國(guó)內(nèi)地鐵屏蔽門系統(tǒng)應(yīng)用的探討

張信樹，龔光彩，劉澤華

（湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，1.博士研究生；2.教授，湖南 長(zhǎng)沙 410082；3.南華大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院，教授，湖南 衡陽 421001）

城市軌道交通具有速度快、運(yùn)量大、無污染以及準(zhǔn)時(shí)、舒適、方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為各國(guó)緩解城市交通壓力、降低環(huán)境污染的首選交通工具[1]。而我國(guó)正處于城市化快速發(fā)展時(shí)期，許多大中城市的地面交通已出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，并有惡化的趨勢(shì)，因此發(fā)展地鐵是大勢(shì)所趨。目前，除了已有地鐵的大城市（北京、上海、天津等）在增加線路外，國(guó)內(nèi)大部分省會(huì)城市也都在建設(shè)地鐵。因此，我國(guó)的地鐵建設(shè)正處于高速發(fā)展的時(shí)期。

地鐵中的環(huán)控系統(tǒng)是耗資巨大的環(huán)節(jié)，如何在保證地鐵舒適度要求的前提下，盡可能節(jié)約能耗，降低運(yùn)行費(fèi)用，是地鐵環(huán)控系統(tǒng)必須考慮的問題。屏蔽門系統(tǒng)由于能夠把地鐵系統(tǒng)的第4熱源（列車運(yùn)行產(chǎn)生的熱量）和第2熱源（列車空調(diào)冷凝器散熱量）擋在門外，減少了空調(diào)設(shè)備的容量，降低了初投資，同時(shí)夏季空調(diào)的運(yùn)行也大大降低[2]。正因?yàn)槠帘伍T有這么大的“節(jié)能效果”，所以國(guó)內(nèi)新建的地鐵線路大多裝有屏蔽門系統(tǒng)。

1 地鐵環(huán)控系統(tǒng)

地鐵環(huán)控系統(tǒng)分為開式系統(tǒng)、閉式系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)[3]。

1.1 開式系統(tǒng) 開式系統(tǒng)車站內(nèi)不設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，是通過應(yīng)用機(jī)械或“活塞效應(yīng)”的方法使地鐵內(nèi)部與外界交換空氣，利用外界空氣冷卻車站和隧道。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶞囟鹊陀?5℃，且運(yùn)量較小的地鐵系統(tǒng)。

1.2 閉式系統(tǒng) 閉式系統(tǒng)車站內(nèi)一般采用空調(diào)系統(tǒng)，且僅供給滿足乘客所需的新鮮空氣，而區(qū)間隧道的冷卻是借助于列車運(yùn)行的“活塞效應(yīng)”攜帶一部分車站空調(diào)冷風(fēng)來實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)主要用于當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶞囟雀哂?5℃、運(yùn)量較大、高峰時(shí)間每小時(shí)的列車運(yùn)行對(duì)數(shù)和每列車車輛數(shù)的乘積大于180的地鐵系統(tǒng)，大部分新建地鐵都采用這種系統(tǒng)。

1.3 屏蔽門系統(tǒng) 在車站的站臺(tái)與行車隧道間安裝屏蔽門，將其分隔開，車站安裝空調(diào)系統(tǒng)，隧道用通風(fēng)系統(tǒng)（機(jī)械通風(fēng)或活塞通風(fēng)，或兩者兼用）。

安裝屏蔽門后，車站不受區(qū)間隧道行車時(shí)活塞風(fēng)的影響，車站的空調(diào)冷負(fù)荷只需計(jì)算車站本身設(shè)備、乘客、廣告、照明等發(fā)熱體的散熱。此時(shí)屏蔽門系統(tǒng)的車站空調(diào)冷負(fù)荷僅為閉式系統(tǒng)的22%～28%，且由于車站與行車隧道隔開，減少了運(yùn)行噪聲對(duì)車站的干擾，不僅使車站環(huán)境較安靜、舒適，也使旅客更為安全。

2 屏蔽門系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)狀及誤區(qū)

2.1 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀 世界地鐵第1套屏蔽門系統(tǒng)于1988年安裝在新加坡地鐵NEL線，使用距今已有20多年歷史。從其使用情況看是成功的，既保證了較高的可靠性，又滿足了地鐵的運(yùn)營(yíng)需要，同時(shí)空調(diào)節(jié)能率達(dá)到50%左右[4]。1991年，在保證乘客安全的前提下，為了降低地鐵的運(yùn)營(yíng)管理成本，日本在東京地鐵南北線上安裝了屏蔽門。設(shè)置了屏蔽門之后，一般情況下只需司機(jī)1人操作就可保證安全，站臺(tái)上無需站務(wù)人員接發(fā)列車進(jìn)行監(jiān)視，從而減少了站臺(tái)上的工作人員，大大地降低了地鐵的管理成本[5]。香港地鐵于1997年率先在機(jī)場(chǎng)鐵路（機(jī)場(chǎng)快線及東涌線）安裝站臺(tái)幕門（機(jī)場(chǎng)3號(hào)站臺(tái)、新澳站及博覽館站除外），成為香港地鐵新鐵路地下車站必要設(shè)備，將軍澳線新車站及北角站的2個(gè)新站臺(tái)也于興建時(shí)安裝站臺(tái)幕門。目前除部分地面或高架車站由于沒有安裝空調(diào)系統(tǒng)而沒有加裝站臺(tái)幕門，香港地鐵站臺(tái)均裝有站臺(tái)門，九廣東鐵的尖東站站臺(tái)門是世界上最長(zhǎng)的站臺(tái)門。

受香港地鐵的影響，中國(guó)大陸新建的地鐵路線大多裝有屏蔽門。2003年6月28日投入運(yùn)營(yíng)的廣州地鐵2號(hào)線，是首次在中國(guó)大陸地鐵中使用站臺(tái)屏蔽門的鐵路系統(tǒng)，創(chuàng)下全國(guó)第一。2號(hào)線安裝屏蔽門后，大大減少了車站冷氣在隧道里散失，與未安裝屏蔽門的1號(hào)線相比，可節(jié)約空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)20%的電能[6]。

目前，英國(guó)西屋（Westinghouse）公司、瑞士KABA、法國(guó)Faiverley Transport S A和日本NABCO成為世界上最主要的4家屏蔽門生產(chǎn)廠家，它們提供了世界上約90%的屏蔽門系統(tǒng)。而國(guó)內(nèi)企業(yè)是近2年才進(jìn)入該行業(yè)，自主制造能力相比國(guó)外還比較差，到目前為止，還沒有一個(gè)項(xiàng)目完全采用國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。這種現(xiàn)象無疑增加了屏蔽門系統(tǒng)的初投資費(fèi)用，再加上屏蔽門又不是軌道交通所必需的設(shè)備，所以其應(yīng)用受到了很大的限制。

2.2 應(yīng)用誤區(qū) 在地鐵站臺(tái)層設(shè)置屏蔽門系統(tǒng)，能夠?qū)⒄九_(tái)分成候車區(qū)域和區(qū)間隧道2個(gè)部分。候車區(qū)域由于有效地把地鐵系統(tǒng)的第1和第2熱源擋在屏蔽門之外，并減少站臺(tái)出入口由于列車活塞作用吸入的大量新風(fēng)形成負(fù)荷。車站的空調(diào)冷負(fù)荷只需計(jì)算車站本身設(shè)備、乘客、廣告、照明等設(shè)施的散熱，及區(qū)間隧道與站臺(tái)間通過屏蔽門的傳熱和屏蔽門開啟時(shí)的對(duì)流換熱，從而大大降低了車站空調(diào)冷負(fù)荷，減少了車站空調(diào)運(yùn)行能耗[7-8]。

然而，在區(qū)間隧道，由于有列車運(yùn)行產(chǎn)生的熱量、列車空調(diào)冷凝器散熱量等熱源，使得該區(qū)域的溫度逐年增加。單純依靠地鐵活塞風(fēng)的自然通風(fēng)和隧道土壤的蓄熱來吸收熱量已不能有效地達(dá)到排熱目的，必須采用合適的機(jī)械通風(fēng)設(shè)備，將這些熱量及時(shí)帶走，以保證地鐵的正常運(yùn)營(yíng)。增加機(jī)械通風(fēng)設(shè)備勢(shì)必會(huì)增加地鐵系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用，所以，地鐵安裝屏蔽門后是否節(jié)能及節(jié)能多少，需要綜合考慮，而不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為只要安裝屏蔽門系統(tǒng)就節(jié)能。特別是對(duì)于北方城市夏季持續(xù)高溫時(shí)間比南方城市短，在較長(zhǎng)的過渡季節(jié)和冬季期間屏蔽門系統(tǒng)起不到很好的節(jié)能效果。過渡季節(jié)和冬季活塞風(fēng)溫度不高，引入站臺(tái)可補(bǔ)充新風(fēng)量，節(jié)省機(jī)械通風(fēng)耗能。在北方城市地鐵中采用屏蔽門系統(tǒng)后，過渡季節(jié)和冬季工況站臺(tái)公共區(qū)必須增加機(jī)械通風(fēng)以滿足站臺(tái)對(duì)新風(fēng)量和舒適度的要求，與常用的不采用屏蔽門的開式系統(tǒng)相比不節(jié)能。因此，全年的節(jié)能效果不明顯。

3 屏蔽門系統(tǒng)的改進(jìn)方案

在室外氣溫較低、空調(diào)期較短而其他季節(jié)采用通風(fēng)的地區(qū)，或者只需要通風(fēng)的寒冷地區(qū)，傳統(tǒng)的屏蔽門系統(tǒng)并不能達(dá)到較好的節(jié)能效果，再加上昂貴的初投資，使得屏蔽門的應(yīng)用受到了限制。為了推廣屏蔽門系統(tǒng)在上述地區(qū)的應(yīng)用，對(duì)傳統(tǒng)屏蔽門進(jìn)行節(jié)能改造和創(chuàng)新勢(shì)在必行。多功能屏蔽門和帶風(fēng)口屏蔽門就是在傳統(tǒng)屏蔽門基礎(chǔ)上改進(jìn)而得到的。文獻(xiàn)[9]給出了在北京地區(qū)使用半高安全門、傳統(tǒng)屏蔽門和多功能屏蔽門節(jié)能效果的對(duì)比，多功能屏蔽門系統(tǒng)與傳統(tǒng)屏蔽門比，每年可節(jié)省運(yùn)行能耗30%；與安全門相比可節(jié)能9%。帶風(fēng)口屏蔽門即在屏蔽門上加裝可控風(fēng)口，夏季關(guān)閉隔斷列車產(chǎn)生的熱量和活塞風(fēng)的影響，過渡季和冬季打開有效利用活塞風(fēng)降低通風(fēng)能耗[10]。帶風(fēng)口屏蔽門系統(tǒng)綜合了屏蔽門系統(tǒng)和半高安全門系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，為北方城市地鐵提供更安全、舒適、節(jié)能的屏蔽門系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

屏蔽門系統(tǒng)具有節(jié)能、環(huán)保、提高城市形象等優(yōu)點(diǎn)，因此深受業(yè)主的青睞。在我國(guó)南方地區(qū)，由于夏季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，過渡季節(jié)和冬季持續(xù)時(shí)間比較短，安裝屏蔽門后節(jié)能等效果非常明顯，這也得到了較多的例證。而北方城市，由于過渡季節(jié)和冬季持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，夏季持續(xù)時(shí)間比較短，因此在該地區(qū)是否安裝屏蔽門，安裝什么型式的屏蔽門一直是個(gè)有爭(zhēng)議的問題。為了在北方地區(qū)推廣屏蔽門系統(tǒng)，本文提出應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng)進(jìn)行改造和創(chuàng)新。

投資成本高、技術(shù)需要靠國(guó)外引進(jìn)也是制約屏蔽門系統(tǒng)在我國(guó)地鐵系統(tǒng)中應(yīng)用的因素。到目前為止，國(guó)內(nèi)還沒有一家能夠獨(dú)立生產(chǎn)屏蔽門的企業(yè)。因此，國(guó)內(nèi)屏蔽門生產(chǎn)廠家應(yīng)該加大研發(fā)力度，盡早實(shí)現(xiàn)屏蔽門國(guó)產(chǎn)化，從而降低屏蔽門系統(tǒng)的初投資，推進(jìn)屏蔽門系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)廣泛的應(yīng)用。

[1]雷風(fēng)行.中國(guó)地鐵建設(shè)的概況及發(fā)展思路[J].世界隧道.1996，（1）：1-6.

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[3]張慶賀等.地鐵與輕軌[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]劉承東.屏蔽門系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究.2000，（1）：31-33.

[5]蔣玉琨.東京地鐵南北線的站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)[J].地鐵與輕軌.1994，（1）：23-27.

[6]盧光霖，陳韶章.城市軌道交通建設(shè)綜合技術(shù)示范工程——廣州地鐵二號(hào)線[M]，廣州：華南理工大學(xué)出版社，2006，1-18.

[7]沈翔.地下鐵道活塞風(fēng)特性的研究[D].同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文.2003

[8]閆榮巧.站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)在我國(guó)地下鐵道中的適用性研究[D].西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文.2006

[9]李國(guó)慶，張春生.城市軌道交通發(fā)展中的屏蔽門創(chuàng)新[J].都市快軌交通，2007，20（5）.

[10]董書蕓.北方城市地鐵活塞風(fēng)對(duì)地鐵換季的影響規(guī)律及其有效利用[D].天津大學(xué)博士學(xué)位論文.2008