地铁屏蔽门(又称月台幕门或安全门,英文:Platform screen doors(PSD)或 Platform-edge doors),是指在月台上以玻璃幕墙的方式包围铁路月台与列车上部空间。列车到达时,再开启玻璃幕墙上电动门供乘客上下列车。
地铁屏蔽门系统是现代化地铁工程的必备设施,它沿地铁站台边缘设置,将列车与地铁站台候车室隔离。地铁安装屏蔽门系统是一种具有节能、环保和安全功能的高科技产品,不仅可以防止乘客跌落或跳下轨道而发生危险,让乘客安全、舒适地乘坐地铁,而且屏蔽门系统避免隧道风给乘客造成不适,减少了站台区与轨行区之间冷热气流的交换,节约环控设施的能源消耗,降低了环控系统的运营能耗,从而节约了营运成本。同时屏蔽门又可作为一道美丽的屏障,给乘客带来良好的视觉享受,提供了一个安全、舒适的候车环境。
屏蔽门设置在地下车站有效站台长度范围内,以有效站台中心线为中心,向站台两端对称布置。屏蔽门在站台边布置,其滑动门与列车每节车厢的乘客门一一对应;列车驾驶室门在正常停车的情况下处于屏蔽门端门以外,并保证在列车停车精度为±300mm的情况下,列车驾驶室门的全开不会受到阻碍。屏蔽门在正常运营时方便乘客上下车;故障或灾害运营时,保证乘客能够安全地疏散。
于1983年,法国的自动捷运系统VAL的里尔地铁(Lille Metro),其生产商马特拉公司(Matra)向瑞士的玻璃门生产商 Kaba Gilgen AG 为列车月台特别订造自动滑门,成为世界上最早安装玻璃屏蔽门的铁路系统。
后来,于1987年启用的重型铁路系统新加坡地铁同样采用玻璃屏蔽门。其后,欧洲及亚洲多个地区的铁路系统相继采用屏蔽门,成为现时铁路系统的安全标准之一。值得一提的是,早在1960年代,在列宁格勒(现俄罗斯圣彼德堡)的地铁系统早已采用类似现在的屏蔽门的钢门。
屏蔽门的系统构成屏蔽门是一项集建筑、机械、材料、电子和信息等学科与一体的高科技产品,使用于地铁站台。地铁站台安装“屏蔽门”有效地减少了空气对流造成的站台冷热气的流失,保障了列车、乘客进出站时的绝对安全,降低了列车运行产生的噪音对车站的影响,提供了舒适的候车环境,具有节能、安全、环保、美观等功能。
屏蔽门系统的类型
全封闭式屏蔽门:它是一道自上而下的玻璃隔离墙和活动门,沿着车站站台边缘和两端头设置,能把站台候车区与列车进站停靠区完全隔离。这种屏蔽门系统的主要功能是增加安全性、节约能耗以及降低噪音等。
半封闭式屏蔽门:它是一道上不封顶的玻璃隔离墙和活动门或不锈钢篱笆门。与全封闭式相比,安装位置基本相同, 但结构简单,高度低,空气可以通过屏蔽门上部流通,造价也低。它主要是起一种隔离的作用,提高站台候车乘客的安全,同时它也还能起到一定的降噪作用。
屏蔽门门体
采用不锈钢材料制作屏蔽门门体,一般采用奥氏体系列不锈钢(如304L 、316 等材料) 。奥氏体不锈钢的韧性、塑性及工艺性能相对于其它类型不锈钢来说都比较好,且硬度适中,焊接性能较强,表面抗污力强;但在焊接中可能会出现晶间腐蚀,所以要采用较好的焊接工艺来预防或减少晶间腐蚀及应力腐蚀。其中的304L , 国内牌号为00Cr18Ni10,抗晶间腐蚀及应力腐蚀性能优越,焊后可不进行热处理,且其室温机械性能,无论硬度、强度或其它各项机械性能指标均优于LD31 。
屏蔽门功能门的组成
屏蔽门功能门一般应由固定门、滑动门、应急门及端门组成。滑动门在数量及位置上的设置应与车辆门一一对应。在两对滑动门之间的屏蔽结构由固定门组成。固定门是不能打开的。应急门是当列车进站的停车误差超过了设计时所考虑的停车误差而列车又刚好不能再进行位置调整时的疏散通道(其中包括列车未完全进站或未完全出站发生的意外情况) 。端门设置在站台两端,与靠站台而设的屏蔽门垂直接壤,并与它们一起与设备房外墙构成一个全封闭的屏蔽系统。
屏蔽门的控制系统
屏蔽门控制系统所采用的网络在其拓扑结构上应是总线型的局域网。其中PSC(也称主控机) 、PSA (远方操作报警盘) 以及每个DCU(门控器) 都是挂接在总线上的一个网络结点。其总线结构及网络协议应采用公开、规范的通用形式,以便于完成与EMCS(机电设备监控系统) 系统之间的接口。总线型结构的网络可以保证网络上任何一个结点发生故障都不会影响整个网络其他结点的正常运行,并可以通过网络对屏蔽门进行全程控制、运行参数修改、声光报警等功能。屏蔽门控制系统在一些重要的节点及命令上也要采用硬线传输,充分利用其高可靠性及抗干扰性能, 保证整个控制系统的可靠性。像主控机与信号系统、主控机与PSL (站台端头控制盒) 之间,以及屏蔽门的开门、关门命令的发送及反馈,均要采用硬线传输。
当列车、信号以及屏蔽门系统本身出现故障, 导致屏蔽门无法自动打开或关闭,就要运用PSL 站台级控制的功能,以节点发送方式使屏蔽门处于理想状态。在每个屏蔽门单元的ASD 及EED 上, 无论在站台侧还是在轨道侧,均有手动装置可将门打开。在站台侧,站务人员可用专用钥匙进行操作,使门打开;在轨道侧,则设有紧急把手可手动打开屏蔽门,以保证在非常时刻乘客或站务人员以最快及最方便的手段打开屏蔽门,以免发生事故。
屏蔽门系统的执行电机
屏蔽门系统的执行电机属于一种短时间周期性动作的设备。根据广州地铁2 号线对屏蔽门的要求,它必须在5. 5 s~7. 5 s 内完成开/ 关门一个周期,响应精度±0. 1 s 。而电机在关门阶段一般就必须经过加速、速度保持、减速、低速保持、制动五个阶段。门体在整个关门行程中动能不能超过10 J , 在关门行程中的最后100 mm 不能超过1 J 。
在整个关门过程,电机一直处于速度不断变化的过程中,所以要求电机要有比较好的调速性能, 而且要快速响应性好、调速精度高。一般应选用执行类直流电机或交流变频调速电机等机械特性好的电机,并且电机应具有比较小的飞轮转矩( GD2) 以及较小的传动比,以减小其动态工作特性中的机械时间常数,来获得良好的跟随特性。此外,我们还应对电机运行的过程进行分析并确定目标运行曲线。对拖动过程中电机的启动、运行、制动过程的完成方式及其合理性进行分析,以保证有一个性能良好的门控系统。假设滑动门的关门时间为3 s , 滑动门开门宽度为2 m , 那么每扇门体在3 s 内就必须完成1 000 mm 的行程。在门关闭的过程中,应严格控制门体速度及关门力度,避免因此夹伤乘客;还要充分考虑电机在整个行程中的启动及制动过程。所以,我们要选定一条电机运行曲线, 使得门体的运行平稳、快捷、噪声小、无明显抖动;还要保证门体夹到乘客以后,作用于乘客的夹紧力及动能足够小,以防夹伤乘客。
屏蔽门的作用和优点屏蔽门系统的优点
安全:地铁列车在隧道内运行时会产生强烈的活塞效应,当列车进入站台时会给站台候车的乘客带来被活塞风吹吸的危险。装设屏蔽门后,由于站台与隧道空间有屏蔽门隔离开来,只有当列车停靠站台,并且列车门与屏蔽门完全对正时,屏蔽门才同时打开,从而避免了乘客探头张望和随车奔跑的现象,也避免了候车人员及物品意外跌落站台轨道的危险。另外,屏蔽门上还安装了探测各种障碍物的传感器,一旦有障碍物存在,传感器发出的信息将使屏蔽门再次作出开闭动作,这样有效地减少了车门挟人、挟物的事故。如广州地铁二号线安装的屏蔽门,是全国第一套地铁屏蔽门系统,也是目前世界上最先进的第三代屏蔽门系统,它采用了高科技和人性化技术,技术水平已超过目前香港、巴黎和伦敦等地铁使用的屏蔽门系统。广州地铁二号线自开通运营以来,没有发生一起乘客跳轨或落轨的安全事故。而上海地铁因没有安置屏蔽门系统,致使乘客意外进入轨道而发生的事故已达40多起,死亡人数超过20人。
节能:由于地下车站和区间隧道是长条形的地下建筑,除车站的出入口、通风亭和隧道洞口与室外沟通外,基本上与大气隔离,因此需要环控系统来保证乘客安全、舒适和确保设备使用寿命。设置第一种类型屏蔽门系统后,车站空间与列车运行空间完全隔开,避免了大量空调冷气进入隧道,减少了列车刹车时所散发出的热量进入候车区,并减少站台出入口由于列车活塞作用吸入大量新风所形成的冷负荷。这样首先是减少了冷量消耗,达到空调节能的目的,其次是减少空调设备容量,相应地减少了空调机房土建面积与投资。
降低人工成本:在有些乘客不多的车站,安装屏蔽门后,可以减少甚至不需要站台工作人员,这将减少地铁的日常运营管理费用。在日本由于人力资源成本较高,东京地铁南北线安装屏蔽门就是出于此种考虑,大大节省了人工成本。
环保:列车行驶时会产生噪声。安装全封闭式屏蔽门系统之后,在站台和轨道之间形成了一个隔音屏障,大大降低了地铁候车区域中的噪声,能够降低约20dB(A)~25dB(A)。安装半封闭式屏蔽门,也能减少噪声约10dB(A)~15dB(A)。同时还可以把活塞风从隧道中带来的垃圾和灰尘拒之于屏蔽门外,使候车区域保持良好的卫生环境。
不会减少候车面积:由于安装屏蔽门系统只需要25cm~30cm的宽度,而在没有屏蔽门系统的车站,乘客候车的安全线距站台边缘的距离有50cm~60cm,因此安装屏蔽门后不会影响车站的有效候车面积。