楚春爽

中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司電化通號(hào)設(shè)計(jì)研究院（軌道交通認(rèn)證中心） 北京 102600

照明系統(tǒng)是地鐵工程建設(shè)中的重要組成部分，其不僅對(duì)于保證地鐵系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行具有較大的影響，而且也具有地鐵進(jìn)行裝飾以及為乘客營(yíng)造舒適便捷空間的作用。隨著智能化技術(shù)的逐步推廣應(yīng)用，在地鐵照明系統(tǒng)中應(yīng)開始廣泛采用智能化的照明控制技術(shù)。智能照明系統(tǒng)在地鐵工程中的應(yīng)用雖然能夠有效降低地鐵運(yùn)營(yíng)能耗，但現(xiàn)階段仍存在一定的問題，影響了節(jié)能降耗效果。因此，在地鐵工程的建設(shè)中應(yīng)注意總結(jié)智能照明系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)能耗問題進(jìn)行全面的分析，以便采取科學(xué)的節(jié)能優(yōu)化措施，進(jìn)一步降低地鐵照明系統(tǒng)能耗，充分發(fā)揮智能照明系統(tǒng)的作用，從而為地鐵工程創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益以及環(huán)保效益。

1 地鐵智能化照明系統(tǒng)概述

圖1 某地鐵智能照明系統(tǒng)示意圖

地鐵智能照明系統(tǒng)也就是通過現(xiàn)場(chǎng)感應(yīng)技術(shù)以及智能化電磁調(diào)壓等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用來控制調(diào)節(jié)照明回路負(fù)荷，以促進(jìn)照明系統(tǒng)功率因數(shù)的提高，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的[1]。現(xiàn)階段地鐵工程中的智能照明系統(tǒng)一般由系統(tǒng)電源、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、傳輸設(shè)備、各類感應(yīng)裝置、開關(guān)控制裝置以及線纜等元器件共同構(gòu)成。在地鐵智能照明系統(tǒng)中還需要配置ModBus模塊以及RS-232接口等，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息以及控制指令的傳輸。地鐵智能照明系統(tǒng)能夠按照預(yù)設(shè)參數(shù)對(duì)地體內(nèi)的各種燈具設(shè)備和照明回路進(jìn)行智能化控制和調(diào)節(jié)，使照明燈具的開啟或者關(guān)閉、實(shí)際照度值能夠與地體系統(tǒng)內(nèi)不同區(qū)域的光線明暗變化、客流變化、乘客集中分布區(qū)域以及各功能區(qū)的具體面積等相適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的智能化管理，從而在滿足地鐵系統(tǒng)在不同狀態(tài)下正常運(yùn)行時(shí)對(duì)照明需求的基礎(chǔ)上，減少電力能源的消耗，避免能源浪費(fèi)。不過，現(xiàn)階段的地鐵智能照明系統(tǒng)在節(jié)能降耗方面仍存在較大的優(yōu)化改進(jìn)空間，地鐵管理部門應(yīng)高度重視智能照明系統(tǒng)的能耗問題，并采取有效的節(jié)能優(yōu)化措施。

2 現(xiàn)階段智能化地鐵照明系統(tǒng)主要能耗及成因分析

隨著地鐵工程建設(shè)力度的不斷加大以及智能化控制技術(shù)的逐步成熟完善，智能照明系統(tǒng)在地鐵工程中的應(yīng)用日益廣泛。與傳統(tǒng)地鐵照明系統(tǒng)相比，智能控制系統(tǒng)的節(jié)能效果已經(jīng)取得了明顯的提高。但是受地鐵系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)以及現(xiàn)階段智能照明控制應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)等因素的影響，其能耗問題仍不可忽視。

2.1 地鐵站臺(tái)及大廳需長(zhǎng)時(shí)間保持照明

在地鐵系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，站廳等重點(diǎn)區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間保持充足的照明，即使采用了智能照明系統(tǒng)后，目前很多地鐵照明系統(tǒng)也未能真正實(shí)現(xiàn)對(duì)站臺(tái)區(qū)域照明設(shè)備的智能化控制，這使得此類區(qū)域的照明系統(tǒng)無法根據(jù)乘客的分布以及客流變化對(duì)照度進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)以及對(duì)相應(yīng)照明設(shè)備的開啟/關(guān)閉控制，客觀上加大了地鐵智能照明系統(tǒng)的能耗，造成了電力能源的浪費(fèi)。

2.2 地鐵內(nèi)廣告燈箱等需按照客戶要求保持照明

現(xiàn)階段在很多地鐵工程中均設(shè)有廣告燈箱，其雖然是地鐵智能照明系統(tǒng)的組成部分，然而受客戶要求以及廣告效果需要等因素的影響，仍需要在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持在較高的照度下，以利用其絢爛的廣告畫面以及豐富的色彩來達(dá)到吸引人觀看的目，因此在客觀上導(dǎo)致地鐵智能照明系統(tǒng)的能耗增加。

2.3 智能照明系統(tǒng)的控制不夠精細(xì)

現(xiàn)階段在地鐵智能照明系統(tǒng)的控制方式和系統(tǒng)設(shè)置方面仍存在很多的問題，導(dǎo)致智能照明系統(tǒng)的節(jié)能降耗效果未能達(dá)到預(yù)期要求。在地鐵智能照明系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用中，由于部分工作人員未能全面了解地鐵系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)地鐵車輛運(yùn)行情況、客流變化以及照明設(shè)備的運(yùn)行情況等相關(guān)數(shù)據(jù)信息沒有進(jìn)行科學(xué)、深入的分析研究，在控制系統(tǒng)設(shè)置方面仍較為粗放，缺乏精確、詳細(xì)的參考數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致智能照明系統(tǒng)在節(jié)能降耗方面的作用未能得到充分的發(fā)揮[2]。此外，目前地鐵工作人員對(duì)智能化控制技術(shù)的掌握尚不到位，節(jié)能意識(shí)也相對(duì)欠缺，這使得一些照明設(shè)備的場(chǎng)景設(shè)定或者預(yù)設(shè)參數(shù)設(shè)置不合理，也會(huì)在不同程度上影響地鐵智能照明系統(tǒng)的節(jié)能降耗效果。

3 地鐵智能照明系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化措施分析

3.1 優(yōu)化地鐵智能照明系統(tǒng)控制方法

在地鐵的照明系統(tǒng)中還應(yīng)對(duì)智能控制方式加以優(yōu)化，綜合應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)面板控制方式、主控站控制方式、光感控制方式、聯(lián)動(dòng)控制方式以及定時(shí)控制方式等控制方式。以適應(yīng)地鐵不同區(qū)域和不同場(chǎng)景下的照明要求。其中主控站控制方式也就是通過主控站來自動(dòng)監(jiān)測(cè)地鐵內(nèi)各區(qū)域的照明情況，并根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)對(duì)各區(qū)域的照明設(shè)備和照度進(jìn)行智能化控制調(diào)節(jié)。而光感控制方式則是利用照度傳感裝置來采取其監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的照度值，并在與預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比后將光線較為區(qū)域的照明設(shè)備打開或?qū)⒄斩日{(diào)亮。所謂定時(shí)控制方式則是利用時(shí)鐘控制器按照預(yù)設(shè)時(shí)間點(diǎn)將地鐵系統(tǒng)內(nèi)指定區(qū)域的照明設(shè)備打開或者關(guān)閉。例如在完成夜間值班后，其能夠自動(dòng)屏蔽照度感應(yīng)裝置、關(guān)閉燈光，并保持應(yīng)急照明繼續(xù)工作[3]。而聯(lián)動(dòng)控制方式的設(shè)置可以使地鐵智能照明系統(tǒng)能夠根據(jù)票務(wù)、安防、消防等相關(guān)系統(tǒng)所提供的信息對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，有利于在保證地鐵運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上降低照明系統(tǒng)能耗。此外，為適應(yīng)地鐵運(yùn)行的不同情況，在智能照明系統(tǒng)中也應(yīng)保留現(xiàn)場(chǎng)面板控制方式，以便在特殊情況下由工作人員通過手動(dòng)控制方式來調(diào)控地鐵照明系統(tǒng)。多元化控制方式的靈活應(yīng)用對(duì)于優(yōu)化地鐵智能照明系統(tǒng)、提高節(jié)能降耗效果具有十分重要的作用。

圖2 某地鐵智能照明系統(tǒng)控制方法示意圖

3.2 優(yōu)化地鐵智能照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)置

地鐵智能照明系統(tǒng)要提高節(jié)能降耗效果，應(yīng)合理確定與節(jié)能相關(guān)的設(shè)置。例如在設(shè)置系統(tǒng)的照明狀態(tài)時(shí)，應(yīng)充分了解乘客流量在高峰期、正常運(yùn)行期以及低峰期的變化情況，準(zhǔn)確測(cè)算不同客流狀態(tài)下對(duì)照明的實(shí)際需要，在此基礎(chǔ)上對(duì)智能照明系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提高照明的合理性以及節(jié)能效果。同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)地鐵不同區(qū)域的具體面積以及各種傳感器的有效覆蓋范圍來科學(xué)確定傳感器的設(shè)置點(diǎn)位和設(shè)置數(shù)量，以確保能夠?qū)Φ罔F所有照明區(qū)域的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面的采集，為控制中心的智能化控制操作提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而在保證地鐵系統(tǒng)照明需求的基礎(chǔ)上通過智能化控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。

3.3 優(yōu)化地鐵智能照明系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)

在地鐵智能照明系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，照度等各項(xiàng)預(yù)設(shè)參數(shù)設(shè)置的合理性對(duì)于地鐵照明系統(tǒng)所產(chǎn)生的實(shí)際能耗會(huì)產(chǎn)生較大的影響，因此應(yīng)充分了解地鐵系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)以及對(duì)照度的實(shí)際需要，優(yōu)化參數(shù)設(shè)置，以提高節(jié)能降耗效果。工作人員應(yīng)科學(xué)選擇照度基準(zhǔn)，并結(jié)合地鐵內(nèi)的人群分布特點(diǎn)、客流密度、地鐵各功能區(qū)域的實(shí)際面積等參數(shù)準(zhǔn)確照度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，以確保照度值參數(shù)設(shè)定合理。

3.4 優(yōu)化地鐵智能照明系統(tǒng)控制場(chǎng)景設(shè)定

由于地鐵照明系統(tǒng)的智能化控制需要通過場(chǎng)景設(shè)定來進(jìn)行控制模式的轉(zhuǎn)換，因此為了提高地鐵智能照明系統(tǒng)的節(jié)能效果，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化其場(chǎng)景設(shè)定。在構(gòu)建地鐵智能照明系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)積極利用各種先進(jìn)傳感設(shè)備加強(qiáng)對(duì)地鐵在不同場(chǎng)景下的運(yùn)行數(shù)據(jù)和對(duì)照明的實(shí)際需求，并應(yīng)采用建模分析以及虛擬模擬等方式對(duì)相關(guān)場(chǎng)景設(shè)定參數(shù)進(jìn)行模擬分析，以驗(yàn)證各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置的合理性，以便優(yōu)化場(chǎng)景設(shè)定，為地鐵智能照明系統(tǒng)充分發(fā)揮其在節(jié)能降耗方面應(yīng)有的作用創(chuàng)造良好的前提條件。同時(shí)，在地鐵智能照明系統(tǒng)中還應(yīng)通過BAS等技術(shù)方法對(duì)加強(qiáng)對(duì)照明設(shè)備自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制，并使照明系統(tǒng)能夠在發(fā)生火災(zāi)等突發(fā)情況時(shí)自動(dòng)切換至相應(yīng)的控制模式下，以保證乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全，并在確保地鐵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上降低照明系統(tǒng)能耗[4]。

3.5 優(yōu)化地鐵智能照明系統(tǒng)燈具選擇

地鐵智能照明系統(tǒng)節(jié)能降耗目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要以節(jié)能型燈具設(shè)備的使用為基礎(chǔ)。地鐵照明系統(tǒng)應(yīng)盡量采用效率較高、且具有較好節(jié)能效果的新型燈具設(shè)備，同時(shí)應(yīng)選擇質(zhì)量好、使用壽命較長(zhǎng)的照明設(shè)備，以降低照明系統(tǒng)運(yùn)行成本，減少對(duì)各類資源的消耗。目前在地鐵智能照明系統(tǒng)中已經(jīng)較為廣泛的采用了LED燈具設(shè)備，其節(jié)能效果與傳統(tǒng)燈具相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。而當(dāng)?shù)罔F車站等部分具備自然光照條件時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大太陽能燈的應(yīng)用范圍。由于太陽能燈具在光照條件較好時(shí)能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為電能為地鐵內(nèi)部提高照明，并可以利用蓄電裝置來存儲(chǔ)電能，作為夜晚或者陰天時(shí)的補(bǔ)充能源，因此其節(jié)能降耗效果十分突出。另外，采用太陽能燈具還可以減少后期管理維護(hù)成本?，F(xiàn)階段在地鐵智能照明系統(tǒng)中太陽能燈具設(shè)備的應(yīng)用范圍仍相對(duì)有限，需要相關(guān)工程技術(shù)人員、科研人員以及地鐵智能照明系統(tǒng)積極總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，探索太陽能燈具在地鐵智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用途徑，以進(jìn)一步提高地鐵智能照明系統(tǒng)的節(jié)能減排效果。

3.6 優(yōu)化地鐵智能照明系統(tǒng)中的燈具配置

在地鐵智能照明系統(tǒng)中應(yīng)對(duì)各照明燈具的配置方案進(jìn)行優(yōu)化。工作人員應(yīng)詳細(xì)了解地鐵系統(tǒng)照明系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，特別是應(yīng)對(duì)地鐵站臺(tái)等能耗較高區(qū)域照明情況相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面的收集和客觀的分析。通常乘客下車離站時(shí)間在3min左右，而其進(jìn)站候車時(shí)間一般在3min到5min左右，所以在地鐵智能照明系統(tǒng)的設(shè)置中應(yīng)將照明燈具重點(diǎn)布設(shè)在車門以及站臺(tái)兩側(cè)等區(qū)域，而在站臺(tái)中間部分的照明燈具數(shù)量可以適當(dāng)減少，從而達(dá)到優(yōu)化地鐵智能照明系統(tǒng)、降低能耗的目的。同時(shí)，照明燈具的布設(shè)位置應(yīng)從人性化角度出發(fā)，盡量布置在站臺(tái)中間設(shè)有座椅的區(qū)域，以滿足乘客對(duì)照明的需求。

為降低地鐵智能照明系統(tǒng)的能耗，應(yīng)注意優(yōu)化其控制參數(shù)。根據(jù)對(duì)地鐵智能照明系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，燈光分配比例應(yīng)采用3：6：1的方式，也就是將燈光的30%作為地鐵基礎(chǔ)照明使用，并需要通過編程控制方式來實(shí)現(xiàn)定時(shí)照明。而燈光中的60%應(yīng)作為適應(yīng)性照明使用，其應(yīng)能夠按照預(yù)設(shè)場(chǎng)景進(jìn)行智能化控制。剩余的10%燈光則應(yīng)作為應(yīng)急照明使用，其是確保地鐵運(yùn)行安全的照明，應(yīng)保持24h照明，以滿足在發(fā)生突發(fā)情況的照明需要。

3.7 地鐵廣告燈箱智能照明控制

為降低地鐵內(nèi)廣告燈箱的能耗，提高地鐵智能照明系統(tǒng)的節(jié)能效果，應(yīng)對(duì)廣告燈箱照明設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。在地鐵車站內(nèi)應(yīng)盡量選擇屏蔽門上方等位置來設(shè)置廣告燈箱，將燈箱照明作為站臺(tái)照明系統(tǒng)的一部分，這樣既能夠滿足廣告燈箱在廣告訴求和廣告效果等方面的要求，也能夠作為輔助照明設(shè)備，在一定程度上降低地鐵智能照明系統(tǒng)的能耗。同時(shí)，地鐵車站應(yīng)將站臺(tái)對(duì)面線路側(cè)所設(shè)置的廣告燈箱取消，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

3.8 優(yōu)化地鐵隧道區(qū)間智能照明系統(tǒng)控制

地鐵隧道區(qū)間對(duì)照明的要求較高，也是智能照明系統(tǒng)產(chǎn)生能耗的重要環(huán)節(jié)。因此為提高地鐵智能照明系統(tǒng)的節(jié)能降耗效果，應(yīng)合理確定地鐵隧道區(qū)間燈的燈具數(shù)量。一般應(yīng)將隧道區(qū)間內(nèi)各照明燈具之間的距離設(shè)定在12m，從而達(dá)到減少燈具數(shù)量的目的。且照明燈具數(shù)量的減少也能夠在客觀上降低地鐵智能照明系統(tǒng)的管理維護(hù)成本。同時(shí)，由于地鐵車輛上均配置有遠(yuǎn)近照燈設(shè)備，其能夠有效覆蓋200m左右的范圍，因此應(yīng)充分利用車載燈具來提高隧道內(nèi)的照明，以降低能耗。

3.9 優(yōu)化地鐵智能照明系統(tǒng)配電房布局

為降低地鐵智能照明系統(tǒng)的線損以及減少對(duì)電纜等資源的浪費(fèi)，應(yīng)科學(xué)布局地鐵的電纜豎井以及電控室等配電設(shè)備用房的位置，盡量縮短用電設(shè)備和配電設(shè)備之間的間距，以縮短配電線纜的鋪設(shè)長(zhǎng)度，減少對(duì)電纜材料的消耗。根據(jù)對(duì)現(xiàn)階段地鐵智能照明系統(tǒng)能耗情況的分析總結(jié)，在地鐵車站每層站廳的兩端設(shè)置照明系統(tǒng)的配電室，以及選擇在電纜鋪設(shè)較為密集區(qū)域的附近設(shè)置電纜井能夠有效降低照明系統(tǒng)的能耗。同時(shí)，在敷設(shè)照明系統(tǒng)線纜時(shí)，應(yīng)合理選擇電纜材質(zhì)，科學(xué)確定其截面面積，優(yōu)化電纜布局結(jié)構(gòu)，以達(dá)到控制線損的目的，從而減少電力能源的損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。

4 總結(jié)

在地鐵工程建設(shè)中應(yīng)全面分析地鐵照明系統(tǒng)在不同區(qū)域、不同時(shí)間段的實(shí)際照明需求，準(zhǔn)確掌握現(xiàn)有智能照明系統(tǒng)的主要能耗問題，并采取有針對(duì)性的節(jié)能優(yōu)化措施，改進(jìn)智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和控制方式，科學(xué)確定各項(xiàng)控制參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵照明系統(tǒng)的精準(zhǔn)智能控制，從而降低智能化地鐵照明系統(tǒng)在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的能耗，減少對(duì)電力資源的浪費(fèi)，推動(dòng)我國(guó)地鐵建設(shè)事業(yè)向綠色低碳環(huán)保方向升級(jí)轉(zhuǎn)型。