打開(kāi)，旋轉(zhuǎn)天窗在重力作用下自動(dòng)打開(kāi)，保證滅火氣體進(jìn)入通道[1]。

4.3供配電系統(tǒng)

模塊化機(jī)房的供配電系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，通常由UPS配電系統(tǒng)、動(dòng)力配電系統(tǒng)兩部分組成。UPS配電系統(tǒng)負(fù)責(zé)向機(jī)房通信設(shè)備、服務(wù)器等設(shè)備供電。動(dòng)力配電系統(tǒng)負(fù)責(zé)向機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)（行級(jí)空調(diào)）、機(jī)房照明系統(tǒng)等供電。

模塊化機(jī)房?jī)?nèi)UPS配電系統(tǒng)按照N+1模塊冗余設(shè)計(jì)，將外部市電經(jīng)UPS處理后，輸出到密閉通道的列頭配電柜，列頭配電柜再輸出三相電源到各個(gè)機(jī)柜PDU，各機(jī)柜內(nèi)的設(shè)備從相應(yīng)PDU處取電。

4.4制冷系統(tǒng)

模塊化機(jī)房的制冷方式主要有精密空調(diào)下送風(fēng)方式和列間空調(diào)送風(fēng)方式兩種，由于精密空調(diào)下送風(fēng)方式對(duì)機(jī)房?jī)舾咭筝^高，且當(dāng)單臺(tái)機(jī)柜設(shè)備單功率較大時(shí)，容易存在局部熱點(diǎn)，而列間空調(diào)可以縮短空調(diào)制冷路徑，消除局部熱點(diǎn)，建議模塊化機(jī)房采用列間空調(diào)制冷方式。

密閉冷通道的列間空調(diào)分散布置在機(jī)柜列間，采用水平送風(fēng)方式。列間空調(diào)將冷空氣送到冷通道，冷空氣進(jìn)入機(jī)柜正面，對(duì)設(shè)備進(jìn)行冷卻，并隨設(shè)備產(chǎn)生的熱空氣從機(jī)柜背面進(jìn)入熱通道，再由熱通道統(tǒng)一向空調(diào)回風(fēng)，如此反復(fù)。密閉冷通道制冷時(shí)冷、熱空氣流向圖下圖2所示。

4.5綜合布線系統(tǒng)

模塊化機(jī)房在密封冷通道的頂部設(shè)置雙排走線槽，并能以機(jī)柜為單位進(jìn)行擴(kuò)展。走線槽分為強(qiáng)電槽和弱電槽，分別用于電源線和數(shù)據(jù)信號(hào)線的走線，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電分離的效果。

在每個(gè)機(jī)柜頂部中間設(shè)置走線孔，方便線纜直接連接至機(jī)柜中。在天窗的結(jié)合部設(shè)置線纜綁扎孔，方便線纜的綁扎。走線槽如圖3所示。

4.6門(mén)禁系統(tǒng)

在弱電綜合機(jī)房設(shè)置門(mén)禁系統(tǒng)，接入控制中心樓宇門(mén)禁系統(tǒng)統(tǒng)一管理，防止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入機(jī)房，記錄維管人員進(jìn)出時(shí)刻及持續(xù)時(shí)間。在每個(gè)密閉冷通道的前后門(mén)處也可以設(shè)置獨(dú)立的門(mén)禁系統(tǒng)，防止非本專(zhuān)業(yè)維護(hù)人員的進(jìn)入。

4.7火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

在弱電綜合機(jī)房?jī)?nèi)，樓宇火災(zāi)報(bào)警（FAS）專(zhuān)業(yè)設(shè)置溫度、煙感探測(cè)器，機(jī)房采用氣體滅火方式。密閉冷通道頂部安裝溫感、煙感探測(cè)器，與樓宇FAS系統(tǒng)對(duì)接。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，將相關(guān)報(bào)警信息傳遞到樓宇FAS系統(tǒng)。樓宇FAS系統(tǒng)進(jìn)行判斷，發(fā)送信息給密閉冷通道，并聯(lián)動(dòng)弱電綜合機(jī)房?jī)?nèi)的氣體滅火系統(tǒng)，冷通道接收到消防報(bào)警信號(hào)時(shí)，自重力式活動(dòng)天窗自動(dòng)打開(kāi)，消防氣體進(jìn)入到冷通道內(nèi)部進(jìn)行滅火處理。

4.8 模塊化機(jī)房管理子系統(tǒng)

模塊化機(jī)房管理子系統(tǒng)是將密閉通道內(nèi)的電源、溫濕度、火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器、門(mén)禁及視頻等進(jìn)行集中監(jiān)控和并進(jìn)行統(tǒng)一管理，包括管理服務(wù)器、交換機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、智能溫濕度傳感器、高清IP攝像機(jī)、NVR、煙感探測(cè)器及溫感探測(cè)器等設(shè)備。管理子系統(tǒng)能夠監(jiān)控管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊化機(jī)房運(yùn)維等業(yè)務(wù)的全方位、智能化管理，并效降低維管人員的工作量[2]。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，控制中心弱電機(jī)房作為城市軌道交通弱電系統(tǒng)核心設(shè)備安裝的場(chǎng)所，對(duì)整條線路的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)本文的研究與分析，可以看到模塊化機(jī)房建設(shè)模式較傳統(tǒng)機(jī)房建設(shè)模式優(yōu)勢(shì)明顯，值得在軌道交通新建控制中心或者控制中心改造項(xiàng)目弱電機(jī)房的建設(shè)上進(jìn)行推廣。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]洪馨.熱管背板空調(diào)在某數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)際應(yīng)用分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2020（12）：58-60.

[2]張群.氣流組織設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房冷卻效果影響的研究[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2021（02）：16-21.