地铁屏蔽门可研报告2.doc

地铁屏蔽门项目地铁屏蔽门项目 可行性研究报告可行性研究报告 刘文魁团队 二一三 年 一 月 I 目目 录录 1研究背景研究背景.2 2研究必要性研究必要性.4 2.1行业趋势4 2.2政策支持4 3国内外相关技术发展状况与趋势国内外相关技术发展状况与趋势 .5 3.1国外相关技术发展状况 5 3.2国内相关技术发展状况 6 4研究开发内容及关键技术研究开发内容及关键技术 6 4.1屏蔽门系统功能技术分析.6 4.2问题现状及研究内容分解 11 4.3关键技术13 5市场前景及经济效益分析市场前景及经济效益分析.13 6项目阶段内容项目阶段内容 .15 2 1研究背景研究背景 屏蔽门是安装于地铁和轻轨交通车站站台边缘，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。屏蔽门集建筑、机械、材料、电子和信息等学科于一体的高 科技产品，是地铁站台安全防护的核心设施。按使用用途，屏蔽门分 为封闭式、开式和半高式三种，其中开式和半高式屏蔽门通常又称作 安全门，主要满足安全和美观的要求，封闭式屏蔽门，简称屏蔽门， 最常用的一种地铁站台设施。通过安装屏蔽门机电系统，有效地减少 了空气对流造成的站台冷热气的流失，降低了列车运行产生的噪音及 活塞风对车站的影响，保障了列车和乘客上下车及进出站时的绝对安 全，提供了舒适的候车环境，提高地铁运营社会效益。据 2012 年地铁 行业运营报告，地铁屏蔽门系统使空调设备的冷负荷减少 35%以上， 环控机房的建筑面积减少 50%，空调电耗降低了 30%。总结起来屏蔽 门在地铁运营中具有不可替代的重要作用： 1)屏蔽门可以防止人和物体落入轨道和非法闯入隧道,安装屏蔽门系 统可杜绝因此引发的事故、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，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)有效管理乘客，当列车停靠在正确的位置上，乘客才进入列车 3 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)可以利用屏蔽门设置广告显示屏，达到资源的最大利用化，同时对车 站整体空间布置进行优化。 随着我国经济社会快速发展，地铁建设不断加快，据发改委公布 的规划公告，我国在未来四至五年内将新增城市轨道交通里程 2161 公 里，地铁建设在全国范围内的北京、上海、哈尔滨、太原、兰州、广 州、沈阳、厦门、常州等多个城市全面铺开。地铁建设和运营的快速 发展，以及地铁运输在人们群众的普及，对站台的屏蔽门系统也提出 了新的要求，现有的屏蔽门系统已凸显出了安全可靠性等方面的不足。 据 2012 年 12 月 15 日钱江晚报报道，杭州地铁近江站上行站台屏 蔽门 20 分钟内连续发生了 2 次故障，导致地铁运营中断，乘客滞留站 台。杭港地铁有限公司关于地铁屏蔽门故障事件的分析称，屏蔽门系 统的可靠性是该事件的首要原因。北京、上海及广州都有屏蔽门不能 及时打开或关闭、应急门变形或门锁失灵等的事故报告，直接影响地 铁运营，造成的负面的经济效益和社会效益。 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，研究和采用新设备和新技术，优化现有屏蔽门系统， 提高屏蔽门的安全可靠性是必然的要求和发展趋势。 4 2研究研究必要性必要性 2.1行业趋势行业趋势 为全面贯彻落实国家扩大内需、促进经济平稳快速发展的统一部署， 根据长期铁路网调整规划调整方案、铁路“十一五”规划和铁 路运输需要，国务院已批准的城市轨道交通规划共涉及 22 个城市， 2020 年之前轨道交通投资规模将超 1 万亿元。建设部的统计数据显示， 全国共有 15 个城市的 50 条城市轨道交通线路正在建设。城市轨道交 通项目主要是地铁项目，在地铁项目规划中，地铁屏蔽门系统已成为 必需配置的设备。为推动城市地铁轨道交通设施的国产化进程，国家 发改委制定了一系列产业政策。随着上海世博会、广州亚运会和深圳 大运会等许多全球性大型活动在国内举行和城市化进程的不断加快， 以及抵御全球金融海啸的需要，国家未来几年将进一步加大投资、拉 动内需，特别是加大对公共基础建设的投入，新建地铁将会迎来高峰 期，地铁屏蔽门的市场需求也将会迎来高峰，国内地铁屏蔽门企业迎 来了大好发展机遇。 2.2政策支持政策支持 为了推动轨道交通技术的发展，“十一五”国家科技支撑计划重点 项目特别安排了“新型城市轨道交通的技术”内容。研究内容包括城 市轨道交通技术发展和创新体系研究与示范、城市综合交通和轨道交 通规划关键技术研究与规范、城市轨道交通标准体系和关键技术标准 5 研究、城市轨道交通运行与控制系统研究等，在其“交通运输业”优 先主题中，提到要开发和掌握包括地铁屏蔽门技术在内的关键技术。 针对我国综合交通系统建设滞后，各种交通方式缺乏综合协调，列车 控制系统核心技术依赖进口，缺乏中低运量轨道交通系统成套技术的 现状，要求实现重大装备核心技术突破，降低建设成本，提高地铁运 营安全可靠性。 3国内外相关技术发展状况与趋势国内外相关技术发展状况与趋势 3.1 国外国外相关技术发展状况相关技术发展状况 屏蔽门最早由美国交通部集体运输管理局于 1976 年提出，用于铁 车站站台乘客区与轨行区通过气流或隔墙分割开来，以达到节能、改 善车站站台乘客区环境条件的目的，经过经四十年的研究和发展，屏 蔽门已经在全世界各个城市普遍使用，屏蔽门技术已逐步完善和成熟。 装于新加坡地铁 NEL 线，距今已有 24 年历史。新加坡在安装屏 蔽门系统时主要考虑经济因素与安全因素。在设计中主要考虑了以下 几点：(1)新加坡常年气候炎热，故空调运行费用在地铁运行成本中占 有较大比重；为了节省能源，提高地铁运营的经济效益，设置了气动 控制系统,外观上较少追求美观；(2)充分考虑了乘客乘车的安全性；(3) 为了满足地铁正常运营的需要，要求屏蔽门系统必须具备良好的运行 可靠性，满足了地铁的运营需要, 同时空调节能率达到 50%左右。在新 加坡地铁装设了屏蔽门后，欧洲出于增加乘客安全的考虑也在一些地 6 铁车站安装了屏蔽门。由于在列车与站台间安装了屏蔽门，将乘客与 列车隔开,有效防止了乘客有意或无意跌入轨道，大大减少了乘客被列 车撞伤的危险性。日本屏蔽门在乘客安全的前提下，为了降低地铁 的运营管理成本,日本在东京地铁南北线上安装了非完全封闭的屏蔽门 。在日本东京地铁南北线上, 站台几乎都设在 400500m 半径的曲线 上,车辆远期编组是 8 辆(初期 4 辆),每节车辆长度 20 m，列车长度为 160 m。这样，不论通过安装镜子还是采用工业电视的手段，从车头或 车尾都无法看到列车全长；如采用站务人员人工监视列车的方法就必 须增加车站的接车人员。设置了屏蔽门之后，一般情况下只需司机一 人操作就可保证安全,站台上无需站务人员接发列车，进行监视，从而 减少了站台上的工作人员，大大地降低了地铁的管理成本。 3.2国国内相关技术发展状况内相关技术发展状况 地铁屏蔽门系统是集机械、电子、电气及建筑于一体的高科技产 品，在机械结构、动力传动、控制系统、门机控制单元、系统通讯、 控制软件、系统管理软件等方面要求非常高，系统复杂，可靠性收到 一定程度限制。目前，国内地铁屏蔽门研究中，有代表性的单位有深 圳方大集团、南京康尼和上海嘉诚。地铁屏蔽门属轨道交通机电设备， 随着行业管理的日趋规范，为杜绝安全事故的发生，并达到环保节能 的要求，地铁屏蔽门技术的可靠性要求将越来越高。 7 4研究开发内容及关键技术研究开发内容及关键技术 4.1屏蔽系统功能技术分析屏蔽系统功能技术分析 屏蔽门(或安全门)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。核心部分是门机驱动系统和控制系统。按系统组成分析，屏蔽 门系统主要由门体结构、门机系统、电源系统和控制系统四个部分组 成。 (1)门体结构 屏蔽门包括滑动门、固定门、端门、应急门及底部支撑等，全高 封闭式屏蔽门还包括顶箱及上部连接结构，半高屏蔽门还包括固定侧 盒。各部件主要功能技术如下： 滑动门为正常运营时乘客上下车的通道，应与列车车门一一对应， 其开门方式采用中分双开式。 滑动门应有锁紧装置，门关闭后可防止外力作用将门打开。 端门设置在站台两端屏蔽门与站台设备房外墙之间，作为站台到 区间隧道和设备房区域的进出通道。 应急门(EED)是为紧急情况下故障列车进站后，列车门无法对准滑 动门时乘客进出站台的疏散通道。每侧站台应急门的设置数量一般为 3 道，由固定门兼作，对应第 1、4、6 节车厢各设置一道，以便对应 4 辆、6 辆编组列车均能对应其列车两端各有一道应急门可在列车不能定 点停车的情况下提供乘客进出车厢的条件。 8 应急门和端门均可向站台内侧旋转 90开启。滑动门、端门和应急 门均应可在轨道侧手动打开，在站台侧用钥匙打开。 全高封闭式屏蔽门顶箱和半高屏蔽门固定侧盒都应能对其内设备 提供有效的保护作用，同时半高屏蔽门的固定侧盒及其内设备应具有 高的防护等级。 导向标识照明灯带非屏蔽门功能设备，其设置在门体上与否主要 视导向标识照明需求以及车站装修效果确定。为改善站台候车环境， 本工程地下车站全高封闭式屏蔽门门体上暂定设置照明灯带。如最终 装修方案提出需求取消门体上照明灯带，再行取消。 (2)门机系统 门机系统是屏蔽门滑动门的操作机构，主要由电机、传动装置、 导轨与滑块总成、锁紧及解锁装置、行程开关和位置检测装置等组成。 各部件主要功能技术如下：采用国内外成熟的直流永磁电机，电机调 速性能和输出转矩均应满足门扇运动曲线和动力曲线的要求。传动装 置可采用皮带传动或螺杆传动。电机应采用减振安装方式，应拆卸方 便，便于维修。锁紧及解锁装置应具有自动和手动两种功能。轨侧手 动解锁装置的设置应便于在轨道侧开启且不利于在站台侧开启，尤其 是半高屏蔽门。为避免乘客在站台侧伸手越过屏蔽门开启轨侧手动解 锁装置，半高屏蔽门的解锁装置(尤其是滑动门)均应采取相应安全措施， 包括设置高度和设置型式。对于半高屏蔽门，推荐采用一控制两驱动 方式，即每道滑动门由一套门控单元(DCU)控制两套驱动电机，分别驱 动左右门扇。 9 (3)电源系统 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。 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 电源由车站变电所提供两路 380V/220V 主电源和备用电源，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。系统采用 UPS 统一供电，输入电源为 AC380V，输出电压为标准 220V 正弦波；电源系统由输入隔离变压器、 逆变器模块、切换模块、监控构成；系统正常工作时，电源由旁路开 关侧提供；当外部断电，系统电源则由蓄电池经过逆变模块给系统提 供 AC220 电源。 (4)控制系统 屏蔽门控制系统的主要作用是与信号系统进行信息交换，对屏蔽 10 门的开门、关门进行控制，保证屏蔽门的开门、关门与列车车门动作 同步。关门过程具备障碍物探测功能。控制系统包括中央控制盘(PSC)、 就地控制盘(PSL)、门控单元(DCU)和就地控制盒(LCB)以及控制局域网、 软件、监视报警装置和网间通讯协议转换器、安全继电器回路设备、 通讯介质及通讯接口模块等。 1)中央控制盘(PSC) PSC 设置在站台一端的屏蔽门设备室内，包括至少两个单元控制 器，分别控制两侧站台的屏蔽门。PSC 应能接收信号系统或 PSL 的开 关门命令，并监视屏蔽门系统的开关门、故障情况，将屏蔽门关 闭且锁紧信号和互锁解除信号送入信号系统，并通过 PSC 内设置的编 程调试接口，对各 DCU 单元内的可编程控制器重新编程。PSC 提供 屏蔽门系统与信号、综合监控等系统的接口。 2)就地控制盘(PSL) PSL 设置于每侧站台的列车始发端站台上，方便列车司机和站台 工作人员操作的位置。在系统级控制失效时，供列车司机或站台上的 工作人员向各 DCU 发出开、关门指令，实现站台级控制。 为了便于列车司机及时掌握屏蔽门的开、关状态，同时在需要时方便 和车站控制室取得联系，借鉴国内其它城市地铁运营需求，本次设计 拟在列车发车端配备行车设备，在每侧站台发车端列车侧前方设置屏 蔽门状态指示灯，能够显示屏蔽门是否完全关闭或全部打开，其显示 状态与 PSL 上指示灯保持一致。根据通信系统需求也可以在 PSL 上设 置与车站控制室的直通电话（具体由通信系统设置，PSL 预留安装条 11 件） 。上述需求最终是否设置最终根据本工程的运营需求确定。 针对本工程列车在近、远期分别采用 4、6 辆编组的情况，PSL 应 具有对应不同编组到站列车开启相应滑动门的功能，即对于“开门/关 门”功能，均具有“开 4 辆编组屏蔽门”和“开 6 辆编组屏蔽门”的 功能。 根据运营组织的需求，如果有双向行车线路，则采用双 PSL，即在站 台两端均设置 PSL。本次设计时运营模式还未最终确定，故暂定每侧 站台设置 1 套 PSL，位于发车端。 3)门控单元（DCU） DCU 设置在全高封闭式屏蔽门滑动门上方的顶箱内和半高屏蔽门 的固定侧盒内。每道滑动门设 1 套，能够接收信号系统、IBP、PSL 各 控制点发来的开/关门控制命令，控制门的运动，并采集和发送门状态 信息及各种故障信息。 4)就地控制盒(LCB) LCB 包括自动/手动/隔离三位开关以及相应控制按钮（也可采用自动 /手动关/手动开/隔离四位开关） 。每个门单元设置一套，位于 DCU 附 近或与 DCU 结合设置。 5)控制局域网及通讯接口等 PSC 与控制系统的各部分以及与其它相关专业之间的连接方式可分 别采用数据线连接、硬线方式、继电器方式。 12 4.2 问题现状问题现状及及研究研究内容分解内容分解 我国有关地铁屏蔽门的自主创新设计和自主创新产品，各地政府 给予了极大的支持。在同等条件下，在工程中优先使用国内设计生产 的产品，从而为国内地铁屏蔽门研制与生产企业提供了大力支持。为 全面改善和提高屏蔽门系统可靠性，需从以下多方面同时开展工作。 (1)屏蔽门突然开关，导致乘客跌落站台。 技术研究解决方向：继电器失控；元器件老化损坏；电磁干扰；断 电；软件缺陷、失效。 (2)屏蔽门玻璃脱落，玻璃碎渣砸伤乘客或者掉入轨道。 技术研究解决方向：风压、乘客或外力撞击、地震；结构疲劳；制 造缺陷(焊接等)；安装缺陷(螺栓松动、基准面不准等)。 (3)屏蔽门漏电，导致乘客触电。 技术研究解决方向：电器接头没有密封；接地不良；电缆外皮损坏； 绝缘不好；列车与站台存在电位差。 (4)屏蔽门门槛突起，导致乘客上下车时被绊倒。 技术研究解决方向：安装问题；材料变形；门槛腐蚀；乘客携带超 重物品。 (5)应急门无法打开，紧急情况下导致疏散受阻。 技术研究解决方向：应急门变形或门锁失灵。 (6)滑动门无法打开，影响乘客上下车，导致列车晚点。 技术研究解决方向：滑动门变形、固定件松动脱落；滑动门滑槽内 有异物；传动机构故障；驱动电源线路断路及 UPS 电池故障；固定件 13 松动。 (7)端头门被列车进入站台时产生的气压推倒，使得乘客和站务员掉下 路轨，造成伤亡。 技术研究解决方向：端头门的支撑及固定装置松动、脱落。 (8)屏蔽门振荡, 导致列车与屏蔽门碰撞，乘客及员工受伤或死亡。 技术研究解决方向：列车通过时引起共振。 (9)乘客被屏蔽门和车门夹住或撞击，正常情况下影响乘客上下车，延 误列车运行，紧急情况下延误疏散。 技术研究解决方向：司机误操作；屏蔽门开关动作失误；屏蔽门没 有障碍物探测及重开的功能。 (10)屏蔽门在无列车进入站台时开启，导致乘客或员工跌入轨道。 技术研究解决方向：接触故障；控制盘失效；元器件老化损坏；线 路故障；断电；电磁干扰。 (11)门体优化改造，增设安全防护检测装置 技术研究解决方向：屏蔽门系统使用寿命不小于 30 年；尽量采用 低价质优的材料，门体材料需防霉变、抗腐蚀，门体材料表面应保证 一定的硬度、不褪色，并容易清洁。另外，屏蔽门门体上的一定部位 将设置开口，在空调季将开口关闭，在非空调季将开口打开。 4.3关键技术关键技术 (1)系统冗余技术； (2)非接触检测技术； 14 (3)高可靠性供电技术。 5市场前景及经济效益分析市场前景及经济效益分析 地铁屏蔽门是国内新兴的行业，由于地铁屏蔽门具有安全、节能、 美观的特点，深受建设单位的青睐。国内自 2002 年得到应用以来，现 已经全面推广；国家发改委要求，现在规划的地铁项目，屏蔽门系统 应作为一个必须配置的设备。据预测，2010-2015 年，我国地铁屏蔽门 的市场需求量达到 200 亿元。 国家发改委 2012 年 09 月 5 日公布批准全国多个城市共计 23 个轨 道交通建设规划,及 3 个铁路建设规划,涉及金额约 7000 亿元。根据发 改委批复信息,