城市軌道交通車站機電設(shè)施檢驗評定標準探討

包左軍 朱傳征 李 偉

(交通運輸部公路科學研究院,100088,北京∥第一作者,高級工程師)

城市軌道交通車站機電設(shè)施檢驗評定標準探討

包左軍 朱傳征 李 偉

(交通運輸部公路科學研究院,100088,北京∥第一作者,高級工程師)

結(jié)合交通運輸部軟科學項目《城市軌道交通運營設(shè)施設(shè)備檢測與評估前期研究》課題,針對城市軌道交通車站機電設(shè)備、設(shè)施與系統(tǒng)的檢驗和評定規(guī)則中存在的體系化問題,提出檢驗標準內(nèi)容應(yīng)當切合建設(shè)和運營兩階段的多重需求,使之前后承續(xù),扼其要點;在檢驗設(shè)備安裝質(zhì)量的同時,應(yīng)對集成系統(tǒng)的功能和性能采取系統(tǒng)化的檢驗評價方法,從而準確反映客觀實現(xiàn),滿足工程驗收和運營維護的需要。

城市軌道交通; 機電設(shè)施; 檢驗評定標準

Author′s address Highway Research Institute, the Ministry of Communications,100088,Beijing,China

全面系統(tǒng)地規(guī)范城市軌道交通設(shè)施的使用功能、技術(shù)性能、安全措施和運行可靠特性等質(zhì)量技術(shù)條件,其意義是不言而喻的。鑒于城市軌道交通設(shè)施的功能多元化與系統(tǒng)高度融合等特點,面向建筑結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施、關(guān)鍵設(shè)備、系統(tǒng)集成等構(gòu)成層級,制定相應(yīng)的檢驗評定標準,為科學規(guī)范地驗證其技術(shù)符合性提供充分依據(jù)。

目前,城市軌道交通土建設(shè)施、線路設(shè)備與機車車輛等部分關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備已有較成熟的質(zhì)量檢驗規(guī)則,后續(xù)標準化工作的重點是進一步合并聚類使之體系化,令其能有機地整合于完整大系統(tǒng)之中并日臻完備。本文針對當前城市軌道交通比較薄弱的電氣化系列標準,重點討論其中的車站機電系統(tǒng)檢驗評定方法問題。

車站配套機電系統(tǒng)具有功能繁多、拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜、邏輯操作自動化、系統(tǒng)高度集成,安全保護嚴格等特征。在其工程驗收階段和運行階段，雖然檢測規(guī)范及評定標準的評價對象一致,但內(nèi)容仍有所差異。這些差別主要反映在離線測試與在線測試的方法,以及設(shè)施空載性能與系統(tǒng)負載工況完好率兩個方面。本文結(jié)合交通運輸部軟科學項目《城市軌道交通運營設(shè)施設(shè)備檢測與評估前期研究》課題,從技術(shù)角度對相關(guān)檢驗和評定方法的處理提出策略建議。

1 系統(tǒng)檢驗標準制定要點

通常,車站機電設(shè)施由自動售檢票、安全檢查、安防監(jiān)控、安全屏蔽門、電梯、自動扶梯、通信信號、乘客信息、供配電、照明、通風采暖、給排水、防災(zāi)報警，以及ACC(自動售檢票清算管理中心)和TCC(路網(wǎng)指揮中心)[1]等多個功能子系統(tǒng)構(gòu)成,包括獨立工作設(shè)備、聯(lián)動設(shè)施(或子系統(tǒng))、功能系統(tǒng)等各類組合。無論是設(shè)備、設(shè)施,還是系統(tǒng),其質(zhì)量標準一般會包含功能要求、通用技術(shù)參數(shù)、電氣安全指標,以及運行可靠性等技術(shù)要素。各類設(shè)備的安裝環(huán)境、使用條件不盡相同,相應(yīng)的質(zhì)量要求和檢驗標準也有其特定的規(guī)律與規(guī)則。

1.1 通用技術(shù)參數(shù)與技術(shù)指標的關(guān)系

根據(jù)設(shè)備設(shè)施安裝于戶外與室內(nèi)(含半遮蔽類型)的場所不同,一般涵蓋有(僅是必要的)環(huán)境溫度、濕度、大氣壓、日照、風速、積雪、覆冰、海拔、污穢、地震、振動、機械防護、電磁干擾、噪聲、等地位、屏蔽、保護接地、防雷和絕緣等技術(shù)指標,其技術(shù)參數(shù)既要兼顧系統(tǒng)聯(lián)動運行的一致性條件,也要契合設(shè)備特性及其本體工作頻繁程度的工況特點。即:不同設(shè)備的相似指標,其技術(shù)參數(shù)可以一致,也可能存在區(qū)別,但總體上必須與系統(tǒng)工作要求協(xié)調(diào)一致。

1.2 設(shè)備檢驗與系統(tǒng)檢驗的關(guān)系

設(shè)備檢驗一般有型式檢驗和出廠檢驗兩種形式。其中,型式檢驗是對設(shè)備功能和性能的檢測,包括進行疲勞、耐壓等損傷性或破壞性極限試驗,通常采用抽檢的方式實現(xiàn)；出廠檢驗則是對批量生產(chǎn)設(shè)備所進行的常規(guī)參數(shù)檢驗,這種檢驗可以是技術(shù)性能的直接檢測,也可以是間接的合格性驗證。出廠檢驗應(yīng)當覆蓋全部產(chǎn)品,且必須達到合格才準予使用。

系統(tǒng)檢驗包含兩層含義:①系統(tǒng)由多種設(shè)備構(gòu)建時,檢驗各硬件和軟件的綜合操作功能及其特定性能;②檢驗搭建于實驗環(huán)境下的模擬系統(tǒng)或者安裝于現(xiàn)場環(huán)境下的實際系統(tǒng)。系統(tǒng)檢驗側(cè)重于設(shè)備的安裝質(zhì)量與系統(tǒng)集成后的功能及其性能驗證,機電設(shè)施則更強調(diào)電氣聯(lián)通、通信和網(wǎng)絡(luò)性能的各項要求,以及系統(tǒng)軟件在工況負荷條件下的輸入、輸出邏輯狀態(tài)。

值得一提的是,設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性(或壽命周期)是一項非常重要的技術(shù)指標,但經(jīng)常會因為試驗周期長、樣品數(shù)量大、試驗成本高等原因而難以實施。按照GB 5080.7《設(shè)備可靠性試驗恒定失效率假設(shè)下的失效率與平均無故障時間的驗證試驗方案》,在規(guī)定的時長和失效數(shù)條件下,可選擇不同風險率的檢驗方案(見表1)。表中m1為平均無故障時間(MTBF)。暫設(shè)車站機電設(shè)備的m1=5 000 h≈208 d(實際應(yīng)當更長)，則：

設(shè)備檢測總時間=時長(T)/參試設(shè)備臺數(shù)

表1 可靠性試驗方案

現(xiàn)分別以表1中方法1、方法7、方法9的數(shù)據(jù)為例，按全天24 h工作，測算選取3、5、10、20、30臺設(shè)備參與檢測的總時間，結(jié)果見表2。其中,試驗方法1為截尾序貫法,出現(xiàn)1臺失效的時長為其MTBF;試驗方法7和試驗方法9為截尾法,在規(guī)定時間內(nèi)少于2臺失效或出現(xiàn)2臺失效的時長為其MTBF。制定標準時選擇何種檢驗方法，需對工作量、時長、風險和成本等因素做綜合考慮。

表2 設(shè)備檢測總時間

鑒于城市軌道交通沿線設(shè)備供電穩(wěn)定性是一個非常關(guān)鍵的指標,本文以電源適應(yīng)性作為可靠性試驗案例進行說明。

(1) 電源適應(yīng)性。用自耦變壓器或可調(diào)交流電源給設(shè)備供電,測試電壓分別為185 V→200 V→220 V→240 V→255 V→230 V→210 V→185 V。每調(diào)整到一檔電壓并穩(wěn)定后,分別開啟和關(guān)閉設(shè)備電源開關(guān),試驗結(jié)果邏輯和功能應(yīng)正常。用可調(diào)交流電源給設(shè)備供電,測試頻率分別為48 Hz→50 Hz→52 Hz→51 Hz→49 Hz→48 Hz。每調(diào)整到一檔頻率并穩(wěn)定后,分別開啟和關(guān)閉設(shè)備電源開關(guān),試驗結(jié)果邏輯和功能應(yīng)正常。以7 d(168 h)為一個試驗周期,7 d中有60 h電網(wǎng)電壓發(fā)生變化。通常電壓最大值的變化范圍為標稱值的+7%～+10%以內(nèi),電壓最小值的變化范圍為標稱值的-7%～-10%以內(nèi)。

(2) 來電恢復(fù)。設(shè)備在工作狀態(tài)下,供電中斷后恢復(fù)正常供電時，應(yīng)能自行恢復(fù)至正常工作狀態(tài)。每天現(xiàn)場測量2次,2次間隔時間為8～10 h。

從試驗案例可以看出,單就可靠性一項指標而言,設(shè)備檢驗成本確實不菲(示例中僅列舉了電源質(zhì)量一個影響因素),故對復(fù)雜系統(tǒng)而言,檢驗成本肯定是一個決定性的考量因素。因此,可靠性指標應(yīng)由設(shè)備檢驗標準規(guī)定。系統(tǒng)檢驗標準應(yīng)更偏重于整體的功能和性能檢驗,現(xiàn)場難以實施的檢驗項目，一般不在標準條款中進行約束或作“選項”處置。

1.3 驗收檢驗與運行檢驗標準的關(guān)系

工程驗收檢驗經(jīng)常采用空載(或離線)檢測與壓力測試兩種方法,同時對隱蔽工程進行資料驗證或開孔抽檢。對存在的可接受缺陷，必須予以整改糾正,使其最終能夠滿足設(shè)施的基本使用要求；對讓步接收的缺陷,需在運行階段進行特別的維護與監(jiān)測。驗收時,為確認系統(tǒng)的承載能力,可采用局部或全系統(tǒng)的飽和式?jīng)_擊試驗進行驗證。系統(tǒng)檢驗的完好率必須達到100%。

運行檢驗一般采用在線檢測和定期停運斷線檢驗兩種方法。其中,在線檢測技術(shù)復(fù)雜,自動化水平和測試成本會大幅提升;而停運斷線檢驗必然會影響正常工作。隨著系統(tǒng)運行折舊增加,系統(tǒng)部件性能會出現(xiàn)不同程度的老化,檢測指標參數(shù)值較之新系統(tǒng)會明顯降低,但通常不應(yīng)低于預(yù)期數(shù)據(jù)的80%。在更換易損件并進行必要保養(yǎng)后,關(guān)鍵性指標參數(shù)不應(yīng)低于預(yù)期數(shù)據(jù)的90%,系統(tǒng)綜合完好率應(yīng)保持在85%以上。

2 質(zhì)量評定標準制定要點

在交通運輸領(lǐng)域，對工程質(zhì)量進行評定時，習慣采取百分制評分方式。基礎(chǔ)建筑結(jié)構(gòu)工程多數(shù)通過單項、分項、分部、單位工程逐次評定,其間對關(guān)鍵項目進行加權(quán)或否決疊算,從而累計形成工程項目的最終定量評定結(jié)果。機電工程因其系統(tǒng)集成的特點,簡單采用此規(guī)則存在明顯的不足,在評估時易割裂其系統(tǒng)性，應(yīng)當增加對系統(tǒng)性能進行評價的評價要素及其加權(quán)分量,如此才能更有效地表征被檢對象整體聯(lián)通性與功能協(xié)作性的系統(tǒng)化特征。

驗收階段與運行階段的權(quán)重分量應(yīng)有所區(qū)別,以體現(xiàn)建設(shè)階段更偏重系統(tǒng)的集成效果,而運營階段則強調(diào)設(shè)施的可靠維護能力。圖1、圖2分別給出了兩階段權(quán)重占比的分配建議。

圖1 驗收階段檢驗評定權(quán)值分配

圖2 運行階段檢驗評定權(quán)值分配

基于從設(shè)備到設(shè)施,再由設(shè)施到系統(tǒng)的歸納式評價路徑,一個自動化程度較高的車站機電系統(tǒng)功能是眾多設(shè)備功能的有機集合。系統(tǒng)的某一項功能可能是由單獨一臺設(shè)備連續(xù)或斷續(xù)工作完成的,也可能是由一組近端設(shè)備或聯(lián)絡(luò)遠端設(shè)備組協(xié)同工作完成的。越是復(fù)雜系統(tǒng),設(shè)備功能之間的聯(lián)動邏輯會越復(fù)雜,動作配合協(xié)調(diào)也愈加緊密。由此，引伸出“系統(tǒng)缺陷”的問題,需弄清當某一設(shè)備發(fā)生功能故障或功能喪失時,是否會造成系統(tǒng)基本功能的癱瘓、系統(tǒng)帶病工作到何種程度仍可以接受等問題。

弄清這些問題需從以下兩個方面加以分析:

(1) 該設(shè)備部分或全部功能喪失對整個系統(tǒng)的危害程度,這類指標可以細分為故障時間與功能恢復(fù)允許時間等因子;

(2) 該設(shè)備發(fā)生故障的概率,設(shè)備自身故障及由其引起的系統(tǒng)性故障的乘積關(guān)系可以被用來描述該設(shè)備在系統(tǒng)中的重要程度。

同類設(shè)備在同一系統(tǒng)當中的不同結(jié)點或部位，其作用也不盡相同。正是由于系統(tǒng)構(gòu)成的靈活與多樣性特點，同種設(shè)備也可能因其功能的不同，在該系統(tǒng)中的重要程度出現(xiàn)排序改變。

以圖3所示的在系統(tǒng)中大量配備的數(shù)字電源為例，A為系統(tǒng)功能因素群,排列成行的a1、a2、a3、a4 等屬于A因素群的具體因素;B為系統(tǒng)性能因素群,排列成列的b1、 b2、b3、b4等屬于B因素群的具體因素;行和列的交點表示A和B因素群中各因素之間的關(guān)系。根據(jù)交點上行與列的因素是否相關(guān)聯(lián)及其關(guān)聯(lián)程度的大小,可以發(fā)現(xiàn)問題的所在及其形態(tài),從而得出正確的評價。

利用矩陣圖對系統(tǒng)功能的符合性進行分析,其成對因素(功能健康或受損的程度及其產(chǎn)生原因)往往是要著重分析的兩個基面。為此,需把所有缺陷形式和造成這些缺陷的原因都羅列出來,逐一分析具體現(xiàn)象與具體原因之間的關(guān)系。這些具體現(xiàn)象和

圖3 系統(tǒng)功能矩陣分析示意圖

具體原因分別構(gòu)成矩陣圖中的行元素和列元素。具體說明如下:

A因素群:遠程監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信、信息處理、信息發(fā)布、系統(tǒng)控制等功能；

B因素群:環(huán)境溫濕度、電源質(zhì)量、機械振動、耐候防護、電磁干擾等性能。

以信息發(fā)布與電源質(zhì)量交叉點所表達的因果關(guān)系為例:因為供電電源質(zhì)量不可靠,造成通信數(shù)據(jù)誤碼率增多,進而影響乘客信息發(fā)布子系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性,產(chǎn)生間斷信息顯示錯誤的現(xiàn)象。

上述缺陷對重要信息的發(fā)布影響很大,如能在短時間內(nèi)恢復(fù)尚可接受。由此說明設(shè)置系統(tǒng)評分權(quán)值的必要性。具體權(quán)值的分配應(yīng)與缺陷對系統(tǒng)造成的總體損傷程度相襯。例如，可采用5級權(quán)重制,最

高級別為5級,表示該設(shè)施設(shè)備在系統(tǒng)(或子系統(tǒng))中特別重要,是影響系統(tǒng)功能和性能的關(guān)鍵部件;4級為相當重要;3級為一般重要;2級為一般常規(guī)設(shè)備,對系統(tǒng)有一定影響;1級為不重要設(shè)備,當其損壞時通常不會對系統(tǒng)造成影響。權(quán)重在3級以上的設(shè)備應(yīng)當滿足100%合格要求,并給予相應(yīng)的系統(tǒng)總評權(quán)值;5級不能使用經(jīng)過修復(fù)后讓步接收的設(shè)備,必須更換不合格品，在無法更換情況下,應(yīng)當給予其系統(tǒng)質(zhì)量較差的評價。

3 結(jié) 語

城市軌道交通車站機電系統(tǒng)功能日趨先進、復(fù)雜,迫切需要開展相關(guān)的標準化研究,以滿足系統(tǒng)安全、可靠、高效的多重性能檢驗要求。需分別針對設(shè)施設(shè)備和系統(tǒng)工程的特點制定相應(yīng)的檢驗標準,且相關(guān)標準之間應(yīng)兼顧必要的關(guān)聯(lián)性和協(xié)調(diào)一致性。同時,評定工程質(zhì)量時應(yīng)針對系統(tǒng)集成的特點,對運行前和運行中的系統(tǒng)性能分別做定性和定量評價,以反映實際應(yīng)用狀況,為客觀評定系統(tǒng)工程質(zhì)量水平提供技術(shù)依據(jù)。

[1] 北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.城市軌道交通設(shè)施設(shè)備分類與代碼：DB11 /T 717—2010[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

Analysis on Inspection and Evaluation Standards for Electromechanicak Equipments of Urban Mass Transit Station

BAO Zuojun, ZHU Chuanzheng, LI Wei

In order to solve the systematization problems of the electromechanical equipments and systems adopted at UMT station, the contents of "Previous Studies on UMT Inspection and Evaluation Standards" are suggested to meet various demands in construction and operation stages. The installation quality of electromechanical equipment should be inspected. At the same time, the function and performance of integrated systems should also be inspected systematically to reflect the objective reality, meet the requirements for project acceptance and operation maintenance.

urban mass transit (UMT); electromechanical equipment; inspection and evaluation standards

U 231.4

10.16037/j.1007-869x.2017.01.012

2015-03-23)