地鐵屏蔽門系統設計分析

李德生

（愛思創電子（上海）有限公司，201199，上海∥工程師）

屏蔽門作為城市軌道交通的新型設備系統，由于其良好的節能效果和對乘客起到安全保障的作用，越來越得到社會公眾的認可。

1 屏蔽門的設計安裝特點

屏蔽門的產品設計、安裝工程和設備性能質量需要符合較高的質量驗收標準。

在整體項目實施過程中，影響質量的各種因素較多，質量控制的難度很大。要保證屏蔽門項目優質，設計與安裝質量的控制就成了該項目的關鍵。

而屏蔽門的一些重要設計、安裝細節問題是重中之重，如果尺寸不準確、安裝不到位，最終將直接影響屏蔽門的安裝質量［1］。

2 采用規范與標準

一般說來，屏蔽門系統設備產品的制造、試驗和驗收，應至少符合如下標準：《軌道交通設計規范》、《城市軌道交通站臺屏蔽門》、《電梯制造與安裝安全規范》、《玻璃幕墻工程技術規范》、《建筑用安全玻璃》、《建筑玻璃應用技術規范》、《低壓配電設計規范》、《低壓成套開關設備》。

除此之外，還應滿足一些載荷條件的技術要求：人群對門體的沖擊載荷2 800 N（在0.08 s時間內）；人群對門體的擠壓載荷1 500 N／m（作用在距站臺裝飾面1.1 m 高處，結構無永久變形）；疲勞負載（活塞風壓）為±1 000 Pa（每年22 萬次共30年）；地震基本烈度為6度（水平加速度0.25g，垂直加速度0.125g）；振動水平為 BS 4675 第一級水平［2］。

這些相關載荷參數，對后續門體立柱的作用力、滑動門的變形量計算，以及考慮滑動門等門體與列車動態包絡線的幾何關系等具有重要作用。

其他標準參照相關國內、國際標準。當多個現行標準沖突時，按最高標準執行。

3 屏蔽門設計

屏蔽門應用經驗說明，結構設計的可靠性和安全性尤其重要，是評價屏蔽門系統工程優劣的重要指標之一。

屏蔽門機械部件設計成4種類型的模塊式單元（沿站臺布置，如圖1所示［3］）：

①A 型單元——含1扇標準固定門和2扇中分雙開活動門，這是屏蔽門里面的大部分。②B 型單元——含1扇標準固定門、1 扇應急門和2 扇中分雙開活動門。③C型單元——含有1扇非標固門、2扇中分雙開活動門和1 扇應急門。④D 型單元——即備用門，或叫做即單開鉸鏈門，在站臺的左右兩端各設1扇。

圖1 屏蔽門站臺布置示意圖

列車在正常狀態下，乘客通過活動門上下列車；應急狀態下，通過B型單元的應急門疏散乘客。

3.1 屏蔽門主要部件

屏蔽門的主體部分，設計成為組合式標準模塊。具有代表性的B型單元結構如圖2所示。

圖2 屏蔽門單元結構示意圖

機械部分主要由頂部鋼梁結構（或頂部連接焊件）、伸縮裝置、門機梁、固定及活動門楣、固定及活動門、結構立柱底部結構組成。對應于應急門部分，還有應急門門楣、應急門體等。

3.2 門體主要受力變形計算

根據前文所述的規范與標準中的相關載荷參數，對門體的變形量進行計算。其中，立柱材料采用Q235－A 無縫鋼管。

對門體結構進行強度計算和疲勞計算，需要滿足在負載最不利組合條件下，滑動門框、支撐立柱、頂部鋼梁結構、橫梁外輪廓線邊緣最大變形量不超過±12 mm。結構設計模型有限元分析計算如圖3所示。

圖3 屏蔽門結構設計模型有限元分析計算

3.3 滑動門鎖裝置

滑動門設置鎖裝置，鎖裝置與手動開門把手、鑰匙孔聯動。正常運行時可自動解鎖，故障情況時可進行手動解鎖?；瑒娱T關閉后，該鎖緊裝置可防止外力作用將門打開。滑動門自動開啟時，鎖緊裝置能自動釋放；手動開門時，采用開門把手和鑰匙釋放鎖緊裝置。

所有滑動門的狀態信號均反饋到DCU（門控單元）和PSC（主控機），同時門已開、已鎖閉等重要狀態信號，由PSC 上傳到車站綜合控制室并進行顯示?；瑒娱T門鎖的結構如圖4所示。

滑動門鎖專為地鐵屏蔽門設計。工作時，可分為機械開鎖和通過信號觸發開鎖2種方式。工作原理示意圖如圖5所示。

當站臺出現線路故障、發生緊急情況或需要維護時，可使用機械開鎖。機械開鎖通過手動開門時，軌道側開門把手或站臺側的鑰匙孔與解鎖裝置聯動，將門扇鎖緊力解除，使門扇能夠向兩側滑動。

圖4 滑動門鎖結構示意圖

圖5 滑動門鎖工作原理示意圖

機械開鎖分站臺側鑰匙開鎖和軌道側手動開鎖2種。站臺側用三角鑰匙順時針旋轉鎖芯，或在軌道側沿手拉方向拉動拉手；拉手旋轉帶動鎖桿；鎖桿整體向上位移，從而實現門被打開。動作示意如圖6所示。

圖6 滑動門鎖機械開鎖動作示意

門鎖的手動解鎖力滿足不大于40 N 的要求，手動解鎖扳手的動作，與門體立面之間夾角一般不大于45°。

信號觸發開鎖，是當列車到站?？糠€當，站臺的PSC給DCU 指令，由DCU 給鎖發出開門信號，螺線管產生磁力把磁力活動塊推上來，鎖舌銷軸套脫離曲盤銷軸，彈簧拉動曲盤沿銷軸水平向外方向轉動，同時拉簧A拉動銷軸推塊，退出銷軸，屏蔽門打開。

標準門的鎖緊裝置設計好后，要在樣機上安裝、調試，成功完成百萬次測試，其工作性能、可靠性要完全達到設計要求。

鎖裝置的主要優點是集成度高，能實現左右兩扇門的同時鎖定和解鎖，并把信號發生機構集成在裝置內，縮小了體積，擴大了安裝應用范圍。

4 應急門、端門設計

正常情況下，列車進站停穩后，會?？吭谡`差允許的范圍位置內，這時屏蔽門的活動門與列車門的位置都將一一對應。

而應急門（EED）是列車進站停車后，列車門無法對準滑動門時，應急門對準列車開關門，作為疏散乘客的通道。

4.1 應急門裝置

在無法保證準確的停車位置時，列車門將全部與活動門錯開，對著無法打開的固定門或隧道空間。此時若碰上緊急情況，便無法打開車門疏散列車乘客。為此，部分固定門被設計成為應急門，該應急門可以向站臺側打開。

應急門平常當做固定門使用。一旦需要，由應急門進行緊急疏散；可由乘客在軌道側打開列車門后，推動應急門的推桿解鎖裝置；或由站臺工作人員在站臺側用專用三角鑰匙打開應急門［4］。

理論上，應急門安裝越多，屏蔽門系統的安全度越高。因為應急疏散門越多，出現緊急事故時，乘客的逃生通道也越多。但過多的應急門，會影響到整個屏蔽門系統的密封性，因為應急疏散門的密封性，要遠小于固定門。因此，目前為止，站臺安裝應急門裝置一般不超過5對。

4.2 應急門單元設計

應急門由應急門楣、門框、限位器（或閉門器，視需要而定）、推桿鎖等組成。結構示意圖如圖7所示。

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自動開啟。

在導軌側，乘客可推壓推桿，推桿帶動門框內的解鎖機構，打開應急門上下的鎖體將門打開；在站臺側，工作人員也可用專用三角鑰匙打開應急門。

圖7 應急門結構示意

按照蘇州地鐵要求，頂部靠近門框的位置設計了限位器，可以保證門最大開度，另配有鎖緊緩沖卡緊裝置，以實現門體能保持在90°位置，防止門體自動關閉，保證門體的應急作用正常發揮。

按實際需要，應急門框上部可裝有閉門器，以實現應急門在手動開啟后能夠自動關閉。

4.3 端門單元及手動解鎖裝置

一般情況下，端門是乘務人員、站臺工作人員和司機的出入通道，當出現緊急事故時，也可以作為乘客的緊急逃生通道。從外形、原理來看，端門跟應急門裝置極為相似。

作為應急疏散門單元中的應急門與端門都不需要動力源來帶動，都靠手動解鎖的方式來打開，都可以將門平推至90°的位置。

但相對于應急門，由于司機上下車、控制室檢修等原因，端門的開啟十分頻繁，故大部分地鐵線路的端門門框上部裝有自動閉門器，保證門體在手動開啟后能夠自動關閉。

端門的手動解鎖機構和應急門基本相同。考慮到一般人的身高，推桿的高度設置為1.4 m 處，門總高和雙扇滑動門是一樣的，處于上端的鎖桿明顯短于下端的鎖桿，利用桿本身的自重差，加上頂部鎖舌的彈簧產生的回彈力，可以實現在關門后自動回復到原來的位置，即鎖死狀態。

對于端門的解鎖力同樣不大于40 N，在設計中，經過計算并在后續的試驗中實際驗證，手動解鎖需要克服的力有：桿的自重力、桿件和鎖桿導向塊間的摩擦力。桿的自重力約為16 N，摩擦力約10 N。蘇州地鐵端門手動解鎖所施加的合力，經計算、驗證符合設計要求。

4.4 手動解鎖裝置國產化替代

對于蘇州地鐵屏蔽門項目，完成了應急門單元部分的設計后，全面優化設計了應急門、端頭門、手推門的門體動作、鎖緊裝置等部分單元。

尤其對于推桿防火鎖的鎖體部分，經多方查找、試用，最后確定某國產鎖廠作為供應商。按設計圖試制使用后，確認完全可替代原先使用的某國外品牌產品，僅此一項就可以降低成本近百萬元，為企業節約成本目標的超額實現起到重要作用。

應急門、端門推桿鎖安裝完成后，對門體推桿鎖手動解鎖力進行測試。通過推拉力計對解鎖力進行測試，在軌道側用推桿解鎖，在站臺側用鑰匙把應急門打開，解鎖力都≤40 N 時，測試合格。

5 屏蔽門系統與其他專業接口

如圖2所示，在屏蔽門系統的結構中，頂部鋼梁結構（或頂部連接焊件）、底部的門檻部分結構等，以高強度錨栓與土建結構相連接固定［5］。

頂部連接焊件、結構立柱、底部的門檻結構、錨栓等連接之后，組成了一個完整的受力構件，可以把屏蔽門受到的載荷傳遞給土建結構。該受力構件是屏蔽門的垂直載荷、水平載荷（隧道通風系統產生的風壓、列車運行活塞風壓），以及乘客擠壓力和地震等載荷的主要受力部件。

5.1 系統上部與土建接口

門機梁通過伸縮裝置固定在頂部連接焊件上，而頂部連接焊件與風道梁土建結構直接相連接。

與風道梁的土建結構相連接有2種比較常見的安裝結構，第一種就是通過伸縮裝置直接與頂部鋼梁或者風道梁底部相連接，不必另外設計加工連接部件，此種安裝結構可節省部分零件的設計加工和材料費用。但缺點是：施工面為風道梁底面，施工的難度較大；且由于風道梁澆筑底面土建沉降等原因，經常存在較大的尺寸誤差，這些給施工安裝造成了較大的困難。

第二種安裝方式為門機梁通過伸縮裝置固定在頂部連接焊件上，或頂部連接焊件與風道梁土建結構直接相連接，如圖8所示。這種安裝方式，由于工作面在側面，所以施工較為方便；而且由于在伸縮節與風道梁側面之間，頂部連接焊件作為一個中間連接作用部件，還起到了土建誤差吸收補償作用，風道梁的施工尺寸誤差，可以由頂部連接焊件的非標尺寸來適應彌補，因此伸縮節可以實現標準化，從而實現不同站點、不同部位的伸縮節可以相互通用，減少了標準零部件的種類。

圖8 屏蔽門土建接口示意圖

只要頂部連接焊件設計合理，第二種連接安裝方式不但有利于安裝施工的進度推進，且成本也不會增加。因此，蘇州地鐵屏蔽門項目最后采用側面連接的方式［6］。

5.2 端門梁部與裝修專業接口

屏蔽門端門梁上部固定面板，與墻面搪瓷鋼板的安裝空間發生干擾。

土建承包商進行屏蔽門端門梁施工時，由于灌漿跑模等原因，造成屏蔽門端門梁在水平方向上向站臺公共區歪斜，從而影響屏蔽門上部鋼結構及固定面板也向公共區傾斜。

屏蔽門固定面板與墻面搪瓷鋼板安裝空間的誤差，將導致搪瓷鋼板無法安裝，或安裝后爬電距離小于10 mm，甚至兩者相接觸，破壞了屏蔽門端門結構的絕緣要求。

解決方法是，在今后的屏蔽門施工測量工作中，應包括對屏蔽門端門梁水平方向上的傾斜度、端門梁的厚度及其位置尺寸等重要內容進行重點測量，必要時進行二次復測。

5.3 上部頂梁處與機電專業接口

機電專業的施工特點有：

（1）覆蓋的范圍廣。

（2）涉及專業眾多，專業基礎各不相同。一般而言，機電專業涉及到給排水、暖通空調、供配電、自動化、機械、焊接等專業。

（3）機電安裝工程施工的限制因素較多。很多時候，施工不是可以單獨進行的，在整個施工過程中前一階段要配合土建工程進行預埋施工，而后一階段又要配合裝飾施工。

（4）受作業場地狹小、材料設備是否及時供應、政府部門的監督等因素的影響。

車站機電承包商進行車站各專業管線安裝時，應保證各類線管、線槽及風管等，不侵入屏蔽門上部鋼結構及固定面板所需的安裝空間，否則屏蔽門上部固定面板將無法安裝或安裝后有可能與其他專業管線相接觸。

由于各線管及線槽已總體接地，與線管、線槽接觸，將導致屏蔽門門體結構無法達到對地絕緣性能的要求。

因此，在工程施工過程中必須協調好與屏蔽門相關專業在內的各方關系，這樣才能保證工程的順利進行。

6 結語

隨著地鐵工程的大范圍鋪開，與屏蔽門相關的更多設計、制造、安裝接口問題將會逐步暴露出來。

根據蘇州地鐵1號線屏蔽門項目經驗，在其他線路的建設過程中，需要提前考慮并同接口各方商討、落實解決方案，這將會大大降低沖突、矛盾的發生。

綜上所述，要能夠在設計階段或者前期協調階段通過優化產品設計、工程設計和接口設計、現場管理及早協調等方法避免上述類似問題的發生，為按質、按期完成工程項目提供有利的保證。

［1］喬培華.地鐵屏蔽門踏步板的安裝與改進［J］.建筑施工，2011，33（6）：504.

［2］蘇州軌道交通1號線屏蔽門項目組.蘇州軌道交通1號線屏蔽門項目技術規格書，采購、安裝施工招投標文件技術卷［G］.蘇州：蘇州軌道交通1號線屏蔽門項目組，2009.

［3］王惠珍.地鐵屏蔽門立柱頂部伸縮裝置構造［J］.現代電子技術，2002（7）：71.

［4］艾文偉.城市軌道交通屏蔽門系統的應用與思考［J］.都市快軌交通，2006（6）：11.

［5］陳海輝.地鐵屏蔽門的機械設計及力學模型［J］.華南理工大學學報：自然科學版，2004（4）：74.

［6］宋文光.地鐵屏蔽門安裝中與土建接口問題的處理［J］.科技信息，2011（24）：317.