深圳地鐵一期工程環(huán)控系統(tǒng)存在的問題及其整改方案

賴雪龍 王曉冬

（深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，518040，深圳//第一作者，工程師）

地鐵環(huán)控系統(tǒng)是地鐵設(shè)備系統(tǒng)的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著為公共區(qū)和設(shè)備管理用房提供舒適環(huán)境，為地鐵區(qū)間隧道通風(fēng)換氣，火災(zāi)時(shí)排除煙氣等任務(wù)。環(huán)控系統(tǒng)能否可靠運(yùn)行，直接影響地鐵服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)安全。因此，對(duì)環(huán)控系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，并針對(duì)存在的問題采取有效措施是很有必要的。為保證設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間無故障運(yùn)行而進(jìn)行的分析處理過程，就是設(shè)備的可靠性分析［1－2］。通過這些工作，不但可以提高運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量、消除安全隱患，還可以為地鐵新線建設(shè)提供參考，提高其環(huán)控系統(tǒng)的可靠性。

1 地鐵環(huán)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 地鐵環(huán)控系統(tǒng)組成

地鐵環(huán)控系統(tǒng)一般由車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)和隧道通風(fēng)系統(tǒng)組成。其中：車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)分為車站公共區(qū)（站廳、站臺(tái)）空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱大系統(tǒng)）、車站設(shè)備及管理用房空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱小系統(tǒng)）以及為大系統(tǒng)和小系統(tǒng)提供冷源的系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱水系統(tǒng)）；隧道通風(fēng)系統(tǒng)分為區(qū)間隧道活塞風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱TVF系統(tǒng)）和站臺(tái)下部、車行道上部排熱系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱U/O系統(tǒng)）。

1.2 地鐵環(huán)控系統(tǒng)各子系統(tǒng)的功能

大系統(tǒng)：空調(diào)季節(jié)為站廳、站臺(tái)提供冷量和新風(fēng)；通風(fēng)季節(jié)為站廳、站臺(tái)通風(fēng)換氣；火災(zāi)時(shí)排除站廳或站臺(tái)層的煙氣，控制煙氣蔓延。

小系統(tǒng)：空調(diào)季節(jié)為設(shè)備及管理用房提供冷量和新風(fēng)；通風(fēng)季節(jié)為設(shè)備及管理用房通風(fēng)換氣；災(zāi)時(shí)排除設(shè)備及管理用房的煙氣，控制煙氣蔓延。

水系統(tǒng)：空調(diào)季節(jié)為大系統(tǒng)、小系統(tǒng)提供冷源。

TVF系統(tǒng)：正常情況下隧道的通風(fēng)換氣；列車因故阻塞在區(qū)間隧道時(shí)的通風(fēng)；隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)進(jìn)行排煙。

U/O系統(tǒng)：正常情況下隧道的通風(fēng)換氣；排除列車進(jìn)站時(shí)頂部空調(diào)冷凝器產(chǎn)生的熱氣；排除列車進(jìn)站制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱氣；隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)進(jìn)行排煙。

2 地鐵環(huán)控系統(tǒng)可靠性分析

可靠性工作貫穿于系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造直至使用和維修的整個(gè)過程。對(duì)整個(gè)過程中所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，在可靠性工作中有著重要的地位。圖1描述了可靠性的工作過程。

深圳地鐵一期工程環(huán)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和設(shè)備采購(gòu)方面，比較注重功能性和成本控制，對(duì)系統(tǒng)可靠性方面考慮較少。通過系統(tǒng)可靠性工作過程來分析地鐵環(huán)控系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了很多系統(tǒng)在可靠性方面的不足，具體如下。

2.1 制冷設(shè)備冗余問題

1）現(xiàn)狀：地鐵環(huán)控小系統(tǒng)的主要功能之一是調(diào)節(jié)通信機(jī)械室、信號(hào)機(jī)械室等設(shè)備房的溫濕度，保障通信、信號(hào)等重要設(shè)備系統(tǒng)的正常運(yùn)行。其原理圖如圖2。從圖2可以看出，在小系統(tǒng)中，為房間提供冷氣的最為關(guān)鍵的設(shè)備是空氣處理機(jī)組，而其在系統(tǒng)中只有一臺(tái)。如果該空氣處理機(jī)組發(fā)生重大故障，相應(yīng)的設(shè)備房將停止供冷，房間會(huì)出現(xiàn)凝露或高溫現(xiàn)象。一旦通信、信號(hào)機(jī)械室溫度超過30℃，其系統(tǒng)將無法運(yùn)行；而變電室發(fā)生凝露時(shí)會(huì)引起框架式斷路器短路跳閘，嚴(yán)重威脅地鐵運(yùn)營(yíng)安全。

圖1 系統(tǒng)可靠性工作過程

圖2 小系統(tǒng)原理圖

2）既有線的整改方案：為解決上述問題，現(xiàn)在既有線采取的辦法是增加冗余系統(tǒng)。即在通信和信號(hào)機(jī)械室、事故照明蓄電池室等房間加裝分體空調(diào)。但隨之出現(xiàn)了分體空調(diào)室外機(jī)安裝位置的新問題。由于地鐵內(nèi)部空間狹小，加裝的室外機(jī)只能放在走廊或隧道邊，但放在走廊的室外機(jī)影響緊急情況下的人員疏散，放在隧道邊的室外機(jī)因隧道內(nèi)粉塵聚集在冷凝器上而影響分體機(jī)正常運(yùn)行。

3）新線策略：為了同時(shí)解決系統(tǒng)冗余和分體空調(diào)室外機(jī)安裝問題，新線設(shè)計(jì)用多聯(lián)機(jī)組取代分體空調(diào)，將室外機(jī)直接放在地鐵風(fēng)亭上。這在節(jié)能上也有非常好的效果［3－5］。

2.2 防火閥問題

1）現(xiàn)狀：地鐵環(huán)控大、小系統(tǒng)在執(zhí)行防排煙功能時(shí)，主要靠風(fēng)管上防火閥的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。本文以站臺(tái)火災(zāi)模式來分析防火閥問題。站臺(tái)火災(zāi)原理圖如圖3。由圖3可知，站臺(tái)火災(zāi)時(shí)，需關(guān)閉站臺(tái)的送風(fēng)防火閥和站廳的排煙防火閥。因此，火災(zāi)時(shí)，防火閥能否按既定的模式動(dòng)作是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)防排煙功能的關(guān)鍵。實(shí)際上，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)防火閥的技術(shù)要求不高，其動(dòng)作可靠次數(shù)只有50次；但地鐵對(duì)防火閥的可靠性要求很高，且防火閥同時(shí)要接受EMCS（設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）、FAS（火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)）的監(jiān)控，功能非常復(fù)雜。故國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的防火閥不能適合地鐵的使用要求。防火閥廠家為了滿足地鐵用戶的要求，只能對(duì)防火閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行改裝，這就使本來可靠性不高的防火閥故障率更高。

圖3 站臺(tái)火災(zāi)原理圖

2）既有線的整改方案：簡(jiǎn)化監(jiān)控接口，取消FAS對(duì)防火閥的控制；縮短檢修周期，將規(guī)范規(guī)定的半年檢改為季檢，并加強(qiáng)對(duì)防火閥的檢修質(zhì)量控制。通過這些措施，可大幅降低日常模式測(cè)試時(shí)防火閥的故障率。

3）新線策略：進(jìn)一步簡(jiǎn)化防火閥接口，只保留EMCS對(duì)防火閥的監(jiān)控，F(xiàn)AS系統(tǒng)通過與EMCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)防火閥的監(jiān)控。防火閥招標(biāo)時(shí)參照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，將可靠性次數(shù)提高到1萬次。

2.3 中間風(fēng)亭問題

1）現(xiàn)狀：地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)通常會(huì)在較長(zhǎng)的區(qū)間設(shè)置中間風(fēng)亭，通過對(duì)中間風(fēng)亭風(fēng)閥的控制來改善區(qū)間通風(fēng)或排煙效果。圖4（a）為中間風(fēng)亭示意圖。該風(fēng)亭利用施工產(chǎn)生的盾構(gòu)井改造而成，雖然節(jié)約了建設(shè)成本，但由于風(fēng)井很高，且風(fēng)井的正下方是接觸網(wǎng)，故在停運(yùn)后僅有的3h檢修時(shí)間內(nèi)根本無法對(duì)風(fēng)井內(nèi)的排水管和消聲器進(jìn)行檢修。該排水管和消聲器從2004年運(yùn)營(yíng)至今一直處于失修狀態(tài)，如發(fā)生墜落，肯定會(huì)長(zhǎng)時(shí)間中斷行車，存在嚴(yán)重安全隱患。

2）既有線的整改方案：拆除風(fēng)井內(nèi)的排水管，將排水從隧道側(cè)面引至車站主廢水池；取消消聲器，風(fēng)閥維修從地面風(fēng)亭進(jìn)入。

圖4 中間風(fēng)亭示意圖

3）新線策略：新線設(shè)計(jì)時(shí)，中間風(fēng)亭按新線中間風(fēng)亭樣圖（見圖4（b））設(shè)置在側(cè)面，排水管從隧道側(cè)面引至車站主廢水池，消聲器在側(cè)面落地安裝，以方便檢修。

2.4 U/O風(fēng)道吊桿問題

1）現(xiàn)狀：地鐵一期工程站臺(tái)區(qū)間的U/O風(fēng)道為混凝土風(fēng)道，由混凝土風(fēng)道兩端至排熱風(fēng)室使用的是鋼板制作的風(fēng)道，其示意圖見圖5。風(fēng)道下面是接觸網(wǎng)。國(guó)內(nèi)其它地鐵在實(shí)際使用過程中曾發(fā)生吊桿松脫后橫拉桿下墜到接觸網(wǎng)、引起接觸網(wǎng)短路跳閘中斷行車的事件，存在嚴(yán)重安全隱患。

2）既有線的整改方案：將每一邊所有的吊桿用圓鋼和特制的緊固件連成一體，并將吊桿下部的螺母換成防松螺母，防止個(gè)別吊桿松脫后影響接觸網(wǎng)的正常供電。

3）新線策略：將接觸網(wǎng)上方的U/O風(fēng)道全部設(shè)計(jì)為混凝土風(fēng)道，與樓板整體澆筑，杜絕該類安全隱患。

圖5 U/O鋼板風(fēng)道安裝示意圖

2.5 檢修空間問題

1）現(xiàn)狀：地鐵內(nèi)空間狹小，環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備和管線布置困難，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)也沒有針對(duì)檢修空間作進(jìn)一步的優(yōu)化，造成風(fēng)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)靠著墻、風(fēng)機(jī)被管線包圍、空調(diào)箱檢修門被管線擋住等問題。這些問題使很多環(huán)控設(shè)備無法檢修或檢修困難，嚴(yán)重影響系統(tǒng)可靠性。

2）既有線的整改方案：在不影響其它系統(tǒng)的情況下，根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況，采取不同的辦法進(jìn)行整改，留出檢修空間。例如：將風(fēng)閥旋轉(zhuǎn)180°，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)不緊貼墻壁；重新布置管線；將設(shè)備移到有檢修空間的地方；在天花板或隔墻上增設(shè)檢修孔。

3）新線策略：由于現(xiàn)在國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院對(duì)綜合管線重視不夠，沒有專門的人員對(duì)綜合管線進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，白石洲站、高新園站還是邊安裝邊調(diào)整，既浪費(fèi)人力物力又影響安裝進(jìn)度。應(yīng)向香港地鐵學(xué)習(xí)，聘請(qǐng)專業(yè)公司在施工前優(yōu)化和調(diào)整綜合管線。

2.6 隧道風(fēng)機(jī)維修時(shí)氣流短路問題

1）現(xiàn)狀：目前，地鐵隧道風(fēng)機(jī)（Tunel Ventilatian Fan，簡(jiǎn)為TVF）系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)是在車站兩端各布置2臺(tái)TVF，分別對(duì)應(yīng)上、下行線進(jìn)行通風(fēng)或排煙；同時(shí)2臺(tái)風(fēng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)互相備用功能。世界之窗站西端的TVF布置見圖6。類似布置的TVF系統(tǒng)設(shè)備在正常情況下是可行的，但當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)機(jī)械故障、需移出進(jìn)行維修時(shí)，風(fēng)機(jī)接口處會(huì)出現(xiàn)氣流短路現(xiàn)象，使另一臺(tái)風(fēng)機(jī)的備用功能也喪失。

圖6 世界之窗站西端的TVF風(fēng)機(jī)圖

2）既有線的應(yīng)對(duì)方法：風(fēng)機(jī)維修前充分準(zhǔn)備材料、工器具，盡量縮短維修時(shí)間；若預(yù)計(jì)維修時(shí)間超過48h，則采取臨時(shí)措施封堵拆風(fēng)機(jī)后留下的接口。

3）新線策略：新線設(shè)計(jì)時(shí)要求將風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖風(fēng)閥與活塞風(fēng)閥并排安裝，避免因風(fēng)機(jī)維修而產(chǎn)生安全隱患。

3 結(jié)語

環(huán)控系統(tǒng)應(yīng)在設(shè)計(jì)、設(shè)備采購(gòu)、安裝施工等過程中對(duì)存在問題進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，探索系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新方法、新思路，不斷地完善系統(tǒng)，才能使系統(tǒng)的可靠性更強(qiáng)。

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