摘要：站台屏蔽门系统是应用在城市轨道交通中的一种安全装置，在城市轨道交通中发挥了非常重要的作用。文章阐述了地铁屏蔽门的概念、形式及优点，分析了其存在的问题，并重点研究了地铁屏蔽门激光安全防护设计方案，并分析了其应用效果。
关键词：地铁屏蔽门；激光防护；城市轨道交通
中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1009－2374(2011)19－0023－03
站台屏蔽门系统是应用在城市轨道交通中的一种安全装置，它是围绕地铁站台边缘设置的局部可控开关的隔离屏障，将列车与地铁站台候车区域隔离开来。当列车到达和出发时可自动开启和关闭，为乘客营造一个安全、舒适的候车环境。我国部分城市的地铁已经安装了或即将安装站台屏蔽门系统，作为一项新技术的应用，屏蔽门系统在城市轨道交通中发挥了非常重要的作用。
一、地铁屏蔽门系统概述
(一)地铁屏蔽门的优点
地铁屏蔽门系统设置于地铁站台边缘，将列车与地铁站台候车区域隔离开来，在列车到达与列车出发时可自动开启和关闭。根据结构形式，站台门有全封闭式屏蔽门、全高式安全门和半高式安全门三种形式。它的优点主要有：
1.安全。屏蔽门将轨道与站台候车区隔离，可以有效地改善站台上的安全，防止乘客因特殊情况(包括意外事件、自杀、他杀)掉下站台。
2.节能。地铁运行时，隧道产生的活塞风，大大加快了地下车站的能源散失，电耗成为列车运营当中一项极大的能源支出。屏蔽门安装后，将站台公共区与隧道轨行区完全屏蔽，减少站台区与轨行区之间冷热气流的交换，可节约大量能耗。
3.环保。使用屏蔽门可减小噪声及活塞风对站台候车乘客的影响，减少由隧道进入站台的灰尘，改善乘客候车环境。
4.增加候车有效面积。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为1m，而安装屏蔽门系统只需要25～30cm的宽度，使站台有效使用面积增加。
(二)存在的问题
通过实地调研及查询互联网资源，对北京、上海、深圳、广州4个城市地铁屏蔽门安全系统的情况进行分析，发现目前地铁屏蔽门的安全系统存在很多问题，主要表现为：不顾警告倚靠屏蔽门；不排队造成上车哄抢；屏蔽门关门提醒装置效果不明显，夹人事故时有发生。特别是当乘客被夹在车门与屏蔽门之间时，由于车门与屏蔽门均已关好，列车收到安全联锁信号允许发车，就会导致被夹乘客碾压致死的重大伤亡事故。另外，对于地铁屏蔽门安全系统的设计大多为被动防护，如列车紧急停车按钮、红外线探测装置等。被动防护是指在事故发生后，采取一定的措施对事故受害对象进行保护尽量减少事故伤害和损失，被动防护措施虽然有用但是不能保障安全。与之对应的是主动防护，指通过系统内部结构更趋合理有效的设计，主动预防事故的发生。
目前对地铁安全的研究大多集中于地铁的安全运营，避免火灾爆炸、车辆伤害、触电、机械伤害等；对客流的研究局限于紧急状态下人流的疏散等方面。对如何避免地铁屏蔽门夹人的研究较少，本文的目的就是研究如何减小地铁乘客上车被夹的概率，排除事故隐患，减少事故次数。
二、地铁屏蔽门激光安全防护设计原理及方案
(一)系统工作原理
激光防护系统主要用于对地铁车辆与屏蔽门的间隙进行实时监视，发现间隙内有障碍物(人体或更小物体)滞留时实时向司机发出声光报警，提醒司机暂缓启动列车；障碍物清除时即可停止报警允许启动列车，以保证旅客和车辆运输的安全。具体流程如下：
1.站内无车时，屏蔽门闭合，探测系统处于停止工作状态(待机状态)。
2.列车进站停靠后，屏蔽门开启直至乘客上下完毕，屏蔽门闭合。激光防护系统从屏蔽门取其关闭锁紧信号作为系统启动信号，控制主机即时控制直流电源向激光探测器T1、T2、供电，2束激光探测器立即进入工作状态。若有障碍物阻断任何一光束，声光报警器发出声光报警直至障碍物清除，屏蔽门系统向列车发送安全信号，10秒后直流电源自动停止供电，系统退出工作状态。若无障碍物阻断光束，10秒后直流电源自动停止供电，系统退出工作状态(其中延长时间可任意设定，本方案暂定10秒)。
3.报警主机将探测情况传送至屏蔽门系统。
4.恢复初始待机和等待下一列车到来状态。
(二)系统组成
本方案中每个车站单侧站台激光防护系统由一台控制主机、两个直流电源、1组(曲线2组或3组)激光探测器和两套声光报警器组成。
系统具备的功能有：屏蔽门和地铁车辆间隙障碍物探测、声光报警提示、司机上下车判断识别、报警自动记录存储、开机自检测、故障显示。
(三)设备布设
1.直线站布设。每个站台为一个防区，设置1组(每组2对)激光探测器，激光束距地距离分别为300mm、500mm、或300mm、900mm(若要求探测到更小障碍物，需增加光束，同时减小光束间距)，根据实际情况要求来定。
具体布设如下图所示(其中Rx为JT200D激光接收机，Tx为JT200D激光发射机)：
2.曲线站布设。根据现场弧度，设置2组(每组2对)激光探测器，激光束距地距离分别为300mm、500mm、或300mm、900mm(若要求探测到更小障碍物，需增加光束，同时减小光束间距)，根据实际情况来定。其中一组为JTSOD激光探测器，一组为JTSOD激光探测器：
(四)系统避撞设计
系统避撞设计参见图2、图3所示：
1.探测器主体安装在支架上，探测器发射头安装在柔性转向支撑杆上。
2.柔性转向支撑杆和探测头采用无源、柔性、易脆材质。
3.车辆正常行驶情况下，发射头不会与车辆发生任何碰撞。
4.极端情况下(车辆摆动超出车辆限界)，发射头与车辆发生轻微碰撞，柔性转向支撑杆可受力转向，发射头为非金属材质，几乎不对车体造成损伤。
三、激光防护系统的主要技术规格及优点
由于本安全防护系统所处工作环境具有如下干扰因素：列车振动对设备固定带来的影响、杂散光(列车灯光、站台灯光等)带来的影响、地铁隧道内灰尘很大、距离光亮反射面太近(列车金属车体与玻璃屏蔽门间距仅为20～28cm)可能导致的乱反射，因此对光电探测器的要求非常高，所以此次设计采用技术先进的、稳定性极强的激光入侵探测器。激光探测器是以散角小、可调频、寿命长久的半导体激光器为发射源，用不可见激光线束形成警戒线，采用遮挡报警的方式进行布防。激光探测器属于主动入侵探测器类，主要由激光发射机和激光接收机组成。其效果如下：
1.激光束发射散角小(＜0.05°)，距发射源150m处光斑直径约为10cm(小于地铁车辆与屏蔽门之间距)，可有效避免探测光束在地铁车辆与屏蔽门问的乱反射所导致的漏报警。
2.激光束频率可调及发散角小，可有效避免探测光束之问的相互覆盖所造成的漏报警。
3.激光束发射散角小，光束集中，可利用光功率高，能更有效的克服灰尘等带来的衰减，有效减少误报警。
4.激光束波长单一，有效避免其它光源(如地铁车灯、站台灯光等)的干扰，有效减少误报警。
5.辅助调试工具可使调试更加精准，系统稳定性更好。
6.响应时间依据地铁使用环境在5～1000ms之间可调整设定，系统功能及可靠性更好。
7.－40℃～70℃环境温度下正常工作。
8.抗干扰性强，对其它设备无干扰。
9.输出为无电位触点，可接入其他各种系统联动。
四、激光防护系统的改进探讨
地铁的宗旨是安全、正点。在确保安全的前提下，如何减少对行车的影响至关重要。因此对本系统的可靠性和稳定性提出了很高的要求。为了最大程度地减少由于设备故障、误报警对列车造成的影响，系统采取了以下几点措施：
1.探测器的发射和接收装置均安装在屏蔽门立柱上，采用刚性连接，用螺丝固定，最大程度地避免由于风压、震动等原因导致探测头变位而引起的探测误报警。
2.安全信号的发出依靠安全回路继电器，为保证该关键继电器的可靠，设计中采用两个继电器的冗余设计，当其中一个继电器的触点接触不良时，不会影响系统运行。同时对两个继电器进行监测，当其中一个继电器出现故障时，系统会提示维修人员及时进行更换。
3.当系统由于自身故障或光源由于污染等原因发生误报警时，列车司机在确认安全后，可通过操作控制箱上的旁路开关将系统隔离后发车，依据“先通后复”的原则，保证列车准点运行，再安排人员对设备进行修理。
五、结语
地铁屏蔽门在节能、安全方面都发挥了巨大的作用，可以说发展前景良好。通过对地铁屏蔽门具体事故的分析，总结了屏蔽门夹人事故的一般规律，从改进地铁屏蔽门安全系统的角度，决定采用激光安全防护技术，可大大提高屏蔽门门体对于障碍物的灵敏程度，尤其是对于柔软细小物体的识别。