城市轨道屏蔽门系统

——作者:向骏
摘要：城市轨道屏蔽门系统
关键词：城市轨道 屏蔽门系统组成 安全 节能 管理
1概述
随着我国经济建设的健康发展，目前我国地铁工程项目建设也处在快速发展和不断完善的过程中。改善地铁系统工程及其配套设施，优化地铁候车环境，提高城市轨道交通的服务水平，采用节约能源的新设备和新技术将是一种必然的要求和趋势。
城市轨道交通站台屏蔽门安装于地铁、轻轨等交通车站站台边缘, 将轨道与站台候车区隔离，设有与列车门相对应，可多级控制开启与关闭滑动门的连续屏障，简称屏蔽门。屏蔽门作为城市轨道交通的新型设备系统，在广州地铁二号线首次投入使用,由于其良好的节能效果和对乘客的安全舒适保障，越来越得到相关建设部门的认同。
2构成及功能
2.1基本构成 屏蔽门系统由机械和电气两部分构成，机械部分包括门体结构和门机驱动系统，电气部分包括电源系统，控制系统及监视系统。
一般有三种结构形式:
1）屏蔽门 安装于地铁车站，全封闭，具有密封性能的轨道交通站台屏蔽门，如插图1。
2）全高安全门 安装于地铁、轻轨等交通车站，门体结构超过人体高度，门体顶部距离站厅底面之间有一段不封闭空间，不具有密封性能的轨道交通站台屏蔽门，如插图2。
3）半高安全门 主要安装于地铁、轻轨等轨道交通地面或高架车站，门体结构不超过人体高度，不具有密封性能的轨道交通站台屏蔽门，如插图3。
2.2基本功能
1) 屏蔽门可以防止人和物体落入轨道和非法闯入隧道,由此可杜绝因而引发的事故、延迟运营与增加额外成本。
2) 减少站台区与轨行区之间气流的交换，通过对地下车站通风空调制式的改变（由闭式系统转为开式系统），降低通风空调系统的运营能耗。
3) 成为铁路车辆和车站基础设施之间的紧急栏障和安全整合的安全系统。
4) 减少列车运行噪声及活塞风对站台候车乘客的影响，改善乘客候车环境。
5) 保障乘客和工作人员的人身安全，阻挡乘客进入轨道，拓宽乘客在站台候车的有效站立空间。
6) 更好的乘客管理：当列车停靠在正确的位置上，乘客才进入列车或站台。
7) 在火灾或其他故障模式下，可以配合相关系统进行联动控制。
8) 可以利用屏蔽门采用一体化的信息、广告显示屏，达到资源的最大利用化，同时对车站整体空间布置进行简化。
3 基本设计原则
1) 根据列车编组形式、停车精度要求、采用的车体（A型车、B行车）、运行速度、当地气候条件（温度、湿度、风压、地震条件）等资料进行设计。
2) 屏蔽门应设置在车站站台边的有效站台长度范围内,以有效站台中心线为基准向两端对称布置。
3) 屏蔽门在站台边缘的设置和外形尺寸不得侵入列车行驶动态包络线，屏蔽门系统的任何构件在轨道侧应满足CJJ96《地铁限界标准》规定的设备限界要求。
4) 屏蔽门设备室位置靠近信号设备室，与自动化集成设备室、车站控制室设置在车站同一侧。
5) 车站设置屏蔽门时，安装尺寸应考虑在门体弹性变形状态下，屏蔽门最外突出点至车辆限界间有不小于25mm的安全间隙。
6) 站台板设计有2‰坡度，屏蔽门顶线、底线与站台装修完成面2‰的坡度应保持一致。
4系统设计
4.1平面设计 从车站的结构分类，站台有以下形式：岛式站台、侧式站台、双岛站台、一岛一侧站台、一岛两侧站台等形式。 1)地下车站标准岛式车站平面布置,见插图4。
2)地下车站标准岛式车站断面布置,见插图5。
4.2供电系统
4.2.1电源 主要包括驱动电源、控制电源，电源设备设置在屏蔽门系统设备室。
4.2.2供电方式 根据目前国内屏蔽门设计和投标的情况，采用的供电方式分为两种：直流供电、交流供电。
1)直流供电 电源设备UPS、隔离变压器、整流器、蓄电池等设备组成。电源由车站变电所提供两路380V/220V电源到自动切换箱,电源经过UPS、三相隔离变压器和整流器至110V直流母线，然后由直流110V母线每侧馈出三路直流送至各个门控单元。
2)交流配电方式 电源由车站变电所提供两路380V/220V电源（一主一备），屏蔽门的驱动电源由主电源供应，当主电源故障时，电源自动切换装置自动将主回路切换到备用电源，将备用电源投入。 UPS充电模块通过内部的交直交转换，一方面除对蓄电池组进行浮充电外，另一方面通过在线式经AC380V隔离变压器向屏蔽门配电单元交流供电，并由门控单元经交直流转换驱动电机运动。
4.3控制设计 屏蔽门控制系统应由以下几个主要部分构成：中央接口盘（包括逻辑控制单元及状态监视单元）PSC、就地控制盘（PSL）、门控单元（DCU）组、通讯介质及通讯接口等设备。 每个车站的每侧站台屏蔽门应具有独立的一套逻辑控制单元，每个车站应有至少一套远程状态监视系统；每个车站内的屏蔽门/安全门系统内应具有足够的与其它系统设备进行接口的接线端子、接口设备。每侧屏蔽门的控制完全独立，相互之间不设置互锁。
根据屏蔽门系统内部通信的需要，以每侧站台单元控制器、PSL和DCU为单位组成一个相对独立的子系统，通信方式采用现场总线和硬线连接。每个门控单元(DCU)之间没有通讯需求，单个控制系统中，只存在单元控制器向每个DCU进行广播式通讯，而每个DCU向单元控制器返馈每个门机状态信息。根据屏蔽门系统设置特性，控制系统采用总线型的局域网。
采用标准通用、开放的网络通讯协议，方便与其它专业进行接口。现场总线采用TCP/IP通信协议，每个DCU作为一个网络结点挂接在网络现场总线上，PSC作为网络服务器，DCU作为网络工作站。采用冗余设计，当总线上其中一个节点发生故障时，其它网络结点不会受影响。现场总线采用部分点对点的通讯线路进行命令及响应的传输。对于一些关键信号，PSC与PSL间以及PSC与DCU之间、单元控制器与DCU之间、PSL与DCU之间采用点对点的硬线连接。
4.4安全设计
4.4.1安全系统设计 屏蔽门系统在城市轨道交通的采用，其一个最主要的原因就是应保证运营、乘客的安全，为达到这个要求，需要屏蔽门设计在本身的结构性能、安全保障以及设计周全等方面作好相应的工作。
1）应急门 应急门的设置是乘客在遇到紧急情况的最终疏散通道，因此其结构性能应能满足乘客，在列车超出停车范围且列车门与屏蔽门的活动门不能对准时，疏散乘客从轨道侧推开逃生。
列车车厢为贯通型时，应急门可设置于每节车厢对应的屏蔽门单元区域，也可设置于整列屏蔽门一端或两端，数量应根据列车编组确定，一般情况不少于编组的十分之一。列车车厢为非贯通型时，每节车厢对应的屏蔽门单元区域至少设置一档（2扇）应急门。 2）安全回路 安全回路的概念是，为了保证屏蔽门关闭和锁定状态的故障安全检测，采用一个串联式连线回路，沿车站站台穿过所有的滑动门与应急门。当回路闭合时，向信号系统发出一个“所有滑动门/应急门关闭和锁定”的信号，此回路就简称安全回路。 其作用在于，当回路闭合时，授权列车才能离开车站；当回路短开时，禁止列车离开或进入车站。
4.4.2 防夹设计 由于列车车门与屏蔽门滑动门之间有一定的空间，存在乘客因某种原因被夹于列车门与滑动门之间的可能，因而造成危险（这种情况在广州地铁二号线曾出现过）。为减少这种危险，目前采用灯光障碍显示、门体自带偏转装置，可以鉴别或阻止乘客站立的情况。
4.4.3 接地及绝缘层设计 地铁牵引配电系统采用直流供电，并把钢轨作为汇流通道，因此钢轨与大地间存在电位差（按供电系统相关资料，最高为90V）会对乘客造成影响。因此为确保乘客及工作人员的安全，要求在乘客及工作人员易接触到的金属部件与列车的金属部件之间采用等电位连接。在站台两端各用一根电缆与钢轨回流线相连，同时屏蔽门采用绝缘安装，以保持轨道与站台的电气隔离。
4.4.4紧急控制盘（IBP） 屏蔽门系统紧急控制盘设置在车站车控室，一般与消防、EMCS（设备监控）、FAS（防灾报警）等紧急操作按钮统一布置，紧急控制盘上的操作按钮高度应方便运营人员紧急操作。在允许紧急控制盘操作状态下，紧急控制盘能控制屏蔽门进行开门、关门操作。
4.4.5其他设施 在车站内还设有站台监控亭、滑动门处设有声光报警等辅助安全保障措施。
5运营管理
5.1管理模式
5.1.1系统级控制 系统级控制是在正常运行模式下由信号系统直接对屏蔽门进行控制的方式，在系统级管理方式下，列车到站并停在允许误差范围内时，列车信号系统向屏蔽门发送开/关门命令，控制命令经信号系统发送至屏蔽门中央接口盘，中央接口盘通过门控单元对滑动门开/关进行实时控制，实现屏蔽门的系统级管理操作。
5.2站台级控制 在系统级控制出现故障时，可进行站台级管理。站台级管理是由列车驾驶员或站务人员在站台端头控制盘上对屏蔽门进行开/关门的控制。如信号系统故障、信号系统与中央接口盘开/关门命令界面故障状态下，列车驾驶员或站务人员应可在站台端头控制盘上进行开门、关门操作，实现屏蔽门的站台级管理操作。
5.3紧急级控制 在发生火灾或紧急情况下，可进行紧急级操作，配合站台火灾排烟模式或紧急情况需要。紧急级控制由车控室的站务人员，经授权后在紧急控制盘（IBP）上对屏蔽门进行紧急开/关门的控制。
5.4测试级控制 在维修测试情况下，可进行测试级操作。测试级控制是由维修维护人员，在站台端头控制盘上对屏蔽门/安全门进行测试开/关门的控制。
5.5单扇门就地控制 在维修测试情况下，单扇门就地操作是由维护维保人员对单道屏蔽门进行操作。当就地控制盒通过专用钥匙从自动控制档转向就地操作档时，维护维保人员可通过就地控制盒上设置的开关门按钮对单道门进行操作。就地控制盒设置3档操作模式，包括自动档、隔离档及就地操作。在就地操作模式下，该道门脱离安全回路，以便维护维保人员单独为该道门进行测试及维护。
5.6手动控制 手动控制是由站台人员或乘客对屏蔽门进行的操作。当控制系统电源故障或个别屏蔽门操作机构发生故障时，站台工作人员在站台侧用钥匙或乘客在轨道侧用开门把手打开屏蔽门。此时，中央接口盘上的所有滑动门/应急门关闭且锁紧状态指示灯应熄灭。 在以上的多种管理操作中，除紧急操作外，手动操作优先级最高，系统管理最低。
5.3火灾模式管理 屏蔽门在火灾状态下的运行方式应与区间和车站发生火灾的模式相对应。
(1)列车在区间隧道中发生火灾时，站务人员打开站台屏蔽门端门，配合隧道内乘客迅速疏散到安全地带。
(2)列车在车站隧道中发生火灾时，在列车进站前，随时做好打开应急门准备工作，以配合乘客到站后迅速疏散。
(3)地下车站站台发生火灾，当站台处于火灾状态下，由自动化集成系统接收到FAS给出的信号后报警，并由车站授权人员通过车控室内的IBP盘上的紧急开关控制屏蔽门系统开门，让屏蔽门滑动门打开，配合通风空调系统完成排烟模式；若屏蔽门不能自动打开，可由司机或车站工作人员通过站台端部就地控制盘PSL开启屏蔽门。同时，屏蔽门按隧道通风系统模式要求运行，未进站列车直接驶过车站。
(4)当在车站站厅发生火灾时，屏蔽门保持关闭状态，列车不在发生火灾的车站停留，全速驶向下一个车站。
5.2机构设置及定员 根据国内既有地铁运营和参考香港地铁运营管理经验，一条地铁线路屏蔽门系统可以采用以下组织架构对全线车站进行日常维护和运行管理：全线设置维修经理1人，维护工程师3人（其中电气1人，机械2人），工程一般维护技术人员9人。维护和检修分早、晚2班，早班安排3人巡检；晚班维护和紧急处理6人。另外，屏蔽门的维修和保养方式，建议由供货商提供终身服务，维修中心不另设维修人员，只设100m2的屏蔽门维修车间。
6小结 城市轨道站台屏蔽门系统是一项集建筑、机械、电子、自动控制和计算机等多种学科于一体的高科技产品，在中国越来越高速发展的城市轨道交通领域，将会得到更多、更广泛地应用。由于它涉及地铁领域的相关专业较多，诸如：行车组织、限界、车辆、通信、信号、自动化集成系统、供电、结构、建筑等专业，相互关联的处理接口也纵多，这就希望相关的专业人员更深的研究，紧跟时代发展的步骤为业主提出更好更合理的解决方案。