地铁车站风管气密性检测技术研究

王成君 刘 博 马勇军

(中铁十二局集团电气化工程有限公司，天津 300308)

地铁车站风管气密性检测技术研究

王成君 刘 博 马勇军

(中铁十二局集团电气化工程有限公司，天津 300308)

在已有的气密性研究的基础上，结合成都地铁5号线车站机电安装施工实际需求，引入检测机器人，并依据相关规范规定，制定一套经济、合理、方便、快捷、安全的风管气密性检测方案。同时引入BIM技术，使得检测技术数字化，智能化，探索风管气密性检测的新技术和新方法。

空调系统，气密性检测，机器人

1 项目背景及研究意义

密闭容器是储存气体和液体的常用设备，在汽车、煤气、家电等多个行业广泛应用，与居民生活与工业生产有着密切的关系[1]。随着我国经济的飞速发展，这些产业的需求也在加大，相关产业也成为了韩国经济发展的支柱。密封容器主要是用金属材料制成，用来储存油气容器内的煤气液和液体。如果密闭容器内的液体被压缩，就会产生一定的不稳定性，不稳定性会造成严重的后果[2]，这导致我们对制造材料和加工技术有很高的要求。在密闭容器中进行的焊接工艺大部分破损的原因是没有达到指定焊接标准，所以焊缝迫于充入高压气体后的压力将出现开裂现象，导致气体流出。当容器所摄入高压气体和液体在使用过程中发生泄露，整个系统将会产生一系列不良后果，除产品本身的功能会受到影响外[2]，发生爆炸等危险事件的几率也会增大，国民的经济生产也会因此受到很大的损失。因此，为确保产品质量和密封，相关安全部门必须在产品出厂前实施密封性能测试。密封检查是保障产品质量和安全的重要手段。随着这些产品的广泛使用，设备安全系数与工人的施工安全变得日益重要，因此产品安全质量检测将成为永恒的话题。

我国目前在风管气密性检测和防护上与发达国家相比能具有一定的差距。通过对全国空调设备和风管进行统计，我们发现因接缝不严而浪费的平均风量已达到使用风量的15%左右，这已经不是一个可以忽略的小数目，我们必须采取措施降低能耗。

风管气密性的研究引起了国内外学者广泛的关注。研究发现消耗空调系统制冷能耗的10%～40%是风系统的对流、漏风以及输送等原因[3]。同时在相同的条件下，随着压力的增大，风管的平均漏风率明显增大[4]。当漏风率达到20%左右时，Franconi发现空调耗能提高了10%～65%[5]。Cigdem Aydin和Baris Ozerdem的研究发现由于空调通风系统是由一系列密封性良好的材料构成，所以决定该系统气密性好坏的关键在于风管接缝处的密封情况[6]。

本课题以成都地铁5号线为研究背景，地铁5号线北起新都区香城大道，南至天府新区回龙路，沿线途经新都区、金牛区、青羊区、武侯区、高新区、天府新区、双流区等地区。该线一、二期工程线路全长49.016 km，其中地下线42.315 km，高架线6.34 km，过渡段0.361 km。在这个大型项目中，如图1，图2所示，通风管道纵横交错，通风系统所产生能耗在地铁所产生能耗中占极大的一部分，而由于漏风现象造成的通风系统能耗损失是惊人的。现代空调工程在系统功能、控制、净化和节能等各方面对漏风做出了要求[7]。风管系统的严密程度保证了空调系统安装质量[8]。

本课题结合成都地铁5号线车站机电安装施工实际需求，并依据相关规范规定，制定经济、合理、方便、快捷、安全的风管气密性检测方案。

2 通风管道气密性标准

根据中国现行规范GB 50738—2011通风与空调工程施工规范，风管的气密性由其正常工作时的总静压来确定，依照气密性的不同又将风管分为了高、中、低、三个级别，小于500 Pa的为低压系统，500 Pa～1 500 Pa之间为中压系统，大于1 500 Pa为高压系统。对其漏风量的检测在规范中也有详细提到。

虽然我国现已出台了一套风管气密性规范标准，但该标准与西方发达国家相比仍然不够完善且我国标准要求较发达国家还是偏低，我们需要参照发达国家的标准结合自身国情对规范进行相应的调整。

3 目前国内外气密性检测技术简介

在目前的国标中，利用风管漏风仪进行测量，主要的方法分为两大类。但风管气密性检测技术太少，急需引入其他管道气密性检测技术。由于人们对气密性的关注愈来愈强烈，以至于对气密性的研究逐渐发展成为了现代科技的一个分支。目前在该领域较为杰出的公司有日本COSMOS、德国JWFROEHLICH、美国USON优胜(如图3所示)、法国ATEQ阿黛凯(如图4所示)、意大利Microctrol等[10]。

目前国内技术已经基于激光理论，正对气泡产生形成了一套图像处理技术，大幅度提高了检测精度，提出了差压检测法的结果偏差来自于温度恢复时间的不同，并通过补偿计算得出泄漏率[11-13]。

介于以上各种气密性的研究，本课题结合成都地铁5号线车站机电安装施工实际需求，并依据相关规范规定，在此基础上制定更加经济、合理、方便、快捷、安全的风管气密性检测方案。

4 检测机器人

管道作为一种运输物质的材料在各个领域中广泛使用。由于管道的孔径与长度的限制，无法清晰地探测管道内部情况，管道机器人的问世很好地解决了这一大难题(如图5所示)。管道机器携带多种传感器和一系列操作设备，可沿细小管道内部自动行走并窥探管道内部情况。它们可以在工作人员的遥控操作下，进行各专业一体化作业[14]。

对于通风管道气密性检测，在风管成型时可以按照国家指定的标准对其气密性进行严格地检测，但是当风管安装完毕后，风管气密性的维护就不能用安装时的检测方法，特别是在大型项目中，检测机器人对风管的气密性进行检测就成了一种可行的措施。

在地铁风管设施安装与维护过程中，风管漏风很大程度上取决于接头与接缝处的密封状况，它们的几何形状以及密封方式都是影响管道气密性的重要因素；同时，漏风处风孔处工况以及内外压强差也从一定程度上影响其气密性。检测机器人能够有效地检测出风管接头处或接缝处的密封情况。

同时，由于风管长期使用，风管内产生大量的堆积物，它们是传播病毒的载体。检测机器人能轻松地爬入风管并配合其他管道清洗设备将风管中的堆积物一扫而空，最后还能对管道进行消毒。可见检测机器人无论是在风管气密性维护或者风管堆积物清理中都有其应用价值，推广检测机器人在地铁风管运营维护中的应用有很大的社会价值。

5 BIM在气密性检测中的应用

美国是建筑信息模型(Building Information Modeling，简称BIM)的起源地，自2016年起，我国部分城市的建设单位开始出台推广BIM技术的扶持措施和政策，无论是在科研研究、日常教学还是与工程建设部门的接触中，我们都真切地感受到了BIM技术的潜力以及工程行业对相关技术人员的迫切需求。

电子、飞机、汽车等制造工业在近年来一直保持着高效的生产力，其原因之一是始终在尝试使用新技术、新方法，并且随着经验的积累和技术的飞速发展，实现了整个产业的自动化，数字模拟化，智能化。然而在工程领域里面与之相比，尤其在新技术的研发和使用上就要逊色许多。为了响应政府的要求，本课题引入BIM技术，使得风管气密性检测数字化，检测过程可视化，在此基础上根据传统的经验探索气密性检测的新技术、新方法。

6 结语

解决空调系统的漏风能耗问题已经迫在眉睫，这同时也肯定了研究空调系统气密性的必要性。传统的气密性检测仅能在空调系统安装时进行检测，而安装完毕后的运营维护阶段，其气密性检测方法则不再适用。检测机器人的引入为空调系统气密性检测提供了一种有效的方法，特别是对大型空调系统在运营维护阶段的气密性检测，其应用前景相当广泛。同时，BIM技术的融入还可以对气密性检测技术进行全新的探索。

[1] 安云凤.基于机器视觉的压力容器气密性检测系统设计[D].杭州：浙江理工大学,2016.

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[8] 安玉娇,李德英,史永征.空调风管系统漏风量测试工程实践[A].既有建筑综合改造关键技术研究与示范项目交流会[C].2010.

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[14] 陈华成,叶 桦.基于三维云台控制键盘的管道机器人设计及实现[J].工业控制计算机,2013,26(6):58-60.

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，高级工程师

1009-6825(2017)35-0125-03

TU962

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