屏蔽門在北京地鐵的應用

譚鐵仁 劉艷榮 魏廣宏 關振宇

（北京市地鐵運營有限公司，100043，北京∥第一作者，高級工程師）

地鐵屏蔽門系統是安裝于地鐵車站站臺邊緣的連續屏障。屏蔽門將列車的軌行區與乘客候車區域隔離，設置有滑動門與列車門一一對應并同步開啟和關閉，為乘客營造了一個安全、舒適的候車環境。

地鐵屏蔽門可分為半高屏蔽門和全高屏蔽門2類。全高屏蔽門又分為全高全封閉屏蔽門和全高半封閉屏蔽門（見圖1、圖2和圖3）。

全高全封閉式屏蔽門：由自上而下的屏障和屏蔽門門體組成，沿著車站有效站臺中心線向兩端展開，能把站臺候車區與列車進站停靠區完全隔離。主要功能是增加安全性、節約能耗、降低噪聲、環保等。北京地鐵8號線即安裝全高全封閉式屏蔽門。

圖1 半高屏蔽門

圖2 全高半封閉屏蔽門

圖3 全高全封閉屏蔽門

全高半封閉式屏蔽門：是一道上不封頂的玻璃隔離墻和門體組成的屏障，其門體高度一般為2.5 m。與全封閉式相比，其安裝位置基本相同，但高度低，結構也較簡單，空氣可以通過屏蔽門上部流通，成本也低。這種屏蔽門主要起隔離作用，提高站臺候車乘客的安全感，對于降噪也有一定效果。如北京地鐵5號線、亦莊線的地下車站即安裝全高半封閉屏蔽門。

半高屏蔽門：安裝位置與全高屏蔽門相同，不同之處是其門體高度一般為1.5 m，門機等機械、電氣設備不是設置于滑動門上方，而是設置于滑動門兩側的固定側盒中。從表面看半高屏蔽門的結構要比全高門簡單，體積要小于全高門，使用的玻璃和金屬材料也比全高門少。但其滑動門的懸掛裝置、驅動裝置更復雜且雙套布置，單道滑動門鎖緊機構、電動機、傳動機構數量是全高屏蔽門的2倍，門控制器（DCU或DCM）的驅動功率元件也是全高門的2倍。

屏蔽門系統在地鐵車站的使用極大地提高了乘客候車的安全感，外觀簡潔、通透的屏蔽門提升了地鐵的整體形象。

現代社會提倡以人為本，地鐵設備遵循人性化設計理念。乘客對于地鐵車站的安全性、舒適性的需求不斷提高，地鐵機電設備的節能、環保也是社會可持續發展的客觀要求。屏蔽門系統正是應地鐵系統節能與安全的需求而產生的一個地鐵機電設備，首先在國外誕生。繼廣州地鐵2號線在我國首次使用后，深圳、上海、重慶等多個城市的地鐵建設中均應用屏蔽門技術。站臺屏蔽門降低了列車活塞風的影響，改善了站臺環境，給乘客創造了一個干凈、明亮、舒適、現代的候車環境。

1 屏蔽門系統的工作條件與技術術語

1.1 屏蔽門系統的工作條件

（1）自然環境條件：海拔高度＜1 000 m；日最高溫度為45℃；日最低溫度為－20℃；25℃時相對濕度不超過85%～90%（投入運營前和運行初期可達95%）。

（2）正式運營后工作環境條件：溫度為軌道側0～45℃，站臺側5～30℃；相對濕度≤95%；設備室溫度0～30℃。

（3）載荷條件：人群對門體的沖擊載荷為1 500 N（1.2 m高處，作用面積100 mm×100 mm，在0.2 s時間內）結構無永久變形；人群對門體的擠壓載荷為1 500 N／m（距站臺裝飾面1.1 m高處）；疲勞負載（活塞風壓）為±400 Pa（每年22萬次，30年）；地震基本烈度為8度（設計基本地震加速度值0.20g）；振動水平為BS 4675第一級水平。

（4）最大運行強度至少每2 min開閉1次，每天連續運行20 h，每年連續運行365 d。

1.2 屏蔽門系統的主要技術術語

（1）屏蔽門（PSD）：是安裝于地鐵車站站臺邊緣的連續屏障，是機電一體化系統。

（2）滑動門（ASD）：滑動門由玻璃、不銹鋼方管焊接的框架、導靴、防擠壓膠條、手動解鎖裝置等組成。滑動門打開后，門楣下方區域是乘客上下車的通道，也是車站區間內發生火災或故障時，列車到站后乘客疏散的通道。滑動門下部安裝導靴，站臺側1.2 m高處設置手動解鎖的鑰匙孔，用于車站安全員手動打開滑動門。

（3）應急門（EED）：應急門由玻璃、門框、限位拉桿、鎖機構等組成。列車進站停車后，如列車門無法對正滑動門，至少有一道應急門對正列車門，乘客可以通過應急門離開列車。在應急門的中部裝有手動推桿解鎖裝置，應急門不會因列車活塞風壓、隧道通風系統風壓影響而打開。在軌道側，乘客可以推動推桿，應急門解鎖，打開應急門。在站臺側，站臺安全員可以用鑰匙打開應急門，門扇安裝有限位拉桿，使得應急門打開后最大開度為90度，以保證最大的乘客通過性和防止門扇玻璃破損。

（4）支撐結構：包括底部支承部件、門梁、立柱、頂部自動伸縮裝置等部分。支撐結構能夠承受屏蔽門的垂直載荷、隧道通風系統產生的風壓、列車運行活塞風形成的正負方向水平載荷、乘客擠壓力和地震、振動等載荷。底部支承部件分為上下2部分，底部下部構件表面通過絕緣鍍層處理，采用絕緣安裝，使屏蔽門與建筑結構絕緣；底部上部分采用橢圓形孔連接，實現前后方向的調整；與底部預埋槽鋼配合，實現縱向調整。頂部自動伸縮裝置與立柱連接，實現垂直方向±35 mm的調整，通過立柱頂部方形墊板上的C形孔和預埋件的縱向導槽實現水平方向的位置調整。

（5）不間斷應急電源（UPS）：屏蔽門電源為一級負荷，當市電雙路失壓后，UPS為屏蔽門提供控制電源和驅動電源。

（6）中央接口盤（PSC）：由上下行PEDC和計算機裝置組成。

（7）站臺屏蔽門單元控制器（PEDC）：接收信號發送來的開關門命令轉發給DCU，向信號發送關閉且鎖緊命令和互鎖解除命令。

（8）滑動門門機控制器（DCU）：接收PEDC和LCB的開關門命令，驅動滑動門完成開關門動作，將滑動門狀態信息和故障信息發送給PEDC。

（9）就地控制盒（LCB）：控制單道滑動門的開關，旁路安全回路，不接收整側開關門命令。

（10）綜合后背盤（IBP）：顯示滑動門的開關門狀態，實現最高一級的整側屏蔽門的開關。

（11）就地控制盤（PSL）：設置有互鎖解除開關、控制整側屏蔽門的開關及指示燈，通過PSL發出整側屏蔽門的開關門命令，發出互鎖解除命令。

（12）信號專業（XH）：向屏蔽門系統轉發列車的開關門命令，接收并向列車轉發屏蔽門的關閉且鎖緊命令和互鎖解除命令。

2 屏蔽門系統的組成

2.1 屏蔽門系統的主要組成部分

2.1.1 屏蔽門設備簡介

屏蔽門系統主要包括屏蔽門設備間內設備、站臺門體2部分，以及驅動線纜、控制線纜、通訊線纜等。屏蔽門與車站的信號專業、供電專業、綜合監控專業等有電氣接口，與站臺板有土建接口。站臺門體部分包括：滑動門、固定門、司機門、端門、立柱、固定側盒、固定門、三維調整模塊、電動機、門機傳動裝置、行程開關、張緊輪、皮帶、DCU、DCM、IFM（接口模塊）、LCB、PSL等設備。站臺門體又可以區分為全高屏蔽門和半高屏蔽門，全高屏蔽門與半高屏蔽門的機械與電氣部分有較大不同，一般認為，全高屏蔽門的DCM、電動機、鎖緊機構各有1個，半高屏蔽門都各有2個，半高屏蔽門左右固定側盒內的電動機分別驅動一扇滑動門，左右兩扇滑動門間沒有機械連接（見圖4）。2.1.2 屏蔽門的工作原理及控制優先級簡介

圖4 屏蔽門系統組成原理圖

（1）屏蔽門有5種控制方式：乘客手動／鑰匙解鎖控制單道滑動門打開；單道門的LCB打開、關閉；IBP開門；PSL打開、關閉；信號系統打開、關閉。

（2）屏蔽門控制的優先級概念：屏蔽門的5種控制方式中，當幾個或全部控制命令均發出，屏蔽門執行命令的順序。優先級順序是手動／鑰匙，LCB，IBP，PSL，信號系統。其中手動命令優級最高，因為此種控制屏蔽門開關操作的方式是無需電源的，其次是LCB，進行LCB操作需要驅動電源，其余的3種整側開關門的方式必須有控制電源和驅動電源。

（3）優先控制順序舉例：當IBP發出開門命令、PSL發出關門命令，此時屏蔽門執行IBP的開門命令，整側門打開，當IBP命令撤消后，屏蔽門執行PSL的關門命令，所有門關閉。當信號系統發出關門命令、PSL發出開門命令，此時屏蔽門執行PSL的開門命令，整側門打開。

2.2 半高屏蔽門結構特點

2.2.1 半高屏蔽門的電氣設備及其功能

由一級負荷配電箱、驅動UPS、控制UPS、蓄電池柜、中央接口盤PSC等組成。一級負荷配電箱有2路AC380 V電源送電，一主一備；驅動UPS的輸入為AC380 V三相交流，輸出為DC110 V直流；控制UPS的輸入為AC380 V三相交流，輸出為DC24 V直流和AC220 V單相交流，DC24 V給門體的網絡路由器和PSC內的PEDC（單元控制器）、報警單元、電源單元、協議轉換器等送電，AC220V單相交流給工業控制計算機送電。蓄電池柜內有驅動和控制電源蓄電池組，當市電斷電時，驅動蓄電池可以向站臺的所有門機繼續提供DC110 V直流電，控制蓄電池組繼續提供DC110 V直流電，經DC／DC變換器向PEDC等提供DC24 V直流電，經DC／AC逆變模塊箱工控機提供AC220 V交流電。中央接口盤內的工控機的主要功能是與ISCS、所有DCM通信，記錄信號開關門命令、安全回路信息，記錄所有滑動門的開關門狀態信息和故障信息。工控機不參與信號開關屏蔽門和安全回路，即使工控機關機的情況下，信號專業仍然可以開關屏蔽門且不影響安全回路。

半高屏蔽門的門機內的電氣設備包括門控器DCM、接口模塊IFM、就地電源PSU、就地控制盒LCB、電子鎖、電動機、門狀態指示燈、光電傳感器等。當IFM接收到開門命令時，DCM驅動電子鎖的電磁鐵吸合，電子鎖的鎖閉銷軸抬起，滑動門解鎖，左右電動機分別驅動左右滑動門完成動作，滑動門位于全開位置時，全開接近開關向IFM發出全開信號，在開門過程中或保持開關狀態的情況下門狀態指示燈常亮。IFM接收到關門命令時，DCM驅動電動機完成關門動作，完全關閉后，電磁鐵線圈斷電，鎖閉銷軸釋放，滑動門鎖閉，關門位置接近開關向IFM發出滑動門鎖閉信息。如乘客沒有進入列車，此時滑動門已經關閉，在滑動門關閉后開始計時20 s，在計時時間內如乘客遮斷光電傳感器，滑動門將自動打開，乘客可以通過開啟的滑動門安全進入站臺，光電傳感器的設置提高了乘客的安全性。DCM還設置有滑動門關門過程中遇障自動打開的功能，滑動門進入關門最后100 mm行程將自動減速，這樣門體對乘客的撞擊力就減小了，一般設置為3次遇障后滑動門停止在打開位置，等待車站安全員來現場確認情況并恢復屏蔽門。滑動打開和關閉過程中，安裝在固定側盒上面的門狀態指示燈將以1 Hz的頻率閃爍，滑動門保持在打開位置時，門狀態指示燈保持常亮，當乘客及攜帶的行李物品撞擊或阻礙滑動門關閉時，門狀態指示燈將以2 Hz的頻率閃爍。

2.2.2 半高屏蔽門的門機驅動機構

半高屏蔽門的門機包括固定側盒、滑動門、滾動導軌、導向輪、惰輪、電動機、齒形皮帶、張緊裝置等。滑動門的下端安裝滾動導軌副的導軌、皮帶，滾動導軌的滑塊與固定側盒的支架固定。每個固定側盒安裝2個滑塊，固定側盒約束了滑動門下端5個自由度，安裝在固定側盒上部的導向輪約束了滑動門上部的1個自由度，因此，固定側盒的2個滑塊和2個導向輪約束了滑動門的5個自由度。一般認為，一道半高屏蔽門的左右固定側盒的機械結構是獨立設置的，即左右門機間沒有機械連接，滑動門與固定側盒的所有負荷均作用在固定側盒與站臺板的連接螺栓上面（見圖5及圖6）。

圖5 半高屏蔽門的門機結構

圖6 半高屏蔽門的球保持器型LM滾動導軌

2.3 全高屏蔽門結構特點

（1）全高屏蔽門的承重結構部分包括立柱、三位調整模塊、絕緣墊、絕緣套、螺栓等。能承受門機門體等的垂直荷載、列車、活塞風壓、環控系統的風機風壓、乘客擠壓的擠壓載荷、地震負荷等。門體結構與土建結構絕緣連接，連接固定可靠，能進行三維調整、吸收土建沉降、伸縮。立柱采用Q235A碳素結構鋼，表面熱浸鋅處理，滿足30年防腐壽命。承重構件外露部分采用304L不銹鋼裝飾，門體外形整潔。地檻采用鋁型材，表面耐磨防滑處理。為減小列車車體與地檻的間隙，避免乘客乘降時發生踏空事故或行李物品跌落，在地檻的邊緣安裝防踏空裝置。在滑動門的垂直型材上面安裝防夾裝置，避免乘客夾在列車與屏蔽門之間，造成乘客傷亡。

（2）全高屏蔽門的門機包括門機梁、前后蓋板、鎖緊機構（閘鎖）、電動機、導軌、皮帶、張緊輪、行走小車、滾輪、門狀態指示燈、LCB開關、DCU、PSU（電源單元）等。有2扇滑動門，每扇滑動門有獨立的行走小車和導軌，兩個行走小車用一條齒形皮帶牽引，電動機驅動皮帶，實現滑動門的開關動作。左滑動門上面有乘客解鎖和鑰匙解鎖裝置，解鎖裝置與頂桿聯動。當解鎖時，頂桿向上移動，頂開閘鎖的解鎖傳動板，完成門機的鎖緊機構解鎖，當門機電動開關門時，DCU向閘鎖的電磁鐵發出解鎖命令，鎖緊機構電動解鎖（見圖7）。

圖7 全高屏蔽門的門機

3 屏蔽門系統使用中發現的問題

3.1 驅動電源故障、控制電源故障

驅動電源故障，導致屏蔽門驅動電源沒有輸出，會造成屏蔽門的電動開關門功能喪失，只有手動和鑰匙解鎖可以打開屏蔽門，因此，驅動電源故障是屏蔽門的最嚴重故障。控制電源故障會影響5種控制方式中的IBP、PSL、信號燈3種整側開關門功能，但手動和LCB可以打開、關閉屏蔽門。

驅動電源分為DC110 V系統和AC380 V系統2種。北京地鐵5號線的地下車站采用AC380 V系統，優點是當驅動UPS故障時，市電可以直接旁路，即市電可以經隔離變壓器隔地后直接送到門機的屏蔽門供電單元PSU；缺點是UPS中的整流逆變模塊故障率極高，故障時模塊內的MOS管或IGBT功率管容易炸裂，嚴重時燒毀UPS機柜，全線16座地下車站配置16套驅動UPS，燈市口、惠南、惠北、北新橋等車站多次發生驅動UPS故障。DC110 V系統卻相對穩定，開通以來從未發生因驅動UPS故障影響行車的事故，但DC110 V系統有一個缺點，當驅動UPS故障時，無法做到市電直接旁路。

3.2 屏蔽門與列車車體的等電位

目前，絕大部分屏蔽門廠家的門體無法連接走行軌，造成列車與屏蔽門間有電位差，當乘客雙手分別接觸列車與屏蔽門時會感覺到這一電位差。目前的補救措施是，在屏蔽門的外露金屬裝飾表面粘接絕緣膠帶，但膠帶容易老化脫落，也容易被乘客撕裂，建議廠家在屏蔽門的設計階段考慮這一問題，最好使用絕緣材料制作屏蔽門門體的裝飾層。

3.3 西屋屏蔽門與日本那博客屏蔽門的PEDC、DCU可靠性對比

西屋公司的屏蔽門PEDC故障率高，故障時影響信號系統開關屏蔽門，北京地鐵16座地下車站配置32個PEDC，均有故障記錄，已更換30臺次。日本那博克公司的PEDC采用繼電器和時間繼電器作為控制邏輯單元，開通以來從未發生過PEDC故障。

西屋公司的門控器DCU可靠性高，開通以來總計有3個DCU損壞而影響開關門功能。那博克的DCU總計更換約30個。

3.4 西屋屏蔽門與日本那博客屏蔽門的安全回路與互鎖回路性能對比

西屋屏蔽門進入安全回路的行程開關有120個，采用機械滾輪式無源開關，開通以來平均每天使用1次互鎖解除。而那博客系統的行程開關采用有源接近開關，滑動門與接近開關不接觸，因此，開通以來從未發生過因安全回路故障而使用互鎖解除的現象。

北京地鐵亦莊線的那博客屏蔽門曾經發生安全回路故障時操作互鎖解除開關，但互鎖解除命令沒有發送到信號設備的事故。分析其原因為那博客系統的互鎖解除受安全回路制約，只有當安全回路為O時，互鎖解除才有效。而西屋公司的屏蔽門互鎖解除電路為強制式，與屏蔽門自身的控制邏輯沒有任何關系，即使屏蔽門設備機房全部斷電，互鎖解除命令仍然可以正常發出。因此，西屋屏蔽門的互鎖解除電路優于那博客系統，西屋的互鎖解除可靠性更高。

3.5 屏蔽門與信號專業接口的電源設計對運營的影響

屏蔽門與信號專業的4個接口中，屏蔽門發送給信號專業安全回路和互鎖解除命令。信號專業送來的直流電源應該是分開的，即安全回路和互鎖解除應該各有一路電源，因為當安全回路在屏蔽門側發生短路故障時會造成電源電壓為零，這種情況下是要進行互鎖解除操作的，但互鎖解除命令根本無法發出，原因是信號送來的電源電壓為0V。建議新線設計時，應規定信號專業提供安全回路和互鎖解除命令各一路直流電源且兩路電源互不影響。

4 結語

屏蔽門在地鐵的應用提高了乘客的安全性，為乘客提供安全、舒適的候車環境。屏蔽門系統的驅動UPS、控制UPS、PEDC、DCU等是重要電氣部件，可靠性直接影響地鐵的運營安全，合理的結構和控制方法可以提高地鐵屏蔽門設備的安全性、可靠性。

［1］譚鐵仁，關振宇，張君鵬.地鐵屏蔽門的常見故障［J］.現代城市軌道交通，2013（1）：28.

［2］譚鐵仁，韓玉峰.北京地鐵5號線屏蔽門系統安全回路故障對策［J］.現代城市軌道交通，2010（4）：33.

［3］譚鐵仁.地鐵屏蔽門安全回路應急裝置設計［J］.現代城市軌道交通，2013（2）：102.