地鐵車(chē)站風(fēng)管氣密性檢測(cè)技術(shù)研究

王成君 劉 博 馬勇軍

(中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司，天津 300308)

地鐵車(chē)站風(fēng)管氣密性檢測(cè)技術(shù)研究

王成君 劉 博 馬勇軍

(中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司，天津 300308)

在已有的氣密性研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合成都地鐵5號(hào)線車(chē)站機(jī)電安裝施工實(shí)際需求，引入檢測(cè)機(jī)器人，并依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，制定一套經(jīng)濟(jì)、合理、方便、快捷、安全的風(fēng)管氣密性檢測(cè)方案。同時(shí)引入BIM技術(shù)，使得檢測(cè)技術(shù)數(shù)字化，智能化，探索風(fēng)管氣密性檢測(cè)的新技術(shù)和新方法。

空調(diào)系統(tǒng)，氣密性檢測(cè)，機(jī)器人

1 項(xiàng)目背景及研究意義

密閉容器是儲(chǔ)存氣體和液體的常用設(shè)備，在汽車(chē)、煤氣、家電等多個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用，與居民生活與工業(yè)生產(chǎn)有著密切的關(guān)系[1]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，這些產(chǎn)業(yè)的需求也在加大，相關(guān)產(chǎn)業(yè)也成為了韓國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱。密封容器主要是用金屬材料制成，用來(lái)儲(chǔ)存油氣容器內(nèi)的煤氣液和液體。如果密閉容器內(nèi)的液體被壓縮，就會(huì)產(chǎn)生一定的不穩(wěn)定性，不穩(wěn)定性會(huì)造成嚴(yán)重的后果[2]，這導(dǎo)致我們對(duì)制造材料和加工技術(shù)有很高的要求。在密閉容器中進(jìn)行的焊接工藝大部分破損的原因是沒(méi)有達(dá)到指定焊接標(biāo)準(zhǔn)，所以焊縫迫于充入高壓氣體后的壓力將出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，導(dǎo)致氣體流出。當(dāng)容器所攝入高壓氣體和液體在使用過(guò)程中發(fā)生泄露，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生一系列不良后果，除產(chǎn)品本身的功能會(huì)受到影響外[2]，發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)事件的幾率也會(huì)增大，國(guó)民的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)也會(huì)因此受到很大的損失。因此，為確保產(chǎn)品質(zhì)量和密封，相關(guān)安全部門(mén)必須在產(chǎn)品出廠前實(shí)施密封性能測(cè)試。密封檢查是保障產(chǎn)品質(zhì)量和安全的重要手段。隨著這些產(chǎn)品的廣泛使用，設(shè)備安全系數(shù)與工人的施工安全變得日益重要，因此產(chǎn)品安全質(zhì)量檢測(cè)將成為永恒的話(huà)題。

我國(guó)目前在風(fēng)管氣密性檢測(cè)和防護(hù)上與發(fā)達(dá)國(guó)家相比能具有一定的差距。通過(guò)對(duì)全國(guó)空調(diào)設(shè)備和風(fēng)管進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，我們發(fā)現(xiàn)因接縫不嚴(yán)而浪費(fèi)的平均風(fēng)量已達(dá)到使用風(fēng)量的15%左右，這已經(jīng)不是一個(gè)可以忽略的小數(shù)目，我們必須采取措施降低能耗。

風(fēng)管氣密性的研究引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)消耗空調(diào)系統(tǒng)制冷能耗的10%～40%是風(fēng)系統(tǒng)的對(duì)流、漏風(fēng)以及輸送等原因[3]。同時(shí)在相同的條件下，隨著壓力的增大，風(fēng)管的平均漏風(fēng)率明顯增大[4]。當(dāng)漏風(fēng)率達(dá)到20%左右時(shí)，F(xiàn)ranconi發(fā)現(xiàn)空調(diào)耗能提高了10%～65%[5]。Cigdem Aydin和Baris Ozerdem的研究發(fā)現(xiàn)由于空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)是由一系列密封性良好的材料構(gòu)成，所以決定該系統(tǒng)氣密性好壞的關(guān)鍵在于風(fēng)管接縫處的密封情況[6]。

本課題以成都地鐵5號(hào)線為研究背景，地鐵5號(hào)線北起新都區(qū)香城大道，南至天府新區(qū)回龍路，沿線途經(jīng)新都區(qū)、金牛區(qū)、青羊區(qū)、武侯區(qū)、高新區(qū)、天府新區(qū)、雙流區(qū)等地區(qū)。該線一、二期工程線路全長(zhǎng)49.016 km，其中地下線42.315 km，高架線6.34 km，過(guò)渡段0.361 km。在這個(gè)大型項(xiàng)目中，如圖1，圖2所示，通風(fēng)管道縱橫交錯(cuò)，通風(fēng)系統(tǒng)所產(chǎn)生能耗在地鐵所產(chǎn)生能耗中占極大的一部分，而由于漏風(fēng)現(xiàn)象造成的通風(fēng)系統(tǒng)能耗損失是驚人的?，F(xiàn)代空調(diào)工程在系統(tǒng)功能、控制、凈化和節(jié)能等各方面對(duì)漏風(fēng)做出了要求[7]。風(fēng)管系統(tǒng)的嚴(yán)密程度保證了空調(diào)系統(tǒng)安裝質(zhì)量[8]。

本課題結(jié)合成都地鐵5號(hào)線車(chē)站機(jī)電安裝施工實(shí)際需求，并依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，制定經(jīng)濟(jì)、合理、方便、快捷、安全的風(fēng)管氣密性檢測(cè)方案。

2 通風(fēng)管道氣密性標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)中國(guó)現(xiàn)行規(guī)范GB 50738—2011通風(fēng)與空調(diào)工程施工規(guī)范，風(fēng)管的氣密性由其正常工作時(shí)的總靜壓來(lái)確定，依照氣密性的不同又將風(fēng)管分為了高、中、低、三個(gè)級(jí)別，小于500 Pa的為低壓系統(tǒng)，500 Pa～1 500 Pa之間為中壓系統(tǒng)，大于1 500 Pa為高壓系統(tǒng)。對(duì)其漏風(fēng)量的檢測(cè)在規(guī)范中也有詳細(xì)提到。

雖然我國(guó)現(xiàn)已出臺(tái)了一套風(fēng)管氣密性規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，但該標(biāo)準(zhǔn)與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍然不夠完善且我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)要求較發(fā)達(dá)國(guó)家還是偏低，我們需要參照發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合自身國(guó)情對(duì)規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

3 目前國(guó)內(nèi)外氣密性檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

在目前的國(guó)標(biāo)中，利用風(fēng)管漏風(fēng)儀進(jìn)行測(cè)量，主要的方法分為兩大類(lèi)。但風(fēng)管氣密性檢測(cè)技術(shù)太少，急需引入其他管道氣密性檢測(cè)技術(shù)。由于人們對(duì)氣密性的關(guān)注愈來(lái)愈強(qiáng)烈，以至于對(duì)氣密性的研究逐漸發(fā)展成為了現(xiàn)代科技的一個(gè)分支。目前在該領(lǐng)域較為杰出的公司有日本COSMOS、德國(guó)JWFROEHLICH、美國(guó)USON優(yōu)勝(如圖3所示)、法國(guó)ATEQ阿黛凱(如圖4所示)、意大利Microctrol等[10]。

目前國(guó)內(nèi)技術(shù)已經(jīng)基于激光理論，正對(duì)氣泡產(chǎn)生形成了一套圖像處理技術(shù)，大幅度提高了檢測(cè)精度，提出了差壓檢測(cè)法的結(jié)果偏差來(lái)自于溫度恢復(fù)時(shí)間的不同，并通過(guò)補(bǔ)償計(jì)算得出泄漏率[11-13]。

介于以上各種氣密性的研究，本課題結(jié)合成都地鐵5號(hào)線車(chē)站機(jī)電安裝施工實(shí)際需求，并依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，在此基礎(chǔ)上制定更加經(jīng)濟(jì)、合理、方便、快捷、安全的風(fēng)管氣密性檢測(cè)方案。

4 檢測(cè)機(jī)器人

管道作為一種運(yùn)輸物質(zhì)的材料在各個(gè)領(lǐng)域中廣泛使用。由于管道的孔徑與長(zhǎng)度的限制，無(wú)法清晰地探測(cè)管道內(nèi)部情況，管道機(jī)器人的問(wèn)世很好地解決了這一大難題(如圖5所示)。管道機(jī)器攜帶多種傳感器和一系列操作設(shè)備，可沿細(xì)小管道內(nèi)部自動(dòng)行走并窺探管道內(nèi)部情況。它們可以在工作人員的遙控操作下，進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)一體化作業(yè)[14]。

對(duì)于通風(fēng)管道氣密性檢測(cè)，在風(fēng)管成型時(shí)可以按照國(guó)家指定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其氣密性進(jìn)行嚴(yán)格地檢測(cè)，但是當(dāng)風(fēng)管安裝完畢后，風(fēng)管氣密性的維護(hù)就不能用安裝時(shí)的檢測(cè)方法，特別是在大型項(xiàng)目中，檢測(cè)機(jī)器人對(duì)風(fēng)管的氣密性進(jìn)行檢測(cè)就成了一種可行的措施。

在地鐵風(fēng)管設(shè)施安裝與維護(hù)過(guò)程中，風(fēng)管漏風(fēng)很大程度上取決于接頭與接縫處的密封狀況，它們的幾何形狀以及密封方式都是影響管道氣密性的重要因素；同時(shí)，漏風(fēng)處風(fēng)孔處工況以及內(nèi)外壓強(qiáng)差也從一定程度上影響其氣密性。檢測(cè)機(jī)器人能夠有效地檢測(cè)出風(fēng)管接頭處或接縫處的密封情況。

同時(shí)，由于風(fēng)管長(zhǎng)期使用，風(fēng)管內(nèi)產(chǎn)生大量的堆積物，它們是傳播病毒的載體。檢測(cè)機(jī)器人能輕松地爬入風(fēng)管并配合其他管道清洗設(shè)備將風(fēng)管中的堆積物一掃而空，最后還能對(duì)管道進(jìn)行消毒?？梢?jiàn)檢測(cè)機(jī)器人無(wú)論是在風(fēng)管氣密性維護(hù)或者風(fēng)管堆積物清理中都有其應(yīng)用價(jià)值，推廣檢測(cè)機(jī)器人在地鐵風(fēng)管運(yùn)營(yíng)維護(hù)中的應(yīng)用有很大的社會(huì)價(jià)值。

5 BIM在氣密性檢測(cè)中的應(yīng)用

美國(guó)是建筑信息模型(Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM)的起源地，自2016年起，我國(guó)部分城市的建設(shè)單位開(kāi)始出臺(tái)推廣BIM技術(shù)的扶持措施和政策，無(wú)論是在科研研究、日常教學(xué)還是與工程建設(shè)部門(mén)的接觸中，我們都真切地感受到了BIM技術(shù)的潛力以及工程行業(yè)對(duì)相關(guān)技術(shù)人員的迫切需求。

電子、飛機(jī)、汽車(chē)等制造工業(yè)在近年來(lái)一直保持著高效的生產(chǎn)力，其原因之一是始終在嘗試使用新技術(shù)、新方法，并且隨著經(jīng)驗(yàn)的積累和技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化，數(shù)字模擬化，智能化。然而在工程領(lǐng)域里面與之相比，尤其在新技術(shù)的研發(fā)和使用上就要遜色許多。為了響應(yīng)政府的要求，本課題引入BIM技術(shù)，使得風(fēng)管氣密性檢測(cè)數(shù)字化，檢測(cè)過(guò)程可視化，在此基礎(chǔ)上根據(jù)傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)探索氣密性檢測(cè)的新技術(shù)、新方法。

6 結(jié)語(yǔ)

解決空調(diào)系統(tǒng)的漏風(fēng)能耗問(wèn)題已經(jīng)迫在眉睫，這同時(shí)也肯定了研究空調(diào)系統(tǒng)氣密性的必要性。傳統(tǒng)的氣密性檢測(cè)僅能在空調(diào)系統(tǒng)安裝時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，而安裝完畢后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，其氣密性檢測(cè)方法則不再適用。檢測(cè)機(jī)器人的引入為空調(diào)系統(tǒng)氣密性檢測(cè)提供了一種有效的方法，特別是對(duì)大型空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的氣密性檢測(cè)，其應(yīng)用前景相當(dāng)廣泛。同時(shí)，BIM技術(shù)的融入還可以對(duì)氣密性檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行全新的探索。

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Studyonairtightnessdetectiontechnologyofsubwaystation

WangChengjunLiuBoMaYongjun

(ChinaRailway12BureauGroupElectrificationEngineering,Tianjin300308,China)

Based on the existing research about air tightness and according to the relevant regulations, this paper introduces the electromechanical installation actual requirements of Chengdu Metro Line 5 station, introduces the detection robot and develops a set of economic, reasonable, convenient, fast and safe air tightness detection scheme of air duct. At the same time the introduction of BIM technology makes the detection technology digital, intelligent, and explores the new technologies and new methods of airtight air tightness detection.

air conditioning system, air tightness detection, robot

2017-10-08

王成君(1973- )，男，高級(jí)工程師

1009-6825(2017)35-0125-03

TU962

A