地鐵屏蔽門系統(tǒng)項目管理實踐
發(fā)布日期：2017-03-14 來源：《上海設備管理》
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廣州市軌道交通八號線北延段工程中設置車站15座，全部為地下車站。每一側站臺邊緣均設置屏蔽門（PSD），門體總高度約為3.0m（吊頂以下部分）。初、近、遠期均采用6輛A型車編組，每節(jié)車廂每側設5個車門，車站的每側站臺有30對滑動門與6輛編組的車輛相對應。屏蔽門安裝高度與站臺頂梁結構連接，兩端與站臺邊墻連接，屏蔽門在站臺公共區(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)應用場合的密封形式，可以分為全高封閉式屏蔽門和半高敞開式安全門。廣州地鐵八北線采用的是全高封閉式屏蔽門，其具有以下特點與作用：
（1）能夠良好地隔斷區(qū)間隧道與車站內空調風之間的熱交換，顯著降低車站空調的運行能耗，起到節(jié)能作用，這是全高封閉式屏蔽門相對于半高敞開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，為乘客營造一個安全、舒適的候車環(huán)境；
（3）防止乘客跌落或跳下軌道側發(fā)生危險，起到安全保障的作用；
（4）滑動門根據(jù)列車車門狀態(tài)進行同步開啟與關閉；
（5）當發(fā)生事故時，乘客能通過應急門進行緊急疏散；
（6）為地鐵車站的裝飾起到美觀的作用。
二、屏蔽門系統(tǒng)各部分項目管理控制要點
（一）屏蔽門系統(tǒng)的組成
屏蔽門系統(tǒng)主要由門體結構、門機傳動、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)4大部分組成。
1、門體結構
屏蔽門門體結構由承重結構、頂箱、門體（包括滑動門、固定門、應急門、端門）等構成。
承重結構既要承受風壓、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，受力情況相當復雜，項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計算書，以及立柱頂部伸縮裝置連接軸與套管及其絕緣件強度的受力分析報告，使用有限元分析軟件在各種載荷組合工況條件下對選用的Q235A材料進行了分析，其最大應力為218MPa，小于材料的許用應力235MPa，實際受力在允許范圍內可行。在進行頂箱設計時，為保證頂箱不侵入限界，嚴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頂箱內部進行合理布置。
在整側門體的設計過程中，首、末非標滑動門的設計是管理的重點。為符合設計規(guī)范，以及考慮到停車精度（停車誤差）在0、+300mm、-300mm的情況，將非標滑動門打開凈寬度設定為1675mm，保證了非標滑動門完全打開后，在不超出端門結構，不擋司機室的情況下，屏蔽門與列車門相互間的有效凈開度≥1.2m的規(guī)范要求。
2、門機傳動
屏蔽門的門機傳動主要由驅動裝置、傳動裝置、懸掛裝置和門鎖裝置組成。驅動裝置采用了直流無刷電機。目前，直流無刷電機已在北京、上海、廣州、深圳等地鐵屏蔽門設備上使用。
在屏蔽門樣機第三方見證檢測的100萬次加速壽命測試階段，100萬次運轉前、后檢查時，電機功能均正常實現(xiàn)，符合要求。在每天運行20h，每90s開/關門1次，每年365天連續(xù)運行的強度下，滿足平均無故障次數(shù)60萬個周期的要求。
傳動裝置分別采用皮帶傳動和螺旋副傳動。皮帶傳動裝置設有調節(jié)皮帶張緊的裝置及消除皮帶打滑的措施，噪聲低、安裝調節(jié)方便、維護成本低，廣州地鐵八號線首期選用了松下電器的皮帶傳動裝置。螺旋副傳動裝置傳功效率高，位置控制更準確，但成品成本高、安裝精度要求高、維護成本高、噪聲大，廣州地鐵八北線選用法維萊的螺旋副傳動裝置。在實際選用時，用戶可根據(jù)地鐵線路運營現(xiàn)狀綜合考慮。
3、控制系統(tǒng)
屏蔽門控制系統(tǒng)主要由以下幾個部分構成：單元控制器（PEDC）、就地控制盤（PSL）、門控單元（DCU）、總線網(wǎng)絡、通訊介質（設備）及通訊接口等設備。盡管國內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，項目管理者著重對以下幾點進行了審查，并確定了可行性方案。
（1）屏蔽門控制系統(tǒng)采用拓撲結構總線型的局域網(wǎng)。其主控機、IBP盤以及每個門控制器都是掛接在總線上的一個網(wǎng)絡結點�，F(xiàn)場總線結構及網(wǎng)絡協(xié)議采用公開、規(guī)范的通用形式，以便與系統(tǒng)接口�，F(xiàn)場總線型結構保證網(wǎng)絡上任何一個結點發(fā)生故障，都不會影響整個網(wǎng)絡其他結點的正常運行，并通過網(wǎng)絡對屏蔽門進行全程控制、修改運行參數(shù)、聲光報警等功能。
（2）主控機（PSC）。主控機（PSC）是屏蔽門控制系統(tǒng)的核心，采用先進的工業(yè)控制計算機。安裝在屏蔽門設備室內。
① 為提高本系統(tǒng)的可靠性，主控機主要部件如微處理器采用設備冗余技術：即具有雙CPU，一主一備；總線網(wǎng)絡接口板也采用一主一備的結構方案。
② 具備與信號和監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能，能接收和發(fā)送信號系統(tǒng)以及DCU、PSL等內部設備的各種控制信號和狀態(tài)信號。
③ 存儲重要數(shù)據(jù)的存儲器采用閃存，對供電系統(tǒng)重要參數(shù)進行檢測和顯示，對故障進行實時記錄。具有運行監(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，可維護性強。
在屏蔽門樣機第三方見證檢測的100萬次加速壽命測試階段，分別在10萬次、50萬次、100萬次周期檢查時，PSC功能均正常實現(xiàn)，符合要求。
⑤ 控制系統(tǒng)中的電氣元器件，如微動開關、繼電器、電纜接頭、連接件和插件等，均采用國內著名品牌的安全型產(chǎn)品。主要電氣部件（如電機、PEDC、DCU、板卡等關鍵部件）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)主要分為驅動電源和控制電源。供電系統(tǒng)是保證屏蔽門正常運作的基礎。
廣州地鐵八北線屏蔽門以直流電機作為驅動機構，因此采用直流電源系統(tǒng)方案。直流電源系統(tǒng)方案相對交流系統(tǒng)方案簡單，所需部件少，占地面積小，造價可大大降低，但存在統(tǒng)一集中直流供電、線路長、負荷沖擊大的問題，如何合理設計及選用部件非常關鍵。在項目管理過程中著重對后備電源的設置方式、整流模塊部件選擇、電氣隔離方式進行審查，并確定了可行性方案。
（1）后備電源的設置方式。根據(jù)屏蔽門的電源特點，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行，其中開門時間為2.5s～3.5s，關門時間為3.2s～4.2s，在異常情況下，其容量滿足本車站站臺所有屏蔽門開/關門五次循環(huán)的需要，并能夠實現(xiàn)維持屏蔽門靜載60min，系統(tǒng)相對簡單，可靠性高。
（2）整流模塊部件選擇。驅動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動電機供電，第二組整流模塊負責對驅動蓄電池組進行補充充電和維護性充電。屏蔽門在開關門瞬間電流值為60A，開關門過程中電流值為24A，開關門保持階段電流值為9.2A，因此可選用額定輸出為20A、在2s內過載可達50A整流模塊。確定第一組采用2臺整流模塊可滿足供電要求，第二組采用2臺整流模塊負責充電，但考慮N+1的冗余，驅動電源使用5臺整流模塊（3臺驅動+2臺充電）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進行電氣隔離。最常用的絕緣方式有兩種：工頻感應變壓器隔離和高頻變壓器隔離。工頻感應變壓器鑒于頻率的關系，變壓器會非常笨重，因此目前除了在一些特殊的場合，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成本的10%以下。雖然引入隔離變壓器而導致拓撲電路相應變化，使得硬件電路和結構成本的增加，但從整體而言，高頻變壓器隔離相對工頻感應變壓器隔離依然有巨大的優(yōu)勢。
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10MΩ，實現(xiàn)了電氣隔離。
三、屏蔽門系統(tǒng)各階段項目管理控制要點
1、設計聯(lián)絡
設計聯(lián)絡通過互提設計資料、協(xié)商和研究設備技術性能及詳細技術規(guī)格，明確接口的內容與責任，確認生產(chǎn)所需的設計圖紙。具有通信接口的雙方，在設計聯(lián)絡階段還要進行接口方案的確認和接口功能測試，完成接口功能后進行下一階段的工作。
2、樣機制造與驗收
樣機制造是檢驗產(chǎn)品的加工、安裝工藝性和產(chǎn)品總體性能的重要手段，在設備批量生產(chǎn)前要先進行樣機的生產(chǎn)和測試。樣機安裝完成后進行樣機的測試工作，樣機的測試內容包括樣機結構性能測試、樣機EMC測試、樣機功能測試、樣機100萬次壽命測試，測試都通過后，進行樣機驗收。
3、屏蔽門系統(tǒng)的施工與安裝
在屏蔽門系統(tǒng)施工前，施工單位編制詳細的《施工組織設計》報項目管理者審核，經(jīng)業(yè)主同意后批準實施，《施工組織設計》應包括施工組織結構、現(xiàn)場管理人員設置及管理職責、施工工藝方法、施工器具及設備、施工計劃、材料進場計劃、安全管理措施、質量管理措施等，施工過程必須嚴格按照《施工組織設計》的規(guī)定實施。
4、屏蔽門系統(tǒng)的驗收
屏蔽門的檢驗及驗收分為兩個階段：第一階段為樣機檢驗、鑒定驗收，第二階段為現(xiàn)場驗收。
驗收的第一階段主要是對設計的合理性、主要配套設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行確認。驗收的第二階段主要是對設計與加工和安裝的符合性、施工質量、屏蔽門系統(tǒng)的綜合性能是否滿足用戶需求書及合同要求進行確認。
第二階段的現(xiàn)場驗收包括：到貨檢驗、安裝驗收、系統(tǒng)調試及檢驗、預驗收及最終驗收。屏蔽門在預驗收完成后將移交給最終用戶投入運行，由此屏蔽門進入質保期。在質保期到期后，將對屏蔽門進行最終驗收，至此完成屏蔽門驗收的全過程。
四、與相關專業(yè)的接口
屏蔽門系統(tǒng)與信號、綜合監(jiān)控、土建、乘客信息系統(tǒng)、低壓動力照明、車輛、軌道、限界、裝修等專業(yè)存在著諸多邏輯、建設與物理接口。通過對屏蔽門系統(tǒng)設計與施工中所遇到的各種問題的總結和剖析，著重探討了屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)（SIG）、綜合監(jiān)控（ISCS）、土建之間的接口關系。
（一）與信號系統(tǒng)的接口
1、接口設計原則
（1）屏蔽門系統(tǒng)每側站臺提供一組與信號系統(tǒng)連接的接口；
（2）信號系統(tǒng)發(fā)給屏蔽門系統(tǒng)的“使能”、“開門”及“關門”的持續(xù)信號一直保持，直至下一次發(fā)出改變門狀態(tài)的命令或列車離站時終止；
（3）信號系統(tǒng)發(fā)出的開關門及使能信號是安全信號；
（4）屏蔽門向信號系統(tǒng)反饋所有屏蔽門關閉且鎖緊信號是安全信號,且一直保持到下一次開門命令時終止；
（5）屏蔽門系統(tǒng)發(fā)出的“滑動門/應急門互鎖解除”信號是安全信號且為持續(xù)信號；
（6）接口接點的雙方都設計雙切回路，遵守誰的繼電器誰提供電源的原則。
2、接口界面及其電路
屏蔽門與信號系統(tǒng)的接口界面位于屏蔽門設備室內屏蔽門中央接口盤的接口端子盤上，信號系統(tǒng)提供2個系統(tǒng)間傳輸信號電纜。信號系統(tǒng)通過干接點提供輸出信號，接點通過“雙斷”電路與屏蔽門系統(tǒng)構成安全回路。
屏蔽門樣機在功能測試時，對信號系統(tǒng)進行模擬測試，通過以上設計產(chǎn)生的功能均能可靠地實現(xiàn)。
（二）與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的接口
1、物理接口
綜合監(jiān)控設備房接口界面在車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)設備房內配線架外線側。由屏蔽門系統(tǒng)提供光/電轉換裝置和接口電纜，綜合監(jiān)控提供接口和光電轉換裝置安裝的電源。與IBP盤的接口界面在車控室IBP盤接線端子處，接口電纜及電源由屏蔽門提供。屏蔽門設備房至車控室IBP盤間帶電源電纜及電纜敷設由屏蔽門提供，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（纜線長度在100m以內的用雙絞線，超過100m長度的用光纖）。光纖通信在通訊兩端加光/電或電/光信號轉換裝置。光/電或電/光信號轉換裝置由屏蔽門提供，綜合監(jiān)控專業(yè)負責光電轉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的交換機配置為主機/服務器，PSD的控制器配置為從機/客戶機。
（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）、車站站臺底板、站臺設備用房外側墻面。其中地下站屏蔽門與土建專業(yè)的接口采用上、下支撐結構，高架站屏蔽門與土建專業(yè)的接口采用全底部支撐結構。
廣州地鐵八北線采用頂梁側面懸掛與底部支撐相結合的安裝方式，上部在軌頂風道梁內預埋鍍鋅鋼結構通孔件（4個方孔），下部在站臺板由土建預留長方形通孔。這種安裝形式有效地吸收與站臺平行和垂直方向的誤差，提高設備的安裝精度，節(jié)約工期。
五、結束語
屏蔽門是新型的軌道交通設備，其綜合了力學、機械學、電子學、控制論、計算機技術、傳感技術、人工智能、系統(tǒng)工程等多種學科領域的知識。在產(chǎn)品設計、生產(chǎn)制造和安裝調試過程中，均需注意屏蔽門系統(tǒng)設備的安全可靠、性能穩(wěn)定、互換性強。項目管理者要仔細研讀合同，熟悉設計資料，全面地掌握項目管理要點，按標準、規(guī)范、圖紙等技術文件認真監(jiān)造，嚴格把控，發(fā)揮重要作用。
作者：高小波 單位：英泰克工程顧問（上海）有限公司
