中國科學(xué)院院士 孫鈞

0 前 言

世界盛贊中國減排新承諾：聯(lián)合國全球氣候變化條約巴黎會議（2015/11/30～12/11日）召開。前夕，李克強總理訪歐在會見法國總統(tǒng)奧朗德時，莊嚴(yán)宣布：在2030年之前，中國將停止碳排放量增長，2030年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值的CO2排放量比2005年下降60%～65%；屆時低碳與可再生能源在全部能源消費中所占比重將提高到20%。這一文件并已正式提交給聯(lián)合國。該項重大承諾，反映了中國應(yīng)對全球氣候變暖、深度參與全球環(huán)境治理、推動全人類共同發(fā)展的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

1 中國實現(xiàn)低碳減排目標(biāo)

大力減少對煤、油等化石燃料的依賴；增加對太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹拈_發(fā)和利用；多方面提高能源利用效率；改進城市規(guī)劃和進一步發(fā)展公共交通，等等。為了貫徹落實總理的上述承諾，我們要為政府的決心和魄力大聲叫好!同時，業(yè)界人仕要做到“各行各業(yè)努力以赴，盡自己的一份綿薄之力，加強宣傳、呼吁，盡到我們不容推卸的責(zé)任”。對此，以下想闡明一點自己的淺識：在當(dāng)前低碳經(jīng)濟條件下，構(gòu)建資源節(jié)約、環(huán)境友好型的各類隧道與地下空間，對減少環(huán)境污染、促進地下工程建設(shè)事業(yè)全面協(xié)調(diào)地可持續(xù)發(fā)展、降低施工和運營管理成本，具有重大而積極的推動作用。

1.1 對地下空間節(jié)能環(huán)保的理解

就發(fā)展城市地鐵和地下道路而言，主要體現(xiàn)在：在相當(dāng)程度上由于可大范圍地疏解地面人流和車流，使地面道路汽車尾氣排放導(dǎo)致的城市空氣污染、人車噪聲污染和入夜后的光污染等，均可得到大幅度改善而起到巨大的環(huán)保效應(yīng)；此外，由于地下冬暖夏涼、相對地面而言的溫、濕度變化幅度都比較小而起到顯著的節(jié)能效應(yīng)等兩大方面。這方面的節(jié)能環(huán)保效益十分可觀，但目前的有效發(fā)揮卻還遠遠不夠，亟待進一步開展和完善。

1.2 對隧道照明方面的節(jié)能

主要是采用具有高功率因數(shù)的照明燈具，有如：智能LED（配置高效電子鎮(zhèn)流器）、在隧道兩側(cè)鋪設(shè)反射率高的裝修材料、盡量縮短供電電纜長度以減少線路損耗、合理布置配電房的位置、集中自動化調(diào)光控制、減少洞內(nèi)外亮度差等等方法；為了進一步節(jié)能，將長大隧道內(nèi)的燈具分為全日燈、黃昏燈、白日燈和應(yīng)急燈等幾個回路進行人工或自動控制，等等。但在實際運營中進一步做好節(jié)約電能的同時，還要研究如何解決好照明節(jié)能與行車安全以及與隧道監(jiān)控三者之間的矛盾統(tǒng)一等問題。如上所述，地下空間具有天然賦給的低碳屬性，它在建筑節(jié)能、交通節(jié)能和新能源利用等各方面都具有地面建（構(gòu)）筑物無可比擬的優(yōu)勢?？梢哉J為，城市低碳化水平的提高，與進一步開發(fā)與利用城市地下空間的節(jié)能減排、低碳環(huán)保的發(fā)展水平關(guān)系密切，不可分割；有文章認為，城市地下空間的低碳效應(yīng)是實際可定量測讀得到的。其量化衡量指標(biāo)在于：各類地下空間的開發(fā)利用將帶來城市碳排放量的幾多減少，據(jù)此可建立地下空間節(jié)能減排的量化體系和量化方法；進一步加快建立城市軌道交通能耗評價指標(biāo)體系，推動低碳技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用推廣，深化節(jié)能設(shè)計的改進與完善，實現(xiàn)技術(shù)節(jié)能；此外，還要加強節(jié)能管理落實節(jié)能管理措施，充分發(fā)揮軌道交通節(jié)能環(huán)保的天賦優(yōu)勢，實現(xiàn)城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展，這是一項當(dāng)務(wù)之急。

2 我國工程建設(shè)節(jié)能減排工作中的若干問題（以公路隧道為例）

我國公路隧道在洞內(nèi)照明、機械通風(fēng)、供配電和給排水等幾大項節(jié)能減排方面，諸如：降低照明能耗、節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤、油等化石燃料以及減少碳排放與環(huán)境污染等領(lǐng)域，成績巨大，收益卓著。但當(dāng)前存在的主要問題，反映在：在節(jié)能方案實施中，成本投入往往高出產(chǎn)出效益“節(jié)能不節(jié)錢”矛盾突出，因而出現(xiàn)是否值得投資的困惑；市場上充斥打著節(jié)能旗號的偽劣產(chǎn)品，不少節(jié)能技術(shù)/產(chǎn)品未經(jīng)權(quán)威機構(gòu)論證，巨額投資得不到投資回報的切實保證；節(jié)能統(tǒng)計指標(biāo)體系尚未規(guī)范化，節(jié)能減排專項資金投入缺失，相關(guān)政策法規(guī)支持不落實，節(jié)能減排工作仍停留在政府一般號召和企業(yè)自發(fā)行為的低層面，嚴(yán)格貫徹執(zhí)行力度不足，等等。

2.1 影響節(jié)能減排的主要因素

公路隧道根據(jù)其功能定位、安全等級，所配備的通風(fēng)、照明、消防、供配電、監(jiān)控等機電設(shè)施，是公路隧道最主要的運營能耗；而其中，尤以通風(fēng)、照明設(shè)施的能源消耗最多。在交通特點方面，包括交通流量、行車速度、交通組成、運輸管理等，其對公路隧道機電設(shè)施的近、遠期配置也有著重要影響，而且與運營安全密切相關(guān)。我國不同區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展水平差異比較大，對交通運輸節(jié)能減排的認識程度也不盡相同、統(tǒng)一，這在相當(dāng)程度上對公路隧道的節(jié)能減排也產(chǎn)生不利影響；自然條件在一定程度上影響公路隧道的節(jié)能減排，包括日照強度、海拔高度、自然風(fēng)等等，其對公路隧道節(jié)能減排的影響分析，可請另見有關(guān)專門論述；此外，隧道土建結(jié)構(gòu)，包括平縱線形、斷面尺寸、洞門特征，甚至洞內(nèi)裝飾、路面材料等等，其不僅直接決定了土建工程總量，也會在一定程度上影響機電設(shè)施配置，從而對公路隧道節(jié)能減排產(chǎn)生影響。

2.2 提出并實施隧道節(jié)能減排的工程措施與相關(guān)技術(shù)

提高公路隧道“綠色能源”的應(yīng)用比例：煙臺市利用太陽能照明，采用節(jié)能燈具修建國內(nèi)首座太陽能隧道——通世路隧道，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤120t以上；安徽六潛高速公路獅子尖隧道，首次采用太陽能和風(fēng)能發(fā)電，設(shè)計了“風(fēng)光互補”離網(wǎng)供電系統(tǒng)，既節(jié)約了電能，又降低了發(fā)電設(shè)備配置成本；公路隧道照明及供配電節(jié)能成套關(guān)鍵技術(shù)取得突破，有如：洞外亮度L20(S)精確測試方法及洞口減光措施、基于中間視覺理論的照明設(shè)計方法、智能化照明控制技術(shù)、高效照明方式、節(jié)能光源應(yīng)用、照明及供配電系統(tǒng)分期實施等等，并在示范工程建設(shè)中得到了應(yīng)用實踐；通風(fēng)節(jié)能減排手段主要有：前饋式通風(fēng)控制技術(shù)、雙洞互補式通風(fēng)技術(shù)、污染空氣靜電除塵技術(shù)、污染空氣土壤凈化技術(shù)等，不一而足；給排水節(jié)能減排措施主要有：應(yīng)用消防水泵智能控制技術(shù)、使用高效節(jié)能水泵、選用強度高和摩阻小的熱鍍鋅鋼管等等；加強并完善節(jié)能管理，對于指導(dǎo)公路隧道節(jié)能減排具有極其重要的引導(dǎo)作用。

3 近年來城市軌交地鐵節(jié)能低碳成效卓著

城市地鐵運營成本居高不下，在票價不容調(diào)整的制約下，入不敷出，已成為地方財政的一項長期負擔(dān)。但為使其今后發(fā)展為節(jié)能環(huán)保的綠色地下交通線，前景喜人，值得期待；地鐵是用電負荷巨大的一頭“電老虎”，其電能耗費約占全部運營成本的20%以上。其中，牽引電耗和動力照明與冷暖空調(diào)電耗是大頭，而主控中心、線損和其它各種電耗也是一筆不小的數(shù)目。以上是其節(jié)能減排的重中之重；應(yīng)用新技術(shù)以引領(lǐng)高效節(jié)能的低碳發(fā)展模式，以更好控制用電成本，并帶來新的業(yè)務(wù)拓展與整合機遇，為企業(yè)帶來新的利潤增長點，效益空間不容小覷，是一項亟待開展的研究方向。

3.1 各地城市軌交地鐵節(jié)能減排措施取得的主要成效

在車輛系統(tǒng)方面車輛輕量化正在實現(xiàn)，減少車體重量后較老年型的約可節(jié)能50%；在全電制動停車控制系統(tǒng)、再生制動能量利用等方面進行探索，建立在生電能吸收系統(tǒng)，有效利用地鐵車輛制動能量，節(jié)約的能源占線路總能耗的5%～10%或以上；減小非必要的機電設(shè)備數(shù)量并控制設(shè)備運行時間，如控制變壓器容量、減少非運行時段照明數(shù)量等。采用自動優(yōu)化控制，節(jié)能減排效果十分顯著；大面積采用LED照明等節(jié)能產(chǎn)品，應(yīng)用和研發(fā)新型節(jié)能通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)備，大大降低了能耗；有條件的城市，應(yīng)改用新能源替代電能和化石燃料，如以太陽能、風(fēng)能為照明能源、以地?zé)崮転榭照{(diào)提供動力等，可有效減少碳排放，利用以上各種可再生能源節(jié)約電能（這方面，部分城市地鐵視條件和可能，正在探索中）；在進、出站口設(shè)置節(jié)能坡，合理設(shè)計地鐵營運線路和行車密度，可最大程度地有效節(jié)約能源。以上這些措施的應(yīng)用，已使一些城市軌道交通的能耗水平有了明顯提高，顯示出城軌節(jié)能的可行性和有效性，為今后進一步推廣應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

3.2 城市軌交低碳發(fā)展的創(chuàng)新方向

逐步建立和完善能耗評價指標(biāo)體系，有針對性地推動各項低碳節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新和推廣應(yīng)用；在牽引系統(tǒng)、變頻空調(diào)、動力通風(fēng)、相控光源等方面深化節(jié)能設(shè)計的技術(shù)改造；加強并完善節(jié)能技術(shù)管理，落實各項節(jié)能管理具體政策、措施等等。以上各點，網(wǎng)上稍作搜索，均見有專文詳細論述，這里限于篇幅，就不贅述了。

4 隧道和各類地下空間運營期的節(jié)能減排現(xiàn)狀

4.1 洞內(nèi)照明

隧道洞口段、棚洞和埡口部位，設(shè)計“天窗”以引入自然光，利用各種反射、折射光鏡將日光引入洞內(nèi)，使盡多取代白天的地下人工照明；在洞內(nèi)每隔若干燈具安裝“漫反射”鏡片，利用之前被四周吸收的光線，利用吸光、感光材料提供在晚間車輛進出洞的流量少時或應(yīng)急時的發(fā)光照明，等等；隧道中段普遍采用高智能化LED燈，已普遍取代了早前傳統(tǒng)采用的高壓鈉燈和熒光燈照明；在隧洞出入口加強照明段，采用無極全自動調(diào)光技術(shù)，可以視外界亮度和車流量多少，作高智能化自動調(diào)整LED燈具的照度變化；必要時與高壓鈉燈構(gòu)成組合光源，解決冷熱光源對隧道入口段的影響；應(yīng)用無極燈后，設(shè)備的使用壽命可大幅增加、耗能減小，新型照明節(jié)能燈具產(chǎn)品在國內(nèi)近年來已呈多樣化，但光衰、質(zhì)量和壽命的進一步完善，仍有許多改進要做；光纖導(dǎo)入照明，是一種引入自然光的好手段，在不須進行能量轉(zhuǎn)換的情況下，經(jīng)聚光元件高效采集，由傳光光纖傳輸，將太陽光直接引入地下（上海市虹橋交通樞紐和其它多處均已成功采用）。

4.2 地鐵和隧道的運營通風(fēng)

分別早晚高峰期、夜間和正常運行3個時間段，采用BAS方式對地鐵通風(fēng)空調(diào)進行監(jiān)控，并設(shè)定不同的通風(fēng)方式；通過計算機設(shè)定程序作隧道通風(fēng)智能控制，在突發(fā)事故和洞內(nèi)塞車等特殊路段，用人工干預(yù)啟動應(yīng)急預(yù)案，以調(diào)節(jié)洞內(nèi)通風(fēng)，執(zhí)行不同的通風(fēng)運行模式；不只限于鐵路隧道，公路縱向通風(fēng)模式也可以有效利用活塞風(fēng)使洞內(nèi)空氣（進、排風(fēng)）得到更經(jīng)濟合理、有效地自動交換，達到節(jié)能風(fēng)量的最大效果。

5 減少地下工程施工和運營期碳廢與其它污染物排放對環(huán)境的影響

5.1 隧道盾構(gòu)泥水處理系統(tǒng)節(jié)能減排和環(huán)保新技術(shù)的應(yīng)用

以上海市人民路盾構(gòu)掘進例，盾構(gòu)泥漿廢棄物的回收利用，以減少環(huán)境污染；改用天然土造漿，作泥漿處理；設(shè)備系統(tǒng)的可移植技術(shù)；計算機智能化漿液管理；泥漿回收綜合治理；泥水處理系統(tǒng)的隔音防噪、全封閉取水排泥，等等。

5.2 礦山法隧道施工開挖節(jié)能環(huán)保新技術(shù)的采用

以歌樂山、大河灣等越嶺隧道例，節(jié)能環(huán)保的“水壓爆破”工法——在裝藥結(jié)構(gòu)內(nèi)增設(shè)了“水袋”，它與“炸藥”和“炮泥”三者構(gòu)成了復(fù)合裝藥堵塞結(jié)構(gòu)，除增大爆破效率、節(jié)約炸藥量外，并可減少粉塵和噪聲。

5.3 隧道施工期減小對水環(huán)境的不利影響

隧道口設(shè)有蓄水、沉淀和過濾用小池子，施工廢水經(jīng)處理后再用；施工中的滲、涌水嚴(yán)禁排放到地表和下水道；如洞內(nèi)滲涌水和突泥，影響當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活，要采取注漿封堵和二襯封閉，減少水土流失。

5.4 城市隧道施工的噪聲控制（≤90db）和外部環(huán)境保護

軸流風(fēng)機前后設(shè)置消聲器和減震器；在洞內(nèi)運營用射流風(fēng)機的前后設(shè)置消聲筒；對洞內(nèi)污染、汽車尾氣作集中式高空排放，洞口和風(fēng)井周邊的CO、CO2、NO2等廢氣濃度要滿足環(huán)境空氣質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)塔內(nèi)加裝靜電除塵設(shè)備；側(cè)線隧道內(nèi)加裝除塵器和換氣與補充新風(fēng)裝置，等等。

6 對隧道與地下空間照明節(jié)能技術(shù)的再認識

6.1 國內(nèi)當(dāng)前在地下空間運營照明中存在的一些主要問題

照明節(jié)能理念存在一定誤區(qū)：隧道照明節(jié)能并非簡單地選用和定時開關(guān)某些燈具，所要求的是建立在行車安全基礎(chǔ)上的最大限度節(jié)能，決不能以犧牲交通安全為代價。如片面追求節(jié)電、省錢致一些隧道照明控制方案的隨意性、主觀性很大，節(jié)能與安全間矛盾突出；現(xiàn)有的一些隧道照明控制，使?fàn)I運中節(jié)能與隧道日常交通監(jiān)控間矛盾增大（如：后半夜關(guān)閉全部洞內(nèi)燈具）；諸多照明設(shè)計參數(shù)有待改進和完善；照明控制方式仍較西方落后；要求有更經(jīng)濟合理、功效高、耐久性又好的新型節(jié)能光源——最近，經(jīng)國家科學(xué)技術(shù)獎勵辦公室專家委員會初評：硅襯底高光效GaN基藍色發(fā)光二極管項目，獲國家技術(shù)發(fā)明一等獎！

6.2 在隧道照明節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用方面

6.2.1 使用照明節(jié)能控制器以開發(fā)照明節(jié)能控制系統(tǒng)

根據(jù)交通參數(shù)（車流量、車速）和洞外環(huán)境參數(shù)（洞外亮度），自適應(yīng)調(diào)節(jié)燈具亮度；特別將進出口加強照明段的自動調(diào)光系統(tǒng)與洞外光照強度及車流量多少相對應(yīng)，設(shè)置信號反饋裝置，在保證行車安全條件下實現(xiàn)燈具照明度的最優(yōu)控制。

6.2.2 設(shè)置洞內(nèi)燈光分區(qū)（出入口段、過渡段、中間段）控制系統(tǒng)

特別當(dāng)節(jié)假日和夜間車流量增多或減少時，作自動數(shù)據(jù)采集并能以跟蹤篩選，分時段自動調(diào)整照明燈具亮度及開關(guān)燈盞數(shù)，以減少照明能耗。

6.2.3 選擇合適燈具及合理的安裝角度

優(yōu)化處理增大頂棚和墻壁的光反射比，使隧道頂棚、墻壁和路面之間能產(chǎn)生多次反折射作用，可使隧道照明反射光增量系數(shù)比之未處理的約增大20%，達到節(jié)電20%以上。

6.2.4 管理維護操作規(guī)程應(yīng)制定長效機制

對光源和附件進行檢修尤其是檢查氣體放電光源的無功補償電容有無擊穿；此外，還需對照明控制裝置進行調(diào)整，提高照明燈具維護系數(shù)，使照明系統(tǒng)始終處于良好工作狀態(tài)。

7 總 結(jié)

現(xiàn)今，將多種相變材料摻加入建筑材料中，已在地面建筑物中制成具有一定相變功能的墻體、地板、天花板等，其蓄熱性能佳好。借用這種相變儲能材料于地下建筑物的圍護結(jié)構(gòu)，可有效增強其隔熱和儲熱功能，提高能源利用率。其特色是：有利于減弱地下結(jié)構(gòu)與巖土介質(zhì)間的熱流波動幅度，延遲作用時間，從而降低向地下空間內(nèi)供暖、供冷等空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計負荷，節(jié)約能源成本；合理采用光纖導(dǎo)入照明，使密閉地下空間可獲得自然光的補充；對設(shè)計有“下廣場”的地下空間，通過陽光直接照射產(chǎn)生溫室效應(yīng)和熱壓作用，并有利于廢氣排泄，可設(shè)計為兼作輔助排風(fēng)風(fēng)井使用。提高圍護墻體蓄熱能力，減少地下空間的熱負荷和年、月溫差變化波動，改善室內(nèi)環(huán)境舒適度，有利于節(jié)約地下能耗。

[1]我國近中期（～2020年）科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（討論稿）[Z].

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