包左軍 朱傳征 李 偉

(交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院,100088,北京∥第一作者,高級(jí)工程師)

城市軌道交通車站機(jī)電設(shè)施檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)探討

包左軍 朱傳征 李 偉

(交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院,100088,北京∥第一作者,高級(jí)工程師)

結(jié)合交通運(yùn)輸部軟科學(xué)項(xiàng)目《城市軌道交通運(yùn)營(yíng)設(shè)施設(shè)備檢測(cè)與評(píng)估前期研究》課題,針對(duì)城市軌道交通車站機(jī)電設(shè)備、設(shè)施與系統(tǒng)的檢驗(yàn)和評(píng)定規(guī)則中存在的體系化問題,提出檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)切合建設(shè)和運(yùn)營(yíng)兩階段的多重需求,使之前后承續(xù),扼其要點(diǎn);在檢驗(yàn)設(shè)備安裝質(zhì)量的同時(shí),應(yīng)對(duì)集成系統(tǒng)的功能和性能采取系統(tǒng)化的檢驗(yàn)評(píng)價(jià)方法,從而準(zhǔn)確反映客觀實(shí)現(xiàn),滿足工程驗(yàn)收和運(yùn)營(yíng)維護(hù)的需要。

城市軌道交通; 機(jī)電設(shè)施; 檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

Author′s address Highway Research Institute, the Ministry of Communications,100088,Beijing,China

全面系統(tǒng)地規(guī)范城市軌道交通設(shè)施的使用功能、技術(shù)性能、安全措施和運(yùn)行可靠特性等質(zhì)量技術(shù)條件,其意義是不言而喻的。鑒于城市軌道交通設(shè)施的功能多元化與系統(tǒng)高度融合等特點(diǎn),面向建筑結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施、關(guān)鍵設(shè)備、系統(tǒng)集成等構(gòu)成層級(jí),制定相應(yīng)的檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),為科學(xué)規(guī)范地驗(yàn)證其技術(shù)符合性提供充分依據(jù)。

目前,城市軌道交通土建設(shè)施、線路設(shè)備與機(jī)車車輛等部分關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備已有較成熟的質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)則,后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)化工作的重點(diǎn)是進(jìn)一步合并聚類使之體系化,令其能有機(jī)地整合于完整大系統(tǒng)之中并日臻完備。本文針對(duì)當(dāng)前城市軌道交通比較薄弱的電氣化系列標(biāo)準(zhǔn),重點(diǎn)討論其中的車站機(jī)電系統(tǒng)檢驗(yàn)評(píng)定方法問題。

車站配套機(jī)電系統(tǒng)具有功能繁多、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、邏輯操作自動(dòng)化、系統(tǒng)高度集成,安全保護(hù)嚴(yán)格等特征。在其工程驗(yàn)收階段和運(yùn)行階段，雖然檢測(cè)規(guī)范及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)對(duì)象一致,但內(nèi)容仍有所差異。這些差別主要反映在離線測(cè)試與在線測(cè)試的方法,以及設(shè)施空載性能與系統(tǒng)負(fù)載工況完好率兩個(gè)方面。本文結(jié)合交通運(yùn)輸部軟科學(xué)項(xiàng)目《城市軌道交通運(yùn)營(yíng)設(shè)施設(shè)備檢測(cè)與評(píng)估前期研究》課題,從技術(shù)角度對(duì)相關(guān)檢驗(yàn)和評(píng)定方法的處理提出策略建議。

1 系統(tǒng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制定要點(diǎn)

通常,車站機(jī)電設(shè)施由自動(dòng)售檢票、安全檢查、安防監(jiān)控、安全屏蔽門、電梯、自動(dòng)扶梯、通信信號(hào)、乘客信息、供配電、照明、通風(fēng)采暖、給排水、防災(zāi)報(bào)警，以及ACC(自動(dòng)售檢票清算管理中心)和TCC(路網(wǎng)指揮中心)[1]等多個(gè)功能子系統(tǒng)構(gòu)成,包括獨(dú)立工作設(shè)備、聯(lián)動(dòng)設(shè)施(或子系統(tǒng))、功能系統(tǒng)等各類組合。無論是設(shè)備、設(shè)施,還是系統(tǒng),其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一般會(huì)包含功能要求、通用技術(shù)參數(shù)、電氣安全指標(biāo),以及運(yùn)行可靠性等技術(shù)要素。各類設(shè)備的安裝環(huán)境、使用條件不盡相同,相應(yīng)的質(zhì)量要求和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)也有其特定的規(guī)律與規(guī)則。

1.1 通用技術(shù)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)的關(guān)系

根據(jù)設(shè)備設(shè)施安裝于戶外與室內(nèi)(含半遮蔽類型)的場(chǎng)所不同,一般涵蓋有(僅是必要的)環(huán)境溫度、濕度、大氣壓、日照、風(fēng)速、積雪、覆冰、海拔、污穢、地震、振動(dòng)、機(jī)械防護(hù)、電磁干擾、噪聲、等地位、屏蔽、保護(hù)接地、防雷和絕緣等技術(shù)指標(biāo),其技術(shù)參數(shù)既要兼顧系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行的一致性條件,也要契合設(shè)備特性及其本體工作頻繁程度的工況特點(diǎn)。即:不同設(shè)備的相似指標(biāo),其技術(shù)參數(shù)可以一致,也可能存在區(qū)別,但總體上必須與系統(tǒng)工作要求協(xié)調(diào)一致。

1.2 設(shè)備檢驗(yàn)與系統(tǒng)檢驗(yàn)的關(guān)系

設(shè)備檢驗(yàn)一般有型式檢驗(yàn)和出廠檢驗(yàn)兩種形式。其中,型式檢驗(yàn)是對(duì)設(shè)備功能和性能的檢測(cè),包括進(jìn)行疲勞、耐壓等損傷性或破壞性極限試驗(yàn),通常采用抽檢的方式實(shí)現(xiàn)；出廠檢驗(yàn)則是對(duì)批量生產(chǎn)設(shè)備所進(jìn)行的常規(guī)參數(shù)檢驗(yàn),這種檢驗(yàn)可以是技術(shù)性能的直接檢測(cè),也可以是間接的合格性驗(yàn)證。出廠檢驗(yàn)應(yīng)當(dāng)覆蓋全部產(chǎn)品,且必須達(dá)到合格才準(zhǔn)予使用。

系統(tǒng)檢驗(yàn)包含兩層含義:①系統(tǒng)由多種設(shè)備構(gòu)建時(shí),檢驗(yàn)各硬件和軟件的綜合操作功能及其特定性能;②檢驗(yàn)搭建于實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的模擬系統(tǒng)或者安裝于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的實(shí)際系統(tǒng)。系統(tǒng)檢驗(yàn)側(cè)重于設(shè)備的安裝質(zhì)量與系統(tǒng)集成后的功能及其性能驗(yàn)證,機(jī)電設(shè)施則更強(qiáng)調(diào)電氣聯(lián)通、通信和網(wǎng)絡(luò)性能的各項(xiàng)要求,以及系統(tǒng)軟件在工況負(fù)荷條件下的輸入、輸出邏輯狀態(tài)。

值得一提的是,設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性(或壽命周期)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)指標(biāo),但經(jīng)常會(huì)因?yàn)樵囼?yàn)周期長(zhǎng)、樣品數(shù)量大、試驗(yàn)成本高等原因而難以實(shí)施。按照GB 5080.7《設(shè)備可靠性試驗(yàn)恒定失效率假設(shè)下的失效率與平均無故障時(shí)間的驗(yàn)證試驗(yàn)方案》,在規(guī)定的時(shí)長(zhǎng)和失效數(shù)條件下,可選擇不同風(fēng)險(xiǎn)率的檢驗(yàn)方案(見表1)。表中m1為平均無故障時(shí)間(MTBF)。暫設(shè)車站機(jī)電設(shè)備的m1=5 000 h≈208 d(實(shí)際應(yīng)當(dāng)更長(zhǎng))，則：

設(shè)備檢測(cè)總時(shí)間=時(shí)長(zhǎng)(T)/參試設(shè)備臺(tái)數(shù)

表1 可靠性試驗(yàn)方案

現(xiàn)分別以表1中方法1、方法7、方法9的數(shù)據(jù)為例，按全天24 h工作，測(cè)算選取3、5、10、20、30臺(tái)設(shè)備參與檢測(cè)的總時(shí)間，結(jié)果見表2。其中,試驗(yàn)方法1為截尾序貫法,出現(xiàn)1臺(tái)失效的時(shí)長(zhǎng)為其MTBF;試驗(yàn)方法7和試驗(yàn)方法9為截尾法,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)少于2臺(tái)失效或出現(xiàn)2臺(tái)失效的時(shí)長(zhǎng)為其MTBF。制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)選擇何種檢驗(yàn)方法，需對(duì)工作量、時(shí)長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)和成本等因素做綜合考慮。

表2 設(shè)備檢測(cè)總時(shí)間

鑒于城市軌道交通沿線設(shè)備供電穩(wěn)定性是一個(gè)非常關(guān)鍵的指標(biāo),本文以電源適應(yīng)性作為可靠性試驗(yàn)案例進(jìn)行說明。

(1) 電源適應(yīng)性。用自耦變壓器或可調(diào)交流電源給設(shè)備供電,測(cè)試電壓分別為185 V→200 V→220 V→240 V→255 V→230 V→210 V→185 V。每調(diào)整到一檔電壓并穩(wěn)定后,分別開啟和關(guān)閉設(shè)備電源開關(guān),試驗(yàn)結(jié)果邏輯和功能應(yīng)正常。用可調(diào)交流電源給設(shè)備供電,測(cè)試頻率分別為48 Hz→50 Hz→52 Hz→51 Hz→49 Hz→48 Hz。每調(diào)整到一檔頻率并穩(wěn)定后,分別開啟和關(guān)閉設(shè)備電源開關(guān),試驗(yàn)結(jié)果邏輯和功能應(yīng)正常。以7 d(168 h)為一個(gè)試驗(yàn)周期,7 d中有60 h電網(wǎng)電壓發(fā)生變化。通常電壓最大值的變化范圍為標(biāo)稱值的+7%～+10%以內(nèi),電壓最小值的變化范圍為標(biāo)稱值的-7%～-10%以內(nèi)。

(2) 來電恢復(fù)。設(shè)備在工作狀態(tài)下,供電中斷后恢復(fù)正常供電時(shí)，應(yīng)能自行恢復(fù)至正常工作狀態(tài)。每天現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量2次,2次間隔時(shí)間為8～10 h。

從試驗(yàn)案例可以看出,單就可靠性一項(xiàng)指標(biāo)而言,設(shè)備檢驗(yàn)成本確實(shí)不菲(示例中僅列舉了電源質(zhì)量一個(gè)影響因素),故對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)而言,檢驗(yàn)成本肯定是一個(gè)決定性的考量因素。因此,可靠性指標(biāo)應(yīng)由設(shè)備檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。系統(tǒng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)更偏重于整體的功能和性能檢驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)難以實(shí)施的檢驗(yàn)項(xiàng)目，一般不在標(biāo)準(zhǔn)條款中進(jìn)行約束或作“選項(xiàng)”處置。

1.3 驗(yàn)收檢驗(yàn)與運(yùn)行檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

工程驗(yàn)收檢驗(yàn)經(jīng)常采用空載(或離線)檢測(cè)與壓力測(cè)試兩種方法,同時(shí)對(duì)隱蔽工程進(jìn)行資料驗(yàn)證或開孔抽檢。對(duì)存在的可接受缺陷，必須予以整改糾正,使其最終能夠滿足設(shè)施的基本使用要求；對(duì)讓步接收的缺陷,需在運(yùn)行階段進(jìn)行特別的維護(hù)與監(jiān)測(cè)。驗(yàn)收時(shí),為確認(rèn)系統(tǒng)的承載能力,可采用局部或全系統(tǒng)的飽和式?jīng)_擊試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。系統(tǒng)檢驗(yàn)的完好率必須達(dá)到100%。

運(yùn)行檢驗(yàn)一般采用在線檢測(cè)和定期停運(yùn)斷線檢驗(yàn)兩種方法。其中,在線檢測(cè)技術(shù)復(fù)雜,自動(dòng)化水平和測(cè)試成本會(huì)大幅提升;而停運(yùn)斷線檢驗(yàn)必然會(huì)影響正常工作。隨著系統(tǒng)運(yùn)行折舊增加,系統(tǒng)部件性能會(huì)出現(xiàn)不同程度的老化,檢測(cè)指標(biāo)參數(shù)值較之新系統(tǒng)會(huì)明顯降低,但通常不應(yīng)低于預(yù)期數(shù)據(jù)的80%。在更換易損件并進(jìn)行必要保養(yǎng)后,關(guān)鍵性指標(biāo)參數(shù)不應(yīng)低于預(yù)期數(shù)據(jù)的90%,系統(tǒng)綜合完好率應(yīng)保持在85%以上。

2 質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)制定要點(diǎn)

在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定時(shí)，習(xí)慣采取百分制評(píng)分方式?；A(chǔ)建筑結(jié)構(gòu)工程多數(shù)通過單項(xiàng)、分項(xiàng)、分部、單位工程逐次評(píng)定,其間對(duì)關(guān)鍵項(xiàng)目進(jìn)行加權(quán)或否決疊算,從而累計(jì)形成工程項(xiàng)目的最終定量評(píng)定結(jié)果。機(jī)電工程因其系統(tǒng)集成的特點(diǎn),簡(jiǎn)單采用此規(guī)則存在明顯的不足,在評(píng)估時(shí)易割裂其系統(tǒng)性，應(yīng)當(dāng)增加對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)要素及其加權(quán)分量,如此才能更有效地表征被檢對(duì)象整體聯(lián)通性與功能協(xié)作性的系統(tǒng)化特征。

驗(yàn)收階段與運(yùn)行階段的權(quán)重分量應(yīng)有所區(qū)別,以體現(xiàn)建設(shè)階段更偏重系統(tǒng)的集成效果,而運(yùn)營(yíng)階段則強(qiáng)調(diào)設(shè)施的可靠維護(hù)能力。圖1、圖2分別給出了兩階段權(quán)重占比的分配建議。

圖1 驗(yàn)收階段檢驗(yàn)評(píng)定權(quán)值分配

圖2 運(yùn)行階段檢驗(yàn)評(píng)定權(quán)值分配

基于從設(shè)備到設(shè)施,再由設(shè)施到系統(tǒng)的歸納式評(píng)價(jià)路徑,一個(gè)自動(dòng)化程度較高的車站機(jī)電系統(tǒng)功能是眾多設(shè)備功能的有機(jī)集合。系統(tǒng)的某一項(xiàng)功能可能是由單獨(dú)一臺(tái)設(shè)備連續(xù)或斷續(xù)工作完成的,也可能是由一組近端設(shè)備或聯(lián)絡(luò)遠(yuǎn)端設(shè)備組協(xié)同工作完成的。越是復(fù)雜系統(tǒng),設(shè)備功能之間的聯(lián)動(dòng)邏輯會(huì)越復(fù)雜,動(dòng)作配合協(xié)調(diào)也愈加緊密。由此，引伸出“系統(tǒng)缺陷”的問題,需弄清當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生功能故障或功能喪失時(shí),是否會(huì)造成系統(tǒng)基本功能的癱瘓、系統(tǒng)帶病工作到何種程度仍可以接受等問題。

弄清這些問題需從以下兩個(gè)方面加以分析:

(1) 該設(shè)備部分或全部功能喪失對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的危害程度,這類指標(biāo)可以細(xì)分為故障時(shí)間與功能恢復(fù)允許時(shí)間等因子;

(2) 該設(shè)備發(fā)生故障的概率,設(shè)備自身故障及由其引起的系統(tǒng)性故障的乘積關(guān)系可以被用來描述該設(shè)備在系統(tǒng)中的重要程度。

同類設(shè)備在同一系統(tǒng)當(dāng)中的不同結(jié)點(diǎn)或部位，其作用也不盡相同。正是由于系統(tǒng)構(gòu)成的靈活與多樣性特點(diǎn)，同種設(shè)備也可能因其功能的不同，在該系統(tǒng)中的重要程度出現(xiàn)排序改變。

以圖3所示的在系統(tǒng)中大量配備的數(shù)字電源為例，A為系統(tǒng)功能因素群,排列成行的a1、a2、a3、a4 等屬于A因素群的具體因素;B為系統(tǒng)性能因素群,排列成列的b1、 b2、b3、b4等屬于B因素群的具體因素;行和列的交點(diǎn)表示A和B因素群中各因素之間的關(guān)系。根據(jù)交點(diǎn)上行與列的因素是否相關(guān)聯(lián)及其關(guān)聯(lián)程度的大小,可以發(fā)現(xiàn)問題的所在及其形態(tài),從而得出正確的評(píng)價(jià)。

利用矩陣圖對(duì)系統(tǒng)功能的符合性進(jìn)行分析,其成對(duì)因素(功能健康或受損的程度及其產(chǎn)生原因)往往是要著重分析的兩個(gè)基面。為此,需把所有缺陷形式和造成這些缺陷的原因都羅列出來,逐一分析具體現(xiàn)象與具體原因之間的關(guān)系。這些具體現(xiàn)象和

圖3 系統(tǒng)功能矩陣分析示意圖

具體原因分別構(gòu)成矩陣圖中的行元素和列元素。具體說明如下:

A因素群:遠(yuǎn)程監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信、信息處理、信息發(fā)布、系統(tǒng)控制等功能；

B因素群:環(huán)境溫濕度、電源質(zhì)量、機(jī)械振動(dòng)、耐候防護(hù)、電磁干擾等性能。

以信息發(fā)布與電源質(zhì)量交叉點(diǎn)所表達(dá)的因果關(guān)系為例:因?yàn)楣╇婋娫促|(zhì)量不可靠,造成通信數(shù)據(jù)誤碼率增多,進(jìn)而影響乘客信息發(fā)布子系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性,產(chǎn)生間斷信息顯示錯(cuò)誤的現(xiàn)象。

上述缺陷對(duì)重要信息的發(fā)布影響很大,如能在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)尚可接受。由此說明設(shè)置系統(tǒng)評(píng)分權(quán)值的必要性。具體權(quán)值的分配應(yīng)與缺陷對(duì)系統(tǒng)造成的總體損傷程度相襯。例如，可采用5級(jí)權(quán)重制,最

高級(jí)別為5級(jí),表示該設(shè)施設(shè)備在系統(tǒng)(或子系統(tǒng))中特別重要,是影響系統(tǒng)功能和性能的關(guān)鍵部件;4級(jí)為相當(dāng)重要;3級(jí)為一般重要;2級(jí)為一般常規(guī)設(shè)備,對(duì)系統(tǒng)有一定影響;1級(jí)為不重要設(shè)備,當(dāng)其損壞時(shí)通常不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響。權(quán)重在3級(jí)以上的設(shè)備應(yīng)當(dāng)滿足100%合格要求,并給予相應(yīng)的系統(tǒng)總評(píng)權(quán)值;5級(jí)不能使用經(jīng)過修復(fù)后讓步接收的設(shè)備,必須更換不合格品，在無法更換情況下,應(yīng)當(dāng)給予其系統(tǒng)質(zhì)量較差的評(píng)價(jià)。

3 結(jié) 語

城市軌道交通車站機(jī)電系統(tǒng)功能日趨先進(jìn)、復(fù)雜,迫切需要開展相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化研究,以滿足系統(tǒng)安全、可靠、高效的多重性能檢驗(yàn)要求。需分別針對(duì)設(shè)施設(shè)備和系統(tǒng)工程的特點(diǎn)制定相應(yīng)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),且相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之間應(yīng)兼顧必要的關(guān)聯(lián)性和協(xié)調(diào)一致性。同時(shí),評(píng)定工程質(zhì)量時(shí)應(yīng)針對(duì)系統(tǒng)集成的特點(diǎn),對(duì)運(yùn)行前和運(yùn)行中的系統(tǒng)性能分別做定性和定量評(píng)價(jià),以反映實(shí)際應(yīng)用狀況,為客觀評(píng)定系統(tǒng)工程質(zhì)量水平提供技術(shù)依據(jù)。

[1] 北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.城市軌道交通設(shè)施設(shè)備分類與代碼：DB11 /T 717—2010[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

Analysis on Inspection and Evaluation Standards for Electromechanicak Equipments of Urban Mass Transit Station

BAO Zuojun, ZHU Chuanzheng, LI Wei

In order to solve the systematization problems of the electromechanical equipments and systems adopted at UMT station, the contents of "Previous Studies on UMT Inspection and Evaluation Standards" are suggested to meet various demands in construction and operation stages. The installation quality of electromechanical equipment should be inspected. At the same time, the function and performance of integrated systems should also be inspected systematically to reflect the objective reality, meet the requirements for project acceptance and operation maintenance.

urban mass transit (UMT); electromechanical equipment; inspection and evaluation standards

U 231.4

10.16037/j.1007-869x.2017.01.012

2015-03-23)