賴雪龍 王曉冬

（深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運營分公司，518040，深圳//第一作者，工程師）

地鐵環(huán)控系統(tǒng)是地鐵設(shè)備系統(tǒng)的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著為公共區(qū)和設(shè)備管理用房提供舒適環(huán)境，為地鐵區(qū)間隧道通風(fēng)換氣，火災(zāi)時排除煙氣等任務(wù)。環(huán)控系統(tǒng)能否可靠運行，直接影響地鐵服務(wù)質(zhì)量和運營安全。因此，對環(huán)控系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，并針對存在的問題采取有效措施是很有必要的。為保證設(shè)備的長時間無故障運行而進(jìn)行的分析處理過程，就是設(shè)備的可靠性分析［1－2］。通過這些工作，不但可以提高運營服務(wù)質(zhì)量、消除安全隱患，還可以為地鐵新線建設(shè)提供參考，提高其環(huán)控系統(tǒng)的可靠性。

1 地鐵環(huán)控系統(tǒng)簡介

1.1 地鐵環(huán)控系統(tǒng)組成

地鐵環(huán)控系統(tǒng)一般由車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)和隧道通風(fēng)系統(tǒng)組成。其中：車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)分為車站公共區(qū)（站廳、站臺）空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)（簡稱大系統(tǒng)）、車站設(shè)備及管理用房空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)（簡稱小系統(tǒng)）以及為大系統(tǒng)和小系統(tǒng)提供冷源的系統(tǒng)（簡稱水系統(tǒng)）；隧道通風(fēng)系統(tǒng)分為區(qū)間隧道活塞風(fēng)與機械通風(fēng)系統(tǒng)（簡稱TVF系統(tǒng)）和站臺下部、車行道上部排熱系統(tǒng)（簡稱U/O系統(tǒng)）。

1.2 地鐵環(huán)控系統(tǒng)各子系統(tǒng)的功能

大系統(tǒng)：空調(diào)季節(jié)為站廳、站臺提供冷量和新風(fēng)；通風(fēng)季節(jié)為站廳、站臺通風(fēng)換氣；火災(zāi)時排除站廳或站臺層的煙氣，控制煙氣蔓延。

小系統(tǒng)：空調(diào)季節(jié)為設(shè)備及管理用房提供冷量和新風(fēng)；通風(fēng)季節(jié)為設(shè)備及管理用房通風(fēng)換氣；災(zāi)時排除設(shè)備及管理用房的煙氣，控制煙氣蔓延。

水系統(tǒng)：空調(diào)季節(jié)為大系統(tǒng)、小系統(tǒng)提供冷源。

TVF系統(tǒng)：正常情況下隧道的通風(fēng)換氣；列車因故阻塞在區(qū)間隧道時的通風(fēng)；隧道發(fā)生火災(zāi)時進(jìn)行排煙。

U/O系統(tǒng)：正常情況下隧道的通風(fēng)換氣；排除列車進(jìn)站時頂部空調(diào)冷凝器產(chǎn)生的熱氣；排除列車進(jìn)站制動時產(chǎn)生的熱氣；隧道發(fā)生火災(zāi)時進(jìn)行排煙。

2 地鐵環(huán)控系統(tǒng)可靠性分析

可靠性工作貫穿于系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、制造直至使用和維修的整個過程。對整個過程中所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，在可靠性工作中有著重要的地位。圖1描述了可靠性的工作過程。

深圳地鐵一期工程環(huán)控系統(tǒng)在設(shè)計和設(shè)備采購方面，比較注重功能性和成本控制，對系統(tǒng)可靠性方面考慮較少。通過系統(tǒng)可靠性工作過程來分析地鐵環(huán)控系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了很多系統(tǒng)在可靠性方面的不足，具體如下。

2.1 制冷設(shè)備冗余問題

1）現(xiàn)狀：地鐵環(huán)控小系統(tǒng)的主要功能之一是調(diào)節(jié)通信機械室、信號機械室等設(shè)備房的溫濕度，保障通信、信號等重要設(shè)備系統(tǒng)的正常運行。其原理圖如圖2。從圖2可以看出，在小系統(tǒng)中，為房間提供冷氣的最為關(guān)鍵的設(shè)備是空氣處理機組，而其在系統(tǒng)中只有一臺。如果該空氣處理機組發(fā)生重大故障，相應(yīng)的設(shè)備房將停止供冷，房間會出現(xiàn)凝露或高溫現(xiàn)象。一旦通信、信號機械室溫度超過30℃，其系統(tǒng)將無法運行；而變電室發(fā)生凝露時會引起框架式斷路器短路跳閘，嚴(yán)重威脅地鐵運營安全。

圖1 系統(tǒng)可靠性工作過程

圖2 小系統(tǒng)原理圖

2）既有線的整改方案：為解決上述問題，現(xiàn)在既有線采取的辦法是增加冗余系統(tǒng)。即在通信和信號機械室、事故照明蓄電池室等房間加裝分體空調(diào)。但隨之出現(xiàn)了分體空調(diào)室外機安裝位置的新問題。由于地鐵內(nèi)部空間狹小，加裝的室外機只能放在走廊或隧道邊，但放在走廊的室外機影響緊急情況下的人員疏散，放在隧道邊的室外機因隧道內(nèi)粉塵聚集在冷凝器上而影響分體機正常運行。

3）新線策略：為了同時解決系統(tǒng)冗余和分體空調(diào)室外機安裝問題，新線設(shè)計用多聯(lián)機組取代分體空調(diào)，將室外機直接放在地鐵風(fēng)亭上。這在節(jié)能上也有非常好的效果［3－5］。

2.2 防火閥問題

1）現(xiàn)狀：地鐵環(huán)控大、小系統(tǒng)在執(zhí)行防排煙功能時，主要靠風(fēng)管上防火閥的開關(guān)來實現(xiàn)。本文以站臺火災(zāi)模式來分析防火閥問題。站臺火災(zāi)原理圖如圖3。由圖3可知，站臺火災(zāi)時，需關(guān)閉站臺的送風(fēng)防火閥和站廳的排煙防火閥。因此，火災(zāi)時，防火閥能否按既定的模式動作是系統(tǒng)實現(xiàn)防排煙功能的關(guān)鍵。實際上，國家標(biāo)準(zhǔn)對防火閥的技術(shù)要求不高，其動作可靠次數(shù)只有50次；但地鐵對防火閥的可靠性要求很高，且防火閥同時要接受EMCS（設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）、FAS（火災(zāi)報警系統(tǒng)）的監(jiān)控，功能非常復(fù)雜。故國內(nèi)生產(chǎn)的防火閥不能適合地鐵的使用要求。防火閥廠家為了滿足地鐵用戶的要求，只能對防火閥執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行改裝，這就使本來可靠性不高的防火閥故障率更高。

圖3 站臺火災(zāi)原理圖

2）既有線的整改方案：簡化監(jiān)控接口，取消FAS對防火閥的控制；縮短檢修周期，將規(guī)范規(guī)定的半年檢改為季檢，并加強對防火閥的檢修質(zhì)量控制。通過這些措施，可大幅降低日常模式測試時防火閥的故障率。

3）新線策略：進(jìn)一步簡化防火閥接口，只保留EMCS對防火閥的監(jiān)控，F(xiàn)AS系統(tǒng)通過與EMCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方式實現(xiàn)對防火閥的監(jiān)控。防火閥招標(biāo)時參照國外標(biāo)準(zhǔn)，將可靠性次數(shù)提高到1萬次。

2.3 中間風(fēng)亭問題

1）現(xiàn)狀：地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)通常會在較長的區(qū)間設(shè)置中間風(fēng)亭，通過對中間風(fēng)亭風(fēng)閥的控制來改善區(qū)間通風(fēng)或排煙效果。圖4（a）為中間風(fēng)亭示意圖。該風(fēng)亭利用施工產(chǎn)生的盾構(gòu)井改造而成，雖然節(jié)約了建設(shè)成本，但由于風(fēng)井很高，且風(fēng)井的正下方是接觸網(wǎng)，故在停運后僅有的3h檢修時間內(nèi)根本無法對風(fēng)井內(nèi)的排水管和消聲器進(jìn)行檢修。該排水管和消聲器從2004年運營至今一直處于失修狀態(tài)，如發(fā)生墜落，肯定會長時間中斷行車，存在嚴(yán)重安全隱患。

2）既有線的整改方案：拆除風(fēng)井內(nèi)的排水管，將排水從隧道側(cè)面引至車站主廢水池；取消消聲器，風(fēng)閥維修從地面風(fēng)亭進(jìn)入。

圖4 中間風(fēng)亭示意圖

3）新線策略：新線設(shè)計時，中間風(fēng)亭按新線中間風(fēng)亭樣圖（見圖4（b））設(shè)置在側(cè)面，排水管從隧道側(cè)面引至車站主廢水池，消聲器在側(cè)面落地安裝，以方便檢修。

2.4 U/O風(fēng)道吊桿問題

1）現(xiàn)狀：地鐵一期工程站臺區(qū)間的U/O風(fēng)道為混凝土風(fēng)道，由混凝土風(fēng)道兩端至排熱風(fēng)室使用的是鋼板制作的風(fēng)道，其示意圖見圖5。風(fēng)道下面是接觸網(wǎng)。國內(nèi)其它地鐵在實際使用過程中曾發(fā)生吊桿松脫后橫拉桿下墜到接觸網(wǎng)、引起接觸網(wǎng)短路跳閘中斷行車的事件，存在嚴(yán)重安全隱患。

2）既有線的整改方案：將每一邊所有的吊桿用圓鋼和特制的緊固件連成一體，并將吊桿下部的螺母換成防松螺母，防止個別吊桿松脫后影響接觸網(wǎng)的正常供電。

3）新線策略：將接觸網(wǎng)上方的U/O風(fēng)道全部設(shè)計為混凝土風(fēng)道，與樓板整體澆筑，杜絕該類安全隱患。

圖5 U/O鋼板風(fēng)道安裝示意圖

2.5 檢修空間問題

1）現(xiàn)狀：地鐵內(nèi)空間狹小，環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備和管線布置困難，系統(tǒng)設(shè)計時也沒有針對檢修空間作進(jìn)一步的優(yōu)化，造成風(fēng)閥執(zhí)行機構(gòu)靠著墻、風(fēng)機被管線包圍、空調(diào)箱檢修門被管線擋住等問題。這些問題使很多環(huán)控設(shè)備無法檢修或檢修困難，嚴(yán)重影響系統(tǒng)可靠性。

2）既有線的整改方案：在不影響其它系統(tǒng)的情況下，根據(jù)不同的現(xiàn)場情況，采取不同的辦法進(jìn)行整改，留出檢修空間。例如：將風(fēng)閥旋轉(zhuǎn)180°，使執(zhí)行機構(gòu)不緊貼墻壁；重新布置管線；將設(shè)備移到有檢修空間的地方；在天花板或隔墻上增設(shè)檢修孔。

3）新線策略：由于現(xiàn)在國內(nèi)設(shè)計院對綜合管線重視不夠，沒有專門的人員對綜合管線進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，白石洲站、高新園站還是邊安裝邊調(diào)整，既浪費人力物力又影響安裝進(jìn)度。應(yīng)向香港地鐵學(xué)習(xí)，聘請專業(yè)公司在施工前優(yōu)化和調(diào)整綜合管線。

2.6 隧道風(fēng)機維修時氣流短路問題

1）現(xiàn)狀：目前，地鐵隧道風(fēng)機（Tunel Ventilatian Fan，簡為TVF）系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計是在車站兩端各布置2臺TVF，分別對應(yīng)上、下行線進(jìn)行通風(fēng)或排煙；同時2臺風(fēng)機可以實現(xiàn)互相備用功能。世界之窗站西端的TVF布置見圖6。類似布置的TVF系統(tǒng)設(shè)備在正常情況下是可行的，但當(dāng)風(fēng)機出現(xiàn)機械故障、需移出進(jìn)行維修時，風(fēng)機接口處會出現(xiàn)氣流短路現(xiàn)象，使另一臺風(fēng)機的備用功能也喪失。

圖6 世界之窗站西端的TVF風(fēng)機圖

2）既有線的應(yīng)對方法：風(fēng)機維修前充分準(zhǔn)備材料、工器具，盡量縮短維修時間；若預(yù)計維修時間超過48h，則采取臨時措施封堵拆風(fēng)機后留下的接口。

3）新線策略：新線設(shè)計時要求將風(fēng)機的聯(lián)鎖風(fēng)閥與活塞風(fēng)閥并排安裝，避免因風(fēng)機維修而產(chǎn)生安全隱患。

3 結(jié)語

環(huán)控系統(tǒng)應(yīng)在設(shè)計、設(shè)備采購、安裝施工等過程中對存在問題進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，探索系統(tǒng)設(shè)計的新方法、新思路，不斷地完善系統(tǒng)，才能使系統(tǒng)的可靠性更強。

［1］張釗謙，吳重光.安全系統(tǒng)可靠性分析方法［J］.安全與環(huán)境學(xué)報，2002，2（2）：47.

［2］郭波.系統(tǒng)可靠性分析［M］.長沙：國防科技大學(xué)出版社.2002.

［3］滕英武.變頻控制VRV空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性能實驗研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2000.

［4］介鵬飛，李德英.VRV空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性研究與應(yīng)用［J］.節(jié)能，2008（12）：19.

［5］張欽，袁立東.中小型空調(diào)水系統(tǒng)備用泵的優(yōu)化設(shè)計探討［J］.制冷與空調(diào)，2009，9（2）：73.

［6］于秋燕.端進(jìn)式車站的通風(fēng)空調(diào)及防排煙系統(tǒng)方案研究［J］.城市軌道交通研究，2010（9）：61.