深圳地铁一期工程环控系统存在的问题及其整改方案

2012-01-16赖雪龙王晓冬

城市轨道交通研究 2012年1期

赖雪龙王晓冬

（深圳市地铁集团有限公司运营分公司，518040，深圳//第一作者，工程师）

地铁环控系统是地铁设备系统的重要组成部分，担负着为公共区和设备管理用房提供舒适环境，为地铁区间隧道通风换气，火灾时排除烟气等任务。环控系统能否可靠运行，直接影响地铁服务质量和运营安全。因此，对环控系统进行可靠性分析，并针对存在的问题采取有效措施是很有必要的。为保证设备的长时间无故障运行而进行的分析处理过程，就是设备的可靠性分析［1－2］。通过这些工作，不但可以提高运营服务质量、消除安全隐患，还可以为地铁新线建设提供参考，提高其环控系统的可靠性。

1 地铁环控系统简介

1.1 地铁环控系统组成

地铁环控系统一般由车站空调通风系统和隧道通风系统组成。其中：车站空调通风系统分为车站公共区（站厅、站台）空调通风系统（简称大系统）、车站设备及管理用房空调通风系统（简称小系统）以及为大系统和小系统提供冷源的系统（简称水系统）；隧道通风系统分为区间隧道活塞风与机械通风系统（简称TVF系统）和站台下部、车行道上部排热系统（简称U/O系统）。

1.2 地铁环控系统各子系统的功能

大系统：空调季节为站厅、站台提供冷量和新风；通风季节为站厅、站台通风换气；火灾时排除站厅或站台层的烟气，控制烟气蔓延。

小系统：空调季节为设备及管理用房提供冷量和新风；通风季节为设备及管理用房通风换气；灾时排除设备及管理用房的烟气，控制烟气蔓延。

水系统：空调季节为大系统、小系统提供冷源。

TVF系统：正常情况下隧道的通风换气；列车因故阻塞在区间隧道时的通风；隧道发生火灾时进行排烟。

U/O系统：正常情况下隧道的通风换气；排除列车进站时顶部空调冷凝器产生的热气；排除列车进站制动时产生的热气；隧道发生火灾时进行排烟。

2 地铁环控系统可靠性分析

可靠性工作贯穿于系统的规划、设计、制造直至使用和维修的整个过程。对整个过程中所产生的各种数据进行收集和分析，在可靠性工作中有着重要的地位。图1描述了可靠性的工作过程。

深圳地铁一期工程环控系统在设计和设备采购方面，比较注重功能性和成本控制，对系统可靠性方面考虑较少。通过系统可靠性工作过程来分析地铁环控系统，发现了很多系统在可靠性方面的不足，具体如下。

2.1 制冷设备冗余问题

1）现状：地铁环控小系统的主要功能之一是调节通信机械室、信号机械室等设备房的温湿度，保障通信、信号等重要设备系统的正常运行。其原理图如图2。从图2可以看出，在小系统中，为房间提供冷气的最为关键的设备是空气处理机组，而其在系统中只有一台。如果该空气处理机组发生重大故障，相应的设备房将停止供冷，房间会出现凝露或高温现象。一旦通信、信号机械室温度超过30℃，其系统将无法运行；而变电室发生凝露时会引起框架式断路器短路跳闸，严重威胁地铁运营安全。

图1 系统可靠性工作过程

图2 小系统原理图

2）既有线的整改方案：为解决上述问题，现在既有线采取的办法是增加冗余系统。即在通信和信号机械室、事故照明蓄电池室等房间加装分体空调。但随之出现了分体空调室外机安装位置的新问题。由于地铁内部空间狭小，加装的室外机只能放在走廊或隧道边，但放在走廊的室外机影响紧急情况下的人员疏散，放在隧道边的室外机因隧道内粉尘聚集在冷凝器上而影响分体机正常运行。

3）新线策略：为了同时解决系统冗余和分体空调室外机安装问题，新线设计用多联机组取代分体空调，将室外机直接放在地铁风亭上。这在节能上也有非常好的效果［3－5］。

2.2 防火阀问题

1）现状：地铁环控大、小系统在执行防排烟功能时，主要靠风管上防火阀的开关来实现。本文以站台火灾模式来分析防火阀问题。站台火灾原理图如图3。由图3可知，站台火灾时，需关闭站台的送风防火阀和站厅的排烟防火阀。因此，火灾时，防火阀能否按既定的模式动作是系统实现防排烟功能的关键。实际上，国家标准对防火阀的技术要求不高，其动作可靠次数只有50次；但地铁对防火阀的可靠性要求很高，且防火阀同时要接受EMCS（设备监控系统）、FAS（火灾报警系统）的监控，功能非常复杂。故国内生产的防火阀不能适合地铁的使用要求。防火阀厂家为了满足地铁用户的要求，只能对防火阀执行机构进行改装，这就使本来可靠性不高的防火阀故障率更高。

图3 站台火灾原理图

2）既有线的整改方案：简化监控接口，取消FAS对防火阀的控制；缩短检修周期，将规范规定的半年检改为季检，并加强对防火阀的检修质量控制。通过这些措施，可大幅降低日常模式测试时防火阀的故障率。

3）新线策略：进一步简化防火阀接口，只保留EMCS对防火阀的监控，FAS系统通过与EMCS系统进行数据交换的方式实现对防火阀的监控。防火阀招标时参照国外标准，将可靠性次数提高到1万次。

2.3 中间风亭问题

1）现状：地铁隧道通风系统通常会在较长的区间设置中间风亭，通过对中间风亭风阀的控制来改善区间通风或排烟效果。图4（a）为中间风亭示意图。该风亭利用施工产生的盾构井改造而成，虽然节约了建设成本，但由于风井很高，且风井的正下方是接触网，故在停运后仅有的3h检修时间内根本无法对风井内的排水管和消声器进行检修。该排水管和消声器从2004年运营至今一直处于失修状态，如发生坠落，肯定会长时间中断行车，存在严重安全隐患。

2）既有线的整改方案：拆除风井内的排水管，将排水从隧道侧面引至车站主废水池；取消消声器，风阀维修从地面风亭进入。

图4 中间风亭示意图

3）新线策略：新线设计时，中间风亭按新线中间风亭样图（见图4（b））设置在侧面，排水管从隧道侧面引至车站主废水池，消声器在侧面落地安装，以方便检修。

2.4 U/O风道吊杆问题

1）现状：地铁一期工程站台区间的U/O风道为混凝土风道，由混凝土风道两端至排热风室使用的是钢板制作的风道，其示意图见图5。风道下面是接触网。国内其它地铁在实际使用过程中曾发生吊杆松脱后横拉杆下坠到接触网、引起接触网短路跳闸中断行车的事件，存在严重安全隐患。

2）既有线的整改方案：将每一边所有的吊杆用圆钢和特制的紧固件连成一体，并将吊杆下部的螺母换成防松螺母，防止个别吊杆松脱后影响接触网的正常供电。

3）新线策略：将接触网上方的U/O风道全部设计为混凝土风道，与楼板整体浇筑，杜绝该类安全隐患。

图5 U/O钢板风道安装示意图

2.5 检修空间问题

1）现状：地铁内空间狭小，环控系统设备和管线布置困难，系统设计时也没有针对检修空间作进一步的优化，造成风阀执行机构靠着墙、风机被管线包围、空调箱检修门被管线挡住等问题。这些问题使很多环控设备无法检修或检修困难，严重影响系统可靠性。

2）既有线的整改方案：在不影响其它系统的情况下，根据不同的现场情况，采取不同的办法进行整改，留出检修空间。例如：将风阀旋转180°，使执行机构不紧贴墙壁；重新布置管线；将设备移到有检修空间的地方；在天花板或隔墙上增设检修孔。

3）新线策略：由于现在国内设计院对综合管线重视不够，没有专门的人员对综合管线进行优化和调整，白石洲站、高新园站还是边安装边调整，既浪费人力物力又影响安装进度。应向香港地铁学习，聘请专业公司在施工前优化和调整综合管线。

2.6 隧道风机维修时气流短路问题

1）现状：目前，地铁隧道风机（Tunel Ventilatian Fan，简为TVF）系统标准的设计是在车站两端各布置2台TVF，分别对应上、下行线进行通风或排烟；同时2台风机可以实现互相备用功能。世界之窗站西端的TVF布置见图6。类似布置的TVF系统设备在正常情况下是可行的，但当风机出现机械故障、需移出进行维修时，风机接口处会出现气流短路现象，使另一台风机的备用功能也丧失。