電動安全欄桿系統(tǒng)研究

王 炯

(上海申通軌道交通工程審圖有限公司,201103,上?！喂こ處?

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電動安全欄桿系統(tǒng)研究

王 炯

(上海申通軌道交通工程審圖有限公司,201103,上?！喂こ處?

分析了城市軌道交通未安裝屏蔽門車站的站臺安全性及采取安全措施的必要性,提出在既有固定護欄的基礎上加裝機械裝置的電動安全欄桿系統(tǒng)方案。電動安全欄桿系統(tǒng)由機械結構、監(jiān)控系統(tǒng)和電源系統(tǒng)組成，介紹了電動安全欄桿系統(tǒng)的功能要求和各子系統(tǒng)的構成及工作原理。該系統(tǒng)經過測試驗證和上線試運行,證明產品可靠安全，可達到改善站臺安全的作用。

城市軌道交通； 屏蔽門； 電動安全欄桿系統(tǒng)

Author′s address Shanghai Shentong Metro Engineering Drawing Approval Co.,Ltd., 201103,Shanghai,China

自1995年4月上海軌道交通1號線建成通車試運營至今,上海軌道交通快速建設,網絡規(guī)模逐步擴大。隨著客流量逐年遞增,車站站臺擁擠度越來越大,乘客侵限的概率也越來越高,候車的安全性問題已成為各方關注的焦點。在站臺安裝屏蔽門可一定程度上減少事故的發(fā)生。但是,由于工程建設時所設計的車站通風系統(tǒng)制式及工程投資等多方面的原因,目前仍有部分車站在建設時未安裝屏蔽門系統(tǒng)。

為了解決未安裝屏蔽門車站的候車安全性問題,地鐵運營方在其站臺上加裝了固定護欄。固定護欄只是在屏蔽門固定門的位置起到了防護作用,屏蔽門活動門位置依然是敞開式的開放空間,因此車站站臺整體的安全防護性仍較為有限。

針對這一現(xiàn)狀,本研究借鑒屏蔽門的建設經驗,提出安全性強、操作簡便、造價低廉的電動安全欄桿系統(tǒng)方案。

1 必要性分析

1.1 站臺安全防護設施現(xiàn)狀

由于建設時間不同上海軌道交通網絡目前已開通運營線路的站臺安全防護設施設置各不相同,如表1所示。共有35座車站的站臺安裝了固定欄桿,分別為1號線的9座車站、2號線的18座車站與6號線的8座車站,占運營車站站臺總數(shù)的12.6%。此外,尚有39座車站站臺未設置任何安全防護設施,包括3號線全線29座車站和5號線10座車站,占運營車站站臺總數(shù)的14.1%。

表1 上海軌道交通車站站臺安全防護設施設置情況

1.2 乘客侵限事故分析

2011年1—6月,上海軌道交通11條線發(fā)生乘客侵限事件共計116起,侵限人次119人,同比2010年上半年的38起/42人次,分別增長205%和183%。2011年1—6月各線路發(fā)生的乘客侵限事件為3號線58起、1號線26起、2號線21起、5號線4起、6號線4起、11號線3起,各線路乘客侵限事件比例如圖1所示。

圖1 2011年1—6月乘客侵限按線路統(tǒng)計圖

發(fā)生侵限事故的車站中,3號線和5號線未設置任何站臺安全防護設施,占53.45%;1號線、2號線和6號線設置了固定護欄,占43.96%;11號線設置了屏蔽門,占2.59%。由此可見,設置屏蔽門的車站發(fā)生乘客侵限事故的概率遠小于其他車站;只增設固定護欄的車站并未能明顯減少乘客侵限事故的發(fā)生，說明固定護欄的防護效果極其有限。

所發(fā)生的人員侵限事件主要分為以下六類:

? 乘客乘錯方向跳下區(qū)間、穿越軌道;

? 物品墜入?yún)^(qū)間,乘客自行跳入線路拾取;

? 盲流人員進去線路、區(qū)間;

? 乘客醉酒或身體不適意外墜入線路;

? 有自殺傾向人員跳下線路;

? 其他。

2011年1—6月上述六類人員侵限事件發(fā)生次數(shù)統(tǒng)計見表2。

表2 2011年1—6月乘客侵限原因分析

人員侵限可歸為故意進入和無意進入兩大類。其中,故意進入包括乘錯方向穿越線路、拾取墜物、自殺;無意進入包括盲流、醉酒跌落、身體不適跌落。2011年1—6月,無意侵限占侵限事件總數(shù)的比例約為三分之一,對這類乘客來說,如能在軌道與站臺之間設置物理隔離裝置,將會起到明顯的警示作用,從而減少無意侵限事故的發(fā)生。

2 電動安全欄桿系統(tǒng)設計

2.1 功能要求

在固定護欄上加裝機械裝置的主要目的，是為乘客提供一定的警示和安全防護,減少無意侵限事故的發(fā)生。機械裝置需具有以下功能:

(1) 為盡可能有效阻擋企圖翻越以進入軌道的行為,裝置高度參照GB 4053.3—2009《固定式鋼梯及平臺安全要求 第3部分:工業(yè)防護欄桿及鋼平臺》5.2.2的規(guī)定:在距基準面高度大于等于2 m并小于20 m的平臺、通道及作業(yè)場所的防護欄桿高度應不低于1 050 mm。此外,由于是在站臺已有固定欄桿的基礎上加裝,而原固定欄桿的高度為1 200 mm,故在站臺加裝電動安全欄桿系統(tǒng)的高度應大于等于1 200 mm。

(2) 機械裝置的打開與關閉由人工操作,不與信號系統(tǒng)進行任何聯(lián)動,以求安全可靠、結構簡潔,并節(jié)約投資[1]。

(3) 機械裝置在關閉過程中存在夾傷乘客的危險,因此需考慮防夾力小及相應的應急處理措施。

(4) 可能出現(xiàn)裝置故障時無法打開的情況,應考慮快速處置方案,使其能在站臺側快速人工打開,不影響線路運營效率。

2.2 系統(tǒng)組成

電動安全欄桿系統(tǒng)由機械結構、監(jiān)控系統(tǒng)和電源系統(tǒng)組成。

2.2.1 機械結構

機械結構由欄桿結構和傳動系統(tǒng)組成。

2.2.1.1 欄桿結構

滑動欄桿關閉時將站臺公共區(qū)與軌道區(qū)間隔開;打開時,為乘客提供上、下列車的通道,也作為列車在隧道內發(fā)生火災或故障時乘客的疏散通道。

滑動欄桿關閉受阻時,操作機構應能檢測到有障礙物存在并釋放關閉力,滑動欄桿后退打開一定距離,停頓數(shù)秒后再關門；重復關門3次仍不能關閉時,該側滑動欄桿全開或后退一定距離并進行報警,等待人工處理。

滑動欄桿在軌道側和站臺側均設手動解鎖裝置。軌道側解鎖裝置采用非鎖閉形式,可由乘客或工作人員通過手動把手直接開啟。站臺側解鎖裝置采用鎖閉形式,由工作人員在站臺側通過鑰匙開啟[2]。

加裝的滑動欄桿采用對穿螺栓加固。所用螺栓的機械和物理性能應至少達到GB/T 3098.1《緊固件、機械性能 螺栓、螺釘和螺柱》所規(guī)定的8.8級。

2.2.1.2 傳動機構

傳動機構中，由電機通過齒形帶帶動滑動護欄做往復運動?；瑝K固定在傳動裝置底座上,滑動導軌隨護欄一起作往復運動。在導軌首末端安裝有限位塊,保證滑動護欄在規(guī)定范圍正常運動。鋼絲繩組件由鋼絲繩、鋼絲繩轉向輪、鋼絲繩罩殼等組成。采用鋼絲繩組件的目的是為了實現(xiàn)一驅一控兩動的目標。即由一套電機帶動一對滑動護欄運動,實現(xiàn)開關動作。

圖2 傳動系統(tǒng)示意圖(開啟過程)

以開啟過程為例,傳動系統(tǒng)示意圖如圖2所示,在接收到開啟命令后,用于鎖緊左右2側滑動欄桿的電磁鎖解鎖,位于左側滑動欄桿下方的電機驅動左側欄桿的同步帶,帶動左側欄桿開啟;同時,通過滑輪組驅動右側欄桿的鋼絲繩,拉動右側欄桿開啟。

電機接收控制單元的指令,驅動傳動裝置運動。控制單元采用一控兩驅,即一臺電機驅動相鄰兩側滑動欄桿。

2.2.2 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)控制滑動欄桿的開/關并監(jiān)視其狀態(tài),由站臺端頭控制盤(PSL)、控制單元(GCU)和就地操作盒(LCB)等組成。

PSL由箱體、繼電器組、控制器、接線端子排、布電纜的線槽、面板的相關操作按鈕和狀態(tài)指示燈等組成。為使站臺工作人員盡快遠程控制開關,在PSL附近設置無線發(fā)送、接收器以實現(xiàn)對一側滑動欄桿的無線控制。

LCB用于單個門體的現(xiàn)場級操作,無論系統(tǒng)發(fā)生何種故障(如網絡通信故障、電源故障、控制單元故障等),均可通過LCB使發(fā)生故障的單元隔離。

GCU是滑動機構驅動電機的控制與監(jiān)視裝置。每側站臺配置40套GCU,控制相應滑動機構動作。GCU盒安裝在固定護桿上。GCU執(zhí)行PSL及LCB發(fā)來的控制命令,能按照設定的速度曲線實現(xiàn)對電機的實時控制,能夠根據(jù)滑動欄桿安裝后滑動推拉阻力的偏差,自動修正速度曲線,使滑動欄桿到達規(guī)定的開關時間。

每樘滑動欄桿設置1套配電單元,用于本樘欄桿的電源供給。

2.2.2.1 監(jiān)控系統(tǒng)配置

(1) 每側站臺設置2套PSL,位于本側站臺車頭與車尾處;車頭、車尾處各設置1套無線接收器，用于接收無線操作器的開關指令；每個無線操作器只能控制一側滑動欄桿的開關,兩側滑動欄桿對應的無線操作器頻率應錯開,且所使用的頻段應不影響其他系統(tǒng)的正常運行。

(2) 車頭與車尾各設置一個綠色瞭望燈,方便司機和站務人員觀察整側滑動欄桿關閉狀態(tài)。

(3) 以8節(jié)編組的列車為例,每側站臺滑動欄桿設置42套直流電機,第1樘和第40樘滑動欄桿針對不同大小的欄桿,設置2套驅動電機,其他每樘滑動欄桿(含左右兩扇)設置1套驅動電機。

(4) 每側站臺設置40套GCU,每套GCU驅動相應滑動欄桿的開關動作,第1樘和第40樘滑動欄桿的GCU驅動由2套直流電機帶動的兩扇滑動欄桿動作,第2樘至第39樘滑動欄桿的GCU驅動由1套驅動電機帶動的兩扇滑動欄桿動作。

(5) 每一樘滑動欄桿設置1套LCB,用于控制一樘滑動欄桿動作。

(6) 每一樘滑動欄桿設置兩只LED(發(fā)光二極管)狀態(tài)指示燈及一只蜂鳴器,其中一只指示燈位于GCU處,另一只指示燈位于滑動欄桿上方的廣告牌中央(地下車站),用于指示機構的開關狀態(tài)及故障報警。

(7) 電動欄桿系統(tǒng)設備應充分考慮環(huán)境情況,滿足防潮、防塵要求,具備較高等級的防水措施,在地下車站中外露的電氣部件應達到IP 54防水標準,在高架及地面車站中外露的電氣部件應達到IP65防水標準。

(8) 電動欄桿采用絕緣安裝。電動欄桿系統(tǒng)與外部系統(tǒng)絕緣。

2.2.2.2 監(jiān)控系統(tǒng)功能

(1) 控制功能。滑動欄桿系統(tǒng)應具有站臺控制(PSL控制)和手動操作(站臺側用鑰匙/軌道側用把手開關和LCB控制)兩級控制方式,以手動操作優(yōu)先級較高。站臺控制是由站務人員或其他授權人員通過站臺端頭控制盒開關按鈕對滑動欄桿進行開/關控制,控制原理如圖3所示。手動操作是由站臺人員或乘客對滑動欄桿進行的操作。當控制系統(tǒng)電源故障或個別站臺的滑動機構控制發(fā)生故障時,站臺工作人員在站臺側用鑰匙(或乘客在軌道側用把手)打開滑動欄桿(見圖4),同時可操作LCB將故障欄桿隔離。

圖3 單側站臺控制原理圖

圖4 手動操作示意圖

(2)監(jiān)視功能。站臺車頭、車尾處的PSL面板上設開關到位指示燈、PSL操作允許指示燈;滑動欄桿系統(tǒng)在車頭、車尾位置設置遠程瞭望燈；每樘滑動欄桿上設1套狀態(tài)指示燈,分別位于每樘欄桿上方導向板相對應的中心位置和GCU處,包含紅色和黃色兩種顏色。站務人員可通過狀態(tài)燈清楚判斷每個滑動欄桿的狀態(tài),從而方便維護人員快速找到故障點,保證列車安全、快速運營。蜂鳴器位于GCU處,與狀態(tài)指示燈一起指示滑動欄桿的狀態(tài),具體提示方式如表3所示。

2.2.3 電源系統(tǒng)

系統(tǒng)供電為AC 380 V、50 Hz電源。電源輸入采用隔離變壓器隔離。驅動電源與控制電源分開,驅動電源提供滑動欄桿電氣設備(GCU)所需要的電源,控制電源為PSL、狀態(tài)指示燈等供電。

3 與屏蔽門系統(tǒng)的對比

從提高乘客候車安全性的角度看,電動安全欄桿系統(tǒng)在功能上與屏蔽門系統(tǒng)類似,且具有結構簡單、施工便利等優(yōu)點。電動安全欄桿系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的比較如表4所示。

4 樣機試制與車站試點

4.1 樣機試制

整體方案確定后,開始滑動欄桿樣機的試制工作,并于2011年10月在上海軌道交通13號線馬當路車站成功安裝了第一臺滑動欄桿樣機(見圖5)。

表3 狀態(tài)指示燈和蜂鳴器工作方式

表4 電動安全欄桿系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的對比

圖5 馬當路站滑動欄桿樣機實物圖

4.2 載荷測試

載荷測試在于驗證外部載荷對滑動欄桿所產生的影響,確定滑動欄桿的載荷承載能力是否符合設計要求。要求在設計載荷下,欄桿結構無永久變形,且欄桿的最大彈性變形量不超過列車的安全限界。本次的靜態(tài)負荷測試針對滑動欄桿結構的所有正常負荷,超載測試針對滑動欄桿玻璃的沖擊負荷,以驗證結構在車站可能出現(xiàn)最壞情況下的載荷能力。

經靜態(tài)載荷測試,在樣機滑動欄桿加載1 000 N時,滑動欄桿彈性變形后距站臺邊緣的最近距離為29 mm,距線路中心線的最近距離為1 629 mm,符合上海申通地鐵集團有限公司《上海軌道交通工程技術標準》中的限界規(guī)定。

經沖擊載荷測試,3次沖擊后玻璃無損壞,滑動欄桿啟閉正常。

4.3 電磁兼容測試

經第三方測試,系統(tǒng)靜電放電、射頻調幅電磁場、快速瞬變脈沖群抗擾度、浪涌、射頻共?？箶_度、工頻磁場、電壓暫降/電壓中斷等技術指標均符合GB/T 177992.2《電磁兼容 第6-2部分:通用標準——工業(yè)環(huán)境中的抗擾度試驗》中的規(guī)定。

4.4 上線試點測試

單臺樣機在馬當路站進行了連續(xù)5 000次開關試驗,產品研發(fā)單位會同上海地鐵第二運營有限公司、上海市隧道工程軌道交通設計研究院、上海申通地鐵集團有限公司建設管理中心，多次進行現(xiàn)場技術觀摩和系統(tǒng)技術專家論證,對本方案的可行性、可靠性和安全性等進行優(yōu)化完善，在確認各個環(huán)節(jié)均可滿足線路運營要求后,一致決定在2號線客流相對適中、現(xiàn)場安裝條件較好的威寧路站,進行整個系統(tǒng)的車站試點工作。

2012年4月5日,威寧路站滑動欄桿系統(tǒng)完成安裝調試,進入車站試運行階段。經過3個月的試運行,運營人員對威寧路站滑動欄桿系統(tǒng)的評價為:

(1) 威寧路站滑動欄桿故障頻次少,故障處置簡單、快速；

(2) 滑動欄桿一次開關門操作時間為5～6 s,操作時間短。

5 結語

上海軌道交通部分車站站臺未安裝防護裝置,或只安裝了固定護欄,站臺的安全防護性能與安裝屏蔽門的車站存在較大的差距,在上海軌道交通常態(tài)大客流的情況下,必須在固定護欄的基礎上研究新的防護手段,以保障乘客的候車安全。

對于既有線路,若進行大規(guī)模的站臺設備整改,將會影響線路的運營,實施難度大,實施風險高，若要實現(xiàn)其與信號系統(tǒng)的聯(lián)動,則二次開發(fā)和調試的時間長，且信號系統(tǒng)改造費用大。

在已有固定護欄的基礎上加裝電動安全欄桿,欄桿完全由司機或站務人員操作,開關控制靈活、適應性高，達到加強防護性能的目的,可提高乘客候車的安全性,具有很高的社會效益。與建設完整的屏蔽門系統(tǒng)相比,電動安全欄桿系統(tǒng)可大幅減少投資,經濟效益明顯。

[1] 周蔚然.軌道交通地下車站屏蔽門與列車間隙的分析探討[J].地下工程隧道,2008(3):52.

[2] 陳新艷.屏蔽門系統(tǒng)與土建接口的若干問題[J].鐵道工程學報,2010(2):77.

Research on the Electric Safe Railing System

WANG Jiong

The safety of railway station without platform screen door and the necessity of taking safe measures at the station are analyzed, a scheme of adding electric safe railing with mechanical device on the fixed guardrail is proposed. This system consists of mechanical device, monitoring system and power supply sustem. In this article, the composition, function and work principle of electric safe railing are illustrated, after testing, verification and on-line operation, this system has been proved reliable for the safety of station platform.

urban rail transit; platform screen door; electric safety railing system

U231.4

10.16037/j.1007-869x.2016.04.019

2014-05-14)