余志強(qiáng)

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營事業(yè)總部，廣東 廣州 510000）

隨著城市化的進(jìn)展，軌道交通在滿足人們出行需求的同時(shí)，也帶來了諸多的城市問題，其中交通擁堵、環(huán)境污染、資源的消耗等問題已成為社會廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)，為了減小城市化進(jìn)程中出現(xiàn)的軌道交通問題及其帶來的負(fù)面效應(yīng)，社會倡導(dǎo)“公交優(yōu)先”的理念，因此城市軌道交通因其自身安全、快速、便捷等優(yōu)點(diǎn)深受人們的喜愛，近幾年也得到了快速的發(fā)展。目前，我國也進(jìn)入了城市軌道交通快速發(fā)展的階段，雖然一定程度上緩解了城市地面交通的擁堵情況，但相應(yīng)的城市軌道交通運(yùn)輸對于資源的消耗及環(huán)境的污染是制約其發(fā)展的主要因素，這也關(guān)系著企業(yè)的運(yùn)營效益問題。結(jié)合當(dāng)前我國提倡建設(shè)節(jié)約型社會的理念，分析城市軌道交通列車運(yùn)營過程中影響節(jié)能措施的因素，并制定相應(yīng)的組織措施，對于列車運(yùn)行能耗的優(yōu)化具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究軌道交通列車節(jié)能運(yùn)行的意義

電力消耗是城市軌道交通節(jié)能中控制的主要因素，主要是通過減少電氣設(shè)備的運(yùn)行數(shù)量，提高其運(yùn)行效率，采用新技術(shù)來代替電能等方式來實(shí)現(xiàn)。加強(qiáng)對軌道交通列車節(jié)能運(yùn)行組織的研究不僅可以從根本上降低運(yùn)輸成本，在列車運(yùn)行的高峰期和非高峰期，為軌道交通運(yùn)輸單位提供科學(xué)合理的運(yùn)行依據(jù)，降低能耗。同時(shí)更有利于為居民提供良好的城市基礎(chǔ)設(shè)施，為構(gòu)建和諧穩(wěn)定的社會環(huán)境打下良好的基礎(chǔ)。

城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)由很多小系統(tǒng)組成，例如信號系統(tǒng)、車站系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的運(yùn)行主要是電能和水資源的消耗。本文主要分析軌道交通列車運(yùn)行過程中的能耗及其影響因素。主要有以下幾個(gè)方面：

（1）在進(jìn)行城市軌道交通設(shè)計(jì)和建設(shè)過程節(jié)能特征方面具有一定的指導(dǎo)意義。軌道線路的設(shè)計(jì)，例如曲線的半徑設(shè)計(jì)、坡道的設(shè)計(jì)等，不僅對于工程的整體造價(jià)，而且對于后期的運(yùn)營階段具有非常大的影響。軌道交通的線路設(shè)計(jì)不僅僅要考慮工程造價(jià)，節(jié)能環(huán)保也是考慮的重要因素，坡道的節(jié)能設(shè)計(jì)、曲線的半徑選取等等也是非常重要的一環(huán)。

（2）城市軌道交通列車節(jié)能要素的研究對于軌道交通運(yùn)輸?shù)慕M織工作具有重要的意義。主要是列車的停靠站、運(yùn)行技術(shù)、滿載率等方面對于城市軌道交通列車運(yùn)行的能耗具有很大的影響。

2 城市軌道交通列車能耗的特點(diǎn)

國外眾多學(xué)者對城市軌道交通列車的節(jié)能問題給予了廣泛的關(guān)注，對于如何科學(xué)合理地配置城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)，進(jìn)一步降低能源的消耗等方面做了大量的研究。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，列車運(yùn)行過程中的能耗占主要部分，約占總能耗的62.4%，其運(yùn)行過程中的能量流如圖1 所示。

圖1 列車運(yùn)行過程的能量流

城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)由信號、通信、車輛等各種設(shè)備組成，是一個(gè)復(fù)雜性的工程。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新技術(shù)、新設(shè)備在城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用，在能耗方面主要有以下特點(diǎn)：

2.1 電力的消耗

城市軌道交通運(yùn)營主要是靠電力驅(qū)動，水資源在空調(diào)設(shè)備和生活中也有一定的消耗，同時(shí)燃油和燃?xì)庠诹熊嚲S修中也存在一定的消耗，但電力的消耗占絕大部分。

2.2 能耗的高峰期較為明顯

城市軌道交通常年不斷運(yùn)行，其每天能源的消耗集中在早上五點(diǎn)至晚上十二點(diǎn)。夏季運(yùn)行時(shí)，空調(diào)的使用會消耗大量的能量，北方的冬季還有供暖系統(tǒng)，都會存在有大量的能耗。

2.3 設(shè)備的選型

根據(jù)不同地區(qū)的特點(diǎn)，其對城市軌道交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理念、管理方式不同，會選用不同的電力設(shè)備。

3 運(yùn)行組織模式對軌道交通系統(tǒng)能耗的分析

在軌道交通運(yùn)行期內(nèi)，不同的組織模式對后期的運(yùn)行有著很大的影響，例如停站的方案、編組的方案、列車的速度等。組織模式不僅關(guān)系到軌道交通的服務(wù)水平，也對列車的能耗有著很大關(guān)系?？茖W(xué)合理地運(yùn)行組織能降低能耗，提高資源的利用率。

3.1 基礎(chǔ)設(shè)施中列車運(yùn)行能耗的影響

城市軌道交通系統(tǒng)受人、車、線路等多種條件的影響，從列車的整體出發(fā)可知，列車的能耗不僅與列車的牽引制動、信號等移動設(shè)備技術(shù)的影響有關(guān)，還與軌道線路的設(shè)計(jì)方案、站間距等固定設(shè)備的技術(shù)有關(guān)，例如，列車電機(jī)的工作效率一般在0.75 左右。軌道交通列車產(chǎn)生的能耗主要是列車屬性和線路條件兩方面，如圖2 所示。

圖2 基礎(chǔ)設(shè)施中影響列車運(yùn)行能耗的因素

3.2 停站方案

停站間距和停站次數(shù)是影響列車運(yùn)行能耗的兩個(gè)主要方面。停站次數(shù)越多，表示站間距較小。列車在惰性運(yùn)行的狀態(tài)所消耗的能量小于牽引狀態(tài)下所需要的能量，站間距較小時(shí)，需要多次的停車和啟動，消耗大量的能量，造成資源的極大浪費(fèi)。

3.3 滿載率

列車的能耗與速度、列車質(zhì)量、加速度等因素成正比。列車實(shí)際運(yùn)行過程中的乘客人數(shù)與其定員的比稱為滿載率。主要是列車牽引總重的影響，列車的重量越大，啟動和停車時(shí)需要消耗大量的啟動力和制動力，運(yùn)營過程中也會消耗大量的能量，造成列車能耗的增加。滿載率對于城市軌道交通的服務(wù)水平、滿意度等方面有很大影響，在實(shí)際生活中，我們應(yīng)采取科學(xué)合理的管控方式組織客流。

3.4 編組方案

城市軌道交通列車的車輛數(shù)和車種構(gòu)成了列車的編組，列車車輛種類和數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況而不同，一般情況下，列車的編組在1 至8 節(jié)之間。列車的編組主要影響列車啟動的牽引力，列車編組數(shù)量越多，其重量也越大，啟動時(shí)需消耗大量的能量。

3.5 城市軌道交通列車的行駛速度

城市軌道交通列車的行駛速度可以通過提高手柄位和延長惰性工況時(shí)間兩種方式來進(jìn)行。列車的行駛會涉及到?？空镜臅r(shí)間，而時(shí)間主要由列車司機(jī)根據(jù)實(shí)際情況而定，一般停站時(shí)間對于列車的能耗較小，列車的速度越大，其在兩區(qū)間內(nèi)運(yùn)行的時(shí)間越少，列車所消耗的能量也越大。

4 軌道交通列車節(jié)能運(yùn)行組織措施

4.1 組織大小交路行車

一般在列車接近終點(diǎn)時(shí)，其客流量較小，針對這些客流量分布差異性較大的情況，我們可設(shè)置2 至3 個(gè)交路，提高其滿載率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。

4.2 部分列車空載行駛

客流量的整體分布呈現(xiàn)不均衡狀態(tài)，例如早上上班期間，城市中心區(qū)涌入的客流量較大，而下午下班期間其涌出的客流量較多?？土髁枯^少的地段可使列車不停車，從而降低列車牽引和啟動過程的能耗。

4.3 合理布置行車組織

針對城市交通高峰期、特殊時(shí)期等制定科學(xué)的行車組織方案。針對不同的地段、運(yùn)營階段，通過合理的布置行車組織，提高列車的滿載率，降低行車運(yùn)行成本與能耗。在確定線路的運(yùn)行規(guī)模后，制定合理的運(yùn)營組織，達(dá)到降低能耗的目的。

4.4 優(yōu)化進(jìn)出站的措施

在滿足乘客上下車、人工作業(yè)等條件下，應(yīng)進(jìn)一步壓縮停站時(shí)間，可降低車內(nèi)外的熱量交換，減小列車空調(diào)的能耗。

4.5 軌道交通運(yùn)行線路

在軌道交通線路設(shè)計(jì)階段，考慮列車行駛過程中因曲線阻力而消耗的能量，曲率越大耗能越多，因此我們在軌道線路設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能地優(yōu)化線路的曲線半徑。通過設(shè)置科學(xué)合理的進(jìn)出站坡度，充分利用動能與勢能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，盡快達(dá)到列車的命令速度，進(jìn)一步降低能量的消耗。

4.6 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能

根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)方案的對比，在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮采用自然通風(fēng)的方式。列車運(yùn)行初期或非高峰時(shí)段，系統(tǒng)負(fù)荷遠(yuǎn)沒有達(dá)到軌道列車運(yùn)行的設(shè)計(jì)水平，即系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷是個(gè)變數(shù)，隨著列車的客流量、列車對數(shù)等情況的變化而變化，一般列車的風(fēng)機(jī)變頻按照高峰期小時(shí)的運(yùn)行情況而制定。

軌道交通內(nèi)部人流量大、機(jī)械設(shè)備多等特點(diǎn)，導(dǎo)致其內(nèi)部發(fā)熱量大，因此，在非空調(diào)使用季節(jié)，通風(fēng)設(shè)計(jì)可利用室內(nèi)外的溫差進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)，降低空調(diào)的耗能。同時(shí)，可根據(jù)軌道交通內(nèi)部環(huán)境的變化，采用智能化、自動化的措施控制車站內(nèi)的風(fēng)機(jī)、空調(diào)等設(shè)備的運(yùn)行，降低不必要的能耗。

5 建立健全的節(jié)能管理機(jī)制

目前，軌道交通列車因其安全性高、便捷、快速等特點(diǎn)已成為人們出行的首選交通方式，未來也會成為城市交通發(fā)展的主要方向，但在城市軌道交通系統(tǒng)內(nèi)，缺乏相應(yīng)的節(jié)能管理機(jī)制，很大程度上造成資源的浪費(fèi)，也給日常的節(jié)能管理工作帶來一定的影響。因此，為了進(jìn)一步做好節(jié)能運(yùn)行組織管理，我們應(yīng)從以下幾方面入手：

（1）開發(fā)新設(shè)備

軌道交通列車在運(yùn)行過程中存在能耗大、資源利用率低的特點(diǎn)，企業(yè)應(yīng)投入大量的人力、物力來支撐節(jié)能科研項(xiàng)目的實(shí)施開展，通過開發(fā)新技術(shù)、新設(shè)備、新思路在城市軌道交通列車上的應(yīng)用，來提高節(jié)能技術(shù)。

（2）制定并完善節(jié)能技術(shù)規(guī)范

實(shí)際工作過程中缺乏相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)規(guī)范，由于我國各區(qū)域的地質(zhì)概況、氣候條件等各方面因素的差異化，目前還沒有一個(gè)科學(xué)合理的技術(shù)規(guī)范供參考，只能根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和工程經(jīng)驗(yàn)而定。因此，在制定節(jié)能技術(shù)規(guī)范的過程中，要充分考慮到不同區(qū)域的適用條件。

（3）提高列車設(shè)備節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)

城市軌道交通列車節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)通常采用建筑設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，目前還沒有專門的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。城市軌道交通在日常生活中作為服務(wù)產(chǎn)品，用處廣，影響范圍大，未來將成為人們主要的出行方式，因此其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)更加嚴(yán)格。

（4）加強(qiáng)節(jié)能監(jiān)督管理工作

加強(qiáng)節(jié)能監(jiān)督管理工作是開展工作的前提條件，通過加強(qiáng)節(jié)能監(jiān)督管理工作來進(jìn)一步加強(qiáng)軌道交通列車節(jié)能運(yùn)行的組織管理。為了加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保的理念，首先，建立并不斷完善軌道交通列車的節(jié)能措施和技術(shù)規(guī)范；其次，建立崗位責(zé)任制，制定責(zé)任目標(biāo)，對階段的工作進(jìn)行詳細(xì)說明。

（5）人才的培養(yǎng)

人才是企業(yè)發(fā)展的重要因素，企業(yè)要做好人才的培養(yǎng)和引進(jìn)工作。軌道交通列車運(yùn)行系統(tǒng)復(fù)雜，涉及內(nèi)容較多，而節(jié)能領(lǐng)域缺乏一定的技術(shù)人才支撐。因此要加強(qiáng)校企合作，加大培養(yǎng)人才的力度。

6 結(jié)束語

綜上所述，如今能源資源稀缺、環(huán)境保護(hù)日益受到人們的關(guān)注，節(jié)能減排也一直是社會所倡導(dǎo)的理念，尤其是近年來國內(nèi)軌道交通的快速發(fā)展，其能耗問題日益嚴(yán)重，因此本文從實(shí)際出發(fā)，從軌道交通列車能耗的特點(diǎn)，運(yùn)行組織模式對軌道交通系統(tǒng)能耗的影響，提出了軌道交通列車節(jié)能運(yùn)行組織措施，為我國軌道交通行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供一定的理論基礎(chǔ)。