屏蔽門在北京地鐵的應(yīng)用

譚鐵仁 劉艷榮 魏廣宏 關(guān)振宇

（北京市地鐵運營有限公司，100043，北京∥第一作者，高級工程師）

地鐵屏蔽門系統(tǒng)是安裝于地鐵車站站臺邊緣的連續(xù)屏障。屏蔽門將列車的軌行區(qū)與乘客候車區(qū)域隔離，設(shè)置有滑動門與列車門一一對應(yīng)并同步開啟和關(guān)閉，為乘客營造了一個安全、舒適的候車環(huán)境。

地鐵屏蔽門可分為半高屏蔽門和全高屏蔽門2類。全高屏蔽門又分為全高全封閉屏蔽門和全高半封閉屏蔽門（見圖1、圖2和圖3）。

全高全封閉式屏蔽門：由自上而下的屏障和屏蔽門門體組成，沿著車站有效站臺中心線向兩端展開，能把站臺候車區(qū)與列車進站停靠區(qū)完全隔離。主要功能是增加安全性、節(jié)約能耗、降低噪聲、環(huán)保等。北京地鐵8號線即安裝全高全封閉式屏蔽門。

圖1 半高屏蔽門

圖2 全高半封閉屏蔽門

圖3 全高全封閉屏蔽門

全高半封閉式屏蔽門：是一道上不封頂?shù)牟ＡЦ綦x墻和門體組成的屏障，其門體高度一般為2.5 m。與全封閉式相比，其安裝位置基本相同，但高度低，結(jié)構(gòu)也較簡單，空氣可以通過屏蔽門上部流通，成本也低。這種屏蔽門主要起隔離作用，提高站臺候車乘客的安全感，對于降噪也有一定效果。如北京地鐵5號線、亦莊線的地下車站即安裝全高半封閉屏蔽門。

半高屏蔽門：安裝位置與全高屏蔽門相同，不同之處是其門體高度一般為1.5 m，門機等機械、電氣設(shè)備不是設(shè)置于滑動門上方，而是設(shè)置于滑動門兩側(cè)的固定側(cè)盒中。從表面看半高屏蔽門的結(jié)構(gòu)要比全高門簡單，體積要小于全高門，使用的玻璃和金屬材料也比全高門少。但其滑動門的懸掛裝置、驅(qū)動裝置更復(fù)雜且雙套布置，單道滑動門鎖緊機構(gòu)、電動機、傳動機構(gòu)數(shù)量是全高屏蔽門的2倍，門控制器（DCU或DCM）的驅(qū)動功率元件也是全高門的2倍。

屏蔽門系統(tǒng)在地鐵車站的使用極大地提高了乘客候車的安全感，外觀簡潔、通透的屏蔽門提升了地鐵的整體形象。

現(xiàn)代社會提倡以人為本，地鐵設(shè)備遵循人性化設(shè)計理念。乘客對于地鐵車站的安全性、舒適性的需求不斷提高，地鐵機電設(shè)備的節(jié)能、環(huán)保也是社會可持續(xù)發(fā)展的客觀要求。屏蔽門系統(tǒng)正是應(yīng)地鐵系統(tǒng)節(jié)能與安全的需求而產(chǎn)生的一個地鐵機電設(shè)備，首先在國外誕生。繼廣州地鐵2號線在我國首次使用后，深圳、上海、重慶等多個城市的地鐵建設(shè)中均應(yīng)用屏蔽門技術(shù)。站臺屏蔽門降低了列車活塞風的影響，改善了站臺環(huán)境，給乘客創(chuàng)造了一個干凈、明亮、舒適、現(xiàn)代的候車環(huán)境。

1 屏蔽門系統(tǒng)的工作條件與技術(shù)術(shù)語

1.1 屏蔽門系統(tǒng)的工作條件

（1）自然環(huán)境條件：海拔高度＜1 000 m；日最高溫度為45℃；日最低溫度為－20℃；25℃時相對濕度不超過85%～90%（投入運營前和運行初期可達95%）。

（2）正式運營后工作環(huán)境條件：溫度為軌道側(cè)0～45℃，站臺側(cè)5～30℃；相對濕度≤95%；設(shè)備室溫度0～30℃。

（3）載荷條件：人群對門體的沖擊載荷為1 500 N（1.2 m高處，作用面積100 mm×100 mm，在0.2 s時間內(nèi)）結(jié)構(gòu)無永久變形；人群對門體的擠壓載荷為1 500 N／m（距站臺裝飾面1.1 m高處）；疲勞負載（活塞風壓）為±400 Pa（每年22萬次，30年）；地震基本烈度為8度（設(shè)計基本地震加速度值0.20g）；振動水平為BS 4675第一級水平。

（4）最大運行強度至少每2 min開閉1次，每天連續(xù)運行20 h，每年連續(xù)運行365 d。

1.2 屏蔽門系統(tǒng)的主要技術(shù)術(shù)語

（1）屏蔽門（PSD）：是安裝于地鐵車站站臺邊緣的連續(xù)屏障，是機電一體化系統(tǒng)。

（2）滑動門（ASD）：滑動門由玻璃、不銹鋼方管焊接的框架、導(dǎo)靴、防擠壓膠條、手動解鎖裝置等組成?；瑒娱T打開后，門楣下方區(qū)域是乘客上下車的通道，也是車站區(qū)間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或故障時，列車到站后乘客疏散的通道。滑動門下部安裝導(dǎo)靴，站臺側(cè)1.2 m高處設(shè)置手動解鎖的鑰匙孔，用于車站安全員手動打開滑動門。

（3）應(yīng)急門（EED）：應(yīng)急門由玻璃、門框、限位拉桿、鎖機構(gòu)等組成。列車進站停車后，如列車門無法對正滑動門，至少有一道應(yīng)急門對正列車門，乘客可以通過應(yīng)急門離開列車。在應(yīng)急門的中部裝有手動推桿解鎖裝置，應(yīng)急門不會因列車活塞風壓、隧道通風系統(tǒng)風壓影響而打開。在軌道側(cè)，乘客可以推動推桿，應(yīng)急門解鎖，打開應(yīng)急門。在站臺側(cè)，站臺安全員可以用鑰匙打開應(yīng)急門，門扇安裝有限位拉桿，使得應(yīng)急門打開后最大開度為90度，以保證最大的乘客通過性和防止門扇玻璃破損。

（4）支撐結(jié)構(gòu)：包括底部支承部件、門梁、立柱、頂部自動伸縮裝置等部分。支撐結(jié)構(gòu)能夠承受屏蔽門的垂直載荷、隧道通風系統(tǒng)產(chǎn)生的風壓、列車運行活塞風形成的正負方向水平載荷、乘客擠壓力和地震、振動等載荷。底部支承部件分為上下2部分，底部下部構(gòu)件表面通過絕緣鍍層處理，采用絕緣安裝，使屏蔽門與建筑結(jié)構(gòu)絕緣；底部上部分采用橢圓形孔連接，實現(xiàn)前后方向的調(diào)整；與底部預(yù)埋槽鋼配合，實現(xiàn)縱向調(diào)整。頂部自動伸縮裝置與立柱連接，實現(xiàn)垂直方向±35 mm的調(diào)整，通過立柱頂部方形墊板上的C形孔和預(yù)埋件的縱向?qū)Р蹖崿F(xiàn)水平方向的位置調(diào)整。

（5）不間斷應(yīng)急電源（UPS）：屏蔽門電源為一級負荷，當市電雙路失壓后，UPS為屏蔽門提供控制電源和驅(qū)動電源。

（6）中央接口盤（PSC）：由上下行PEDC和計算機裝置組成。

（7）站臺屏蔽門單元控制器（PEDC）：接收信號發(fā)送來的開關(guān)門命令轉(zhuǎn)發(fā)給DCU，向信號發(fā)送關(guān)閉且鎖緊命令和互鎖解除命令。

（8）滑動門門機控制器（DCU）：接收PEDC和LCB的開關(guān)門命令，驅(qū)動滑動門完成開關(guān)門動作，將滑動門狀態(tài)信息和故障信息發(fā)送給PEDC。

（9）就地控制盒（LCB）：控制單道滑動門的開關(guān)，旁路安全回路，不接收整側(cè)開關(guān)門命令。

（10）綜合后背盤（IBP）：顯示滑動門的開關(guān)門狀態(tài)，實現(xiàn)最高一級的整側(cè)屏蔽門的開關(guān)。

（11）就地控制盤（PSL）：設(shè)置有互鎖解除開關(guān)、控制整側(cè)屏蔽門的開關(guān)及指示燈，通過PSL發(fā)出整側(cè)屏蔽門的開關(guān)門命令，發(fā)出互鎖解除命令。

（12）信號專業(yè)（XH）：向屏蔽門系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)列車的開關(guān)門命令，接收并向列車轉(zhuǎn)發(fā)屏蔽門的關(guān)閉且鎖緊命令和互鎖解除命令。

2 屏蔽門系統(tǒng)的組成

2.1 屏蔽門系統(tǒng)的主要組成部分

2.1.1 屏蔽門設(shè)備簡介

屏蔽門系統(tǒng)主要包括屏蔽門設(shè)備間內(nèi)設(shè)備、站臺門體2部分，以及驅(qū)動線纜、控制線纜、通訊線纜等。屏蔽門與車站的信號專業(yè)、供電專業(yè)、綜合監(jiān)控專業(yè)等有電氣接口，與站臺板有土建接口。站臺門體部分包括：滑動門、固定門、司機門、端門、立柱、固定側(cè)盒、固定門、三維調(diào)整模塊、電動機、門機傳動裝置、行程開關(guān)、張緊輪、皮帶、DCU、DCM、IFM（接口模塊）、LCB、PSL等設(shè)備。站臺門體又可以區(qū)分為全高屏蔽門和半高屏蔽門，全高屏蔽門與半高屏蔽門的機械與電氣部分有較大不同，一般認為，全高屏蔽門的DCM、電動機、鎖緊機構(gòu)各有1個，半高屏蔽門都各有2個，半高屏蔽門左右固定側(cè)盒內(nèi)的電動機分別驅(qū)動一扇滑動門，左右兩扇滑動門間沒有機械連接（見圖4）。2.1.2 屏蔽門的工作原理及控制優(yōu)先級簡介

圖4 屏蔽門系統(tǒng)組成原理圖

（1）屏蔽門有5種控制方式：乘客手動／鑰匙解鎖控制單道滑動門打開；單道門的LCB打開、關(guān)閉；IBP開門；PSL打開、關(guān)閉；信號系統(tǒng)打開、關(guān)閉。

（2）屏蔽門控制的優(yōu)先級概念：屏蔽門的5種控制方式中，當幾個或全部控制命令均發(fā)出，屏蔽門執(zhí)行命令的順序。優(yōu)先級順序是手動／鑰匙，LCB，IBP，PSL，信號系統(tǒng)。其中手動命令優(yōu)級最高，因為此種控制屏蔽門開關(guān)操作的方式是無需電源的，其次是LCB，進行LCB操作需要驅(qū)動電源，其余的3種整側(cè)開關(guān)門的方式必須有控制電源和驅(qū)動電源。

（3）優(yōu)先控制順序舉例：當IBP發(fā)出開門命令、PSL發(fā)出關(guān)門命令，此時屏蔽門執(zhí)行IBP的開門命令，整側(cè)門打開，當IBP命令撤消后，屏蔽門執(zhí)行PSL的關(guān)門命令，所有門關(guān)閉。當信號系統(tǒng)發(fā)出關(guān)門命令、PSL發(fā)出開門命令，此時屏蔽門執(zhí)行PSL的開門命令，整側(cè)門打開。

2.2 半高屏蔽門結(jié)構(gòu)特點

2.2.1 半高屏蔽門的電氣設(shè)備及其功能

由一級負荷配電箱、驅(qū)動UPS、控制UPS、蓄電池柜、中央接口盤PSC等組成。一級負荷配電箱有2路AC380 V電源送電，一主一備；驅(qū)動UPS的輸入為AC380 V三相交流，輸出為DC110 V直流；控制UPS的輸入為AC380 V三相交流，輸出為DC24 V直流和AC220 V單相交流，DC24 V給門體的網(wǎng)絡(luò)路由器和PSC內(nèi)的PEDC（單元控制器）、報警單元、電源單元、協(xié)議轉(zhuǎn)換器等送電，AC220V單相交流給工業(yè)控制計算機送電。蓄電池柜內(nèi)有驅(qū)動和控制電源蓄電池組，當市電斷電時，驅(qū)動蓄電池可以向站臺的所有門機繼續(xù)提供DC110 V直流電，控制蓄電池組繼續(xù)提供DC110 V直流電，經(jīng)DC／DC變換器向PEDC等提供DC24 V直流電，經(jīng)DC／AC逆變模塊箱工控機提供AC220 V交流電。中央接口盤內(nèi)的工控機的主要功能是與ISCS、所有DCM通信，記錄信號開關(guān)門命令、安全回路信息，記錄所有滑動門的開關(guān)門狀態(tài)信息和故障信息。工控機不參與信號開關(guān)屏蔽門和安全回路，即使工控機關(guān)機的情況下，信號專業(yè)仍然可以開關(guān)屏蔽門且不影響安全回路。

半高屏蔽門的門機內(nèi)的電氣設(shè)備包括門控器DCM、接口模塊IFM、就地電源PSU、就地控制盒LCB、電子鎖、電動機、門狀態(tài)指示燈、光電傳感器等。當IFM接收到開門命令時，DCM驅(qū)動電子鎖的電磁鐵吸合，電子鎖的鎖閉銷軸抬起，滑動門解鎖，左右電動機分別驅(qū)動左右滑動門完成動作，滑動門位于全開位置時，全開接近開關(guān)向IFM發(fā)出全開信號，在開門過程中或保持開關(guān)狀態(tài)的情況下門狀態(tài)指示燈常亮。IFM接收到關(guān)門命令時，DCM驅(qū)動電動機完成關(guān)門動作，完全關(guān)閉后，電磁鐵線圈斷電，鎖閉銷軸釋放，滑動門鎖閉，關(guān)門位置接近開關(guān)向IFM發(fā)出滑動門鎖閉信息。如乘客沒有進入列車，此時滑動門已經(jīng)關(guān)閉，在滑動門關(guān)閉后開始計時20 s，在計時時間內(nèi)如乘客遮斷光電傳感器，滑動門將自動打開，乘客可以通過開啟的滑動門安全進入站臺，光電傳感器的設(shè)置提高了乘客的安全性。DCM還設(shè)置有滑動門關(guān)門過程中遇障自動打開的功能，滑動門進入關(guān)門最后100 mm行程將自動減速，這樣門體對乘客的撞擊力就減小了，一般設(shè)置為3次遇障后滑動門停止在打開位置，等待車站安全員來現(xiàn)場確認情況并恢復(fù)屏蔽門?；瑒哟蜷_和關(guān)閉過程中，安裝在固定側(cè)盒上面的門狀態(tài)指示燈將以1 Hz的頻率閃爍，滑動門保持在打開位置時，門狀態(tài)指示燈保持常亮，當乘客及攜帶的行李物品撞擊或阻礙滑動門關(guān)閉時，門狀態(tài)指示燈將以2 Hz的頻率閃爍。

2.2.2 半高屏蔽門的門機驅(qū)動機構(gòu)

半高屏蔽門的門機包括固定側(cè)盒、滑動門、滾動導(dǎo)軌、導(dǎo)向輪、惰輪、電動機、齒形皮帶、張緊裝置等?；瑒娱T的下端安裝滾動導(dǎo)軌副的導(dǎo)軌、皮帶，滾動導(dǎo)軌的滑塊與固定側(cè)盒的支架固定。每個固定側(cè)盒安裝2個滑塊，固定側(cè)盒約束了滑動門下端5個自由度，安裝在固定側(cè)盒上部的導(dǎo)向輪約束了滑動門上部的1個自由度，因此，固定側(cè)盒的2個滑塊和2個導(dǎo)向輪約束了滑動門的5個自由度。一般認為，一道半高屏蔽門的左右固定側(cè)盒的機械結(jié)構(gòu)是獨立設(shè)置的，即左右門機間沒有機械連接，滑動門與固定側(cè)盒的所有負荷均作用在固定側(cè)盒與站臺板的連接螺栓上面（見圖5及圖6）。

圖5 半高屏蔽門的門機結(jié)構(gòu)

圖6 半高屏蔽門的球保持器型LM滾動導(dǎo)軌

2.3 全高屏蔽門結(jié)構(gòu)特點

（1）全高屏蔽門的承重結(jié)構(gòu)部分包括立柱、三位調(diào)整模塊、絕緣墊、絕緣套、螺栓等。能承受門機門體等的垂直荷載、列車、活塞風壓、環(huán)控系統(tǒng)的風機風壓、乘客擠壓的擠壓載荷、地震負荷等。門體結(jié)構(gòu)與土建結(jié)構(gòu)絕緣連接，連接固定可靠，能進行三維調(diào)整、吸收土建沉降、伸縮。立柱采用Q235A碳素結(jié)構(gòu)鋼，表面熱浸鋅處理，滿足30年防腐壽命。承重構(gòu)件外露部分采用304L不銹鋼裝飾，門體外形整潔。地檻采用鋁型材，表面耐磨防滑處理。為減小列車車體與地檻的間隙，避免乘客乘降時發(fā)生踏空事故或行李物品跌落，在地檻的邊緣安裝防踏空裝置。在滑動門的垂直型材上面安裝防夾裝置，避免乘客夾在列車與屏蔽門之間，造成乘客傷亡。

（2）全高屏蔽門的門機包括門機梁、前后蓋板、鎖緊機構(gòu)（閘鎖）、電動機、導(dǎo)軌、皮帶、張緊輪、行走小車、滾輪、門狀態(tài)指示燈、LCB開關(guān)、DCU、PSU（電源單元）等。有2扇滑動門，每扇滑動門有獨立的行走小車和導(dǎo)軌，兩個行走小車用一條齒形皮帶牽引，電動機驅(qū)動皮帶，實現(xiàn)滑動門的開關(guān)動作。左滑動門上面有乘客解鎖和鑰匙解鎖裝置，解鎖裝置與頂桿聯(lián)動。當解鎖時，頂桿向上移動，頂開閘鎖的解鎖傳動板，完成門機的鎖緊機構(gòu)解鎖，當門機電動開關(guān)門時，DCU向閘鎖的電磁鐵發(fā)出解鎖命令，鎖緊機構(gòu)電動解鎖（見圖7）。

圖7 全高屏蔽門的門機

3 屏蔽門系統(tǒng)使用中發(fā)現(xiàn)的問題

3.1 驅(qū)動電源故障、控制電源故障

驅(qū)動電源故障，導(dǎo)致屏蔽門驅(qū)動電源沒有輸出，會造成屏蔽門的電動開關(guān)門功能喪失，只有手動和鑰匙解鎖可以打開屏蔽門，因此，驅(qū)動電源故障是屏蔽門的最嚴重故障?？刂齐娫垂收蠒绊?種控制方式中的IBP、PSL、信號燈3種整側(cè)開關(guān)門功能，但手動和LCB可以打開、關(guān)閉屏蔽門。

驅(qū)動電源分為DC110 V系統(tǒng)和AC380 V系統(tǒng)2種。北京地鐵5號線的地下車站采用AC380 V系統(tǒng)，優(yōu)點是當驅(qū)動UPS故障時，市電可以直接旁路，即市電可以經(jīng)隔離變壓器隔地后直接送到門機的屏蔽門供電單元PSU；缺點是UPS中的整流逆變模塊故障率極高，故障時模塊內(nèi)的MOS管或IGBT功率管容易炸裂，嚴重時燒毀UPS機柜，全線16座地下車站配置16套驅(qū)動UPS，燈市口、惠南、惠北、北新橋等車站多次發(fā)生驅(qū)動UPS故障。DC110 V系統(tǒng)卻相對穩(wěn)定，開通以來從未發(fā)生因驅(qū)動UPS故障影響行車的事故，但DC110 V系統(tǒng)有一個缺點，當驅(qū)動UPS故障時，無法做到市電直接旁路。

3.2 屏蔽門與列車車體的等電位

目前，絕大部分屏蔽門廠家的門體無法連接走行軌，造成列車與屏蔽門間有電位差，當乘客雙手分別接觸列車與屏蔽門時會感覺到這一電位差。目前的補救措施是，在屏蔽門的外露金屬裝飾表面粘接絕緣膠帶，但膠帶容易老化脫落，也容易被乘客撕裂，建議廠家在屏蔽門的設(shè)計階段考慮這一問題，最好使用絕緣材料制作屏蔽門門體的裝飾層。

3.3 西屋屏蔽門與日本那博客屏蔽門的PEDC、DCU可靠性對比

西屋公司的屏蔽門PEDC故障率高，故障時影響信號系統(tǒng)開關(guān)屏蔽門，北京地鐵16座地下車站配置32個PEDC，均有故障記錄，已更換30臺次。日本那博克公司的PEDC采用繼電器和時間繼電器作為控制邏輯單元，開通以來從未發(fā)生過PEDC故障。

西屋公司的門控器DCU可靠性高，開通以來總計有3個DCU損壞而影響開關(guān)門功能。那博克的DCU總計更換約30個。

3.4 西屋屏蔽門與日本那博客屏蔽門的安全回路與互鎖回路性能對比

西屋屏蔽門進入安全回路的行程開關(guān)有120個，采用機械滾輪式無源開關(guān)，開通以來平均每天使用1次互鎖解除。而那博客系統(tǒng)的行程開關(guān)采用有源接近開關(guān)，滑動門與接近開關(guān)不接觸，因此，開通以來從未發(fā)生過因安全回路故障而使用互鎖解除的現(xiàn)象。

北京地鐵亦莊線的那博客屏蔽門曾經(jīng)發(fā)生安全回路故障時操作互鎖解除開關(guān)，但互鎖解除命令沒有發(fā)送到信號設(shè)備的事故。分析其原因為那博客系統(tǒng)的互鎖解除受安全回路制約，只有當安全回路為O時，互鎖解除才有效。而西屋公司的屏蔽門互鎖解除電路為強制式，與屏蔽門自身的控制邏輯沒有任何關(guān)系，即使屏蔽門設(shè)備機房全部斷電，互鎖解除命令仍然可以正常發(fā)出。因此，西屋屏蔽門的互鎖解除電路優(yōu)于那博客系統(tǒng)，西屋的互鎖解除可靠性更高。

3.5 屏蔽門與信號專業(yè)接口的電源設(shè)計對運營的影響

屏蔽門與信號專業(yè)的4個接口中，屏蔽門發(fā)送給信號專業(yè)安全回路和互鎖解除命令。信號專業(yè)送來的直流電源應(yīng)該是分開的，即安全回路和互鎖解除應(yīng)該各有一路電源，因為當安全回路在屏蔽門側(cè)發(fā)生短路故障時會造成電源電壓為零，這種情況下是要進行互鎖解除操作的，但互鎖解除命令根本無法發(fā)出，原因是信號送來的電源電壓為0V。建議新線設(shè)計時，應(yīng)規(guī)定信號專業(yè)提供安全回路和互鎖解除命令各一路直流電源且兩路電源互不影響。

4 結(jié)語

屏蔽門在地鐵的應(yīng)用提高了乘客的安全性，為乘客提供安全、舒適的候車環(huán)境。屏蔽門系統(tǒng)的驅(qū)動UPS、控制UPS、PEDC、DCU等是重要電氣部件，可靠性直接影響地鐵的運營安全，合理的結(jié)構(gòu)和控制方法可以提高地鐵屏蔽門設(shè)備的安全性、可靠性。

［1］譚鐵仁，關(guān)振宇，張君鵬.地鐵屏蔽門的常見故障［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2013（1）：28.

［2］譚鐵仁，韓玉峰.北京地鐵5號線屏蔽門系統(tǒng)安全回路故障對策［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2010（4）：33.

［3］譚鐵仁.地鐵屏蔽門安全回路應(yīng)急裝置設(shè)計［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2013（2）：102.