智慧水系統(tǒng)在軌道交通工程中的應(yīng)用

夏斌

（上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院，上海200235）

1 引言

城市軌道交通工程在我國起步雖然較晚，但發(fā)展卻非常迅速。目前，國內(nèi)有近30 個城市正在進(jìn)行或籌建城市軌道交通，我國已迎來了大規(guī)模城市軌道交通建設(shè)的高潮。通過近20多年的軌道交通建設(shè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，目前，我國軌道交通工程給排水及消防系統(tǒng)方案已基本趨于成熟。目前，大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)到來，智慧化地鐵的理念也已然產(chǎn)生。在上海市新一輪軌道交通工程建設(shè)中，上海市14、15、18 號線已將智慧水系統(tǒng)納入工程設(shè)計方案中。本文結(jié)合上海14、15、18 號線工程實(shí)例，對軌道交通智慧水系統(tǒng)方案進(jìn)行了分析和展望【1】。

2 設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 排水泵

軌道交通車站在傳統(tǒng)設(shè)計方案中，各處排水泵房、集水坑等處一般均設(shè)有固定潛污泵或移動泵，各泵房、集水坑內(nèi)一般均設(shè)置液位計。車控室可顯示排水泵的水泵自動/手動狀態(tài)、啟、停狀態(tài)和故障狀態(tài)。車控室可實(shí)時顯示泵房、集水坑的液位信息（超低報警水位、停泵水位、啟泵水位、高報警水位等），并實(shí)現(xiàn)水位報警。潛污泵平時根據(jù)液位自動啟停，車控室可遠(yuǎn)程啟、停排水泵。

傳統(tǒng)設(shè)計方案中，排水泵基本可實(shí)現(xiàn)自動化控制，但在運(yùn)營期間，無法實(shí)時掌握水泵運(yùn)行狀態(tài)。比如，水泵長期處于過熱狀態(tài)下運(yùn)行，容易導(dǎo)致水泵電機(jī)發(fā)生故障。在今后的設(shè)計中，可考慮通過增設(shè)傳感器收集水泵實(shí)時狀態(tài)信息，如軸承溫度、電機(jī)溫度、電機(jī)電壓和電流、水泵累計運(yùn)行時間、密封是否有泄漏等。通過這些狀態(tài)信息，可實(shí)時掌握水泵的運(yùn)行工況。當(dāng)某項(xiàng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，可及時提醒運(yùn)營人員進(jìn)行現(xiàn)場排查，從而減少水泵出現(xiàn)故障的頻率，以小修避免大修，從而減少運(yùn)營成本，提高運(yùn)營質(zhì)量。

2.2 氣體滅火系統(tǒng)鋼瓶壓力監(jiān)測

軌道交通地下車站重要設(shè)備機(jī)房應(yīng)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)，國內(nèi)大部分地鐵均采用IG541 混合惰性氣體滅火系統(tǒng)，按全淹沒組合分配系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，滅火劑儲存在鋼瓶內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)地下車站儲存鋼瓶數(shù)量一般為50～60 個，鋼瓶間數(shù)量一般為2～3 座。氣體滅火系統(tǒng)鋼瓶平時處于高壓狀態(tài)，需要運(yùn)營人員定期巡查鋼瓶壓力是否處于正常狀態(tài)。

傳統(tǒng)設(shè)計方案中，氣體滅火鋼瓶的瓶頭處設(shè)有機(jī)械式壓力表，需要運(yùn)營人員定期去現(xiàn)場逐個對鋼瓶進(jìn)行核查，因鋼瓶數(shù)量較多且氣瓶間設(shè)置分散，人工巡查過程比較煩瑣，巡查工作量大。針對以上情況，可在瓶頭處設(shè)置壓力傳感器，壓力信息上傳至設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。車控室可實(shí)時顯示每個鋼瓶的壓力，并可設(shè)置預(yù)警值。當(dāng)鋼瓶壓力低于預(yù)警值時，可實(shí)現(xiàn)報警，從而提醒運(yùn)營人員現(xiàn)場排查。運(yùn)營人員在車控室實(shí)時掌握每個鋼瓶的壓力狀態(tài)，可大大減少人工巡檢的工作量【2】。

3 管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 水量監(jiān)測

傳統(tǒng)方案中，消防及生活給水總管、冷卻塔補(bǔ)水管上的水表一般設(shè)置在室外水表井內(nèi)，具體位置根據(jù)自來水公司提供的接管點(diǎn)位置確定。室外水表井處一般環(huán)境較差，抄表時位置不宜尋找，井蓋不宜打開。車站衛(wèi)生間采用普通水表，當(dāng)設(shè)置在吊頂上時，不便于讀數(shù)和檢修；當(dāng)設(shè)置在地面時影響衛(wèi)生間裝修效果。普通水表不便于運(yùn)營人員實(shí)時掌握車站用水情況。

上海14、15、18 號線設(shè)計方案中，消防引入管、生活給水引入管均采用遠(yuǎn)傳式水表，水表設(shè)置在風(fēng)亭底部非敞口區(qū)域，衛(wèi)生間水表也改為遠(yuǎn)傳式水表，水表數(shù)據(jù)上傳至設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，可在車控室顯示瞬時流量和累計流量。運(yùn)營人員在車控室可實(shí)時掌握車站用水情況，避免了現(xiàn)場人工抄表的煩瑣工作。同時可通過水表數(shù)據(jù)分析，判斷管網(wǎng)是否有漏水情況發(fā)生，從而節(jié)約了用水量。

3.2 水壓監(jiān)測

為實(shí)時監(jiān)控室內(nèi)消火栓系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)水壓，上海14、15、18 號線在車站消防系統(tǒng)上安裝遠(yuǎn)傳式壓力表。管網(wǎng)壓力值上傳至車站控制室，并預(yù)設(shè)報警值。安裝點(diǎn)位主要在兩路消防引入總管防污隔斷閥前（2 個）、消防水泵吸水總管（1 個）、消火栓系統(tǒng)水泵出水管（1 個）、自動噴水滅火系統(tǒng)水泵出水管（1 個）、消火栓及自噴系統(tǒng)管網(wǎng)最不利點(diǎn)（2個）、車站消火栓系統(tǒng)連接區(qū)間消火栓給水立管最低點(diǎn)處（一般4 個）。水壓監(jiān)測可保證能及時發(fā)現(xiàn)地鐵內(nèi)給水管網(wǎng)是否存在漏水，且可鎖定大概位置，可提高工作人員巡查的精準(zhǔn)性。

同時，上海14、15、18 號線在空調(diào)水泵進(jìn)、出水管及排水泵出水管設(shè)置了遠(yuǎn)傳式壓力表，管網(wǎng)壓力值上傳至車站控制室。通過壓力表數(shù)據(jù)分析，可判斷水泵的運(yùn)行參數(shù)是否與設(shè)計相符，是否滿足運(yùn)行工況要求。

目前，上海地區(qū)管網(wǎng)壓力監(jiān)測僅在車站內(nèi)設(shè)置。車輛基地占地面積較大，室外給水管道長，一般埋地設(shè)置，管網(wǎng)漏損情況較多且漏水點(diǎn)不易被發(fā)現(xiàn)。在今后的設(shè)計中，可考慮在車輛基地室外給水管道上每隔一定距離設(shè)置壓力傳感器，實(shí)時監(jiān)測管網(wǎng)壓力，當(dāng)管網(wǎng)發(fā)生漏水時，可通過管網(wǎng)壓力值分析，快速找到漏水區(qū)域，可大大減少人工排查的工作量，提高檢修效率，同時可避免或減少管網(wǎng)漏損率，節(jié)約用水。

3.3 電動閥門

傳統(tǒng)設(shè)計方案中，消防進(jìn)區(qū)間立管，冷卻塔進(jìn)、出水管上設(shè)置手、電兩用蝶閥，車控室可遠(yuǎn)程啟動和關(guān)閉閥門，平時顯示閥門啟閉狀態(tài)。上海14、15、18 號線在消防引入管和給水引入管上設(shè)置了手、電兩用閘閥。進(jìn)區(qū)間立管和引入管閥門一般設(shè)置在風(fēng)道和風(fēng)亭底部，位于車站端部，設(shè)置位置較遠(yuǎn)且不易尋找，如采用普通閥門，當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況時，如發(fā)生爆管時，往往不能及時關(guān)閉水源，從而導(dǎo)致受影響的區(qū)域擴(kuò)大，增加不必要的損失，同時也浪費(fèi)了水資源。采用電動閥門可有效地避免或減少以上損失，當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況或車站管道需要檢修時可遠(yuǎn)程關(guān)閉進(jìn)水總管，方便快捷【3】。

4 智慧消防

4.1 消防泵組

根據(jù)規(guī)范要求，現(xiàn)設(shè)計方案中消防控制柜包含低頻巡檢柜，對水泵進(jìn)行低轉(zhuǎn)速巡檢，以低頻交流電源逐臺驅(qū)動消防水泵，使每臺水泵低速轉(zhuǎn)動時間不少于2min，巡檢周期不大于7d；同時對消防水泵控制柜一次回路的主要低壓器件進(jìn)行巡檢，檢查器件的動作狀態(tài)；發(fā)現(xiàn)故障時，有聲光報警，并有記錄和儲存功能。車控室可顯示水泵的電源工作狀態(tài)，水泵自動/手動狀態(tài)，啟、停狀態(tài)和故障狀態(tài)，消防水池的液位信息，并可實(shí)現(xiàn)高、低水位報警。車控室可遠(yuǎn)程啟、停消防水泵。

為響應(yīng)《關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見》（公消〔2017〕297 號），實(shí)現(xiàn)“傳統(tǒng)消防”向“現(xiàn)代消防”的轉(zhuǎn)變，同時結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)理念，在今后的設(shè)計中，可考慮采用物聯(lián)網(wǎng)消防泵組（見圖1）。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)消防泵組實(shí)物圖

物聯(lián)網(wǎng)消防泵組包括專用消防泵、專用控制柜、閥組、專用儀表、鋼制底座等主要硬件，也包括物聯(lián)網(wǎng)消防給水機(jī)組監(jiān)控平臺及其移動終端App、全消防物聯(lián)網(wǎng)平臺等軟件。整套設(shè)備具有自動低頻巡檢、自動工頻巡檢功能和自動末端試驗(yàn)功能，不需要人工操作，自動定期試驗(yàn)、自動記錄流量和壓力、自動判斷自動提醒有無故障，同時，用戶可在手機(jī)App 上隨時隨地監(jiān)控試驗(yàn)過程和試驗(yàn)結(jié)果，也可以通過手機(jī)App 和電腦終端隨時隨地遠(yuǎn)程試驗(yàn)，簡單可靠，省時省力。此外，物聯(lián)網(wǎng)泵組對水泵和控制柜進(jìn)行了整合，大大減少了占地面積。常規(guī)設(shè)計中，水泵控制柜一般包含低頻巡檢柜、雙電源切換柜、機(jī)械應(yīng)急啟動柜及水泵控制柜等，控制柜數(shù)量較多且占地面積大，導(dǎo)致消防泵房面積較大。軌道交通車站大多數(shù)為地下車站，設(shè)備用房面積緊張，采用物聯(lián)網(wǎng)泵組可減少泵房，減少土建投資。

同時，類似于排水泵，可通過設(shè)置傳感器收集水泵軸承溫度、電機(jī)溫度、電機(jī)電壓和電流、水泵累計運(yùn)行時間、密封是否有泄漏等實(shí)時狀態(tài)信息，并設(shè)置預(yù)警值，從而減少消防水泵的運(yùn)行故障，保障消防安全。

4.2 消防管道信號閥門

傳統(tǒng)設(shè)計方案中，消防管道上的閥門一般采用蝶閥，閥門默認(rèn)處于常開狀態(tài)，閥門設(shè)置于吊頂以上。在實(shí)際運(yùn)營過程中，管理人員無法實(shí)時掌握閥門的開閉狀態(tài)，如果閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，在火災(zāi)發(fā)生時不能及時提供水源，會影響消防救援，存在安全隱患。上海14、15、18 號線設(shè)計方案中，自消火栓泵出水立管后車站消火栓管道上的所有普通蝶閥均替換為信號蝶閥，并將閥門的啟閉狀態(tài)信號上傳至車站控制室。運(yùn)營人員可實(shí)時掌握管道閥門開閉狀態(tài)，避免火災(zāi)時閥門處于關(guān)閉狀態(tài)而阻斷消防水源。

5 結(jié)語

目前，我國城市軌道交通建設(shè)設(shè)計方案已基本趨于成熟，各方對設(shè)計的要求也越來越高，如何做到精細(xì)化、人性化、智慧化設(shè)計是現(xiàn)階段應(yīng)該要考慮的問題。大數(shù)據(jù)時代，可以利用先進(jìn)的科技手段，通過各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析，實(shí)時掌握軌道交通各類系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可提前預(yù)判可能會發(fā)生的設(shè)備故障，排除或減少事故風(fēng)險，減少運(yùn)營人力成本的投入，提高軌道交通的運(yùn)營管理和服務(wù)水平。