城轨交通车站环境安全策略研究*

张振海 田小芳 蒋建炜 李涵骁 蒋哲人

1.北京市地铁运营有限公司地铁运营技术研发中心 2.北京市地铁运营有限公司3.北京城建设计发展集团股份有限公司 4.同方节能工程技术有限公司

1 研究内容和方法

本文首先构建了轨道交通绿色站点内涵体系；其次对绿色站点的现状进行了研究与分析；再次探讨了轨道交通站点重点的能源、资源节约技术；最后以北京地铁8号线为主，在全路网多个站点，对包括通风空调能源管理与在线诊断技术、中央空调全自动清洗技术在内的多项技术进行了示范应用，如下图。

2 主要研究成果

2.1 轨道交通绿色站点理念及内容

轨道交通绿色站点就是在规划、设计、施工、运营等阶段要考虑绿色技术，在环境保护、节能降耗、生态平衡、人文景观、安全舒适等问题上达到人与自然和谐、具有良好的可持续发展的轨道交通站点。

图 城轨交通车站环境安全策略研究路线

轨道交通绿色站点以节能降耗、环境保护为价值尺度，运用各种技术手段，在确保安全、快捷、高效的条件下，减小能源消耗以及对环境的负面影响，同时有良好的经济效果和可持续发展能力。主要考虑在城市轨道交通全寿命周期内，最大限度地节约资源，实现高效、安全地运载乘客的同时，减少对环境的污染，为乘客提供舒适、健康、便捷的乘车体验。

轨道交通绿色站点内涵体系包括：能源资源节约策略与措施，环境治理策略与措施。能源资源节约策略与措施从节地、节电、节水方面，通过采取相关技术及设备措施，实现节能；环境治理策略与措施从空气质量检测、通风模式优化等方面，通过采取相关技术及设备措施，使站点环境友好，提升舒适度。

2.2 轨道交通站点照明系统能耗

根据《城市轨道交通照明》（GBT 16275-2008）要求，当被测房间或场所实测照度值满足照度标准时，其照明功率密度实测值（LPDc）站台和出入口不应大于9.0、站厅不应大于10.0。而目前车站的照明模式多分为全开和节能两种模式，以森林公园南门站为例，实测的功率密度，见表1。

表1 不同照明模式下实测的森林公园南门站各区域照明密度

针对照明系统的能耗，本项目重点比较了LED灯（15号线）与荧光灯（5号线）2015～2016年的能耗情况，从中发现：在满足设计照度的情况下，合理分配照明适度，切换照明模式可有效的降低功率密度，同时节约能源；经过照明节能改造、灯具以LED节能灯为主的车站，其照明系统的折算功率密度比没有经过节能改造、灯具以传统日光灯为主的车站的照明系统折算功率密度要低很多，即经过LED节能灯具改造的车站照明系统能源利用效率更高。

此外本研究还对8号线各站照明系统模式表按照运营节能要求进行了修改，主要为BAS系统PLC程序修改和ISCS工作站模式对照表的修改，修改完成后运营人员可随意对全站照明回路各个照明模块的开启/关闭情况进行组合，从而达到节能的目的。

2.3 轨道交通站点电扶梯系统能耗

本研究在车站内电扶梯系统全年耗能趋势分析的基础上，以每天的运营时间为一个计量周期，对早高峰、平峰以及晚高峰三个时间段内不同驱动和提升高度的上、下行扶梯分别进行对比分析，发现电扶梯的能耗与实际客运量有直接的正比关系，而与运行方向（上、下行）关系不大。

2.4 通风空调系统能耗

通风空调系统的节能重点在于结合地铁车站热环境的特点对设备进行精细化的控制和运行。在地铁车站热环境的研究方面，已有相关研究对其进行了论述：朱培根、朱颖心等提出了水力网络流动不稳定过程的算法，以及分析长期不稳定传热的特征值法，在此基础上开发了地铁热环境模拟分析软件STESS[1]。对于活塞风对站台的影响，李先庭用CFD方法（计算流体力学）进行了数值模拟[2]，李晓锋则用示踪气体实验方法进行实际测试[3-4]，江泳等学者研究了车站通风空调系统的运行策略[5]。上述研究为通风空调系统节能奠定了良好基础。然而，随着地铁建设飞速发展，出现了新的站台形式（全屏蔽、半屏蔽），空调需求发生了改变，既有研究成果已经不能适应当前通风空调系统节能运行的需求，在车站冷负荷构成、空调系统动态模拟、高鲁棒性控制策略等方向上亟待研究，并需要在此基础上提出能够适应车站现状的通风空调系统节能运行策略。

本研究采集了2015和2016年北京地铁1号线、2号线和10号线通风空调系统平均单位面积年耗电量，发现采用空调制式比机械通风制式的要节能，见表2。

表2 不同制式的通风空调能耗比较

为了实现对车站通风空调系统的精细化能源管理，项目组开发了通风空调能源管理与在线诊断系统，在森林公园南门站搭建了能源管理与在线诊断系统的自控体系的硬件架构，充分利用了该站通风空调节能控制系统的硬件设备，并对其进行了系统升级改造，同时完善了传感器采集范围。从而可以采集到更加全面的数据，便于系统进行在线诊断，保证数据传输有效、准确，控制更加精细化。现场运维人员对影响能耗的问题进行了针对性的处理，之后系统的能效水平得到了明显提升。

2.5 空调系统节水研究

本研究首先收集了2016年北京地铁除4号线和14号线以外其它线路的水资源消耗数据，发现统计范围内约80%的车站用水量高于175L/（万人次·d），约20%的车站超过了419L/（万人次·d），平均车站每万人次每日用水量252.50L/（万人次·d）。约80%的车站用水量高于11.3m3/（站·d），约20%的车站超过了29.5m3/（站·d），平均车站每日用水量21.11m3/（站·d）。车站的水资源消耗多集中在夏天空调季，其中的主要原因是通风空调系统用水所致，而卫生间用水在各个季节变化不是很明显。

由于每座地下车站均设置了中央空调系统，中央空调系统采取的是循环冷却水降温方式，中央空调水系统在运行时需要做水质处理、定时排污、监测水样等工作，循环水系统水质管理的好坏对制冷设备的工作状态、效率影响较大，与空调系统能耗、水耗相关性极大，为提高水质处理管理的水平，寻求适用于地铁现状的水质处理方式，本研究以北京地铁三条线路的10座车站为点，于2017年空调季对八种水处理技术（旁流过滤+在线吸垢析、旁流过滤+HT交变电场、旁流过滤+BTS自动胶球清洗机、旁流过滤+电解全效综合处理、旁流过滤+电化学析垢装置、旁流过滤+电子除垢系统、旁流电解析垢器、荧踪迅彩智控水处理装置）集中进行了试验。

我们对处理前后水质水样的电导率数据、氯离子含量、总硬度、总碱度和总磷等做了对比分析。结合采集的10座车站处理前后冷凝器同部位铜管内壁照片，发现：适用于轨道交通地下车站空调循环水系统处理的方案应是一套组合方案：旁流过滤+电解法水处理+胶球清洗装置组合应用较为理想；传统的旁流过滤+加药控制方案应为最稳定的方案，该方案应增加胶球清洗装置，同时应采用指示剂标定控制水系统药剂浓度，以获得最优的水质处理、腐蚀控制、菌澡控制效果。

2.6 车站室内空气质量测试

本研究根据北京地铁的站点特征、站点类型、线路的服役时长等因素，综合了季节、气候和天气状况等条件，选取了换乘站鼓楼大街和南锣鼓巷、普通站森林公园南门、半地上换乘站霍营等四座车站，测量了PM10、PM2.5、NO2等污染物含量，分析了车站室内空气质量与车站室外天气状况、屏蔽门的有无和客流量大小之间的关系。

通过车站室内空气质量的监测，发现：轨道站点内部空气质量以轻度污染及以上为主；轨道站点内部空气质量受到外部空气质量、屏蔽门高度、客流、通风模式等影响；轨道站点内部自生污染以PM10为主，内循环有利于将外界的污染物隔离在外，但是不利于自生的污染物的扩散；全封闭式屏蔽门有利于将轨道站点自生的污染控制在内；颗粒物浓度与客流量呈良好的正相关性。

3 结论

本研究通过文献资料和现场咨询调研，梳理了轨道交通行业节能技术应用、能源和资源管理现状，

在总结政策、规章制度及相关标准的基础上，形成了轨道交通绿色站点内涵体系。分析了轨道交通站点现有节能技术节能效果，评估了既有设备及运行策略能效水平，研究了节能新技术、节能信息化管理措施，形成了轨道交通站点节能技术改善策略方案，开展了关键节能技术试点应用及效果研究，并进行了轨道交通站点内环境空气质量水平分析。特别是在机电设备方面，本研究以北京地铁机电系统为研究对象，重点研究地铁车站的节能解决方案，包括通风空调系统、照明系统等，研究如何通过节能改造和自控优化实现地铁车站的节能减排。本研究既包含对既有节能技术的调研、对比、分析和综合，也包括新技术的研发和试用，在保证车站功能需求的前提下，大幅降低车站运行能耗，对实现城市轨道交通系统的节能减排具有重要作用。