地铁屏蔽门项目 可行性研究报告
刘文魁团队 二〇一三 年 一 月
目 录
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2 研究背景...................................................................................................................... 2 研究必要性.................................................................................................................. 4
2.1
2.2 行业趋势............................................................................................................... 4 政策支持............................................................................................................... 4
3 国内外相关技术发展状况与趋势.............................................................................. 5
3.1
3.2 国外相关技术发展状况....................................................................................... 5 国内相关技术发展状况....................................................................................... 6
4 研究开发内容及关键技术.......................................................................................... 6
4.1
4.2
4.3 屏蔽门系统功能技术分析................................................................................... 6 问题现状及研究内容分解................................................................................. 11 关键技术............................................................................................................. 13 5
6 市场前景及经济效益分析........................................................................................ 13 项目阶段内容............................................................................................................ 15
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1 研究背景
屏蔽门是安装于地铁和轻轨交通车站站台边缘，将轨道与站台候车区隔离，设有与列车门相对应，可多级控制开启与关闭滑动门的连续屏障。屏蔽门集建筑、机械、材料、电子和信息等学科于一体的高科技产品，是地铁站台安全防护的核心设施。按使用用途，屏蔽门分为封闭式、开式和半高式三种，其中开式和半高式屏蔽门通常又称作安全门，主要满足安全和美观的要求，封闭式屏蔽门，简称屏蔽门，最常用的一种地铁站台设施。通过安装屏蔽门机电系统，有效地减少了空气对流造成的站台冷热气的流失，降低了列车运行产生的噪音及活塞风对车站的影响，保障了列车和乘客上下车及进出站时的绝对安全，提供了舒适的候车环境，提高地铁运营社会效益。据20xx年地铁行业运营报告，地铁屏蔽门系统使空调设备的冷负荷减少35%以上，环控机房的建筑面积减少50%，空调电耗降低了30%。总结起来屏蔽门在地铁运营中具有不可替代的重要作用：
1)屏蔽门可以防止人和物体落入轨道和非法闯入隧道,安装屏蔽门系统可杜绝因此引发的事故、延迟运营与增加额外成本；2)减少站台区与轨行区之间气流的交换，降低通风空调系统的运营能耗；3)成为铁路车辆和车站基础设施之间的紧急栏障安全系统；4)减少列车运行噪声及活塞风对站台候车乘客的影响，改善乘客候车环境；5)保障乘客和工作人员的人身安全，阻挡乘客进入轨道，拓宽乘客在站台候车的有效站立空间；6)有效管理乘客，当列车停靠在正确的位置上，乘客才进入列车或
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站台；7)在火灾或其他故障模式下，可以配合相关系统进行联动控制；
8)可以利用屏蔽门设置广告显示屏，达到资源的最大利用化，同时对车站整体空间布置进行优化。
随着我国经济社会快速发展，地铁建设不断加快，据发改委公布的规划公告，我国在未来四至五年内将新增城市轨道交通里程2161公里，地铁建设在全国范围内的北京、上海、哈尔滨、太原、兰州、广州、沈阳、厦门、常州等多个城市全面铺开。地铁建设和运营的快速发展，以及地铁运输在人们群众的普及，对站台的屏蔽门系统也提出了新的要求，现有的屏蔽门系统已凸显出了安全可靠性等方面的不足。据20xx年12月15日《钱江晚报》报道，杭州地铁近江站上行站台屏蔽门20分钟内连续发生了2次故障，导致地铁运营中断，乘客滞留站台。杭港地铁有限公司关于地铁屏蔽门故障事件的分析称，屏蔽门系统的可靠性是该事件的首要原因。北京、上海及广州都有屏蔽门不能及时打开或关闭、应急门变形或门锁失灵等的事故报告，直接影响地铁运营，造成的负面的经济效益和社会效益。
目前我国地铁工程项目建设也处在快速发展和不断完善的过程中。改善地铁系统工程及其配套设施，优化地铁候车环境，提高城市轨道交通的服务水平，研究和采用新设备和新技术，优化现有屏蔽门系统，提高屏蔽门的安全可靠性是必然的要求和发展趋势。
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2 研究必要性
2.1 行业趋势
为全面贯彻落实国家扩大内需、促进经济平稳快速发展的统一部署，根据《长期铁路网调整规划》调整方案、《铁路“十一五”规划》和铁路运输需要，国务院已批准的城市轨道交通规划共涉及22个城市，20xx年之前轨道交通投资规模将超1万亿元。建设部的统计数据显示，全国共有15个城市的50条城市轨道交通线路正在建设。城市轨道交通项目主要是地铁项目，在地铁项目规划中，地铁屏蔽门系统已成为必需配置的设备。为推动城市地铁轨道交通设施的国产化进程，国家发改委制定了一系列产业政策。随着上海世博会、广州亚运会和深圳大运会等许多全球性大型活动在国内举行和城市化进程的不断加快，以及抵御全球金融海啸的需要，国家未来几年将进一步加大投资、拉动内需，特别是加大对公共基础建设的投入，新建地铁将会迎来高峰期，地铁屏蔽门的市场需求也将会迎来高峰，国内地铁屏蔽门企业迎来了大好发展机遇。
2.2 政策支持
为了推动轨道交通技术的发展，“十一五”国家科技支撑计划重点项目特别安排了“新型城市轨道交通的技术”内容。研究内容包括城市轨道交通技术发展和创新体系研究与示范、城市综合交通和轨道交通规划关键技术研究与规范、城市轨道交通标准体系和关键技术标准研究、城市轨道交通运行与控制系统研究等，在其“交通运输业”优先主题
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中，提到要开发和掌握包括地铁屏蔽门技术在内的关键技术。针对我国综合交通系统建设滞后，各种交通方式缺乏综合协调，列车控制系统核心技术依赖进口，缺乏中低运量轨道交通系统成套技术的现状，要求实现重大装备核心技术突破，降低建设成本，提高地铁运营安全可靠性。 3 国内外相关技术发展状况与趋势
3.1 国外相关技术发展状况
屏蔽门最早由美国交通部集体运输管理局于19xx年提出，用于铁车站站台乘客区与轨行区通过气流或隔墙分割开来，以达到节能、改善车站站台乘客区环境条件的目的，经过经四十年的研究和发展，屏蔽门已经在全世界各个城市普遍使用，屏蔽门技术已逐步完善和成熟。
装于新加坡地铁NEL线，距今已有24年历史。新加坡在安装屏蔽门系统时主要考虑经济因素与安全因素。在设计中主要考虑了以下几点：(1)新加坡常年气候炎热，故空调运行费用在地铁运行成本中占有较大比重；为了节省能源，提高地铁运营的经济效益，设置了气动控制系统,外观上较少追求美观；(2)充分考虑了乘客乘车的安全性；(3)为了满足地铁正常运营的需要，要求屏蔽门系统必须具备良好的运行可靠性，满足了地铁的运营需要, 同时空调节能率达到50%左右。在新加坡地铁装设了屏蔽门后，欧洲出于增加乘客安全的考虑也在一些地铁车站安装了屏蔽门。由于在列车与站台间安装了屏蔽门，将乘客与列车隔开,有效防止了乘客有意或无意跌入轨道，大大减少了乘客被列车撞伤的危险性。 日本屏蔽门在乘客安全的前提下，为了降低地铁的运营管理成本,
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日本在东京地铁南北线上安装了非完全封闭的屏蔽门 。在日本东京地铁南北线上, 站台几乎都设在400～500m 半径的曲线上,车辆远期编组是8 辆(初期4 辆),每节车辆长度20 m，列车长度为160 m。这样，不论通过安装镜子还是采用工业电视的手段，从车头或车尾都无法看到列车全长；如采用站务人员人工监视列车的方法就必须增加车站的接车人员。设置了屏蔽门之后，一般情况下只需司机一人操作就可保证安全,站台上无需站务人员接发列车，进行监视，从而减少了站台上的工作人员，大大地降低了地铁的管理成本。
3.2 国内相关技术发展状况
地铁屏蔽门系统是集机械、电子、电气及建筑于一体的高科技产品，在机械结构、动力传动、控制系统、门机控制单元、系统通讯、控制软件、系统管理软件等方面要求非常高，系统复杂，可靠性收到一定程度限制。目前，国内地铁屏蔽门研究中，有代表性的单位有深圳方大集团、南京康尼和上海嘉诚。地铁屏蔽门属轨道交通机电设备，随着行业管理的日趋规范，为杜绝安全事故的发生，并达到环保节能的要求，地铁屏蔽门技术的可靠性要求将越来越高。
4 研究开发内容及关键技术
4.1 屏蔽系统功能技术分析
屏蔽门(或安全门)系统由机械和电气两部分构成，机械部分包括门体结构和门机驱动系统，电气部分包括电源系统，控制系统及监视系统。核心部分是门机驱动系统和控制系统。按系统组成分析，屏蔽门系统主
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要由门体结构、门机系统、电源系统和控制系统四个部分组成。
(1)门体结构
屏蔽门包括滑动门、固定门、端门、应急门及底部支撑等，全高封闭式屏蔽门还包括顶箱及上部连接结构，半高屏蔽门还包括固定侧盒。各部件主要功能技术如下：
滑动门为正常运营时乘客上下车的通道，应与列车车门一一对应，其开门方式采用中分双开式。
滑动门应有锁紧装置，门关闭后可防止外力作用将门打开。
端门设置在站台两端屏蔽门与站台设备房外墙之间，作为站台到区间隧道和设备房区域的进出通道。
应急门(EED)是为紧急情况下故障列车进站后，列车门无法对准滑动门时乘客进出站台的疏散通道。每侧站台应急门的设置数量一般为3道，由固定门兼作，对应第1、4、6节车厢各设置一道，以便对应4辆、6辆编组列车均能对应其列车两端各有一道应急门可在列车不能定点停车的情况下提供乘客进出车厢的条件。
应急门和端门均可向站台内侧旋转90°开启。滑动门、端门和应急门均应可在轨道侧手动打开，在站台侧用钥匙打开。
全高封闭式屏蔽门顶箱和半高屏蔽门固定侧盒都应能对其内设备提供有效的保护作用，同时半高屏蔽门的固定侧盒及其内设备应具有高的防护等级。
导向标识照明灯带非屏蔽门功能设备，其设置在门体上与否主要视导向标识照明需求以及车站装修效果确定。为改善站台候车环境，本工
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程地下车站全高封闭式屏蔽门门体上暂定设置照明灯带。如最终装修方案提出需求取消门体上照明灯带，再行取消。
(2)门机系统
门机系统是屏蔽门滑动门的操作机构，主要由电机、传动装置、导轨与滑块总成、锁紧及解锁装置、行程开关和位置检测装置等组成。各部件主要功能技术如下：采用国内外成熟的直流永磁电机，电机调速性能和输出转矩均应满足门扇运动曲线和动力曲线的要求。传动装置可采用皮带传动或螺杆传动。电机应采用减振安装方式，应拆卸方便，便于维修。锁紧及解锁装置应具有自动和手动两种功能。轨侧手动解锁装置的设置应便于在轨道侧开启且不利于在站台侧开启，尤其是半高屏蔽门。为避免乘客在站台侧伸手越过屏蔽门开启轨侧手动解锁装置，半高屏蔽门的解锁装置(尤其是滑动门)均应采取相应安全措施，包括设置高度和设置型式。对于半高屏蔽门，推荐采用一控制两驱动方式，即每道滑动门由一套门控单元(DCU)控制两套驱动电机，分别驱动左右门扇。
(3)电源系统
主要包括驱动电源、控制电源，电源设备设置在屏蔽门系统设备室。根据目前国内屏蔽门设计和投标的情况，采用的供电方式分为两种：直流供电、交流供电。
1)直流供电
电源设备UPS、隔离变压器、整流器、蓄电池等设备组成。电源由车站变电所提供两路380V/220V电源到自动切换箱,电源经过UPS、三相隔离变压器和整流器至110V直流母线，然后由直流110V母线每侧
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馈出三路直流送至各个门控单元。
2)交流配电
电源由车站变电所提供两路380V/220V主电源和备用电源，屏蔽门的驱动电源由主电源供应，当主电源故障时，电源自动切换装置自动将主回路切换到备用电源，将备用电源投入。UPS充电模块通过内部的交直交转换，一方面除对蓄电池组进行浮充电外，另一方面通过在线式经AC380V隔离变压器向屏蔽门配电单元交流供电，并由门控单元经交直流转换驱动电机运动。系统采用UPS统一供电，输入电源为AC380V，输出电压为标准220V正弦波；电源系统由输入隔离变压器、逆变器模块、切换模块、监控构成；系统正常工作时，电源由旁路开关侧提供；当外部断电，系统电源则由蓄电池经过逆变模块给系统提供AC220电源。
(4)控制系统
屏蔽门控制系统的主要作用是与信号系统进行信息交换，对屏蔽门的开门、关门进行控制，保证屏蔽门的开门、关门与列车车门动作同步。关门过程具备障碍物探测功能。控制系统包括中央控制盘(PSC)、就地控制盘(PSL)、门控单元(DCU)和就地控制盒(LCB)以及控制局域网、软件、监视报警装置和网间通讯协议转换器、安全继电器回路设备、通讯介质及通讯接口模块等。
1)中央控制盘(PSC)
PSC设置在站台一端的屏蔽门设备室内，包括至少两个单元控制器，分别控制两侧站台的屏蔽门。PSC应能接收信号系统或PSL的开／
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关门命令，并监视屏蔽门系统的开／关门、故障情况，将屏蔽门关闭且锁紧信号和互锁解除信号送入信号系统，并通过PSC内设置的编程／调试接口，对各DCU单元内的可编程控制器重新编程。PSC提供屏蔽门系统与信号、综合监控等系统的接口。
2)就地控制盘(PSL)
PSL设置于每侧站台的列车始发端站台上，方便列车司机和站台工作人员操作的位置。在系统级控制失效时，供列车司机或站台上的工作人员向各DCU发出开、关门指令，实现站台级控制。
为了便于列车司机及时掌握屏蔽门的开、关状态，同时在需要时方便和车站控制室取得联系，借鉴国内其它城市地铁运营需求，本次设计拟在列车发车端配备行车设备，在每侧站台发车端列车侧前方设置屏蔽门状态指示灯，能够显示屏蔽门是否完全关闭或全部打开，其显示状态与PSL上指示灯保持一致。根据通信系统需求也可以在PSL上设置与车站控制室的直通电话（具体由通信系统设置，PSL预留安装条件）。上述需求最终是否设置最终根据本工程的运营需求确定。
针对本工程列车在近、远期分别采用4、6辆编组的情况，PSL应具有对应不同编组到站列车开启相应滑动门的功能，即对于“开门/关门”功能，均具有“开4辆编组屏蔽门”和“开6辆编组屏蔽门”的功能。 根据运营组织的需求，如果有双向行车线路，则采用双PSL，即在站台两端均设置PSL。本次设计时运营模式还未最终确定，故暂定每侧站台设置1套PSL，位于发车端。
3)门控单元（DCU）
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DCU设置在全高封闭式屏蔽门滑动门上方的顶箱内和半高屏蔽门的固定侧盒内。每道滑动门设1套，能够接收信号系统、IBP、PSL各控制点发来的开/关门控制命令，控制门的运动，并采集和发送门状态信息及各种故障信息。
4)就地控制盒(LCB)
LCB包括自动/手动/隔离三位开关以及相应控制按钮（也可采用自动/手动关/手动开/隔离四位开关）。每个门单元设置一套，位于DCU附近或与DCU结合设置。
5)控制局域网及通讯接口等
PSC与控制系统的各部分以及与其它相关专业之间的连接方式可分别采用数据线连接、硬线方式、继电器方式。
4.2 问题现状及研究内容分解
我国有关地铁屏蔽门的自主创新设计和自主创新产品，各地政府给予了极大的支持。在同等条件下，在工程中优先使用国内设计生产的产品，从而为国内地铁屏蔽门研制与生产企业提供了大力支持。为全面改善和提高屏蔽门系统可靠性，需从以下多方面同时开展工作。
(1)屏蔽门突然开关，导致乘客跌落站台。
技术研究解决方向：继电器失控；元器件老化损坏；电磁干扰；断电；软件缺陷、失效。
(2)屏蔽门玻璃脱落，玻璃碎渣砸伤乘客或者掉入轨道。
技术研究解决方向：风压、乘客或外力撞击、地震；结构疲劳；制
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造缺陷(焊接等)；安装缺陷(螺栓松动、基准面不准等)。
(3)屏蔽门漏电，导致乘客触电。
技术研究解决方向：电器接头没有密封；接地不良；电缆外皮损坏；绝缘不好；列车与站台存在电位差。
(4)屏蔽门门槛突起，导致乘客上下车时被绊倒。
技术研究解决方向：安装问题；材料变形；门槛腐蚀；乘客携带超重物品。
(5)应急门无法打开，紧急情况下导致疏散受阻。
技术研究解决方向：应急门变形或门锁失灵。
(6)滑动门无法打开，影响乘客上下车，导致列车晚点。
技术研究解决方向：滑动门变形、固定件松动脱落；滑动门滑槽内有异物；传动机构故障；驱动电源线路断路及 UPS 电池故障；固定件松动。
(7)端头门被列车进入站台时产生的气压推倒，使得乘客和站务员掉下路轨，造成伤亡。
技术研究解决方向：端头门的支撑及固定装置松动、脱落。
(8)屏蔽门振荡, 导致列车与屏蔽门碰撞，乘客及员工受伤或死亡。 技术研究解决方向：列车通过时引起共振。
(9)乘客被屏蔽门和车门夹住或撞击，正常情况下影响乘客上下车，延误列车运行，紧急情况下延误疏散。
技术研究解决方向：司机误操作；屏蔽门开关动作失误；屏蔽门没有障碍物探测及重开的功能。
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(10)屏蔽门在无列车进入站台时开启，导致乘客或员工跌入轨道。 技术研究解决方向：接触故障；控制盘失效；元器件老化损坏；线路故障；断电；电磁干扰。
(11)门体优化改造，增设安全防护检测装置
技术研究解决方向：屏蔽门系统使用寿命不小于30年；尽量采用低价质优的材料，门体材料需防霉变、抗腐蚀，门体材料表面应保证一定的硬度、不褪色，并容易清洁。另外，屏蔽门门体上的一定部位将设置开口，在空调季将开口关闭，在非空调季将开口打开。
4.3 关键技术
(1)系统冗余技术；
(2)非接触检测技术；
(3)高可靠性供电技术。
5 市场前景及经济效益分析
地铁屏蔽门是国内新兴的行业，由于地铁屏蔽门具有安全、节能、美观的特点，深受建设单位的青睐。国内自20xx年得到应用以来，现已经全面推广；国家发改委要求，现在规划的地铁项目，屏蔽门系统应作为一个必须配置的设备。据预测，2010-20xx年，我国地铁屏蔽门的市场需求量达到200亿元。
国家发改委20xx年09月5日公布批准全国多个城市共计23个轨道交通建设规划,及3个铁路建设规划,涉及金额约7000亿元。根据发
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改委批复信息,太原市、兰州市、广州市、沈阳市、厦门市、常州市等6个城市的轨交近期建设规划获批,哈尔滨市、上海市等城市的近期建设规划调整方案获得批准,另外还有江苏省沿江城市群城际轨交网、内蒙古呼包鄂地区城际铁路规划等区域轨交铁路规划获批。
本次批复的项目共涉及资金7000亿元左右,其中当地政府需解决2457亿元,占35%左右,其余从银行贷款、轨道交通上盖及沿线土地的开发收入等渠道解决。在经济下行的大背景下,政府回归依靠投资拉动经济增长的方式。
城市轨道投资中用于基础建设的投资额约占约40%,用于机电工程的投资额占比约15～17%,车辆购置额约占10%,其余资金将用于拆迁补偿、人工费用等其他用途。由此推算,此次批复的项目将直接带来轨道交通设备市场1700～1900亿元的增量市场。考虑到项目的建设周期,此次批复的项目将很难对今年相关轨道交通设备公司业绩带来影响。
城市轨道交通的建设将带动轨道车辆,信号系统,自动售检票(AFC)等细分行业需求的平稳增长。预计十二五期间地铁屏蔽门市场在300亿左右。就北京地铁10号线为例，设有22个车站，屏蔽门系统投资2.1亿左右。折合每平方米屏蔽门在3万元上下。预计投资：固定资产和生产设备3000万，研发和市场费用1000万，流动资金1000万。
我国现有大部分引进英国和法国设备。本人从事铁路自动化系统设计和研发30年，积累了丰富的经验和人脉，我国大部分地铁控制系统采用我单位研发的产品和技术。
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6 项目阶段内容
(1) 技术方案深入调研和必选阶段，形成调研分析报告；
(2) 屏蔽门系统总体方案设计，系统技术条件制定；
(3) 子系统方案设计，装置搭建；
(4) 实验环境准备，局部试验；
(5) 系统联调联试，现场试验检验，系统优化完善；
(6) 现场使用，搜集使用意见，系统后期改进完善。
(7) 系统大量投入使用。
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