深圳地鐵一期工程環控系統存在的問題及其整改方案

賴雪龍 王曉冬

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

地鐵環控系統是地鐵設備系統的重要組成部分，擔負著為公共區和設備管理用房提供舒適環境，為地鐵區間隧道通風換氣，火災時排除煙氣等任務。環控系統能否可靠運行，直接影響地鐵服務質量和運營安全。因此，對環控系統進行可靠性分析，并針對存在的問題采取有效措施是很有必要的。為保證設備的長時間無故障運行而進行的分析處理過程，就是設備的可靠性分析［1－2］。通過這些工作，不但可以提高運營服務質量、消除安全隱患，還可以為地鐵新線建設提供參考，提高其環控系統的可靠性。

1 地鐵環控系統簡介

1.1 地鐵環控系統組成

地鐵環控系統一般由車站空調通風系統和隧道通風系統組成。其中：車站空調通風系統分為車站公共區（站廳、站臺）空調通風系統（簡稱大系統）、車站設備及管理用房空調通風系統（簡稱小系統）以及為大系統和小系統提供冷源的系統（簡稱水系統）；隧道通風系統分為區間隧道活塞風與機械通風系統（簡稱TVF系統）和站臺下部、車行道上部排熱系統（簡稱U/O系統）。

1.2 地鐵環控系統各子系統的功能

大系統：空調季節為站廳、站臺提供冷量和新風；通風季節為站廳、站臺通風換氣；火災時排除站廳或站臺層的煙氣，控制煙氣蔓延。

小系統：空調季節為設備及管理用房提供冷量和新風；通風季節為設備及管理用房通風換氣；災時排除設備及管理用房的煙氣，控制煙氣蔓延。

水系統：空調季節為大系統、小系統提供冷源。

TVF系統：正常情況下隧道的通風換氣；列車因故阻塞在區間隧道時的通風；隧道發生火災時進行排煙。

U/O系統：正常情況下隧道的通風換氣；排除列車進站時頂部空調冷凝器產生的熱氣；排除列車進站制動時產生的熱氣；隧道發生火災時進行排煙。

2 地鐵環控系統可靠性分析

可靠性工作貫穿于系統的規劃、設計、制造直至使用和維修的整個過程。對整個過程中所產生的各種數據進行收集和分析，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控系統在設計和設備采購方面，比較注重功能性和成本控制，對系統可靠性方面考慮較少。通過系統可靠性工作過程來分析地鐵環控系統，發現了很多系統在可靠性方面的不足，具體如下。

2.1 制冷設備冗余問題

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

圖1 系統可靠性工作過程

圖2 小系統原理圖

2）既有線的整改方案：為解決上述問題，現在既有線采取的辦法是增加冗余系統。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。但隨之出現了分體空調室外機安裝位置的新問題。由于地鐵內部空間狹小，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：為了同時解決系統冗余和分體空調室外機安裝問題，新線設計用多聯機組取代分體空調，將室外機直接放在地鐵風亭上。這在節能上也有非常好的效果［3－5］。

2.2 防火閥問題

1）現狀：地鐵環控大、小系統在執行防排煙功能時，主要靠風管上防火閥的開關來實現。本文以站臺火災模式來分析防火閥問題。站臺火災原理圖如圖3。由圖3可知，站臺火災時，需關閉站臺的送風防火閥和站廳的排煙防火閥。因此，火災時，防火閥能否按既定的模式動作是系統實現防排煙功能的關鍵。實際上，國家標準對防火閥的技術要求不高，其動作可靠次數只有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（設備監控系統）、FAS（火災報警系統）的監控，功能非常復雜。故國內生產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，只能對防火閥執行機構進行改裝，這就使本來可靠性不高的防火閥故障率更高。

圖3 站臺火災原理圖

2）既有線的整改方案：簡化監控接口，取消FAS對防火閥的控制；縮短檢修周期，將規范規定的半年檢改為季檢，并加強對防火閥的檢修質量控制。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：進一步簡化防火閥接口，只保留EMCS對防火閥的監控，FAS系統通過與EMCS系統進行數據交換的方式實現對防火閥的監控。防火閥招標時參照國外標準，將可靠性次數提高到1萬次。

2.3 中間風亭問題

1）現狀：地鐵隧道通風系統通常會在較長的區間設置中間風亭，通過對中間風亭風閥的控制來改善區間通風或排煙效果。圖4（a）為中間風亭示意圖。該風亭利用施工產生的盾構井改造而成，雖然節約了建設成本，但由于風井很高，且風井的正下方是接觸網，故在停運后僅有的3h檢修時間內根本無法對風井內的排水管和消聲器進行檢修。該排水管和消聲器從2004年運營至今一直處于失修狀態，如發生墜落，肯定會長時間中斷行車，存在嚴重安全隱患。

2）既有線的整改方案：拆除風井內的排水管，將排水從隧道側面引至車站主廢水池；取消消聲器，風閥維修從地面風亭進入。

圖4 中間風亭示意圖

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

2.4 U/O風道吊桿問題

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

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的正常供電。

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

圖5 U/O鋼板風道安裝示意圖

2.5 檢修空間問題

1）現狀：地鐵內空間狹小，環控系統設備和管線布置困難，系統設計時也沒有針對檢修空間作進一步的優化，造成風閥執行機構靠著墻、風機被管線包圍、空調箱檢修門被管線擋住等問題。這些問題使很多環控設備無法檢修或檢修困難，嚴重影響系統可靠性。

2）既有線的整改方案：在不影響其它系統的情況下，根據不同的現場情況，采取不同的辦法進行整改，留出檢修空間。例如：將風閥旋轉180°，使執行機構不緊貼墻壁；重新布置管線；將設備移到有檢修空間的地方；在天花板或隔墻上增設檢修孔。

3）新線策略：由于現在國內設計院對綜合管線重視不夠，沒有專門的人員對綜合管線進行優化和調整，白石洲站、高新園站還是邊安裝邊調整，既浪費人力物力又影響安裝進度。應向香港地鐵學習，聘請專業公司在施工前優化和調整綜合管線。

2.6 隧道風機維修時氣流短路問題

1）現狀：目前，地鐵隧道風機（Tunel Ventilatian Fan，簡為TVF）系統標準的設計是在車站兩端各布置2臺TVF，分別對應上、下行線進行通風或排煙；同時2臺風機可以實現互相備用功能。世界之窗站西端的TVF布置見圖6。類似布置的TVF系統設備在正常情況下是可行的，但當風機出現機械故障、需移出進行維修時，風機接口處會出現氣流短路現象，使另一臺風機的備用功能也喪失。

圖6 世界之窗站西端的TVF風機圖

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

3）新線策略：新線設計時要求將風機的聯鎖風閥與活塞風閥并排安裝，避免因風機維修而產生安全隱患。

3 結語

環控系統應在設計、設備采購、安裝施工等過程中對存在問題進行持續改進，探索系統設計的新方法、新思路，不斷地完善系統，才能使系統的可靠性更強。

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

［2］郭波.系統可靠性分析［M］.長沙：國防科技大學出版社.2002.

［3］滕英武.變頻控制VRV空調系統節能性能實驗研究［D］.上海：同濟大學，2000.

［4］介鵬飛，李德英.VRV空調系統的節能性研究與應用［J］.節能，2008（12）：19.

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

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