地鐵動(dòng)力照明智能化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

秦志遠(yuǎn)

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

地鐵動(dòng)力照明（簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)照）設(shè)計(jì)即低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要服務(wù)于地鐵各類(lèi)機(jī)電設(shè)備。從通風(fēng)空調(diào)專(zhuān)業(yè)的排風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)到給排水專(zhuān)業(yè)的各類(lèi)水泵，一直到車(chē)輛段各類(lèi)大型機(jī)械，都需動(dòng)力照明專(zhuān)業(yè)進(jìn)行配電設(shè)計(jì)。動(dòng)照設(shè)計(jì)范圍涵蓋從變電所低壓側(cè)一直到各機(jī)電設(shè)備的配電箱[1]。因此，地鐵動(dòng)力照明設(shè)計(jì)智能化的提升，對(duì)于地鐵的整體設(shè)計(jì)水平提升，至關(guān)重要。

城市軌道交通動(dòng)力照明設(shè)計(jì)的智能化提升，主要體現(xiàn)在：利用新技術(shù)提升設(shè)計(jì)質(zhì)量和提高動(dòng)照專(zhuān)業(yè)與各專(zhuān)業(yè)的協(xié)同效率；服務(wù)于地鐵體智慧化水平提升和能源節(jié)約；促進(jìn)“智慧地鐵，綠色地鐵”理念付諸實(shí)踐。城市軌道交通動(dòng)力照明設(shè)計(jì)的智能化提升，不但可以提高設(shè)計(jì)的效率和出圖的速度，更好地服務(wù)于施工和后期維護(hù)保養(yǎng)，也提升了地鐵的整體智慧化水平。

1 利用BIM技術(shù)提升地鐵動(dòng)力設(shè)計(jì)效率

BIM數(shù)據(jù)在地鐵整體設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，極大地提高了地鐵各類(lèi)數(shù)據(jù)的可視化程度，提高了地鐵設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)階段各項(xiàng)工作效率，廣泛應(yīng)用于多專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)同、圖紙審核、方案模擬、場(chǎng)地現(xiàn)狀模擬、材料統(tǒng)計(jì)、面積統(tǒng)計(jì)、方案交底、運(yùn)營(yíng)培訓(xùn)、管線綜合（包含碰撞檢查）、施工進(jìn)度管理等過(guò)程。應(yīng)用到實(shí)際運(yùn)營(yíng)管理工作中，運(yùn)營(yíng)管理人員可以利用各類(lèi)BIM終端完成現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量、安全管理。例如運(yùn)營(yíng)公司巡檢人員在現(xiàn)場(chǎng)巡查過(guò)程中可及時(shí)上傳質(zhì)量、安全問(wèn)題；技術(shù)人員在接到相關(guān)問(wèn)題提醒后，及時(shí)進(jìn)行整改；通過(guò)數(shù)據(jù)共享和集中分析，實(shí)現(xiàn)地鐵運(yùn)行問(wèn)題跟蹤管理，隱患排查實(shí)時(shí)具體，落實(shí)整改迅速及時(shí)。數(shù)據(jù)可視化水平的提高，為實(shí)時(shí)監(jiān)控地鐵運(yùn)行數(shù)據(jù)提供了絕佳的條件。地鐵運(yùn)行管理決策者通過(guò)移動(dòng)終端、大屏幕及PC桌面等多種終端能夠隨時(shí)、隨地、及時(shí)、便捷地掌握地鐵運(yùn)行各項(xiàng)信息，在發(fā)生自然災(zāi)害（例如地下水倒灌）、群體性事件（例如人流激增）、突發(fā)事件（例如配合公安機(jī)關(guān)抓捕和傷員急救）時(shí)，可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整地鐵車(chē)輛，配合城市運(yùn)行管理中心地指揮。BIM技術(shù)在地鐵系統(tǒng)的應(yīng)用還遠(yuǎn)不止于此，BIM技術(shù)應(yīng)用到地鐵動(dòng)力照明設(shè)計(jì)中，有以下兩點(diǎn)重要的作用。

1.1 動(dòng)照管線設(shè)計(jì)過(guò)程優(yōu)化

地鐵系統(tǒng)內(nèi)變電所走線、通信信號(hào)管線、動(dòng)力照明走線等錯(cuò)綜復(fù)雜，僅僅通過(guò)管線綜合專(zhuān)業(yè)來(lái)進(jìn)行基于二維平臺(tái)的統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，會(huì)時(shí)常發(fā)生管線設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。例如停車(chē)場(chǎng)室外的埋管設(shè)計(jì)中，主要由綜合管線專(zhuān)業(yè)來(lái)負(fù)責(zé)出圖，其他專(zhuān)業(yè)（例如低壓配電，變電專(zhuān)業(yè)，信號(hào)專(zhuān)業(yè)）來(lái)提資，然后由綜合管線專(zhuān)業(yè)來(lái)進(jìn)行配合校對(duì)。這種模式，不同專(zhuān)業(yè)間有設(shè)計(jì)壁壘，綜合管線專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員不一定對(duì)所有專(zhuān)業(yè)了解，會(huì)時(shí)常發(fā)生埋管沖突的問(wèn)題，同時(shí)也很容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)遺漏，經(jīng)常到了施工現(xiàn)場(chǎng)才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。

基于BIM的管線設(shè)計(jì)，很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。首先是在管線碰撞測(cè)試階段，利用結(jié)構(gòu)與機(jī)電、各專(zhuān)業(yè)的碰撞測(cè)試，生成碰撞報(bào)告，各個(gè)專(zhuān)業(yè)可以根據(jù)這個(gè)碰撞報(bào)告推進(jìn)設(shè)計(jì)配合[2]。具體到動(dòng)力照明專(zhuān)業(yè)，可以根據(jù)碰撞報(bào)告來(lái)深化動(dòng)力照明的設(shè)計(jì)。動(dòng)力照明專(zhuān)業(yè)根據(jù)各個(gè)專(zhuān)業(yè)提資，設(shè)計(jì)配電線纜，根據(jù)線纜規(guī)格和環(huán)境類(lèi)型設(shè)定線纜敷設(shè)的方式和套管形式，以及基本的走線格局，再利用BIM協(xié)同工作，在設(shè)計(jì)階段就解決管線設(shè)計(jì)配合問(wèn)題。同時(shí)在地鐵動(dòng)力照明專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，也可以利用BIM技術(shù)更有效地共用其他專(zhuān)業(yè)預(yù)埋的管溝，避免浪費(fèi)。

1.2 利用BIM解決各專(zhuān)業(yè)對(duì)動(dòng)力照明專(zhuān)業(yè)提資變化

動(dòng)力照明專(zhuān)業(yè)作為地鐵設(shè)計(jì)的下游專(zhuān)業(yè)，其他專(zhuān)業(yè)（建筑，通風(fēng)空調(diào)、給排水，通信，消防監(jiān)控系統(tǒng)，扶梯，屏蔽門(mén)，綜合監(jiān)控等等）的提資變化會(huì)直接引起動(dòng)力照明專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)變更。動(dòng)力照明專(zhuān)業(yè)處于這種串行設(shè)計(jì)的末端環(huán)節(jié)，其他專(zhuān)業(yè)的任何變化，都會(huì)影響動(dòng)力照明專(zhuān)業(yè)的出圖時(shí)間。例如其他專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)變動(dòng)卻忘記更新對(duì)動(dòng)力照明專(zhuān)業(yè)提資或者提資不及時(shí)，動(dòng)力照明專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員就要加班加點(diǎn)，而有時(shí)建筑底圖的變化，則會(huì)讓動(dòng)力照明整個(gè)設(shè)計(jì)接近作廢?；贐IM技術(shù)的并行協(xié)作機(jī)制，可有效地避免這一問(wèn)題：各個(gè)專(zhuān)業(yè)在建筑設(shè)計(jì)的統(tǒng)一模型上進(jìn)行設(shè)計(jì)[3]，變動(dòng)過(guò)程會(huì)實(shí)時(shí)地通知到動(dòng)力照明專(zhuān)業(yè)，多個(gè)專(zhuān)業(yè)之間可以進(jìn)行交叉合作和并行設(shè)計(jì)，極大可能地避免設(shè)計(jì)返工和設(shè)計(jì)遺漏，減少施工變更，節(jié)約成本。基于統(tǒng)一的建筑底圖，某車(chē)站的機(jī)電各專(zhuān)業(yè)利用BIM進(jìn)行管線設(shè)計(jì)的出圖見(jiàn)圖1。

圖1 地鐵站機(jī)電各專(zhuān)業(yè)管線設(shè)計(jì)BIM圖

2 照明設(shè)計(jì)中綜合運(yùn)用智能照明技術(shù)

地鐵的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)屬于動(dòng)力照明專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)范圍。當(dāng)前照明技術(shù)日趨成熟，各類(lèi)燈具（熒光燈，吸頂燈，工礦金鹵燈，LED燈）等都在地鐵照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。基于綠色節(jié)能理念的智能照明技術(shù)已成為新的研究方向，業(yè)已在國(guó)內(nèi)地鐵設(shè)計(jì)中得到初步應(yīng)用，新建設(shè)的地鐵也多在推廣智能照明技術(shù)。

智能照明系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用于地鐵照明設(shè)計(jì)中，主要實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)。智能照明系統(tǒng)包括位于控制室的控制主機(jī)、總線電源、USB接口，以及位于配電箱內(nèi)的開(kāi)關(guān)控制模塊，配合就地控制面板和照度傳感器形成整體架構(gòu)。每一個(gè)照明配電回路都有一個(gè)地址，通過(guò)總線將所有部件連接而組成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)[4]，以實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵照明系統(tǒng)的智能化管理及自動(dòng)控制[5]。智能照明應(yīng)用于地鐵場(chǎng)段照明設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖2 智能照明結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

圖3 車(chē)站站臺(tái)層光導(dǎo)照明燈具布置平面圖

在地鐵復(fù)雜的場(chǎng)景下，智能照明設(shè)計(jì)可更加準(zhǔn)確地控制燈光開(kāi)閉和通光量情況，更利于節(jié)約能源。由于裝修階段所用材料的不同，不同材料引起的反光率不同，造成區(qū)域內(nèi)照度的不一致性，可通過(guò)智能照明系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)照度的統(tǒng)一[6]。同時(shí)可結(jié)合環(huán)境光的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)高架站和場(chǎng)段露天單體的照明情況，實(shí)現(xiàn)低能耗照明，節(jié)約能源。

3 應(yīng)用光導(dǎo)照明技術(shù)豐富照明設(shè)計(jì)手段

光導(dǎo)照明也叫作自然光照，是無(wú)電照明的一種，就是將室外自然光導(dǎo)入到室內(nèi)，對(duì)室內(nèi)提供照明的新技術(shù)。室外的光線透過(guò)采光器進(jìn)入光導(dǎo)系統(tǒng)的內(nèi)部，然后經(jīng)過(guò)光導(dǎo)管傳輸?shù)焦艿赖撞浚裳由斓降罔F的站廳層和站臺(tái)層），再由高透光、高擴(kuò)散的漫射器將自然光均勻照射到室內(nèi)需要光的地方[7]。

光導(dǎo)照明應(yīng)用于地鐵照明主要有如下優(yōu)勢(shì)。（1）節(jié)約能源。由于光導(dǎo)照明的能量來(lái)源于自然光，所以顯而易見(jiàn)可以節(jié)約電能。（2）減少污染。直接采用自然光，自然不需要耗費(fèi)電能，由于中國(guó)主要的發(fā)電手段還是火力發(fā)電，采用光導(dǎo)照明手段，可以有效地減少化石燃料地?fù)p耗，減少污染氣體地排放。（3）極端情況下保證照明。相比于應(yīng)急照明，光導(dǎo)照明更不可能發(fā)生故障，應(yīng)急照明多采用雙切換箱來(lái)保證消防燈具在保證在發(fā)生諸如火災(zāi)等情況下，提供足夠地照度，而光導(dǎo)照明僅受限于天氣和夜晚。利用光導(dǎo)照明技術(shù)，可以充分利用自然光，在應(yīng)急照明和供電斷電時(shí)候，提供疏散和應(yīng)急光源，保證疏散和重點(diǎn)區(qū)域的照明。（4）輻射健康。光導(dǎo)照明取自自然光，對(duì)人體健康有更好的作用。在自然光下，工作在地鐵中的工作人員身心更加愉悅。地鐵中使用的熒光燈，也含有大量的危害離子，光導(dǎo)系統(tǒng)也可以有效避免這一點(diǎn)。圖3為某車(chē)站站臺(tái)層的光導(dǎo)照明燈具布置平面圖。

盡管有如此多地優(yōu)勢(shì)，光導(dǎo)照明技術(shù)也有應(yīng)用上的劣勢(shì)。相比較于普通照明，光導(dǎo)照明系統(tǒng)受外界光照變化的影響更大，同時(shí)由于很多車(chē)站位于城市繁華的主干道上，設(shè)置采光器會(huì)影響地面人員和車(chē)輛的通行。光導(dǎo)系統(tǒng)需要預(yù)留孔洞，在照明設(shè)計(jì)當(dāng)中也需與綜合管線專(zhuān)業(yè)進(jìn)行對(duì)接協(xié)調(diào)，大大加大了設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。同時(shí)，光導(dǎo)照明受限于自然環(huán)境變化和夜晚的到來(lái)，穩(wěn)定程度不如普通照明。

4 總結(jié)

本文基于對(duì)傳統(tǒng)城市軌道動(dòng)力及照明設(shè)計(jì)技術(shù)方案的研究，分析了BIM、智能照明和光導(dǎo)技術(shù)等新技術(shù)在地鐵中的運(yùn)用可行性，分析了地鐵動(dòng)力照明設(shè)計(jì)未來(lái)的改進(jìn)方向，以期為提升地鐵動(dòng)力照明設(shè)計(jì)智能化水平提出新的思路。

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