軌道交通環(huán)境設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)及實(shí)踐

彭飛

摘要： 軌道交通環(huán)境設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）的節(jié)能設(shè)計(jì)及實(shí)踐對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)方面：合理設(shè)置控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源消耗的精確控制；定期維護(hù)設(shè)備可以確保設(shè)備運(yùn)行效率；加強(qiáng)監(jiān)督機(jī)制和激勵(lì)措施則可以推動(dòng)系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化。通過(guò)這些措施，可以有效減少能源消耗、提高設(shè)備效率，減輕對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)提升乘客的乘坐體驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

關(guān)鍵詞： 軌道交通 環(huán)境設(shè)備 監(jiān)控系統(tǒng) 節(jié)能設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)： U491.54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2023）24-0161-04

軌道交通環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）的節(jié)能設(shè)計(jì)及實(shí)踐對(duì)于現(xiàn)代城市的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。首先，節(jié)能設(shè)計(jì)可以有效減少能源消耗，降低碳排放和環(huán)境污染。通過(guò)合理設(shè)置照明、空調(diào)、通風(fēng)等設(shè)備的控制系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整能源的使用情況，避免能源的浪費(fèi)［1］。其次，節(jié)能設(shè)計(jì)可以提高設(shè)備的效率和使用壽命。合理的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備運(yùn)行中的問(wèn)題，減少能源的損耗和設(shè)備的維護(hù)成本。最后，節(jié)能設(shè)計(jì)可以提升運(yùn)營(yíng)效率和乘客的舒適度。通過(guò)合理設(shè)置設(shè)備的控制參數(shù)和時(shí)序，可以降低設(shè)備的能耗、噪音和振動(dòng)，提升乘客乘坐的舒適度，并減少各種不必要的干擾和故障。在實(shí)踐中，需要充分考慮軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用要求，結(jié)合科技的進(jìn)步和最佳實(shí)踐，制訂合理的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。同時(shí)，需要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的維護(hù)和管理，定期檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和性能，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。并且，建議加強(qiáng)監(jiān)督機(jī)制，鼓勵(lì)并激勵(lì)相關(guān)單位和個(gè)人在節(jié)能設(shè)計(jì)和實(shí)踐方面做出積極的貢獻(xiàn)，共同推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

1 BAS 節(jié)能設(shè)計(jì)基本原則

1.1 數(shù)據(jù)采集與分析

數(shù)據(jù)采集主要包括能耗數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)、環(huán)境條件等相關(guān)信息。BAS 應(yīng)具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的能力，進(jìn)而可以通過(guò)傳感器、儀表和數(shù)據(jù)采集設(shè)備等方式監(jiān)測(cè)和記錄軌道交通系統(tǒng)中各種設(shè)備以及系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析可以采用統(tǒng)計(jì)分析、趨勢(shì)分析、數(shù)據(jù)挖掘等方法，幫助識(shí)別能耗的瓶頸和優(yōu)化空間［2］。通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)能耗的模式、趨勢(shì)、異常情況以及設(shè)備或系統(tǒng)的能效性能。數(shù)據(jù)可視化是指將數(shù)據(jù)以圖表、圖像或報(bào)表等方式進(jìn)行可視化展示。通過(guò)數(shù)據(jù)可視化，可以更直觀地對(duì)能耗變化以及設(shè)備運(yùn)行等情況進(jìn)行觀察，進(jìn)而可以幫助運(yùn)營(yíng)人員和管理者更快地掌握能耗情況并做出相應(yīng)決策。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與整合指將能耗數(shù)據(jù)與其他相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)和整合，例如：將電能數(shù)據(jù)與車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)、客流量數(shù)據(jù)等進(jìn)行關(guān)聯(lián)，進(jìn)而可以揭示能耗與其他因素之間的關(guān)系，并為制訂全面的節(jié)能策略提供支持。BAS 系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制如圖1所示。

1.2 設(shè)備控制與調(diào)度

1.2.1 設(shè)備控制方面

可以采取以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。（1）自動(dòng)化控制。通過(guò)引入自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備的智能化管理和控制［3］，如利用溫度、濕度、照明等傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)、照明等設(shè)備的智能控制，并根據(jù)實(shí)時(shí)變化的環(huán)境條件調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。（2）高效設(shè)備選擇。在設(shè)計(jì)和選擇設(shè)備時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇能效高的設(shè)備，如選擇能耗較低的照明設(shè)備、節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)等。此外，還可采用節(jié)能變頻技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的頻率調(diào)整，進(jìn)而減少能耗。

1.2.2 調(diào)度方面

可以考慮以下原則來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。（1）合理調(diào)度。根據(jù)運(yùn)行實(shí)際情況和需求，合理安排設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行模式，如根據(jù)客流量和時(shí)間段的變化，調(diào)整電梯的運(yùn)行模式；根據(jù)車(chē)站的負(fù)荷情況，調(diào)整軌道交通列車(chē)的發(fā)車(chē)間隔和運(yùn)行速度等。（2）統(tǒng)一管理。通過(guò)引入統(tǒng)一的監(jiān)控和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的集中控制和管理，如通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析設(shè)備的使用情況，及時(shí)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)而最大限度地節(jié)約能源消耗。

1.3 設(shè)備優(yōu)化與改進(jìn)

1.3.1 能效評(píng)估

通過(guò)能源審計(jì)或性能測(cè)試來(lái)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行能效評(píng)估，以便了解設(shè)備的能耗情況和潛在的節(jié)能空間。根據(jù)評(píng)估結(jié)果來(lái)確定需要改進(jìn)的設(shè)備，進(jìn)而為節(jié)能措施提供依據(jù)。

1.3.2 設(shè)備更新與升級(jí)

對(duì)老舊設(shè)備進(jìn)行更新與升級(jí)，以提高設(shè)備的能效性能［4］。例如：更換能效更高的電機(jī)、采用先進(jìn)的傳感器和智能控制設(shè)備，進(jìn)而可以顯著降低能耗；應(yīng)用節(jié)能設(shè)備，引入新型的節(jié)能設(shè)備，如高效的照明系統(tǒng)、節(jié)能型空調(diào)設(shè)備等。這些設(shè)備在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中注重能源利用率，能夠更好地滿(mǎn)足節(jié)能要求。

1.3.3 設(shè)備運(yùn)維管理

加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)維管理工作，定期檢查設(shè)備的工作狀態(tài)并進(jìn)行清潔與維護(hù)，以確保其穩(wěn)定工作，進(jìn)而減少能源浪費(fèi)。

1.3.4 增量改進(jìn)措施

在設(shè)備的使用過(guò)程中，通過(guò)增量改進(jìn)措施，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備的能效。例如：改進(jìn)設(shè)備的控制策略、優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)等。

1.4 故障檢測(cè)與維護(hù)

1.4.1 定期檢查與維護(hù)

建立定期的設(shè)備檢查和維護(hù)計(jì)劃，及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查、清潔和維護(hù)。通過(guò)檢查，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的潛在問(wèn)題，并及時(shí)采取措施加以修復(fù)。這樣可以減少因設(shè)備故障引起的能源浪費(fèi)，并保障設(shè)備的正常運(yùn)行。

1.4.2 故障診斷與快速響應(yīng)

建立故障診斷和快速響應(yīng)機(jī)制，及時(shí)對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行診斷和處理。通過(guò)設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即進(jìn)行故障診斷，并采取相應(yīng)的維修措施，以避免能源的不必要浪費(fèi)。

1.4.3 預(yù)防性維護(hù)

采取預(yù)防性維護(hù)的措施，提前對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修和更換。通過(guò)定期更換易損件和關(guān)鍵部件，可以有效降低設(shè)備故障率，以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，進(jìn)而提高設(shè)備的性能和能效。

1.4.4 故障數(shù)據(jù)分析

對(duì)設(shè)備故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，了解設(shè)備故障的類(lèi)型、頻率和原因。通過(guò)分析得出故障的規(guī)律和趨勢(shì)，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施，以提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，減少能源浪費(fèi)。

2 BAS 節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用

2.1 交通環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控

對(duì)于軌道交通環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS），冗余PLC 配置是一種常見(jiàn)的做法，可用于提高系統(tǒng)的可靠性和故障切換能力（見(jiàn)表1）。首先，在冗余PLC 配置中，通常會(huì)設(shè)置主PLC 和備用PLC。主PLC 負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制軌道交通系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備和環(huán)境參數(shù)，備用PLC 則處于待命狀態(tài)，主PLC 和備用PLC 之間通過(guò)專(zhuān)用的通信鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，以確保數(shù)據(jù)的一致性。其次，主PLC 和備用PLC 還通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)交換來(lái)保持一致性，所以當(dāng)主PLC 發(fā)生故障或失去響應(yīng)時(shí)，備用PLC 會(huì)檢測(cè)到該情況，并自動(dòng)接管系統(tǒng)的控制任務(wù)。這種自動(dòng)切換可以在最短的時(shí)間內(nèi)完成，以減少系統(tǒng)的停運(yùn)時(shí)間，進(jìn)而確保軌道交通系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。這對(duì)于軌道交通系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤為重要，因?yàn)樗婕按罅康某丝秃托熊?chē)的安全問(wèn)題。需要注意的是，冗余PLC 配置需要額外的PLC 設(shè)備和相應(yīng)的通信和控制系統(tǒng)，這會(huì)增加系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。因此，在實(shí)施冗余PLC 配置時(shí)，需要權(quán)衡系統(tǒng)的可靠性要求和成本效益，并根據(jù)具體情況制訂合理的配置方案。

2.2 照明控制和節(jié)能照明方案

照明控制是指通過(guò)使用傳感器、調(diào)光裝置、定時(shí)器等設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通環(huán)境中的照明設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制。通過(guò)照明控制系統(tǒng)，可以根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)照明設(shè)備的亮度和開(kāi)關(guān)狀態(tài)，例如：根據(jù)光線強(qiáng)度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)照明設(shè)備的亮度，或者根據(jù)不同時(shí)間段的使用需求開(kāi)關(guān)燈光［5］。這樣可以避免不必要的照明能耗，提高照明效果，達(dá)到節(jié)能的目的。其次，節(jié)能照明方案是指通過(guò)應(yīng)用節(jié)能燈具和照明設(shè)備，以及合理的燈具布局和照明控制策略，來(lái)降低照明能耗。節(jié)能燈具包括LED 燈、熒光燈等，相比傳統(tǒng)白熾燈具，它們具有更高的能效和使用壽命。此外，合理的燈具布局和照明控制策略也可以在保證照明需求的前提下，最大限度地減少能耗。例如：合理設(shè)置照明區(qū)域，避免過(guò)度的照明強(qiáng)度和重疊照明區(qū)域；根據(jù)不同空間的使用需求設(shè)置不同的照明亮度和開(kāi)關(guān)時(shí)間等。

2.3 空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

在軌道交通系統(tǒng)中，由于人員的高度流動(dòng)性和車(chē)廂內(nèi)外溫差大等因素，空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)的能耗占據(jù)了相當(dāng)大的比例。因此，通過(guò)優(yōu)化和控制系統(tǒng)，可以有效降低能耗，提高節(jié)能效果（見(jiàn)表2）。首先，可以利用BAS 對(duì)空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制室內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳濃度等參數(shù)［6］。根據(jù)不同時(shí)間段和不同區(qū)域的需求，通過(guò)調(diào)整空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行模式以及設(shè)定溫度等參數(shù)，來(lái)達(dá)到更為合理和節(jié)能的運(yùn)行效果。其次，可以通過(guò)引入新的節(jié)能設(shè)備和技術(shù)來(lái)改善空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)。例如：采用高效節(jié)能的空調(diào)設(shè)備和通風(fēng)機(jī)組，使用智能傳感器和自動(dòng)控制設(shè)備，優(yōu)化空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行策略，以減少能耗。同時(shí)，還可以通過(guò)改善建筑外墻、屋面、窗戶(hù)等部位的隔熱性能，減少室外熱傳導(dǎo)和室內(nèi)能量損失，降低空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)的負(fù)荷，進(jìn)一步節(jié)能。最后，通過(guò)對(duì)空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)設(shè)備故障，以保持系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)。

2.4 能耗監(jiān)測(cè)和報(bào)告

能耗監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)BAS 對(duì)軌道交通系統(tǒng)中各個(gè)部分的能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。具體來(lái)說(shuō)，BAS 可以對(duì)電力消耗、照明能耗、空調(diào)能耗、通風(fēng)能耗等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。通過(guò)監(jiān)測(cè)能耗數(shù)據(jù)，可以了解系統(tǒng)的能耗特征和趨勢(shì)，為節(jié)能設(shè)計(jì)提供依據(jù)。同時(shí)，能耗報(bào)告是根據(jù)監(jiān)測(cè)到的能耗數(shù)據(jù)，通過(guò)BAS 生成的可視化報(bào)告［7］。能耗報(bào)告可以以圖表、表格等形式展示能耗數(shù)據(jù)，包括電力消耗、能耗波動(dòng)、能耗變化等相關(guān)信息。這些報(bào)告可以幫助管理人員了解能耗情況，識(shí)別能耗高峰和低谷，從而進(jìn)一步進(jìn)行能耗分析和優(yōu)化決策。通過(guò)能耗監(jiān)測(cè)和報(bào)告，BAS 系統(tǒng)可以幫助管理人員定位能耗高的區(qū)域或設(shè)備，發(fā)現(xiàn)能耗異常和問(wèn)題，及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。同時(shí)，能耗報(bào)告也為制訂節(jié)能策略和監(jiān)測(cè)節(jié)能效果提供了依據(jù)。

2.5 智能故障檢測(cè)和維護(hù)

智能故障檢測(cè)和維護(hù)是指利用BAS 系統(tǒng)的智能算法和傳感器技術(shù)，對(duì)軌道交通系統(tǒng)中的設(shè)備和設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障檢測(cè)，并提供相應(yīng)的維護(hù)和修復(fù)建議。

首先，通過(guò)BAS 系統(tǒng)的傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和性能數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用于分析設(shè)備的工作情況，識(shí)別潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)［8］。通過(guò)比對(duì)設(shè)備的實(shí)際工作數(shù)據(jù)和設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，BAS 可以自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備是否存在異常、故障或不良運(yùn)行狀態(tài)。一旦檢測(cè)到設(shè)備故障或異常，系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)，并提供詳細(xì)的故障診斷信息。其次，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的故障和異常，BAS 系統(tǒng)還能提供相應(yīng)的維護(hù)建議和修復(fù)方案。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以進(jìn)行故障診斷和預(yù)測(cè)，分析故障原因，并給出修復(fù)措施。系統(tǒng)還可以根據(jù)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的歷史記錄和模型，提供最佳維護(hù)周期和維護(hù)策略，幫助管理人員做出維修計(jì)劃和預(yù)防措施。通過(guò)智能故障檢測(cè)和維護(hù)，BAS 系統(tǒng)可以幫助管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備故障，避免由于故障引起的能耗浪費(fèi)或其他不利影響。并且，通過(guò)提供維護(hù)建議和修復(fù)方案，系統(tǒng)可以降低維護(hù)成本和維修時(shí)間，提高設(shè)備的可靠性和持續(xù)運(yùn)行能力。

3 結(jié)語(yǔ)

軌道交通環(huán)境設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)及實(shí)踐旨在實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。通過(guò)合理設(shè)置控制系統(tǒng)，有效監(jiān)測(cè)和管理環(huán)境設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可以降低能源消耗，提高設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性。同時(shí)，定期維護(hù)設(shè)備、更新設(shè)備技術(shù)以及合理應(yīng)用先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)，可以進(jìn)一步提升節(jié)能效果。除此之外，加強(qiáng)監(jiān)督機(jī)制和激勵(lì)措施，推動(dòng)各利益相關(guān)方積極參與節(jié)能實(shí)踐也是非常重要的。綜上所述，軌道交通環(huán)境設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)及實(shí)踐需要綜合考慮設(shè)備運(yùn)行的具體特點(diǎn)和需求，通過(guò)多方面的協(xié)同努力，最大限度地減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫小通，劉瓊?cè)? 城市軌道交通智能環(huán)控設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能控制策略研究[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2022，12（36）：97-100.

[2] 楊艷艷，劉晴. 大石河?xùn)|實(shí)驗(yàn)室綜合監(jiān)控測(cè)試應(yīng)用研究[J]. 鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2021，18（9）：60-64.

[3] 劉孟棟. 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全分析[J]. 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2023（7）：125-126.

[4] 范建華. 軌道交通綜合監(jiān)控平臺(tái)自主化替代技術(shù)的研究[J]. 山西電子技術(shù)，2023（3）：75-76.

[5] 徐榮煊. 城市軌道交通機(jī)電工程建設(shè)施工的主要難點(diǎn)與對(duì)策[J]. 建筑科技，2020，4（1）：16-18.

[6] 楊燕娟. 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)[J]. 技術(shù)與市場(chǎng)，2019，26（6）：186.

[7] 馬仲梅. 蘭州軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)改進(jìn)方案[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2019.

[8] 蓋秉誠(chéng). 南寧軌道交通2 號(hào)線聯(lián)調(diào)聯(lián)試項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程管理優(yōu)化研究[D]. 南寧：廣西大學(xué)，2022.