深圳地铁一期工程自动扶梯及电梯设计工学论文
摘要:介绍深圳地铁一期工程自动扶梯、电梯工艺设计及在国内地铁工程中首次选用的变频调速自动扶梯及无机房垂直电梯的技术参数,并对设计过程中暴露出的一些问题进行深入分析和总结,提出提高设计质量和水平的体会和建议。
关键词:地铁;自动扶梯;电梯;工程设计
1工程概况
深圳地铁一期工程由规划的1号线东段(罗湖站—侨城东站)、西延段(华侨城—世界之窗)和4号线南段(皇岗站—少年宫站)组成,线路全长21.831双正线公里,共设车站20座,乘客可在会展中心站进行1、4号线换乘,竹子林设有车辆段及综合维修基地和控制中心1处。
自动扶梯及电梯是乘客进出地铁车站的重要工具,是反映地铁车站服务质量和水平的主要标志之一。深圳地铁一期工程车站及车辆段控制中心共设自动扶梯216部,垂直电梯51部。设备技术水平先进,产品成熟、安全、可靠,国产化率达100%,符合国家关于城市轨道交通设备国产化的方针政策。
2技术标准、主要设计原则
2.1 设计遵循标准
(1)《地下铁道设计规范》(GB50157—92);(2)《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》(GB16899—1997);(3)《电梯制造与安装安全规范》(GB7588—1995)。
2.2 主要设计原则
(1)自动扶梯
站厅层与站台层之间,根据各站客流不同分设上、下行自动扶梯:重要车站(即装修标准为一级的车站)站台至站厅均设置上、下行自动扶梯;对于非重要车站或预测远期客流量不大的车站(且高差<5m时),以步行楼梯代替下行自动扶梯。
车站出入口均设自动扶梯。重要车站所有出入口不受提升高度限制均设上、下行自动扶梯;非重要车站,出入口总提升高度>10m设上下行自动扶梯,否则只设上行自动扶梯。
出入口自动扶梯桁架下部至结构底板的距离按制造商要求留设,且不小于《地下铁道设计规范》(GB50157—92)规定的500mm。
自动扶梯工作点至前方障碍物或检票口的距离不小于8.5m。
出入口按非露天设计,防止自动扶梯被雨淋、日晒及沙尘污染,同时要便于管理,能有效防止设备被人破坏。
(2)垂直电梯
全部车站按无障碍设计,设置残疾人垂直电梯,地面至站厅之间设1部;站厅至站台之间,岛式站台设1部,侧式站台设2部。
站厅至站台垂直电梯设于付费区内,地面至站厅垂直电梯井道与出入口相结合设计,出地面部分井道及候梯厅与周围建筑规划相协调,造型美观且方便管理。
为增加站厅站台通透性,在罗湖、会展中心、皇岗及西延段华侨城、世界之窗共5个车站内设玻璃井道、玻璃轿箱的透明电梯。
3设备主要技术参数和构造特点
3.1 自动扶梯
深圳地铁一期工程选用的自动扶梯,驱动主机为内置式(驱动机放入上端部桁架内)的重载荷公共交通型扶梯。其主要技术参数如下。
(1)额定运行速度 0.65m/s;
(2)节能速度 0.13m/s(当无人使用自动扶梯时的运行速度);
(3)倾斜角度 30°;
(4)名义宽度 1000mm;
(5)理论输送能力 11700人/h;
(6)梯级尺寸 符合GB16899—1997中的规定;
(7)水平梯级 上端四级,下端三级,导向行程段距离应至少为1.2m;
(8)上下导轨转弯半径 提升高度H≤15m:上转弯半径≥2700mm;下转弯半径≥2000mm;
提升高度H>15m:上转弯半径≥3600mm;下转弯半径≥2000mm。
(9)中间支撑数量
提升高度 中间支撑数量
H<6m 0
6m≤H<10m 1
H≥10m 2
自动扶梯设备主要由桁架、梯路系统、扶手带、主机及驱动机构、电气控制及安全装置几部分组成。深圳地铁一期工程自动扶梯设备主要构造特点如下。
(1)变频节能装置
为节约能源,减少机械磨损,自动扶梯驱动控制系统通过变频器来实现额定速度与节能速度的互相转换。即扶梯设备的正常额定速度为0.65m/s,如果感应装置检测出持续一段时间没有乘客使用扶梯,则自动调整改变电机的供电频率使扶梯的运行速度降为0.13m/s,当有乘客重新走近扶梯时,运行速度又会即刻调整为0.65m/s。
①站台至站厅层的自动扶梯采用其变频器与控制柜外置于在站台上扶梯桁架下封闭的三角房内;出入口的自动扶梯采用变频器与控制柜内置于扶梯上水平端桁架内的形式。
②自动扶梯入口两侧设光电式感应装置或机械式传感装置,该装置应保证在乘客踏上水平梯级之前,扶梯速度可从节能速度调整到额定速度。
(2)驱动主机
驱动主机(电机、变速箱及主传动机构)的寿命在如下载荷条件下能满足每天20h连续运行、20年内无需大修和更换的要求。载荷条件为在任何3h的间隔内,持续重载时间不少于1h,其载荷应达到100%的制动载荷。
(3)桁架
挠度 负载为5000N/m2时,桁架支座间最大挠度≤桁架支撑水平距离的1/1500。
表面处理 桁架段(包括焊在上面的机器底座和桁架底板等)整体热镀锌,镀锌层厚度满足40年防锈寿命。
(4)梯级链及导轨
梯级链安全系数应≥8。梯级链滚轮置于链板外侧,更换滚轮时,不需要解体链条的任一部分。导轨及支架表面热镀锌或热喷锌,镀锌层厚度应≥25μm。
3.2垂直电梯
深圳地铁一期工程车站及控制中心办公楼垂直电梯选用天津奥的斯电梯有限公司提供的Gen2型无机房电梯。无机房电梯由于彻底取消了机房,而且节省电能、有利环保,所以非常适合在地铁车站内使用。其主要技术参数为:额定载重1000kg;额定速度1.0m/s。
Gen2型无机房电梯是奥的斯公司于2000年在国内推出的新产品,其突出技术特点如下:
(1)采用扁平包层复合钢带取代普通电梯的钢丝绳来传递曳引力;
(2)采用永磁同步电动机、盘形制动器构成紧凑小巧的无齿轮曳引机,并将其置于井道顶部的钢结构横梁上,从而取消普通曳引电梯上置机房;
(3)顶层厅门一侧设紧急及检修控制柜,方便维修人员迅速有效地操控及维修电梯。
4自动扶梯及电梯系统设计
4.1 运营管理模式
自动扶梯及电梯设备是车站设备管理的重点之一,一期工程车站自动扶梯及电梯遵循“无人值守,自动监视”的原则进行管理。即:
车站均不设专职工作人员,只在每天运营开始前和结束后,由值班工作人员在现场进行启动与关停。
正常条件下自动扶梯及电梯均采用就地控制方式。同时,自动扶梯及电梯的运行状况由车站设备监控系统(EMCS)进行监视并将运行状态信息传输到控制中心,但车站EMCS系统不控制自动扶梯及电梯的`运行。
紧急或灾害情况下,车控室值班工作人员可通过车控室紧急停止按钮使全站自动扶梯停止运行,作为固定楼梯疏散乘客。同时,车控室值班人员可通过防灾报警控制台上的电梯消防迫降功能按钮,使站内垂直电梯即刻运行到基站(站厅层/出入口地面)后停止运行,同时不再响应轿箱指令和层站召唤。
根据设备招标合同,深圳地铁一期工程正式投入运营后5年内自动扶梯及电梯设备的日常维修保养工作由设备制造商完成,地铁不设相应的维修设施。5年期满后地铁公司与设备制造商双方重新协商确定维修保养方式。
4.2相关系统技术接口设计
(1)技术接口项目及内容
①土建接口 土建结构中的预留孔洞、开槽、预埋件、吊钩、支撑基础以及站台层的三角机房按电扶梯设备土建参数图要求进行设计,以满足设备安装基本要求。
②装修接口 自动扶梯及电梯设备安装就位后,设备周围地面、墙面及吊顶需进行装修处理,但不能影响设备日后正常运转。
③动力照明接口 动力照明设计需按设备电源要求、额定功率以及满载电流和起动电流选配每台设备的就地配电箱。
④设备监控(EMCS)接口 设备制造商在自动扶梯及电梯的控制柜内提供向EMCS系统传输信息的RS422/RS485通信接口,EMCS系统将自动扶梯及电梯设备的运行状态及设备运行的各项统计数据传输到车站控制室及控制中心的EMCS设备监控显示器。EMCS系统承包商则需根据上述要求敷设每台设备与车站综合控制室之间的控制线缆并配设与上述通信接口配套的终端分线盒。车站综合控制室与控制中心间的控制线缆由EMCS系统负责敷设。
⑤防灾报警(FAS)接口 站内自动扶梯下三角房内设有烟感探测器。车控室FAS控制台上设垂直电梯消防迫降功能按钮,该按钮与电梯井道上层厅门附近的控制柜联接。
⑥自动扶梯紧急停止按钮设置及接口 车控室内设紧急停止按钮能使全站自动扶梯在紧急情况下全部停止运行。自动扶梯控制柜到车控室按钮间电缆预埋管由动力照明承包商负责,按钮及布线则由电扶梯设备制造商负责。
⑦排水设施接口 车站出入口自动扶梯下端基坑预埋排水管汇入旁边集水井后机排处理。垂直电梯井道底坑内预埋排水管。站台至站厅垂直电梯底坑内积水可自然排入车站集水井。出入口垂直电梯底坑内积水可通过排水管汇入附近扶梯下基坑附近集水井而后机排处理。
⑧通风设施接口 车站站台～站厅自动扶梯下部三角机房内通风百叶窗、换气扇等设施由环控通风专业负责完成。
(2)接口控制要点
①设备与土建接口是设备安装的最基本要求,其中自动扶梯上下水平段土建开孔跨距是关键尺寸,必须保证;另外,自动扶梯顶部吊钩或吊装孔是设备吊装就位的必要条件,且受力荷载较大,如果发生遗漏,则施工补救处理非常困难,设计及施工单位均应注意。
②设备与FAS、EMCS系统的接口类型及相关参数在设计联络后完成后必须明确。自动扶梯及电梯设备供货商与FAS、EMCS系统供货商对通信协议、控制电缆规格及电压参数的要求等均应一致,才能保证设备顺利安装调试。
③专业间设计接口界面划分与对应设备承包商或安装商间的工程范围接口界面划分应协调一致,避免施工过程中推诿扯皮现象的发生。
5体会与建议
深圳地铁一期工程自动扶梯及电梯的设计以方便乘客,为乘客提供安全、快捷、舒适的服务为目标,在高新技术产品应用方面进行了有益的探索和尝试,自动扶梯及电梯设备总体技术水平、设置标准等均处于国内领先水平。
在总结经验的同时,也从设计者的角度审视一期工程自动扶梯及垂直电梯的设计及施工,发现一些问题仍值得思考,也值得在今后的设计中研究改进。
(1)自动扶梯与步行楼梯倾角协调问题
自动扶梯倾角30°与步行楼梯倾角26.7°存在剪刀差,在1组楼扶梯并列布置且提升高度较大情况下解决两侧踏步面高差巨大的问题值得进一步研究。
(2)车站出入口自动扶梯及电梯防雨措施
由于南方地区夏季多雨,且时常受台风影响,在考虑正常防淹措施之外,出入口截水沟设于出入口地面的效果要好于设在出入口通道内。另外,地面电梯厅应充分考虑防雨措施,避免厅门处淋雨造成井道积水导致设备运行受影响。
(3)车站装修设计问题
车站装修设计应尽可能与土建设计同步进行,一期工程自动扶梯及电梯设备安装过程中多次发生土建设计预留装修条件与装修设计方案不协调影响设备安装的情况。表现在:站台到站厅自动扶梯下三角机房的隔墙装修问题,土建预留装修层厚度无法满足龙骨及搪瓷钢板安装要求;车站出入口通道内自动扶梯设备与侧墙间隙偏小,无法满足墙面装修要求;个别车站自动扶梯倾斜端踏面上部装修后净空高度不满足安全规范要求等。
所以,装修设计标准或主要原则须在土建施工设计开展之前研究确定。
(4)车站垂直电梯通信功能一期
工程车站垂直电梯具备设备监控、轿箱内外对讲等功能,从紧急情况下安全角度出发需进一步配套增设轿箱内乘客与车控室、轿箱紧急操控箱三方对讲通话功能及设施。
(5)车站自动扶梯紧急情况下控制方式
一期工程车站车控室内设有自动扶梯紧急停止按钮,在紧急情况下可使车站全部自动扶梯停止运行。调查发现,由于存在不安全因素,广州、香港地铁车站该紧急按钮几乎从未使用。因此,该运营管理及控制方式值得进一步研究改进。
(6)自动扶梯及电梯设备的电视监视功能
深圳地铁一期工程自动扶梯及电梯设备未配套电视监视系统,从应对紧急突发事件和方便运营管理角度出发,电视监视系统应进一步完善。
参考文献:
［1］GB50157—92，地下铁道设计规范［S］.
［2］GB16899—1997，电梯制造与安装安全规范［S］.
［3］GB7588—1995，电梯制造与安装安全规范［S］.
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