地鐵是工業(yè)革命的產(chǎn)物之一，它作為普通的交通工具，已經(jīng)背負(fù)整個現(xiàn)代化城市前行100余年。你天天乘坐它，早就熟視無睹、習(xí)以為常，但或許從沒思考過地鐵與地鐵站是如何緩慢成長成現(xiàn)在的模樣，是哪些科學(xué)和技術(shù)在支撐著它的進(jìn)化。也許此刻，你正在乘坐地鐵，那么歡迎觀看本期視頻。

－文字稿－

許多歷史悠久的地鐵都曾是一些國家和城市的驕傲，是現(xiàn)代文明和都市生活的最佳象征。然而時過境遷，在那些新興的地鐵的對比下，這些老地鐵們百年來的「不思進(jìn)取」已經(jīng)無法讓現(xiàn)代人滿意。

比如紐約地鐵，平均準(zhǔn)時度只有65%，還經(jīng)常創(chuàng)造出新的最低準(zhǔn)時率記錄。其舉世聞名的特點包括但不限于：頻繁的設(shè)備故障、糟糕的衛(wèi)生條件、缺乏空氣調(diào)節(jié)和手機(jī)信號。

不是因為老地鐵不努力跟上時代。地鐵系統(tǒng)作為一種復(fù)雜的系統(tǒng)，其運行依賴于各種子系統(tǒng)的自動化控制，以及相互之間的協(xié)調(diào)運作。更換幾臺設(shè)備，或者修修補(bǔ)補(bǔ)并不能解決問題。受限于早期建設(shè)時的 系統(tǒng)設(shè)計思想，要一口氣升級整個地鐵系統(tǒng)的代價超乎人們想象。究其原因，我們還要從自動化系統(tǒng)的發(fā)展說起。

最早的自動化裝置可追溯至古希臘時代。比如發(fā)明家克特西比烏斯所記錄的自動報時 水鐘；工匠費隆描述的自動添油油燈；數(shù)學(xué)家希羅設(shè)計的自動圣水販賣機(jī)等等。這類機(jī)械的基本原理就和抽水馬桶的浮動閥門一樣。

到十八世紀(jì)開啟了大機(jī)器時代，自動化裝置才真正得到大規(guī)模應(yīng)用。比如瓦特為了穩(wěn)定蒸汽機(jī)的輸出功率，使用了自動調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的 飛球調(diào)速器。簡單說，就是當(dāng)轉(zhuǎn)速變大時，重量球的離心力增加、位置上升，帶動杠桿機(jī)構(gòu)控制蒸汽閥門流量減小。因為利用了離心力，所以這類裝置被稱為 離心調(diào)速裝置。

離心調(diào)速裝置又是一種典型的負(fù)反饋系統(tǒng)——即把輸出的信息反饋回控制系統(tǒng)，其變動趨勢剛好與原來的相反，使得系統(tǒng)目標(biāo)的誤差逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定。

按照現(xiàn)代的眼光來看，早期的機(jī)械裝置大多缺乏精確性。瓦特設(shè)計的機(jī)器會一直在目標(biāo)轉(zhuǎn)速上下起伏，一不小心就可能因為振幅過大，導(dǎo)致機(jī)器失速。

一直到1868年，詹姆斯·麥克斯韋在英國皇家學(xué)會發(fā)表了《論控制裝置》的論文，通過微分方程描述飛球調(diào)速器的運動方式，可以精確計算出系統(tǒng)穩(wěn)定的條件，才開啟了現(xiàn)代控制論的基礎(chǔ)。

工業(yè)革命之后，大規(guī)模協(xié)作生產(chǎn)對技術(shù)有了新的 需求。由于器械的體積增大，數(shù)量增多，流程逐漸復(fù)雜。初級工人難以駕馭，而高級工人價格昂貴，數(shù)量稀少。為了解決這些問題，人們想辦法把所有機(jī)器的按鈕都 集中起來，放到一個地方，并附上簡單的監(jiān)視設(shè)備，這就是集中控制模式。就像紐約西四街的地鐵調(diào)度中心。自1910年前后投入使用至今依舊保持著當(dāng)年的「 純正」架構(gòu)。

但在進(jìn)一步的發(fā)展后又出現(xiàn)了問題。當(dāng)系統(tǒng)龐大到超出了一個人能承受的極限時，就會需要多人 分組控制。組間配合或者協(xié)調(diào)出問題時，任何一個微小環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都會導(dǎo)致很大一片控制區(qū)域的癱瘓。在1918年7月9日，美國田納西州納什維爾，就是由于信號塔操作員出錯，沒有給出正確的信號，使得駕駛?cè)藛T未能及時對突發(fā)狀況做出回應(yīng)，導(dǎo)致了兩列火車相撞，造成101人死亡，171人重傷。

為了解決這個弊端，人們?yōu)椴煌刂平M區(qū)分了權(quán)限級，并增加了 操作間，保留了集控中心(C.C.R.)。 操作間處理具體事物，集控中心監(jiān)管這些組間的協(xié)調(diào)和銜接，避免體系「 反應(yīng)遲鈍」。這就是 分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，被廣泛應(yīng)用于建筑自動化系統(tǒng)（B.A.S.）之中。

如果將地鐵站想象成一個 有機(jī)整體。百年前建立的那些老地鐵就好似一些爬行動物，只能對自然的環(huán)境條件做一些有限的適應(yīng)。像曬太陽取暖，躲洞穴里過冬等。

在將B.A.S.系統(tǒng)引入到地鐵站的修建后，通過該系統(tǒng)對地鐵車站及區(qū)間隧道內(nèi)的通風(fēng)，排水，照明等機(jī)電設(shè)備進(jìn)行管理。人們實現(xiàn)了無論四季如何變化，站內(nèi)的環(huán)境始終舒適。好比恒溫動物——無論體外環(huán)境如何變化，其體細(xì)胞始終保持在一個較為穩(wěn)定的環(huán)境中。而地鐵系統(tǒng)對于突發(fā)狀況的應(yīng)對就如同動物體內(nèi)的免疫系統(tǒng)。例如在遭遇火災(zāi)事故等險情時，系統(tǒng)能迅速進(jìn)入緊急防災(zāi)模式。根據(jù)著火點信息自動調(diào)度送風(fēng)和排風(fēng)，及時進(jìn)行通風(fēng)排煙。

與傳統(tǒng)的地鐵系統(tǒng)相比，現(xiàn)代化系統(tǒng)的優(yōu)勢在于其信息交互的及時性和有效性。正如生物的痛覺能讓個體及時對危險做出應(yīng)對，從而避免更嚴(yán)重的傷害。人們?yōu)榱四苡行Й@取底層設(shè)備數(shù)據(jù)，在地鐵站應(yīng)用廣泛的中低壓配電產(chǎn)品上集成了強(qiáng)大的通訊功能。信息技術(shù)（Informational Technology）和 操作技術(shù)(Operational Technology)的集成，實現(xiàn)了產(chǎn)品的多方位控制 (產(chǎn)品，邊緣位置的控制)，以及應(yīng)用、分析和服務(wù)的連接，從而達(dá)到各個環(huán)節(jié)，從底層設(shè)備到上層數(shù)據(jù)分析之間互聯(lián)互通的效果。

如此復(fù)雜的系統(tǒng)，不論設(shè)計還是工程實踐，都需要極為專業(yè)的人士才能解決，比如引領(lǐng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的能源管理與自動化領(lǐng)域的專家——施耐德電氣，他們開發(fā)的基于物聯(lián)網(wǎng)（IoT） 的EcoStruxure?架構(gòu)與平臺，從配電，環(huán)境控制，通訊連接到社區(qū)維護(hù)，全方位幫助地鐵系統(tǒng)實現(xiàn)高效、便捷和舒適。

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