电动安全栏杆系统研究

王 炯

(上海申通轨道交通工程审图有限公司,201103,上海∥工程师)



电动安全栏杆系统研究

王 炯

(上海申通轨道交通工程审图有限公司,201103,上海∥工程师)

分析了城市轨道交通未安装屏蔽门车站的站台安全性及采取安全措施的必要性,提出在既有固定护栏的基础上加装机械装置的电动安全栏杆系统方案。电动安全栏杆系统由机械结构、监控系统和电源系统组成，介绍了电动安全栏杆系统的功能要求和各子系统的构成及工作原理。该系统经过测试验证和上线试运行,证明产品可靠安全，可达到改善站台安全的作用。

城市轨道交通； 屏蔽门； 电动安全栏杆系统

Author′s address Shanghai Shentong Metro Engineering Drawing Approval Co.,Ltd., 201103,Shanghai,China

自1995年4月上海轨道交通1号线建成通车试运营至今,上海轨道交通快速建设,网络规模逐步扩大。随着客流量逐年递增,车站站台拥挤度越来越大,乘客侵限的概率也越来越高,候车的安全性问题已成为各方关注的焦点。在站台安装屏蔽门可一定程度上减少事故的发生。但是,由于工程建设时所设计的车站通风系统制式及工程投资等多方面的原因,目前仍有部分车站在建设时未安装屏蔽门系统。

为了解决未安装屏蔽门车站的候车安全性问题,地铁运营方在其站台上加装了固定护栏。固定护栏只是在屏蔽门固定门的位置起到了防护作用,屏蔽门活动门位置依然是敞开式的开放空间,因此车站站台整体的安全防护性仍较为有限。

针对这一现状,本研究借鉴屏蔽门的建设经验,提出安全性强、操作简便、造价低廉的电动安全栏杆系统方案。

1 必要性分析

1.1 站台安全防护设施现状

由于建设时间不同上海轨道交通网络目前已开通运营线路的站台安全防护设施设置各不相同,如表1所示。共有35座车站的站台安装了固定栏杆,分别为1号线的9座车站、2号线的18座车站与6号线的8座车站,占运营车站站台总数的12.6%。此外,尚有39座车站站台未设置任何安全防护设施,包括3号线全线29座车站和5号线10座车站,占运营车站站台总数的14.1%。

表1 上海轨道交通车站站台安全防护设施设置情况

1.2 乘客侵限事故分析

2011年1—6月,上海轨道交通11条线发生乘客侵限事件共计116起,侵限人次119人,同比2010年上半年的38起/42人次,分别增长205%和183%。2011年1—6月各线路发生的乘客侵限事件为3号线58起、1号线26起、2号线21起、5号线4起、6号线4起、11号线3起,各线路乘客侵限事件比例如图1所示。

图1 2011年1—6月乘客侵限按线路统计图

发生侵限事故的车站中,3号线和5号线未设置任何站台安全防护设施,占53.45%;1号线、2号线和6号线设置了固定护栏,占43.96%;11号线设置了屏蔽门,占2.59%。由此可见,设置屏蔽门的车站发生乘客侵限事故的概率远小于其他车站;只增设固定护栏的车站并未能明显减少乘客侵限事故的发生，说明固定护栏的防护效果极其有限。

所发生的人员侵限事件主要分为以下六类:

• 乘客乘错方向跳下区间、穿越轨道;

• 物品坠入区间,乘客自行跳入线路拾取;

• 盲流人员进去线路、区间;

• 乘客醉酒或身体不适意外坠入线路;

• 有自杀倾向人员跳下线路;

• 其他。

2011年1—6月上述六类人员侵限事件发生次数统计见表2。

表2 2011年1—6月乘客侵限原因分析

人员侵限可归为故意进入和无意进入两大类。其中,故意进入包括乘错方向穿越线路、拾取坠物、自杀;无意进入包括盲流、醉酒跌落、身体不适跌落。2011年1—6月,无意侵限占侵限事件总数的比例约为三分之一,对这类乘客来说,如能在轨道与站台之间设置物理隔离装置,将会起到明显的警示作用,从而减少无意侵限事故的发生。

2 电动安全栏杆系统设计

2.1 功能要求

在固定护栏上加装机械装置的主要目的，是为乘客提供一定的警示和安全防护,减少无意侵限事故的发生。机械装置需具有以下功能:

(1) 为尽可能有效阻挡企图翻越以进入轨道的行为,装置高度参照GB 4053.3—2009《固定式钢梯及平台安全要求 第3部分:工业防护栏杆及钢平台》5.2.2的规定:在距基准面高度大于等于2 m并小于20 m的平台、通道及作业场所的防护栏杆高度应不低于1 050 mm。此外,由于是在站台已有固定栏杆的基础上加装,而原固定栏杆的高度为1 200 mm,故在站台加装电动安全栏杆系统的高度应大于等于1 200 mm。

(2) 机械装置的打开与关闭由人工操作,不与信号系统进行任何联动,以求安全可靠、结构简洁,并节约投资[1]。

(3) 机械装置在关闭过程中存在夹伤乘客的危险,因此需考虑防夹力小及相应的应急处理措施。

(4) 可能出现装置故障时无法打开的情况,应考虑快速处置方案,使其能在站台侧快速人工打开,不影响线路运营效率。

2.2 系统组成

电动安全栏杆系统由机械结构、监控系统和电源系统组成。

2.2.1 机械结构

机械结构由栏杆结构和传动系统组成。

2.2.1.1 栏杆结构

滑动栏杆关闭时将站台公共区与轨道区间隔开;打开时,为乘客提供上、下列车的通道,也作为列车在隧道内发生火灾或故障时乘客的疏散通道。

滑动栏杆关闭受阻时,操作机构应能检测到有障碍物存在并释放关闭力,滑动栏杆后退打开一定距离,停顿数秒后再关门；重复关门3次仍不能关闭时,该侧滑动栏杆全开或后退一定距离并进行报警,等待人工处理。

滑动栏杆在轨道侧和站台侧均设手动解锁装置。轨道侧解锁装置采用非锁闭形式,可由乘客或工作人员通过手动把手直接开启。站台侧解锁装置采用锁闭形式,由工作人员在站台侧通过钥匙开启[2]。

加装的滑动栏杆采用对穿螺栓加固。所用螺栓的机械和物理性能应至少达到GB/T 3098.1《紧固件、机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》所规定的8.8级。

2.2.1.2 传动机构

传动机构中，由电机通过齿形带带动滑动护栏做往复运动。滑块固定在传动装置底座上,滑动导轨随护栏一起作往复运动。在导轨首末端安装有限位块,保证滑动护栏在规定范围正常运动。钢丝绳组件由钢丝绳、钢丝绳转向轮、钢丝绳罩壳等组成。采用钢丝绳组件的目的是为了实现一驱一控两动的目标。即由一套电机带动一对滑动护栏运动,实现开关动作。

图2 传动系统示意图(开启过程)

以开启过程为例,传动系统示意图如图2所示,在接收到开启命令后,用于锁紧左右2侧滑动栏杆的电磁锁解锁,位于左侧滑动栏杆下方的电机驱动左侧栏杆的同步带,带动左侧栏杆开启;同时,通过滑轮组驱动右侧栏杆的钢丝绳,拉动右侧栏杆开启。

电机接收控制单元的指令,驱动传动装置运动。控制单元采用一控两驱,即一台电机驱动相邻两侧滑动栏杆。

2.2.2 监控系统

监控系统控制滑动栏杆的开/关并监视其状态,由站台端头控制盘(PSL)、控制单元(GCU)和就地操作盒(LCB)等组成。

PSL由箱体、继电器组、控制器、接线端子排、布电缆的线槽、面板的相关操作按钮和状态指示灯等组成。为使站台工作人员尽快远程控制开关,在PSL附近设置无线发送、接收器以实现对一侧滑动栏杆的无线控制。

LCB用于单个门体的现场级操作,无论系统发生何种故障(如网络通信故障、电源故障、控制单元故障等),均可通过LCB使发生故障的单元隔离。

GCU是滑动机构驱动电机的控制与监视装置。每侧站台配置40套GCU,控制相应滑动机构动作。GCU盒安装在固定护杆上。GCU执行PSL及LCB发来的控制命令,能按照设定的速度曲线实现对电机的实时控制,能够根据滑动栏杆安装后滑动推拉阻力的偏差,自动修正速度曲线,使滑动栏杆到达规定的开关时间。

每樘滑动栏杆设置1套配电单元,用于本樘栏杆的电源供给。

2.2.2.1 监控系统配置

(1) 每侧站台设置2套PSL,位于本侧站台车头与车尾处;车头、车尾处各设置1套无线接收器，用于接收无线操作器的开关指令；每个无线操作器只能控制一侧滑动栏杆的开关,两侧滑动栏杆对应的无线操作器频率应错开,且所使用的频段应不影响其他系统的正常运行。

(2) 车头与车尾各设置一个绿色瞭望灯,方便司机和站务人员观察整侧滑动栏杆关闭状态。

(3) 以8节编组的列车为例,每侧站台滑动栏杆设置42套直流电机,第1樘和第40樘滑动栏杆针对不同大小的栏杆,设置2套驱动电机,其他每樘滑动栏杆(含左右两扇)设置1套驱动电机。

(4) 每侧站台设置40套GCU,每套GCU驱动相应滑动栏杆的开关动作,第1樘和第40樘滑动栏杆的GCU驱动由2套直流电机带动的两扇滑动栏杆动作,第2樘至第39樘滑动栏杆的GCU驱动由1套驱动电机带动的两扇滑动栏杆动作。

(5) 每一樘滑动栏杆设置1套LCB,用于控制一樘滑动栏杆动作。

(6) 每一樘滑动栏杆设置两只LED(发光二极管)状态指示灯及一只蜂鸣器,其中一只指示灯位于GCU处,另一只指示灯位于滑动栏杆上方的广告牌中央(地下车站),用于指示机构的开关状态及故障报警。

(7) 电动栏杆系统设备应充分考虑环境情况,满足防潮、防尘要求,具备较高等级的防水措施,在地下车站中外露的电气部件应达到IP 54防水标准,在高架及地面车站中外露的电气部件应达到IP65防水标准。

(8) 电动栏杆采用绝缘安装。电动栏杆系统与外部系统绝缘。

2.2.2.2 监控系统功能

(1) 控制功能。滑动栏杆系统应具有站台控制(PSL控制)和手动操作(站台侧用钥匙/轨道侧用把手开关和LCB控制)两级控制方式,以手动操作优先级较高。站台控制是由站务人员或其他授权人员通过站台端头控制盒开关按钮对滑动栏杆进行开/关控制,控制原理如图3所示。手动操作是由站台人员或乘客对滑动栏杆进行的操作。当控制系统电源故障或个别站台的滑动机构控制发生故障时,站台工作人员在站台侧用钥匙(或乘客在轨道侧用把手)打开滑动栏杆(见图4),同时可操作LCB将故障栏杆隔离。

图3 单侧站台控制原理图

图4 手动操作示意图

(2)监视功能。站台车头、车尾处的PSL面板上设开关到位指示灯、PSL操作允许指示灯;滑动栏杆系统在车头、车尾位置设置远程瞭望灯；每樘滑动栏杆上设1套状态指示灯,分别位于每樘栏杆上方导向板相对应的中心位置和GCU处,包含红色和黄色两种颜色。站务人员可通过状态灯清楚判断每个滑动栏杆的状态,从而方便维护人员快速找到故障点,保证列车安全、快速运营。蜂鸣器位于GCU处,与状态指示灯一起指示滑动栏杆的状态,具体提示方式如表3所示。

2.2.3 电源系统

系统供电为AC 380 V、50 Hz电源。电源输入采用隔离变压器隔离。驱动电源与控制电源分开,驱动电源提供滑动栏杆电气设备(GCU)所需要的电源,控制电源为PSL、状态指示灯等供电。

3 与屏蔽门系统的对比

从提高乘客候车安全性的角度看,电动安全栏杆系统在功能上与屏蔽门系统类似,且具有结构简单、施工便利等优点。电动安全栏杆系统与屏蔽门系统的比较如表4所示。

4 样机试制与车站试点

4.1 样机试制

整体方案确定后,开始滑动栏杆样机的试制工作,并于2011年10月在上海轨道交通13号线马当路车站成功安装了第一台滑动栏杆样机(见图5)。

表3 状态指示灯和蜂鸣器工作方式

表4 电动安全栏杆系统与屏蔽门系统的对比

图5 马当路站滑动栏杆样机实物图

4.2 载荷测试

载荷测试在于验证外部载荷对滑动栏杆所产生的影响,确定滑动栏杆的载荷承载能力是否符合设计要求。要求在设计载荷下,栏杆结构无永久变形,且栏杆的最大弹性变形量不超过列车的安全限界。本次的静态负荷测试针对滑动栏杆结构的所有正常负荷,超载测试针对滑动栏杆玻璃的冲击负荷,以验证结构在车站可能出现最坏情况下的载荷能力。

经静态载荷测试,在样机滑动栏杆加载1 000 N时,滑动栏杆弹性变形后距站台边缘的最近距离为29 mm,距线路中心线的最近距离为1 629 mm,符合上海申通地铁集团有限公司《上海轨道交通工程技术标准》中的限界规定。

经冲击载荷测试,3次冲击后玻璃无损坏,滑动栏杆启闭正常。

4.3 电磁兼容测试

经第三方测试,系统静电放电、射频调幅电磁场、快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌、射频共模抗扰度、工频磁场、电压暂降/电压中断等技术指标均符合GB/T 177992.2《电磁兼容 第6-2部分:通用标准——工业环境中的抗扰度试验》中的规定。

4.4 上线试点测试

单台样机在马当路站进行了连续5 000次开关试验,产品研发单位会同上海地铁第二运营有限公司、上海市隧道工程轨道交通设计研究院、上海申通地铁集团有限公司建设管理中心，多次进行现场技术观摩和系统技术专家论证,对本方案的可行性、可靠性和安全性等进行优化完善，在确认各个环节均可满足线路运营要求后,一致决定在2号线客流相对适中、现场安装条件较好的威宁路站,进行整个系统的车站试点工作。

2012年4月5日,威宁路站滑动栏杆系统完成安装调试,进入车站试运行阶段。经过3个月的试运行,运营人员对威宁路站滑动栏杆系统的评价为:

(1) 威宁路站滑动栏杆故障频次少,故障处置简单、快速；

(2) 滑动栏杆一次开关门操作时间为5～6 s,操作时间短。

5 结语

上海轨道交通部分车站站台未安装防护装置,或只安装了固定护栏,站台的安全防护性能与安装屏蔽门的车站存在较大的差距,在上海轨道交通常态大客流的情况下,必须在固定护栏的基础上研究新的防护手段,以保障乘客的候车安全。

对于既有线路,若进行大规模的站台设备整改,将会影响线路的运营,实施难度大,实施风险高，若要实现其与信号系统的联动,则二次开发和调试的时间长，且信号系统改造费用大。

在已有固定护栏的基础上加装电动安全栏杆,栏杆完全由司机或站务人员操作,开关控制灵活、适应性高，达到加强防护性能的目的,可提高乘客候车的安全性,具有很高的社会效益。与建设完整的屏蔽门系统相比,电动安全栏杆系统可大幅减少投资,经济效益明显。

[1] 周蔚然.轨道交通地下车站屏蔽门与列车间隙的分析探讨[J].地下工程隧道,2008(3):52.

[2] 陈新艳.屏蔽门系统与土建接口的若干问题[J].铁道工程学报,2010(2):77.

Research on the Electric Safe Railing System

WANG Jiong

The safety of railway station without platform screen door and the necessity of taking safe measures at the station are analyzed, a scheme of adding electric safe railing with mechanical device on the fixed guardrail is proposed. This system consists of mechanical device, monitoring system and power supply sustem. In this article, the composition, function and work principle of electric safe railing are illustrated, after testing, verification and on-line operation, this system has been proved reliable for the safety of station platform.

urban rail transit; platform screen door; electric safety railing system

U231.4

10.16037/j.1007-869x.2016.04.019

2014-05-14)