德黑蘭地鐵一、二號線BAS/FAS/FES系統(tǒng)
一、項目概述
德黑蘭地鐵項目是當時建國以來最大的機電產(chǎn)品出口項目,是伊朗乃至中東地區(qū)的第一條地鐵。德黑蘭地鐵一、二號線工程，全長共49.1公里，共有32個地下站，成十字型貫穿德黑蘭市區(qū)的南北和東西。該項目原由法國人在七十年代完成設計，在兩伊戰(zhàn)爭爆發(fā)之前土建施工已基本完成，后因戰(zhàn)爭爆發(fā)而停工。中伊雙方就德黑蘭地鐵的建設問題于1992年開始談判，清華大學及清華同方的環(huán)境控制專家參與了談判并同時進行德黑蘭地下熱環(huán)境的模擬分析。1996年，清華同方簽定了環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）的承建合同。2002年，清華同方成功續(xù)簽火災報警（FAS）和氣體滅火系統(tǒng)（FES）工程。
清華同方將環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)進行了集成,使三個系統(tǒng)有機結合，協(xié)同工作，在有效節(jié)省工程總投資的基礎上，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。
二、工程難點
地鐵內(nèi)的環(huán)境復雜，空調(diào)通風系統(tǒng)的運行與室外空氣狀況、列車運行情況以及地下環(huán)境狀況都有關系。簡單地根據(jù)各點溫度來啟/停當?shù)卦O備，難以維持合適的溫濕度環(huán)境。同時，地鐵環(huán)境又具有巨大的熱慣性,很難在短時間內(nèi)通過對空調(diào)和通風系統(tǒng)的調(diào)整迅速改變地下環(huán)境的溫濕度。這就使通風系統(tǒng)的控制非常復雜。
地鐵環(huán)境在發(fā)生火災時煙量大、排煙排熱差、人員疏散困難，撲救困難。不僅如此，德黑蘭地鐵一號線的隧道兩端地勢高差達500m，形成了“煙囪”的效應，使得排煙時的氣流組織成為一個難點。
德黑蘭氣候高溫干燥，夏季室外溫度高達43度，相對濕度很低。空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用的是完全循環(huán)水噴淋，這種空調(diào)方式的送風溫度受室外濕球溫度的限制，為BAS系統(tǒng)達到設計要求增加了難度。
現(xiàn)有的建筑條件，也嚴重制約了通風量的增加。原設計認為，地鐵列車運行中的發(fā)熱量有70％散發(fā)到隧道，30％散發(fā)到站臺。然而，經(jīng)過模擬分析以及實測，得出了完全相反的結論。為了承擔成倍增加的熱負荷，必須加大通風量，增加足夠的通風設備。但是，結構預留的風道截面積明顯不足，限制最大風量；車站通風機房的面積不足，限制通風設備的增加；車站通風系統(tǒng)設備用電負荷估算不足，致使各車站用于輔助設備供電的變壓器容量不足，通風設備無法正常啟動。
三、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）
環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）監(jiān)測一、二號線共三十二個地下車站和區(qū)間隧道的環(huán)境狀況及機電輔助系統(tǒng)設備的運行狀態(tài)，對通風設備、空調(diào)用水泵等環(huán)境控制設備實施優(yōu)化控制，以維持站臺和隧道適宜的溫濕度，并盡可能減少設備的運行能耗；對電梯、扶梯、照明、給排水等設備實施定時啟停及遠動控制，以保證車站正常的乘車環(huán)境。當發(fā)生火災或列車阻塞等事故時，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)災害狀況控制通風設備實現(xiàn)通風排煙及誘導人流疏散。
針對德黑蘭地鐵的特殊條件和功能需求，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用了清華同方完全自主知識產(chǎn)權的RH分布式微機控制系統(tǒng)，采取了全面的抗干擾措施以適應地鐵內(nèi)高溫、潮濕、粉塵及強電磁干擾的惡劣環(huán)境，實施了一系列應用軟件以解決工程中存在的難點問題。
系統(tǒng)結構分為中央級、車站級、就地級三級控制、兩級管理。每個車站設置十五到二十臺現(xiàn)場控制器，由車站級局域網(wǎng)絡與車站操作員站連接。車站操作員站負責站內(nèi)設備的監(jiān)控和管理。各個車站的操作員站通過地鐵信息主干網(wǎng)與全線控制中心相連。控制中心負責對全線設備統(tǒng)一調(diào)度和監(jiān)測控制。
應用的關鍵性軟件包括環(huán)境模擬預測和優(yōu)化控制軟件、排煙智能分析判斷及運行決策軟件等。系統(tǒng)自動根據(jù)當前及上一周的測量數(shù)據(jù)，預測下一周環(huán)境溫濕度等熱狀況，通過能效計算和比較，提供優(yōu)化的通風空調(diào)系統(tǒng)運行模式，在保證地鐵熱環(huán)境舒適性要求的前提下，盡可能降低能耗；采用智能分析手段模擬不同地點發(fā)生火災時的煙氣流動情況，在現(xiàn)場控制設備中預置排煙方案，在火災情況下自動根據(jù)火情變化及風機的排煙情況，動態(tài)計算所需排煙量，調(diào)整排煙的運行模式，以達到最佳的排煙效果。系統(tǒng)還具備設備管理和故障診斷等功能，并根據(jù)設備故障情況自動調(diào)整運行模式，確保系統(tǒng)的安全、可靠運行。
目前，該項目運行情況良好，獲得了業(yè)主的高度評價，中伊雙方一致認為是合同執(zhí)行情況最好的系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時獲得了北京市政府頒發(fā)的2001年度市科學技術進步二等獎。
四、火災報警系統(tǒng)（FAS）和氣體滅火系統(tǒng)（FES）
火災報警系統(tǒng)（FAS）和氣體滅火系統(tǒng)（FES）的監(jiān)控范圍包括一、二號線全部地下、地上車站及地面設施。火災報警系統(tǒng)監(jiān)測車站和隧道內(nèi)的空氣溫度和車站煙霧濃度，監(jiān)測防排煙設備和氣體滅火設備的運行狀態(tài)，當檢測到火災危險情況后，及時向控制中心、本站氣體滅火系統(tǒng)、本站環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送報警信息。
火災報警系統(tǒng)采用了國際先進的智能探測和報警設備，采用了清華同方根據(jù)德黑蘭地鐵需求而開發(fā)的應用軟件。系統(tǒng)結構分為控制中心級、車站級、就地級三級控制，兩級管理。在車站控制室內(nèi)設系統(tǒng)監(jiān)控工作站和控制主機，從控制主機引出三條探測回路，分別用于連接分布于站廳層、站臺層和重要設備用房的煙感/溫感探測器、電話插孔、聲響可視報警設備、人工手動報警設備、揚聲器及聯(lián)動控制模塊等就地設備。站臺層探測回路中還在站臺下設置電纜探測系統(tǒng)用于檢測電纜的故障狀況，在隧道中設置了光纖探測系統(tǒng)用于檢測隧道空氣溫度是否正常。各車站監(jiān)控工作站通過地鐵通信主干網(wǎng)向控制中心傳輸相關信息，控制中心是整個地鐵的火災報警中心，負責接收并記錄各車站發(fā)送的危險警報信息，包括系統(tǒng)設備運行狀態(tài)和滅火系統(tǒng)信號，設備維護報告等。
氣體滅火系統(tǒng)用于重要設備用房和辦公用房在火災情況下的惰性氣體方式滅火，在車站內(nèi)按照區(qū)域分成七個獨立的子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)包括智能煙感/溫感探測器、氣體滅火藥劑儲存裝置、氣體分布管道，自動釋放裝置及其管道等設備設施，分別連接到火災報警系統(tǒng)的車站控制主機上。當接收到火災報警系統(tǒng)發(fā)來的火災報警信息后，相關區(qū)域的氣體滅火子系統(tǒng)自動按照預設模式控制氣體滅火裝置進行滅火操作。對于整流站、動力照明變電站等無人值班場所，采用二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)，對于技術室、管理室等辦公用房，采用七氟丙烷（HFC 227ea）滅火系統(tǒng)。所有設備的狀態(tài)信息都發(fā)送給火災報警系統(tǒng)的車站級控制主機，并通過地鐵通信主干網(wǎng)將所有報警信息和設備運行狀態(tài)信息發(fā)送到控制中心，由控制中心統(tǒng)一顯示并管理。
火災報警系統(tǒng)在車站級通過信息接口和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊。當出現(xiàn)火情時，火災報警系統(tǒng)向環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送危險警報信息。環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)由控制中心級根據(jù)實際情況，在預設的若干火災模式中進行合理選擇，統(tǒng)一調(diào)度著火區(qū)域前后相鄰車站的通風設備用以通風和排煙的氣流組織，自動向相關車站發(fā)出滅火指令，并接受反饋信號。
火災報警系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)共同承擔了德黑蘭地鐵的危害防御使命。
五、應用效果
德黑蘭地鐵BAS系統(tǒng)一次投運成功，至今運行良好，設備自動控制運行正常，地鐵環(huán)境達到設計的要求并大幅度降低了機電設備的運行能耗（與原設計的簡單模式運行方式相比，節(jié)能在30％以上），各個車站BAS系統(tǒng)可實現(xiàn)無人職守。該系統(tǒng)反映了中國的高科技發(fā)展水平，受到業(yè)主及伊朗業(yè)內(nèi)人士的高度贊揚，加深了我國在中東地區(qū)的影響，提高了我國的國際地位。
德黑蘭地鐵BAS/FAS/FES的成功經(jīng)驗和成套技術可以應用到目前國內(nèi)正在修建的地鐵中，為我國地鐵相關系統(tǒng)的國產(chǎn)化作出示范。
