地鐵屏蔽門系統(tǒng)項(xiàng)目管理實(shí)踐
發(fā)布日期：2017-03-14 來(lái)源：《上海設(shè)備管理》
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廣州市軌道交通八號(hào)線北延段工程中設(shè)置車站15座，全部為地下車站。每一側(cè)站臺(tái)邊緣均設(shè)置屏蔽門（PSD），門體總高度約為3.0m（吊頂以下部分）。初、近、遠(yuǎn)期均采用6輛A型車編組，每節(jié)車廂每側(cè)設(shè)5個(gè)車門，車站的每側(cè)站臺(tái)有30對(duì)滑動(dòng)門與6輛編組的車輛相對(duì)應(yīng)。屏蔽門安裝高度與站臺(tái)頂梁結(jié)構(gòu)連接，兩端與站臺(tái)邊墻連接，屏蔽門在站臺(tái)公共區(qū)的布置形成一道連續(xù)密閉的屏障。
一、屏蔽門類型
從屏蔽門系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合的密封形式，可以分為全高封閉式屏蔽門和半高敞開(kāi)式安全門。廣州地鐵八北線采用的是全高封閉式屏蔽門，其具有以下特點(diǎn)與作用：
（1）能夠良好地隔斷區(qū)間隧道與車站內(nèi)空調(diào)風(fēng)之間的熱交換，顯著降低車站空調(diào)的運(yùn)行能耗，起到節(jié)能作用，這是全高封閉式屏蔽門相對(duì)于半高敞開(kāi)式安全門最顯著的功能區(qū)別；
（2）起到防塵擋煙的環(huán)保作用，為乘客營(yíng)造一個(gè)安全、舒適的候車環(huán)境；
（3）防止乘客跌落或跳下軌道側(cè)發(fā)生危險(xiǎn)，起到安全保障的作用；
（4）滑動(dòng)門根據(jù)列車車門狀態(tài)進(jìn)行同步開(kāi)啟與關(guān)閉；
（5）當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，乘客能通過(guò)應(yīng)急門進(jìn)行緊急疏散；
（6）為地鐵車站的裝飾起到美觀的作用。
二、屏蔽門系統(tǒng)各部分項(xiàng)目管理控制要點(diǎn)
（一）屏蔽門系統(tǒng)的組成
屏蔽門系統(tǒng)主要由門體結(jié)構(gòu)、門機(jī)傳動(dòng)、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)4大部分組成。
1、門體結(jié)構(gòu)
屏蔽門門體結(jié)構(gòu)由承重結(jié)構(gòu)、頂箱、門體（包括滑動(dòng)門、固定門、應(yīng)急門、端門）等構(gòu)成。
承重結(jié)構(gòu)既要承受風(fēng)壓、人擠壓的水平荷載，又要承受屏蔽門自重的垂直荷載，還要吸收土建的沉降，受力情況相當(dāng)復(fù)雜，項(xiàng)目管理者讓供貨商提供了立柱與門檻插接連接方式的力學(xué)計(jì)算書(shū)，以及立柱頂部伸縮裝置連接軸與套管及其絕緣件強(qiáng)度的受力分析報(bào)告，使用有限元分析軟件在各種載荷組合工況條件下對(duì)選用的Q235A材料進(jìn)行了分析，其最大應(yīng)力為218MPa，小于材料的許用應(yīng)力235MPa，實(shí)際受力在允許范圍內(nèi)可行。在進(jìn)行頂箱設(shè)計(jì)時(shí)，為保證頂箱不侵入限界，嚴(yán)格控制了頂箱的外形厚度，范圍在320mm～350mm之間，并充分利用高度空間對(duì)頂箱內(nèi)部進(jìn)行合理布置。
在整側(cè)門體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，首、末非標(biāo)滑動(dòng)門的設(shè)計(jì)是管理的重點(diǎn)。為符合設(shè)計(jì)規(guī)范，以及考慮到停車精度（停車誤差）在0、+300mm、-300mm的情況，將非標(biāo)滑動(dòng)門打開(kāi)凈寬度設(shè)定為1675mm，保證了非標(biāo)滑動(dòng)門完全打開(kāi)后，在不超出端門結(jié)構(gòu)，不擋司機(jī)室的情況下，屏蔽門與列車門相互間的有效凈開(kāi)度≥1.2m的規(guī)范要求。
2、門機(jī)傳動(dòng)
屏蔽門的門機(jī)傳動(dòng)主要由驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置、懸掛裝置和門鎖裝置組成。驅(qū)動(dòng)裝置采用了直流無(wú)刷電機(jī)。目前，直流無(wú)刷電機(jī)已在北京、上海、廣州、深圳等地鐵屏蔽門設(shè)備上使用。
在屏蔽門樣機(jī)第三方見(jiàn)證檢測(cè)的100萬(wàn)次加速壽命測(cè)試階段，100萬(wàn)次運(yùn)轉(zhuǎn)前、后檢查時(shí)，電機(jī)功能均正常實(shí)現(xiàn)，符合要求。在每天運(yùn)行20h，每90s開(kāi)/關(guān)門1次，每年365天連續(xù)運(yùn)行的強(qiáng)度下，滿足平均無(wú)故障次數(shù)60萬(wàn)個(gè)周期的要求。
傳動(dòng)裝置分別采用皮帶傳動(dòng)和螺旋副傳動(dòng)。皮帶傳動(dòng)裝置設(shè)有調(diào)節(jié)皮帶張緊的裝置及消除皮帶打滑的措施，噪聲低、安裝調(diào)節(jié)方便、維護(hù)成本低，廣州地鐵八號(hào)線首期選用了松下電器的皮帶傳動(dòng)裝置。螺旋副傳動(dòng)裝置傳功效率高，位置控制更準(zhǔn)確，但成品成本高、安裝精度要求高、維護(hù)成本高、噪聲大，廣州地鐵八北線選用法維萊的螺旋副傳動(dòng)裝置。在實(shí)際選用時(shí)，用戶可根據(jù)地鐵線路運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀綜合考慮。
3、控制系統(tǒng)
屏蔽門控制系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：?jiǎn)卧刂破鳎≒EDC）、就地控制盤(pán)（PSL）、門控單元（DCU）、總線網(wǎng)絡(luò)、通訊介質(zhì)（設(shè)備）及通訊接口等設(shè)備。盡管國(guó)內(nèi)外供貨商都有自家的屏蔽門系統(tǒng)，但其使用功能大同小異，項(xiàng)目管理者著重對(duì)以下幾點(diǎn)進(jìn)行了審查，并確定了可行性方案。
（1）屏蔽門控制系統(tǒng)采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型的局域網(wǎng)。其主控機(jī)、IBP盤(pán)以及每個(gè)門控制器都是掛接在總線上的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用公開(kāi)、規(guī)范的通用形式，以便與系統(tǒng)接口�，F(xiàn)場(chǎng)總線型結(jié)構(gòu)保證網(wǎng)絡(luò)上任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，都不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)其他結(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)屏蔽門進(jìn)行全程控制、修改運(yùn)行參數(shù)、聲光報(bào)警等功能。
（2）主控機(jī)（PSC）。主控機(jī)（PSC）是屏蔽門控制系統(tǒng)的核心，采用先進(jìn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。安裝在屏蔽門設(shè)備室內(nèi)。
① 為提高本系統(tǒng)的可靠性，主控機(jī)主要部件如微處理器采用設(shè)備冗余技術(shù)：即具有雙CPU，一主一備；總線網(wǎng)絡(luò)接口板也采用一主一備的結(jié)構(gòu)方案。
② 具備與信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能，能接收和發(fā)送信號(hào)系統(tǒng)以及DCU、PSL等內(nèi)部設(shè)備的各種控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)。
③ 存儲(chǔ)重要數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器采用閃存，對(duì)供電系統(tǒng)重要參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和顯示，對(duì)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。具有運(yùn)行監(jiān)視控制功能和自診斷功能。
④ PSC中的PEDC是可整體更換的單元，便于修理，可維護(hù)性強(qiáng)。
在屏蔽門樣機(jī)第三方見(jiàn)證檢測(cè)的100萬(wàn)次加速壽命測(cè)試階段，分別在10萬(wàn)次、50萬(wàn)次、100萬(wàn)次周期檢查時(shí)，PSC功能均正常實(shí)現(xiàn)，符合要求。
⑤ 控制系統(tǒng)中的電氣元器件，如微動(dòng)開(kāi)關(guān)、繼電器、電纜接頭、連接件和插件等，均采用國(guó)內(nèi)著名品牌的安全型產(chǎn)品。主要電氣部件（如電機(jī)、PEDC、DCU、板卡等關(guān)鍵部件）的電纜連接均采用航空插頭，大大改善了電氣部件的運(yùn)行環(huán)境，提高了可靠性。
4、供電系統(tǒng)
屏蔽門供電系統(tǒng)主要分為驅(qū)動(dòng)電源和控制電源。供電系統(tǒng)是保證屏蔽門正常運(yùn)作的基礎(chǔ)。
廣州地鐵八北線屏蔽門以直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此采用直流電源系統(tǒng)方案。直流電源系統(tǒng)方案相對(duì)交流系統(tǒng)方案簡(jiǎn)單，所需部件少，占地面積小，造價(jià)可大大降低，但存在統(tǒng)一集中直流供電、線路長(zhǎng)、負(fù)荷沖擊大的問(wèn)題，如何合理設(shè)計(jì)及選用部件非常關(guān)鍵。在項(xiàng)目管理過(guò)程中著重對(duì)后備電源的設(shè)置方式、整流模塊部件選擇、電氣隔離方式進(jìn)行審查，并確定了可行性方案。
（1）后備電源的設(shè)置方式。根據(jù)屏蔽門的電源特點(diǎn)，確定后備電源直接采用蓄電池供電的方式。屏蔽門按初期行車組織運(yùn)行，其中開(kāi)門時(shí)間為2.5s～3.5s，關(guān)門時(shí)間為3.2s～4.2s，在異常情況下，其容量滿足本車站站臺(tái)所有屏蔽門開(kāi)/關(guān)門五次循環(huán)的需要，并能夠?qū)崿F(xiàn)維持屏蔽門靜載60min，系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，可靠性高。
（2）整流模塊部件選擇。驅(qū)動(dòng)電源整流裝置由兩組模塊組成，第一組整流模塊給屏蔽門直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，第二組整流模塊負(fù)責(zé)對(duì)驅(qū)動(dòng)蓄電池組進(jìn)行補(bǔ)充充電和維護(hù)性充電。屏蔽門在開(kāi)關(guān)門瞬間電流值為60A，開(kāi)關(guān)門過(guò)程中電流值為24A，開(kāi)關(guān)門保持階段電流值為9.2A，因此可選用額定輸出為20A、在2s內(nèi)過(guò)載可達(dá)50A整流模塊。確定第一組采用2臺(tái)整流模塊可滿足供電要求，第二組采用2臺(tái)整流模塊負(fù)責(zé)充電，但考慮N+1的冗余，驅(qū)動(dòng)電源使用5臺(tái)整流模塊（3臺(tái)驅(qū)動(dòng)+2臺(tái)充電）更為穩(wěn)妥和合理。
（3）電氣隔離方式。由于屏蔽門與列車之間存在電位差，為確保乘客和工作人員的安全，屏蔽門與鋼軌等電位連接，與車站綜合接地網(wǎng)絕緣，因此從屏蔽門控制室控制柜饋出的回路應(yīng)進(jìn)行電氣隔離。最常用的絕緣方式有兩種：工頻感應(yīng)變壓器隔離和高頻變壓器隔離。工頻感應(yīng)變壓器鑒于頻率的關(guān)系，變壓器會(huì)非常笨重，因此目前除了在一些特殊的場(chǎng)合，這種方式使用比較少。而高頻變壓器的工作頻率為幾十kHz至幾百kHz，后者頻率的極大提高，使得變壓器的成本下降到整機(jī)成本的10%以下。雖然引入隔離變壓器而導(dǎo)致拓?fù)潆娐废鄳?yīng)變化，使得硬件電路和結(jié)構(gòu)成本的增加，但從整體而言，高頻變壓器隔離相對(duì)工頻感應(yīng)變壓器隔離依然有巨大的優(yōu)勢(shì)。
廣州地鐵多條線路采用高頻變壓器隔離，即整流模塊具有隔離功能，其隔離電阻可達(dá)10MΩ，實(shí)現(xiàn)了電氣隔離。
三、屏蔽門系統(tǒng)各階段項(xiàng)目管理控制要點(diǎn)
1、設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)
設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)通過(guò)互提設(shè)計(jì)資料、協(xié)商和研究設(shè)備技術(shù)性能及詳細(xì)技術(shù)規(guī)格，明確接口的內(nèi)容與責(zé)任，確認(rèn)生產(chǎn)所需的設(shè)計(jì)圖紙。具有通信接口的雙方，在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)階段還要進(jìn)行接口方案的確認(rèn)和接口功能測(cè)試，完成接口功能后進(jìn)行下一階段的工作。
2、樣機(jī)制造與驗(yàn)收
樣機(jī)制造是檢驗(yàn)產(chǎn)品的加工、安裝工藝性和產(chǎn)品總體性能的重要手段，在設(shè)備批量生產(chǎn)前要先進(jìn)行樣機(jī)的生產(chǎn)和測(cè)試。樣機(jī)安裝完成后進(jìn)行樣機(jī)的測(cè)試工作，樣機(jī)的測(cè)試內(nèi)容包括樣機(jī)結(jié)構(gòu)性能測(cè)試、樣機(jī)EMC測(cè)試、樣機(jī)功能測(cè)試、樣機(jī)100萬(wàn)次壽命測(cè)試，測(cè)試都通過(guò)后，進(jìn)行樣機(jī)驗(yàn)收。
3、屏蔽門系統(tǒng)的施工與安裝
在屏蔽門系統(tǒng)施工前，施工單位編制詳細(xì)的《施工組織設(shè)計(jì)》報(bào)項(xiàng)目管理者審核，經(jīng)業(yè)主同意后批準(zhǔn)實(shí)施，《施工組織設(shè)計(jì)》應(yīng)包括施工組織結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)管理人員設(shè)置及管理職責(zé)、施工工藝方法、施工器具及設(shè)備、施工計(jì)劃、材料進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃、安全管理措施、質(zhì)量管理措施等，施工過(guò)程必須嚴(yán)格按照《施工組織設(shè)計(jì)》的規(guī)定實(shí)施。
4、屏蔽門系統(tǒng)的驗(yàn)收
屏蔽門的檢驗(yàn)及驗(yàn)收分為兩個(gè)階段：第一階段為樣機(jī)檢驗(yàn)、鑒定驗(yàn)收，第二階段為現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。
驗(yàn)收的第一階段主要是對(duì)設(shè)計(jì)的合理性、主要配套設(shè)備的綜合性能以及加工制造工藝性能、安裝工藝性能、產(chǎn)品外觀以及材料選擇的合理性等進(jìn)行確認(rèn)。驗(yàn)收的第二階段主要是對(duì)設(shè)計(jì)與加工和安裝的符合性、施工質(zhì)量、屏蔽門系統(tǒng)的綜合性能是否滿足用戶需求書(shū)及合同要求進(jìn)行確認(rèn)。
第二階段的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收包括：到貨檢驗(yàn)、安裝驗(yàn)收、系統(tǒng)調(diào)試及檢驗(yàn)、預(yù)驗(yàn)收及最終驗(yàn)收。屏蔽門在預(yù)驗(yàn)收完成后將移交給最終用戶投入運(yùn)行，由此屏蔽門進(jìn)入質(zhì)保期。在質(zhì)保期到期后，將對(duì)屏蔽門進(jìn)行最終驗(yàn)收，至此完成屏蔽門驗(yàn)收的全過(guò)程。
四、與相關(guān)專業(yè)的接口
屏蔽門系統(tǒng)與信號(hào)、綜合監(jiān)控、土建、乘客信息系統(tǒng)、低壓動(dòng)力照明、車輛、軌道、限界、裝修等專業(yè)存在著諸多邏輯、建設(shè)與物理接口。通過(guò)對(duì)屏蔽門系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工中所遇到的各種問(wèn)題的總結(jié)和剖析，著重探討了屏蔽門系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)（SIG）、綜合監(jiān)控（ISCS）、土建之間的接口關(guān)系。
（一）與信號(hào)系統(tǒng)的接口
1、接口設(shè)計(jì)原則
（1）屏蔽門系統(tǒng)每側(cè)站臺(tái)提供一組與信號(hào)系統(tǒng)連接的接口；
（2）信號(hào)系統(tǒng)發(fā)給屏蔽門系統(tǒng)的“使能”、“開(kāi)門”及“關(guān)門”的持續(xù)信號(hào)一直保持，直至下一次發(fā)出改變門狀態(tài)的命令或列車離站時(shí)終止；
（3）信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出的開(kāi)關(guān)門及使能信號(hào)是安全信號(hào)；
（4）屏蔽門向信號(hào)系統(tǒng)反饋所有屏蔽門關(guān)閉且鎖緊信號(hào)是安全信號(hào),且一直保持到下一次開(kāi)門命令時(shí)終止；
（5）屏蔽門系統(tǒng)發(fā)出的“滑動(dòng)門/應(yīng)急門互鎖解除”信號(hào)是安全信號(hào)且為持續(xù)信號(hào)；
（6）接口接點(diǎn)的雙方都設(shè)計(jì)雙切回路，遵守誰(shuí)的繼電器誰(shuí)提供電源的原則。
2、接口界面及其電路
屏蔽門與信號(hào)系統(tǒng)的接口界面位于屏蔽門設(shè)備室內(nèi)屏蔽門中央接口盤(pán)的接口端子盤(pán)上，信號(hào)系統(tǒng)提供2個(gè)系統(tǒng)間傳輸信號(hào)電纜。信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)干接點(diǎn)提供輸出信號(hào)，接點(diǎn)通過(guò)“雙斷”電路與屏蔽門系統(tǒng)構(gòu)成安全回路。
屏蔽門樣機(jī)在功能測(cè)試時(shí)，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行模擬測(cè)試，通過(guò)以上設(shè)計(jì)產(chǎn)生的功能均能可靠地實(shí)現(xiàn)。
（二）與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的接口
1、物理接口
綜合監(jiān)控設(shè)備房接口界面在車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備房?jī)?nèi)配線架外線側(cè)。由屏蔽門系統(tǒng)提供光/電轉(zhuǎn)換裝置和接口電纜，綜合監(jiān)控提供接口和光電轉(zhuǎn)換裝置安裝的電源。與IBP盤(pán)的接口界面在車控室IBP盤(pán)接線端子處，接口電纜及電源由屏蔽門提供。屏蔽門設(shè)備房至車控室IBP盤(pán)間帶電源電纜及電纜敷設(shè)由屏蔽門提供，并提供冗余通信接口的接口光纖及接口光纖的敷設(shè)和熔接。
屏蔽門系統(tǒng)與ISCS系統(tǒng)采用兩種方式通信（纜線長(zhǎng)度在100m以內(nèi)的用雙絞線，超過(guò)100m長(zhǎng)度的用光纖）。光纖通信在通訊兩端加光/電或電/光信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置。光/電或電/光信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置由屏蔽門提供，綜合監(jiān)控專業(yè)負(fù)責(zé)光電轉(zhuǎn)換裝置安裝及其電源。
2、通信接口
通信協(xié)議采用基于傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議（TCP/IP）的通信規(guī)約（MODBUS TCP/IP協(xié)議）和通信協(xié)議（NTP協(xié)議），RJ45以太網(wǎng)接口；ISCS的交換機(jī)配置為主機(jī)/服務(wù)器，PSD的控制器配置為從機(jī)/客戶機(jī)。
（三）與土建的接口
屏蔽門與土建的接口界面在車站頂部土建梁（僅適用于屏蔽門）、車站站臺(tái)底板、站臺(tái)設(shè)備用房外側(cè)墻面。其中地下站屏蔽門與土建專業(yè)的接口采用上、下支撐結(jié)構(gòu)，高架站屏蔽門與土建專業(yè)的接口采用全底部支撐結(jié)構(gòu)。
廣州地鐵八北線采用頂梁側(cè)面懸掛與底部支撐相結(jié)合的安裝方式，上部在軌頂風(fēng)道梁內(nèi)預(yù)埋鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)通孔件（4個(gè)方孔），下部在站臺(tái)板由土建預(yù)留長(zhǎng)方形通孔。這種安裝形式有效地吸收與站臺(tái)平行和垂直方向的誤差，提高設(shè)備的安裝精度，節(jié)約工期。
五、結(jié)束語(yǔ)
屏蔽門是新型的軌道交通設(shè)備，其綜合了力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、控制論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、系統(tǒng)工程等多種學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和安裝調(diào)試過(guò)程中，均需注意屏蔽門系統(tǒng)設(shè)備的安全可靠、性能穩(wěn)定、互換性強(qiáng)。項(xiàng)目管理者要仔細(xì)研讀合同，熟悉設(shè)計(jì)資料，全面地掌握項(xiàng)目管理要點(diǎn)，按標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、圖紙等技術(shù)文件認(rèn)真監(jiān)造，嚴(yán)格把控，發(fā)揮重要作用。
作者：高小波 單位：英泰克工程顧問(wèn)（上海）有限公司
