地铁屏蔽门系统项目管理实践
发布日期：2017-03-14 来源：《上海设备管理》
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广州市轨道交通八号线北延段工程中设置车站15座，全部为地下车站。每一侧站台边缘均设置屏蔽门（PSD），门体总高度约为3.0m（吊顶以下部分）。初、近、远期均采用6辆A型车编组，每节车厢每侧设5个车门，车站的每侧站台有30对滑动门与6辆编组的车辆相对应。屏蔽门安装高度与站台顶梁结构连接，两端与站台边墙连接，屏蔽门在站台公共区的布置形成一道连续密闭的屏障。
一、屏蔽门类型
从屏蔽门系统应用场合的密封形式，可以分为全高封闭式屏蔽门和半高敞开式安全门。广州地铁八北线采用的是全高封闭式屏蔽门，其具有以下特点与作用：
（1）能够良好地隔断区间隧道与车站内空调风之间的热交换，显著降低车站空调的运行能耗，起到节能作用，这是全高封闭式屏蔽门相对于半高敞开式安全门最显著的功能区别；
（2）起到防尘挡烟的环保作用，为乘客营造一个安全、舒适的候车环境；
（3）防止乘客跌落或跳下轨道侧发生危险，起到安全保障的作用；
（4）滑动门根据列车车门状态进行同步开启与关闭；
（5）当发生事故时，乘客能通过应急门进行紧急疏散；
（6）为地铁车站的装饰起到美观的作用。
二、屏蔽门系统各部分项目管理控制要点
（一）屏蔽门系统的组成
屏蔽门系统主要由门体结构、门机传动、控制系统、供电系统4大部分组成。
1、门体结构
屏蔽门门体结构由承重结构、顶箱、门体（包括滑动门、固定门、应急门、端门）等构成。
承重结构既要承受风压、人挤压的水平荷载，又要承受屏蔽门自重的垂直荷载，还要吸收土建的沉降，受力情况相当复杂，项目管理者让供货商提供了立柱与门槛插接连接方式的力学计算书，以及立柱顶部伸缩装置连接轴与套管及其绝缘件强度的受力分析报告，使用有限元分析软件在各种载荷组合工况条件下对选用的Q235A材料进行了分析，其最大应力为218MPa，小于材料的许用应力235MPa，实际受力在允许范围内可行。在进行顶箱设计时，为保证顶箱不侵入限界，严格控制了顶箱的外形厚度，范围在320mm～350mm之间，并充分利用高度空间对顶箱内部进行合理布置。
在整侧门体的设计过程中，首、末非标滑动门的设计是管理的重点。为符合设计规范，以及考虑到停车精度（停车误差）在0、+300mm、-300mm的情况，将非标滑动门打开净宽度设定为1675mm，保证了非标滑动门完全打开后，在不超出端门结构，不挡司机室的情况下，屏蔽门与列车门相互间的有效净开度≥1.2m的规范要求。
2、门机传动
屏蔽门的门机传动主要由驱动装置、传动装置、悬挂装置和门锁装置组成。驱动装置采用了直流无刷电机。目前，直流无刷电机已在北京、上海、广州、深圳等地铁屏蔽门设备上使用。
在屏蔽门样机第三方见证检测的100万次加速寿命测试阶段，100万次运转前、后检查时，电机功能均正常实现，符合要求。在每天运行20h，每90s开/关门1次，每年365天连续运行的强度下，满足平均无故障次数60万个周期的要求。
传动装置分别采用皮带传动和螺旋副传动。皮带传动装置设有调节皮带张紧的装置及消除皮带打滑的措施，噪声低、安装调节方便、维护成本低，广州地铁八号线首期选用了松下电器的皮带传动装置。螺旋副传动装置传功效率高，位置控制更准确，但成品成本高、安装精度要求高、维护成本高、噪声大，广州地铁八北线选用法维莱的螺旋副传动装置。在实际选用时，用户可根据地铁线路运营现状综合考虑。
3、控制系统
屏蔽门控制系统主要由以下几个部分构成：单元控制器（PEDC）、就地控制盘（PSL）、门控单元（DCU）、总线网络、通讯介质（设备）及通讯接口等设备。尽管国内外供货商都有自家的屏蔽门系统，但其使用功能大同小异，项目管理者着重对以下几点进行了审查，并确定了可行性方案。
（1）屏蔽门控制系统采用拓扑结构总线型的局域网。其主控机、IBP盘以及每个门控制器都是挂接在总线上的一个网络结点。现场总线结构及网络协议采用公开、规范的通用形式，以便与系统接口。现场总线型结构保证网络上任何一个结点发生故障，都不会影响整个网络其他结点的正常运行，并通过网络对屏蔽门进行全程控制、修改运行参数、声光报警等功能。
（2）主控机（PSC）。主控机（PSC）是屏蔽门控制系统的核心，采用先进的工业控制计算机。安装在屏蔽门设备室内。
① 为提高本系统的可靠性，主控机主要部件如微处理器采用设备冗余技术：即具有双CPU，一主一备；总线网络接口板也采用一主一备的结构方案。
② 具备与信号和监控系统的通信功能，能接收和发送信号系统以及DCU、PSL等内部设备的各种控制信号和状态信号。
③ 存储重要数据的存储器采用闪存，对供电系统重要参数进行检测和显示，对故障进行实时记录。具有运行监视控制功能和自诊断功能。
④ PSC中的PEDC是可整体更换的单元，便于修理，可维护性强。
在屏蔽门样机第三方见证检测的100万次加速寿命测试阶段，分别在10万次、50万次、100万次周期检查时，PSC功能均正常实现，符合要求。
⑤ 控制系统中的电气元器件，如微动开关、继电器、电缆接头、连接件和插件等，均采用国内著名品牌的安全型产品。主要电气部件（如电机、PEDC、DCU、板卡等关键部件）的电缆连接均采用航空插头，大大改善了电气部件的运行环境，提高了可靠性。
4、供电系统
屏蔽门供电系统主要分为驱动电源和控制电源。供电系统是保证屏蔽门正常运作的基础。
广州地铁八北线屏蔽门以直流电机作为驱动机构，因此采用直流电源系统方案。直流电源系统方案相对交流系统方案简单，所需部件少，占地面积小，造价可大大降低，但存在统一集中直流供电、线路长、负荷冲击大的问题，如何合理设计及选用部件非常关键。在项目管理过程中着重对后备电源的设置方式、整流模块部件选择、电气隔离方式进行审查，并确定了可行性方案。
（1）后备电源的设置方式。根据屏蔽门的电源特点，确定后备电源直接采用蓄电池供电的方式。屏蔽门按初期行车组织运行，其中开门时间为2.5s～3.5s，关门时间为3.2s～4.2s，在异常情况下，其容量满足本车站站台所有屏蔽门开/关门五次循环的需要，并能够实现维持屏蔽门静载60min，系统相对简单，可靠性高。
（2）整流模块部件选择。驱动电源整流装置由两组模块组成，第一组整流模块给屏蔽门直流驱动电机供电，第二组整流模块负责对驱动蓄电池组进行补充充电和维护性充电。屏蔽门在开关门瞬间电流值为60A，开关门过程中电流值为24A，开关门保持阶段电流值为9.2A，因此可选用额定输出为20A、在2s内过载可达50A整流模块。确定第一组采用2台整流模块可满足供电要求，第二组采用2台整流模块负责充电，但考虑N+1的冗余，驱动电源使用5台整流模块（3台驱动+2台充电）更为稳妥和合理。
（3）电气隔离方式。由于屏蔽门与列车之间存在电位差，为确保乘客和工作人员的安全，屏蔽门与钢轨等电位连接，与车站综合接地网绝缘，因此从屏蔽门控制室控制柜馈出的回路应进行电气隔离。最常用的绝缘方式有两种：工频感应变压器隔离和高频变压器隔离。工频感应变压器鉴于频率的关系，变压器会非常笨重，因此目前除了在一些特殊的场合，这种方式使用比较少。而高频变压器的工作频率为几十kHz至几百kHz，后者频率的极大提高，使得变压器的成本下降到整机成本的10%以下。虽然引入隔离变压器而导致拓扑电路相应变化，使得硬件电路和结构成本的增加，但从整体而言，高频变压器隔离相对工频感应变压器隔离依然有巨大的优势。
广州地铁多条线路采用高频变压器隔离，即整流模块具有隔离功能，其隔离电阻可达10MΩ，实现了电气隔离。
三、屏蔽门系统各阶段项目管理控制要点
1、设计联络
设计联络通过互提设计资料、协商和研究设备技术性能及详细技术规格，明确接口的内容与责任，确认生产所需的设计图纸。具有通信接口的双方，在设计联络阶段还要进行接口方案的确认和接口功能测试，完成接口功能后进行下一阶段的工作。
2、样机制造与验收
样机制造是检验产品的加工、安装工艺性和产品总体性能的重要手段，在设备批量生产前要先进行样机的生产和测试。样机安装完成后进行样机的测试工作，样机的测试内容包括样机结构性能测试、样机EMC测试、样机功能测试、样机100万次寿命测试，测试都通过后，进行样机验收。
3、屏蔽门系统的施工与安装
在屏蔽门系统施工前，施工单位编制详细的《施工组织设计》报项目管理者审核，经业主同意后批准实施，《施工组织设计》应包括施工组织结构、现场管理人员设置及管理职责、施工工艺方法、施工器具及设备、施工计划、材料进场计划、安全管理措施、质量管理措施等，施工过程必须严格按照《施工组织设计》的规定实施。
4、屏蔽门系统的验收
屏蔽门的检验及验收分为两个阶段：第一阶段为样机检验、鉴定验收，第二阶段为现场验收。
验收的第一阶段主要是对设计的合理性、主要配套设备的综合性能以及加工制造工艺性能、安装工艺性能、产品外观以及材料选择的合理性等进行确认。验收的第二阶段主要是对设计与加工和安装的符合性、施工质量、屏蔽门系统的综合性能是否满足用户需求书及合同要求进行确认。
第二阶段的现场验收包括：到货检验、安装验收、系统调试及检验、预验收及最终验收。屏蔽门在预验收完成后将移交给最终用户投入运行，由此屏蔽门进入质保期。在质保期到期后，将对屏蔽门进行最终验收，至此完成屏蔽门验收的全过程。
四、与相关专业的接口
屏蔽门系统与信号、综合监控、土建、乘客信息系统、低压动力照明、车辆、轨道、限界、装修等专业存在着诸多逻辑、建设与物理接口。通过对屏蔽门系统设计与施工中所遇到的各种问题的总结和剖析，着重探讨了屏蔽门系统与信号系统（SIG）、综合监控（ISCS）、土建之间的接口关系。
（一）与信号系统的接口
1、接口设计原则
（1）屏蔽门系统每侧站台提供一组与信号系统连接的接口；
（2）信号系统发给屏蔽门系统的“使能”、“开门”及“关门”的持续信号一直保持，直至下一次发出改变门状态的命令或列车离站时终止；
（3）信号系统发出的开关门及使能信号是安全信号；
（4）屏蔽门向信号系统反馈所有屏蔽门关闭且锁紧信号是安全信号,且一直保持到下一次开门命令时终止；
（5）屏蔽门系统发出的“滑动门/应急门互锁解除”信号是安全信号且为持续信号；
（6）接口接点的双方都设计双切回路，遵守谁的继电器谁提供电源的原则。
2、接口界面及其电路
屏蔽门与信号系统的接口界面位于屏蔽门设备室内屏蔽门中央接口盘的接口端子盘上，信号系统提供2个系统间传输信号电缆。信号系统通过干接点提供输出信号，接点通过“双断”电路与屏蔽门系统构成安全回路。
屏蔽门样机在功能测试时，对信号系统进行模拟测试，通过以上设计产生的功能均能可靠地实现。
（二）与综合监控系统的接口
1、物理接口
综合监控设备房接口界面在车站综合监控系统设备房内配线架外线侧。由屏蔽门系统提供光/电转换装置和接口电缆，综合监控提供接口和光电转换装置安装的电源。与IBP盘的接口界面在车控室IBP盘接线端子处，接口电缆及电源由屏蔽门提供。屏蔽门设备房至车控室IBP盘间带电源电缆及电缆敷设由屏蔽门提供，并提供冗余通信接口的接口光纤及接口光纤的敷设和熔接。
屏蔽门系统与ISCS系统采用两种方式通信（缆线长度在100m以内的用双绞线，超过100m长度的用光纤）。光纤通信在通讯两端加光/电或电/光信号转换装置。光/电或电/光信号转换装置由屏蔽门提供，综合监控专业负责光电转换装置安装及其电源。
2、通信接口
通信协议采用基于传输控制协议/网络互联协议（TCP/IP）的通信规约（MODBUS TCP/IP协议）和通信协议（NTP协议），RJ45以太网接口；ISCS的交换机配置为主机/服务器，PSD的控制器配置为从机/客户机。
（三）与土建的接口
屏蔽门与土建的接口界面在车站顶部土建梁（仅适用于屏蔽门）、车站站台底板、站台设备用房外侧墙面。其中地下站屏蔽门与土建专业的接口采用上、下支撑结构，高架站屏蔽门与土建专业的接口采用全底部支撑结构。
广州地铁八北线采用顶梁侧面悬挂与底部支撑相结合的安装方式，上部在轨顶风道梁内预埋镀锌钢结构通孔件（4个方孔），下部在站台板由土建预留长方形通孔。这种安装形式有效地吸收与站台平行和垂直方向的误差，提高设备的安装精度，节约工期。
五、结束语
屏蔽门是新型的轨道交通设备，其综合了力学、机械学、电子学、控制论、计算机技术、传感技术、人工智能、系统工程等多种学科领域的知识。在产品设计、生产制造和安装调试过程中，均需注意屏蔽门系统设备的安全可靠、性能稳定、互换性强。项目管理者要仔细研读合同，熟悉设计资料，全面地掌握项目管理要点，按标准、规范、图纸等技术文件认真监造，严格把控，发挥重要作用。
作者：高小波 单位：英泰克工程顾问（上海）有限公司
