智慧水系統在軌道交通工程中的應用

夏斌

（上海市隧道工程軌道交通設計研究院，上海200235）

1 引言

城市軌道交通工程在我國起步雖然較晚，但發展卻非常迅速。目前，國內有近30 個城市正在進行或籌建城市軌道交通，我國已迎來了大規模城市軌道交通建設的高潮。通過近20多年的軌道交通建設經驗總結，目前，我國軌道交通工程給排水及消防系統方案已基本趨于成熟。目前，大數據時代已經到來，智慧化地鐵的理念也已然產生。在上海市新一輪軌道交通工程建設中，上海市14、15、18 號線已將智慧水系統納入工程設計方案中。本文結合上海14、15、18 號線工程實例，對軌道交通智慧水系統方案進行了分析和展望【1】。

2 設備監控系統

2.1 排水泵

軌道交通車站在傳統設計方案中，各處排水泵房、集水坑等處一般均設有固定潛污泵或移動泵，各泵房、集水坑內一般均設置液位計。車控室可顯示排水泵的水泵自動/手動狀態、啟、停狀態和故障狀態。車控室可實時顯示泵房、集水坑的液位信息（超低報警水位、停泵水位、啟泵水位、高報警水位等），并實現水位報警。潛污泵平時根據液位自動啟停，車控室可遠程啟、停排水泵。

傳統設計方案中，排水泵基本可實現自動化控制，但在運營期間，無法實時掌握水泵運行狀態。比如，水泵長期處于過熱狀態下運行，容易導致水泵電機發生故障。在今后的設計中，可考慮通過增設傳感器收集水泵實時狀態信息，如軸承溫度、電機溫度、電機電壓和電流、水泵累計運行時間、密封是否有泄漏等。通過這些狀態信息，可實時掌握水泵的運行工況。當某項數據出現異常時，可及時提醒運營人員進行現場排查，從而減少水泵出現故障的頻率，以小修避免大修，從而減少運營成本，提高運營質量。

2.2 氣體滅火系統鋼瓶壓力監測

軌道交通地下車站重要設備機房應設置自動滅火系統，國內大部分地鐵均采用IG541 混合惰性氣體滅火系統，按全淹沒組合分配系統進行設計，滅火劑儲存在鋼瓶內，標準地下車站儲存鋼瓶數量一般為50～60 個，鋼瓶間數量一般為2～3 座。氣體滅火系統鋼瓶平時處于高壓狀態，需要運營人員定期巡查鋼瓶壓力是否處于正常狀態。

傳統設計方案中，氣體滅火鋼瓶的瓶頭處設有機械式壓力表，需要運營人員定期去現場逐個對鋼瓶進行核查，因鋼瓶數量較多且氣瓶間設置分散，人工巡查過程比較煩瑣，巡查工作量大。針對以上情況，可在瓶頭處設置壓力傳感器，壓力信息上傳至設備監控系統。車控室可實時顯示每個鋼瓶的壓力，并可設置預警值。當鋼瓶壓力低于預警值時，可實現報警，從而提醒運營人員現場排查。運營人員在車控室實時掌握每個鋼瓶的壓力狀態，可大大減少人工巡檢的工作量【2】。

3 管網監控系統

3.1 水量監測

傳統方案中，消防及生活給水總管、冷卻塔補水管上的水表一般設置在室外水表井內，具體位置根據自來水公司提供的接管點位置確定。室外水表井處一般環境較差，抄表時位置不宜尋找，井蓋不宜打開。車站衛生間采用普通水表，當設置在吊頂上時，不便于讀數和檢修；當設置在地面時影響衛生間裝修效果。普通水表不便于運營人員實時掌握車站用水情況。

上海14、15、18 號線設計方案中，消防引入管、生活給水引入管均采用遠傳式水表，水表設置在風亭底部非敞口區域，衛生間水表也改為遠傳式水表，水表數據上傳至設備監控系統，可在車控室顯示瞬時流量和累計流量。運營人員在車控室可實時掌握車站用水情況，避免了現場人工抄表的煩瑣工作。同時可通過水表數據分析，判斷管網是否有漏水情況發生，從而節約了用水量。

3.2 水壓監測

為實時監控室內消火栓系統和自動噴水滅火系統管網水壓，上海14、15、18 號線在車站消防系統上安裝遠傳式壓力表。管網壓力值上傳至車站控制室，并預設報警值。安裝點位主要在兩路消防引入總管防污隔斷閥前（2 個）、消防水泵吸水總管（1 個）、消火栓系統水泵出水管（1 個）、自動噴水滅火系統水泵出水管（1 個）、消火栓及自噴系統管網最不利點（2個）、車站消火栓系統連接區間消火栓給水立管最低點處（一般4 個）。水壓監測可保證能及時發現地鐵內給水管網是否存在漏水，且可鎖定大概位置，可提高工作人員巡查的精準性。

同時，上海14、15、18 號線在空調水泵進、出水管及排水泵出水管設置了遠傳式壓力表，管網壓力值上傳至車站控制室。通過壓力表數據分析，可判斷水泵的運行參數是否與設計相符，是否滿足運行工況要求。

目前，上海地區管網壓力監測僅在車站內設置。車輛基地占地面積較大，室外給水管道長，一般埋地設置，管網漏損情況較多且漏水點不易被發現。在今后的設計中，可考慮在車輛基地室外給水管道上每隔一定距離設置壓力傳感器，實時監測管網壓力，當管網發生漏水時，可通過管網壓力值分析，快速找到漏水區域，可大大減少人工排查的工作量，提高檢修效率，同時可避免或減少管網漏損率，節約用水。

3.3 電動閥門

傳統設計方案中，消防進區間立管，冷卻塔進、出水管上設置手、電兩用蝶閥，車控室可遠程啟動和關閉閥門，平時顯示閥門啟閉狀態。上海14、15、18 號線在消防引入管和給水引入管上設置了手、電兩用閘閥。進區間立管和引入管閥門一般設置在風道和風亭底部，位于車站端部，設置位置較遠且不易尋找，如采用普通閥門，當出現緊急狀況時，如發生爆管時，往往不能及時關閉水源，從而導致受影響的區域擴大，增加不必要的損失，同時也浪費了水資源。采用電動閥門可有效地避免或減少以上損失，當出現緊急狀況或車站管道需要檢修時可遠程關閉進水總管，方便快捷【3】。

4 智慧消防

4.1 消防泵組

根據規范要求，現設計方案中消防控制柜包含低頻巡檢柜，對水泵進行低轉速巡檢，以低頻交流電源逐臺驅動消防水泵，使每臺水泵低速轉動時間不少于2min，巡檢周期不大于7d；同時對消防水泵控制柜一次回路的主要低壓器件進行巡檢，檢查器件的動作狀態；發現故障時，有聲光報警，并有記錄和儲存功能。車控室可顯示水泵的電源工作狀態，水泵自動/手動狀態，啟、停狀態和故障狀態，消防水池的液位信息，并可實現高、低水位報警。車控室可遠程啟、停消防水泵。

為響應《關于全面推進“智慧消防”建設的指導意見》（公消〔2017〕297 號），實現“傳統消防”向“現代消防”的轉變，同時結合物聯網理念，在今后的設計中，可考慮采用物聯網消防泵組（見圖1）。

圖1 物聯網消防泵組實物圖

物聯網消防泵組包括專用消防泵、專用控制柜、閥組、專用儀表、鋼制底座等主要硬件，也包括物聯網消防給水機組監控平臺及其移動終端App、全消防物聯網平臺等軟件。整套設備具有自動低頻巡檢、自動工頻巡檢功能和自動末端試驗功能，不需要人工操作，自動定期試驗、自動記錄流量和壓力、自動判斷自動提醒有無故障，同時，用戶可在手機App 上隨時隨地監控試驗過程和試驗結果，也可以通過手機App 和電腦終端隨時隨地遠程試驗，簡單可靠，省時省力。此外，物聯網泵組對水泵和控制柜進行了整合，大大減少了占地面積。常規設計中，水泵控制柜一般包含低頻巡檢柜、雙電源切換柜、機械應急啟動柜及水泵控制柜等，控制柜數量較多且占地面積大，導致消防泵房面積較大。軌道交通車站大多數為地下車站，設備用房面積緊張，采用物聯網泵組可減少泵房，減少土建投資。

同時，類似于排水泵，可通過設置傳感器收集水泵軸承溫度、電機溫度、電機電壓和電流、水泵累計運行時間、密封是否有泄漏等實時狀態信息，并設置預警值，從而減少消防水泵的運行故障，保障消防安全。

4.2 消防管道信號閥門

傳統設計方案中，消防管道上的閥門一般采用蝶閥，閥門默認處于常開狀態，閥門設置于吊頂以上。在實際運營過程中，管理人員無法實時掌握閥門的開閉狀態，如果閥門處于關閉狀態，在火災發生時不能及時提供水源，會影響消防救援，存在安全隱患。上海14、15、18 號線設計方案中，自消火栓泵出水立管后車站消火栓管道上的所有普通蝶閥均替換為信號蝶閥，并將閥門的啟閉狀態信號上傳至車站控制室。運營人員可實時掌握管道閥門開閉狀態，避免火災時閥門處于關閉狀態而阻斷消防水源。

5 結語

目前，我國城市軌道交通建設設計方案已基本趨于成熟，各方對設計的要求也越來越高，如何做到精細化、人性化、智慧化設計是現階段應該要考慮的問題。大數據時代，可以利用先進的科技手段，通過各項數據分析，實時掌握軌道交通各類系統和設備的運行狀態，可提前預判可能會發生的設備故障，排除或減少事故風險，減少運營人力成本的投入，提高軌道交通的運營管理和服務水平。