地鐵車站風管氣密性檢測技術研究

王成君 劉 博 馬勇軍

(中鐵十二局集團電氣化工程有限公司，天津 300308)

地鐵車站風管氣密性檢測技術研究

王成君 劉 博 馬勇軍

(中鐵十二局集團電氣化工程有限公司，天津 300308)

在已有的氣密性研究的基礎上，結合成都地鐵5號線車站機電安裝施工實際需求，引入檢測機器人，并依據相關規范規定，制定一套經濟、合理、方便、快捷、安全的風管氣密性檢測方案。同時引入BIM技術，使得檢測技術數字化，智能化，探索風管氣密性檢測的新技術和新方法。

空調系統，氣密性檢測，機器人

1 項目背景及研究意義

密閉容器是儲存氣體和液體的常用設備，在汽車、煤氣、家電等多個行業廣泛應用，與居民生活與工業生產有著密切的關系[1]。隨著我國經濟的飛速發展，這些產業的需求也在加大，相關產業也成為了韓國經濟發展的支柱。密封容器主要是用金屬材料制成，用來儲存油氣容器內的煤氣液和液體。如果密閉容器內的液體被壓縮，就會產生一定的不穩定性，不穩定性會造成嚴重的后果[2]，這導致我們對制造材料和加工技術有很高的要求。在密閉容器中進行的焊接工藝大部分破損的原因是沒有達到指定焊接標準，所以焊縫迫于充入高壓氣體后的壓力將出現開裂現象，導致氣體流出。當容器所攝入高壓氣體和液體在使用過程中發生泄露，整個系統將會產生一系列不良后果，除產品本身的功能會受到影響外[2]，發生爆炸等危險事件的幾率也會增大，國民的經濟生產也會因此受到很大的損失。因此，為確保產品質量和密封，相關安全部門必須在產品出廠前實施密封性能測試。密封檢查是保障產品質量和安全的重要手段。隨著這些產品的廣泛使用，設備安全系數與工人的施工安全變得日益重要，因此產品安全質量檢測將成為永恒的話題。

我國目前在風管氣密性檢測和防護上與發達國家相比能具有一定的差距。通過對全國空調設備和風管進行統計，我們發現因接縫不嚴而浪費的平均風量已達到使用風量的15%左右，這已經不是一個可以忽略的小數目，我們必須采取措施降低能耗。

風管氣密性的研究引起了國內外學者廣泛的關注。研究發現消耗空調系統制冷能耗的10%～40%是風系統的對流、漏風以及輸送等原因[3]。同時在相同的條件下，隨著壓力的增大，風管的平均漏風率明顯增大[4]。當漏風率達到20%左右時，Franconi發現空調耗能提高了10%～65%[5]。Cigdem Aydin和Baris Ozerdem的研究發現由于空調通風系統是由一系列密封性良好的材料構成，所以決定該系統氣密性好壞的關鍵在于風管接縫處的密封情況[6]。

本課題以成都地鐵5號線為研究背景，地鐵5號線北起新都區香城大道，南至天府新區回龍路，沿線途經新都區、金牛區、青羊區、武侯區、高新區、天府新區、雙流區等地區。該線一、二期工程線路全長49.016 km，其中地下線42.315 km，高架線6.34 km，過渡段0.361 km。在這個大型項目中，如圖1，圖2所示，通風管道縱橫交錯，通風系統所產生能耗在地鐵所產生能耗中占極大的一部分，而由于漏風現象造成的通風系統能耗損失是驚人的?，F代空調工程在系統功能、控制、凈化和節能等各方面對漏風做出了要求[7]。風管系統的嚴密程度保證了空調系統安裝質量[8]。

本課題結合成都地鐵5號線車站機電安裝施工實際需求，并依據相關規范規定，制定經濟、合理、方便、快捷、安全的風管氣密性檢測方案。

2 通風管道氣密性標準

根據中國現行規范GB 50738—2011通風與空調工程施工規范，風管的氣密性由其正常工作時的總靜壓來確定，依照氣密性的不同又將風管分為了高、中、低、三個級別，小于500 Pa的為低壓系統，500 Pa～1 500 Pa之間為中壓系統，大于1 500 Pa為高壓系統。對其漏風量的檢測在規范中也有詳細提到。

雖然我國現已出臺了一套風管氣密性規范標準，但該標準與西方發達國家相比仍然不夠完善且我國標準要求較發達國家還是偏低，我們需要參照發達國家的標準結合自身國情對規范進行相應的調整。

3 目前國內外氣密性檢測技術簡介

在目前的國標中，利用風管漏風儀進行測量，主要的方法分為兩大類。但風管氣密性檢測技術太少，急需引入其他管道氣密性檢測技術。由于人們對氣密性的關注愈來愈強烈，以至于對氣密性的研究逐漸發展成為了現代科技的一個分支。目前在該領域較為杰出的公司有日本COSMOS、德國JWFROEHLICH、美國USON優勝(如圖3所示)、法國ATEQ阿黛凱(如圖4所示)、意大利Microctrol等[10]。

目前國內技術已經基于激光理論，正對氣泡產生形成了一套圖像處理技術，大幅度提高了檢測精度，提出了差壓檢測法的結果偏差來自于溫度恢復時間的不同，并通過補償計算得出泄漏率[11-13]。

介于以上各種氣密性的研究，本課題結合成都地鐵5號線車站機電安裝施工實際需求，并依據相關規范規定，在此基礎上制定更加經濟、合理、方便、快捷、安全的風管氣密性檢測方案。

4 檢測機器人

管道作為一種運輸物質的材料在各個領域中廣泛使用。由于管道的孔徑與長度的限制，無法清晰地探測管道內部情況，管道機器人的問世很好地解決了這一大難題(如圖5所示)。管道機器攜帶多種傳感器和一系列操作設備，可沿細小管道內部自動行走并窺探管道內部情況。它們可以在工作人員的遙控操作下，進行各專業一體化作業[14]。

對于通風管道氣密性檢測，在風管成型時可以按照國家指定的標準對其氣密性進行嚴格地檢測，但是當風管安裝完畢后，風管氣密性的維護就不能用安裝時的檢測方法，特別是在大型項目中，檢測機器人對風管的氣密性進行檢測就成了一種可行的措施。

在地鐵風管設施安裝與維護過程中，風管漏風很大程度上取決于接頭與接縫處的密封狀況，它們的幾何形狀以及密封方式都是影響管道氣密性的重要因素；同時，漏風處風孔處工況以及內外壓強差也從一定程度上影響其氣密性。檢測機器人能夠有效地檢測出風管接頭處或接縫處的密封情況。

同時，由于風管長期使用，風管內產生大量的堆積物，它們是傳播病毒的載體。檢測機器人能輕松地爬入風管并配合其他管道清洗設備將風管中的堆積物一掃而空，最后還能對管道進行消毒。可見檢測機器人無論是在風管氣密性維護或者風管堆積物清理中都有其應用價值，推廣檢測機器人在地鐵風管運營維護中的應用有很大的社會價值。

5 BIM在氣密性檢測中的應用

美國是建筑信息模型(Building Information Modeling，簡稱BIM)的起源地，自2016年起，我國部分城市的建設單位開始出臺推廣BIM技術的扶持措施和政策，無論是在科研研究、日常教學還是與工程建設部門的接觸中，我們都真切地感受到了BIM技術的潛力以及工程行業對相關技術人員的迫切需求。

電子、飛機、汽車等制造工業在近年來一直保持著高效的生產力，其原因之一是始終在嘗試使用新技術、新方法，并且隨著經驗的積累和技術的飛速發展，實現了整個產業的自動化，數字模擬化，智能化。然而在工程領域里面與之相比，尤其在新技術的研發和使用上就要遜色許多。為了響應政府的要求，本課題引入BIM技術，使得風管氣密性檢測數字化，檢測過程可視化，在此基礎上根據傳統的經驗探索氣密性檢測的新技術、新方法。

6 結語

解決空調系統的漏風能耗問題已經迫在眉睫，這同時也肯定了研究空調系統氣密性的必要性。傳統的氣密性檢測僅能在空調系統安裝時進行檢測，而安裝完畢后的運營維護階段，其氣密性檢測方法則不再適用。檢測機器人的引入為空調系統氣密性檢測提供了一種有效的方法，特別是對大型空調系統在運營維護階段的氣密性檢測，其應用前景相當廣泛。同時，BIM技術的融入還可以對氣密性檢測技術進行全新的探索。

[1] 安云鳳.基于機器視覺的壓力容器氣密性檢測系統設計[D].杭州：浙江理工大學,2016.

[2] 吳春龍.基于機器視覺的氣密性檢測裝置研究與設計[D].杭州：浙江理工大學,2013.

[3] 李崢嶸,彭 姣,王寶海,等.上海市公共建筑能耗與運行管理現狀調查[J].暖通空調,2005,35(5):134-136.

[4] 江 億.我國建筑能耗趨勢與節能重點[J].綠色建筑,2006(7):10-15.

[5] 任 俊.廣州住宅能耗空調能耗分析與研究[J].建筑節能,2003(2):5-7.

[6] GB 50189—2005,公共建筑節能設計標準[S].

[7] 許 鵬,姬 穎.通風管道氣密性國內外標準綜述及分析[J].建筑節能,2014(8):82-85.

[8] 安玉嬌,李德英,史永征.空調風管系統漏風量測試工程實踐[A].既有建筑綜合改造關鍵技術研究與示范項目交流會[C].2010.

[9] GB 50738—2011,通風與空調工程施工規范[S].

[10] 季增連.氣體泄漏檢測系統的研究與設計[D].大連:大連交通大學,2008．

[11] 熊四昌,黃 林,金振峰.基于容積補償的差壓式高精度氣體檢漏裝置的研究[J].機床與液壓,2008,36(11):109-111．

[12] H L Guntur,Maolin Cai,Kenji Kawashima,et al.Analysis of temperatureeffect on different pressure method for air leak detection[A].SICE Annual Conference inSapporo[C].2004:4-6．

[13] 吳春龍,潘海鵬,夏永明.基于光流法的氣密性檢測裝置研究[J].機電工程,2013,30(8):947-951．

[14] 陳華成,葉 樺.基于三維云臺控制鍵盤的管道機器人設計及實現[J].工業控制計算機,2013,26(6):58-60.

Studyonairtightnessdetectiontechnologyofsubwaystation

WangChengjunLiuBoMaYongjun

(ChinaRailway12BureauGroupElectrificationEngineering,Tianjin300308,China)

Based on the existing research about air tightness and according to the relevant regulations, this paper introduces the electromechanical installation actual requirements of Chengdu Metro Line 5 station, introduces the detection robot and develops a set of economic, reasonable, convenient, fast and safe air tightness detection scheme of air duct. At the same time the introduction of BIM technology makes the detection technology digital, intelligent, and explores the new technologies and new methods of airtight air tightness detection.

air conditioning system, air tightness detection, robot

2017-10-08

王成君(1973- )，男，高級工程師

1009-6825(2017)35-0125-03

TU962

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