地鐵屏蔽門系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

李德生

（愛思創(chuàng)電子（上海）有限公司，201199，上?！喂こ處煟?/p>

屏蔽門作為城市軌道交通的新型設(shè)備系統(tǒng)，由于其良好的節(jié)能效果和對(duì)乘客起到安全保障的作用，越來越得到社會(huì)公眾的認(rèn)可。

1 屏蔽門的設(shè)計(jì)安裝特點(diǎn)

屏蔽門的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、安裝工程和設(shè)備性能質(zhì)量需要符合較高的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

在整體項(xiàng)目實(shí)施過程中，影響質(zhì)量的各種因素較多，質(zhì)量控制的難度很大。要保證屏蔽門項(xiàng)目優(yōu)質(zhì)，設(shè)計(jì)與安裝質(zhì)量的控制就成了該項(xiàng)目的關(guān)鍵。

而屏蔽門的一些重要設(shè)計(jì)、安裝細(xì)節(jié)問題是重中之重，如果尺寸不準(zhǔn)確、安裝不到位，最終將直接影響屏蔽門的安裝質(zhì)量［1］。

2 采用規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)

一般說來，屏蔽門系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)品的制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收，應(yīng)至少符合如下標(biāo)準(zhǔn)：《軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范》、《城市軌道交通站臺(tái)屏蔽門》、《電梯制造與安裝安全規(guī)范》、《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》、《建筑用安全玻璃》、《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》、《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》、《低壓成套開關(guān)設(shè)備》。

除此之外，還應(yīng)滿足一些載荷條件的技術(shù)要求：人群對(duì)門體的沖擊載荷2 800 N（在0.08 s時(shí)間內(nèi)）；人群對(duì)門體的擠壓載荷1 500 N／m（作用在距站臺(tái)裝飾面1.1 m 高處，結(jié)構(gòu)無永久變形）；疲勞負(fù)載（活塞風(fēng)壓）為±1 000 Pa（每年22 萬次共30年）；地震基本烈度為6度（水平加速度0.25g，垂直加速度0.125g）；振動(dòng)水平為 BS 4675 第一級(jí)水平［2］。

這些相關(guān)載荷參數(shù)，對(duì)后續(xù)門體立柱的作用力、滑動(dòng)門的變形量計(jì)算，以及考慮滑動(dòng)門等門體與列車動(dòng)態(tài)包絡(luò)線的幾何關(guān)系等具有重要作用。

其他標(biāo)準(zhǔn)參照相關(guān)國內(nèi)、國際標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)多個(gè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)沖突時(shí)，按最高標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3 屏蔽門設(shè)計(jì)

屏蔽門應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)說明，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性和安全性尤其重要，是評(píng)價(jià)屏蔽門系統(tǒng)工程優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。

屏蔽門機(jī)械部件設(shè)計(jì)成4種類型的模塊式單元（沿站臺(tái)布置，如圖1所示［3］）：

①A 型單元——含1扇標(biāo)準(zhǔn)固定門和2扇中分雙開活動(dòng)門，這是屏蔽門里面的大部分。②B 型單元——含1扇標(biāo)準(zhǔn)固定門、1 扇應(yīng)急門和2 扇中分雙開活動(dòng)門。③C型單元——含有1扇非標(biāo)固門、2扇中分雙開活動(dòng)門和1 扇應(yīng)急門。④D 型單元——即備用門，或叫做即單開鉸鏈門，在站臺(tái)的左右兩端各設(shè)1扇。

圖1 屏蔽門站臺(tái)布置示意圖

列車在正常狀態(tài)下，乘客通過活動(dòng)門上下列車；應(yīng)急狀態(tài)下，通過B型單元的應(yīng)急門疏散乘客。

3.1 屏蔽門主要部件

屏蔽門的主體部分，設(shè)計(jì)成為組合式標(biāo)準(zhǔn)模塊。具有代表性的B型單元結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 屏蔽門單元結(jié)構(gòu)示意圖

機(jī)械部分主要由頂部鋼梁結(jié)構(gòu)（或頂部連接焊件）、伸縮裝置、門機(jī)梁、固定及活動(dòng)門楣、固定及活動(dòng)門、結(jié)構(gòu)立柱底部結(jié)構(gòu)組成。對(duì)應(yīng)于應(yīng)急門部分，還有應(yīng)急門門楣、應(yīng)急門體等。

3.2 門體主要受力變形計(jì)算

根據(jù)前文所述的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)載荷參數(shù)，對(duì)門體的變形量進(jìn)行計(jì)算。其中，立柱材料采用Q235－A 無縫鋼管。

對(duì)門體結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和疲勞計(jì)算，需要滿足在負(fù)載最不利組合條件下，滑動(dòng)門框、支撐立柱、頂部鋼梁結(jié)構(gòu)、橫梁外輪廓線邊緣最大變形量不超過±12 mm。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型有限元分析計(jì)算如圖3所示。

圖3 屏蔽門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型有限元分析計(jì)算

3.3 滑動(dòng)門鎖裝置

滑動(dòng)門設(shè)置鎖裝置，鎖裝置與手動(dòng)開門把手、鑰匙孔聯(lián)動(dòng)。正常運(yùn)行時(shí)可自動(dòng)解鎖，故障情況時(shí)可進(jìn)行手動(dòng)解鎖?；瑒?dòng)門關(guān)閉后，該鎖緊裝置可防止外力作用將門打開?；瑒?dòng)門自動(dòng)開啟時(shí)，鎖緊裝置能自動(dòng)釋放；手動(dòng)開門時(shí)，采用開門把手和鑰匙釋放鎖緊裝置。

所有滑動(dòng)門的狀態(tài)信號(hào)均反饋到DCU（門控單元）和PSC（主控機(jī)），同時(shí)門已開、已鎖閉等重要狀態(tài)信號(hào)，由PSC 上傳到車站綜合控制室并進(jìn)行顯示。滑動(dòng)門門鎖的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

滑動(dòng)門鎖專為地鐵屏蔽門設(shè)計(jì)。工作時(shí)，可分為機(jī)械開鎖和通過信號(hào)觸發(fā)開鎖2種方式。工作原理示意圖如圖5所示。

當(dāng)站臺(tái)出現(xiàn)線路故障、發(fā)生緊急情況或需要維護(hù)時(shí)，可使用機(jī)械開鎖。機(jī)械開鎖通過手動(dòng)開門時(shí)，軌道側(cè)開門把手或站臺(tái)側(cè)的鑰匙孔與解鎖裝置聯(lián)動(dòng)，將門扇鎖緊力解除，使門扇能夠向兩側(cè)滑動(dòng)。

圖4 滑動(dòng)門鎖結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 滑動(dòng)門鎖工作原理示意圖

機(jī)械開鎖分站臺(tái)側(cè)鑰匙開鎖和軌道側(cè)手動(dòng)開鎖2種。站臺(tái)側(cè)用三角鑰匙順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鎖芯，或在軌道側(cè)沿手拉方向拉動(dòng)拉手；拉手旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鎖桿；鎖桿整體向上位移，從而實(shí)現(xiàn)門被打開。動(dòng)作示意如圖6所示。

圖6 滑動(dòng)門鎖機(jī)械開鎖動(dòng)作示意

門鎖的手動(dòng)解鎖力滿足不大于40 N 的要求，手動(dòng)解鎖扳手的動(dòng)作，與門體立面之間夾角一般不大于45°。

信號(hào)觸發(fā)開鎖，是當(dāng)列車到站?？糠€(wěn)當(dāng)，站臺(tái)的PSC給DCU 指令，由DCU 給鎖發(fā)出開門信號(hào)，螺線管產(chǎn)生磁力把磁力活動(dòng)塊推上來，鎖舌銷軸套脫離曲盤銷軸，彈簧拉動(dòng)曲盤沿銷軸水平向外方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)拉簧A拉動(dòng)銷軸推塊，退出銷軸，屏蔽門打開。

標(biāo)準(zhǔn)門的鎖緊裝置設(shè)計(jì)好后，要在樣機(jī)上安裝、調(diào)試，成功完成百萬次測試，其工作性能、可靠性要完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

鎖裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是集成度高，能實(shí)現(xiàn)左右兩扇門的同時(shí)鎖定和解鎖，并把信號(hào)發(fā)生機(jī)構(gòu)集成在裝置內(nèi)，縮小了體積，擴(kuò)大了安裝應(yīng)用范圍。

4 應(yīng)急門、端門設(shè)計(jì)

正常情況下，列車進(jìn)站停穩(wěn)后，會(huì)?？吭谡`差允許的范圍位置內(nèi)，這時(shí)屏蔽門的活動(dòng)門與列車門的位置都將一一對(duì)應(yīng)。

而應(yīng)急門（EED）是列車進(jìn)站停車后，列車門無法對(duì)準(zhǔn)滑動(dòng)門時(shí)，應(yīng)急門對(duì)準(zhǔn)列車開關(guān)門，作為疏散乘客的通道。

4.1 應(yīng)急門裝置

在無法保證準(zhǔn)確的停車位置時(shí)，列車門將全部與活動(dòng)門錯(cuò)開，對(duì)著無法打開的固定門或隧道空間。此時(shí)若碰上緊急情況，便無法打開車門疏散列車乘客。為此，部分固定門被設(shè)計(jì)成為應(yīng)急門，該應(yīng)急門可以向站臺(tái)側(cè)打開。

應(yīng)急門平常當(dāng)做固定門使用。一旦需要，由應(yīng)急門進(jìn)行緊急疏散；可由乘客在軌道側(cè)打開列車門后，推動(dòng)應(yīng)急門的推桿解鎖裝置；或由站臺(tái)工作人員在站臺(tái)側(cè)用專用三角鑰匙打開應(yīng)急門［4］。

理論上，應(yīng)急門安裝越多，屏蔽門系統(tǒng)的安全度越高。因?yàn)閼?yīng)急疏散門越多，出現(xiàn)緊急事故時(shí)，乘客的逃生通道也越多。但過多的應(yīng)急門，會(huì)影響到整個(gè)屏蔽門系統(tǒng)的密封性，因?yàn)閼?yīng)急疏散門的密封性，要遠(yuǎn)小于固定門。因此，目前為止，站臺(tái)安裝應(yīng)急門裝置一般不超過5對(duì)。

4.2 應(yīng)急門單元設(shè)計(jì)

應(yīng)急門由應(yīng)急門楣、門框、限位器（或閉門器，視需要而定）、推桿鎖等組成。結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。

在應(yīng)急門的中部，裝有手動(dòng)推桿解鎖裝置，應(yīng)急門不會(huì)因列車活塞風(fēng)壓、隧道通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓影響而自動(dòng)開啟。

在導(dǎo)軌側(cè)，乘客可推壓推桿，推桿帶動(dòng)門框內(nèi)的解鎖機(jī)構(gòu)，打開應(yīng)急門上下的鎖體將門打開；在站臺(tái)側(cè)，工作人員也可用專用三角鑰匙打開應(yīng)急門。

圖7 應(yīng)急門結(jié)構(gòu)示意

按照蘇州地鐵要求，頂部靠近門框的位置設(shè)計(jì)了限位器，可以保證門最大開度，另配有鎖緊緩沖卡緊裝置，以實(shí)現(xiàn)門體能保持在90°位置，防止門體自動(dòng)關(guān)閉，保證門體的應(yīng)急作用正常發(fā)揮。

按實(shí)際需要，應(yīng)急門框上部可裝有閉門器，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)急門在手動(dòng)開啟后能夠自動(dòng)關(guān)閉。

4.3 端門單元及手動(dòng)解鎖裝置

一般情況下，端門是乘務(wù)人員、站臺(tái)工作人員和司機(jī)的出入通道，當(dāng)出現(xiàn)緊急事故時(shí)，也可以作為乘客的緊急逃生通道。從外形、原理來看，端門跟應(yīng)急門裝置極為相似。

作為應(yīng)急疏散門單元中的應(yīng)急門與端門都不需要?jiǎng)恿υ磥韼?dòng)，都靠手動(dòng)解鎖的方式來打開，都可以將門平推至90°的位置。

但相對(duì)于應(yīng)急門，由于司機(jī)上下車、控制室檢修等原因，端門的開啟十分頻繁，故大部分地鐵線路的端門門框上部裝有自動(dòng)閉門器，保證門體在手動(dòng)開啟后能夠自動(dòng)關(guān)閉。

端門的手動(dòng)解鎖機(jī)構(gòu)和應(yīng)急門基本相同?？紤]到一般人的身高，推桿的高度設(shè)置為1.4 m 處，門總高和雙扇滑動(dòng)門是一樣的，處于上端的鎖桿明顯短于下端的鎖桿，利用桿本身的自重差，加上頂部鎖舌的彈簧產(chǎn)生的回彈力，可以實(shí)現(xiàn)在關(guān)門后自動(dòng)回復(fù)到原來的位置，即鎖死狀態(tài)。

對(duì)于端門的解鎖力同樣不大于40 N，在設(shè)計(jì)中，經(jīng)過計(jì)算并在后續(xù)的試驗(yàn)中實(shí)際驗(yàn)證，手動(dòng)解鎖需要克服的力有：桿的自重力、桿件和鎖桿導(dǎo)向塊間的摩擦力。桿的自重力約為16 N，摩擦力約10 N。蘇州地鐵端門手動(dòng)解鎖所施加的合力，經(jīng)計(jì)算、驗(yàn)證符合設(shè)計(jì)要求。

4.4 手動(dòng)解鎖裝置國產(chǎn)化替代

對(duì)于蘇州地鐵屏蔽門項(xiàng)目，完成了應(yīng)急門單元部分的設(shè)計(jì)后，全面優(yōu)化設(shè)計(jì)了應(yīng)急門、端頭門、手推門的門體動(dòng)作、鎖緊裝置等部分單元。

尤其對(duì)于推桿防火鎖的鎖體部分，經(jīng)多方查找、試用，最后確定某國產(chǎn)鎖廠作為供應(yīng)商。按設(shè)計(jì)圖試制使用后，確認(rèn)完全可替代原先使用的某國外品牌產(chǎn)品，僅此一項(xiàng)就可以降低成本近百萬元，為企業(yè)節(jié)約成本目標(biāo)的超額實(shí)現(xiàn)起到重要作用。

應(yīng)急門、端門推桿鎖安裝完成后，對(duì)門體推桿鎖手動(dòng)解鎖力進(jìn)行測試。通過推拉力計(jì)對(duì)解鎖力進(jìn)行測試，在軌道側(cè)用推桿解鎖，在站臺(tái)側(cè)用鑰匙把應(yīng)急門打開，解鎖力都≤40 N 時(shí)，測試合格。

5 屏蔽門系統(tǒng)與其他專業(yè)接口

如圖2所示，在屏蔽門系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，頂部鋼梁結(jié)構(gòu)（或頂部連接焊件）、底部的門檻部分結(jié)構(gòu)等，以高強(qiáng)度錨栓與土建結(jié)構(gòu)相連接固定［5］。

頂部連接焊件、結(jié)構(gòu)立柱、底部的門檻結(jié)構(gòu)、錨栓等連接之后，組成了一個(gè)完整的受力構(gòu)件，可以把屏蔽門受到的載荷傳遞給土建結(jié)構(gòu)。該受力構(gòu)件是屏蔽門的垂直載荷、水平載荷（隧道通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生的風(fēng)壓、列車運(yùn)行活塞風(fēng)壓），以及乘客擠壓力和地震等載荷的主要受力部件。

5.1 系統(tǒng)上部與土建接口

門機(jī)梁通過伸縮裝置固定在頂部連接焊件上，而頂部連接焊件與風(fēng)道梁土建結(jié)構(gòu)直接相連接。

與風(fēng)道梁的土建結(jié)構(gòu)相連接有2種比較常見的安裝結(jié)構(gòu)，第一種就是通過伸縮裝置直接與頂部鋼梁或者風(fēng)道梁底部相連接，不必另外設(shè)計(jì)加工連接部件，此種安裝結(jié)構(gòu)可節(jié)省部分零件的設(shè)計(jì)加工和材料費(fèi)用。但缺點(diǎn)是：施工面為風(fēng)道梁底面，施工的難度較大；且由于風(fēng)道梁澆筑底面土建沉降等原因，經(jīng)常存在較大的尺寸誤差，這些給施工安裝造成了較大的困難。

第二種安裝方式為門機(jī)梁通過伸縮裝置固定在頂部連接焊件上，或頂部連接焊件與風(fēng)道梁土建結(jié)構(gòu)直接相連接，如圖8所示。這種安裝方式，由于工作面在側(cè)面，所以施工較為方便；而且由于在伸縮節(jié)與風(fēng)道梁側(cè)面之間，頂部連接焊件作為一個(gè)中間連接作用部件，還起到了土建誤差吸收補(bǔ)償作用，風(fēng)道梁的施工尺寸誤差，可以由頂部連接焊件的非標(biāo)尺寸來適應(yīng)彌補(bǔ)，因此伸縮節(jié)可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，從而實(shí)現(xiàn)不同站點(diǎn)、不同部位的伸縮節(jié)可以相互通用，減少了標(biāo)準(zhǔn)零部件的種類。

圖8 屏蔽門土建接口示意圖

只要頂部連接焊件設(shè)計(jì)合理，第二種連接安裝方式不但有利于安裝施工的進(jìn)度推進(jìn)，且成本也不會(huì)增加。因此，蘇州地鐵屏蔽門項(xiàng)目最后采用側(cè)面連接的方式［6］。

5.2 端門梁部與裝修專業(yè)接口

屏蔽門端門梁上部固定面板，與墻面搪瓷鋼板的安裝空間發(fā)生干擾。

土建承包商進(jìn)行屏蔽門端門梁施工時(shí)，由于灌漿跑模等原因，造成屏蔽門端門梁在水平方向上向站臺(tái)公共區(qū)歪斜，從而影響屏蔽門上部鋼結(jié)構(gòu)及固定面板也向公共區(qū)傾斜。

屏蔽門固定面板與墻面搪瓷鋼板安裝空間的誤差，將導(dǎo)致搪瓷鋼板無法安裝，或安裝后爬電距離小于10 mm，甚至兩者相接觸，破壞了屏蔽門端門結(jié)構(gòu)的絕緣要求。

解決方法是，在今后的屏蔽門施工測量工作中，應(yīng)包括對(duì)屏蔽門端門梁水平方向上的傾斜度、端門梁的厚度及其位置尺寸等重要內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)測量，必要時(shí)進(jìn)行二次復(fù)測。

5.3 上部頂梁處與機(jī)電專業(yè)接口

機(jī)電專業(yè)的施工特點(diǎn)有：

（1）覆蓋的范圍廣。

（2）涉及專業(yè)眾多，專業(yè)基礎(chǔ)各不相同。一般而言，機(jī)電專業(yè)涉及到給排水、暖通空調(diào)、供配電、自動(dòng)化、機(jī)械、焊接等專業(yè)。

（3）機(jī)電安裝工程施工的限制因素較多。很多時(shí)候，施工不是可以單獨(dú)進(jìn)行的，在整個(gè)施工過程中前一階段要配合土建工程進(jìn)行預(yù)埋施工，而后一階段又要配合裝飾施工。

（4）受作業(yè)場地狹小、材料設(shè)備是否及時(shí)供應(yīng)、政府部門的監(jiān)督等因素的影響。

車站機(jī)電承包商進(jìn)行車站各專業(yè)管線安裝時(shí)，應(yīng)保證各類線管、線槽及風(fēng)管等，不侵入屏蔽門上部鋼結(jié)構(gòu)及固定面板所需的安裝空間，否則屏蔽門上部固定面板將無法安裝或安裝后有可能與其他專業(yè)管線相接觸。

由于各線管及線槽已總體接地，與線管、線槽接觸，將導(dǎo)致屏蔽門門體結(jié)構(gòu)無法達(dá)到對(duì)地絕緣性能的要求。

因此，在工程施工過程中必須協(xié)調(diào)好與屏蔽門相關(guān)專業(yè)在內(nèi)的各方關(guān)系，這樣才能保證工程的順利進(jìn)行。

6 結(jié)語

隨著地鐵工程的大范圍鋪開，與屏蔽門相關(guān)的更多設(shè)計(jì)、制造、安裝接口問題將會(huì)逐步暴露出來。

根據(jù)蘇州地鐵1號(hào)線屏蔽門項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，在其他線路的建設(shè)過程中，需要提前考慮并同接口各方商討、落實(shí)解決方案，這將會(huì)大大降低沖突、矛盾的發(fā)生。

綜上所述，要能夠在設(shè)計(jì)階段或者前期協(xié)調(diào)階段通過優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)、現(xiàn)場管理及早協(xié)調(diào)等方法避免上述類似問題的發(fā)生，為按質(zhì)、按期完成工程項(xiàng)目提供有利的保證。

［1］喬培華.地鐵屏蔽門踏步板的安裝與改進(jìn)［J］.建筑施工，2011，33（6）：504.

［2］蘇州軌道交通1號(hào)線屏蔽門項(xiàng)目組.蘇州軌道交通1號(hào)線屏蔽門項(xiàng)目技術(shù)規(guī)格書，采購、安裝施工招投標(biāo)文件技術(shù)卷［G］.蘇州：蘇州軌道交通1號(hào)線屏蔽門項(xiàng)目組，2009.

［3］王惠珍.地鐵屏蔽門立柱頂部伸縮裝置構(gòu)造［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2002（7）：71.

［4］艾文偉.城市軌道交通屏蔽門系統(tǒng)的應(yīng)用與思考［J］.都市快軌交通，2006（6）：11.

［5］陳海輝.地鐵屏蔽門的機(jī)械設(shè)計(jì)及力學(xué)模型［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004（4）：74.

［6］宋文光.地鐵屏蔽門安裝中與土建接口問題的處理［J］.科技信息，2011（24）：317.