轨道交通列车节能运行组织措施

余志强

（广州地铁集团有限公司运营事业总部，广东 广州 510000）

随着城市化的进展，轨道交通在满足人们出行需求的同时，也带来了诸多的城市问题，其中交通拥堵、环境污染、资源的消耗等问题已成为社会广泛关注的热点，为了减小城市化进程中出现的轨道交通问题及其带来的负面效应，社会倡导“公交优先”的理念，因此城市轨道交通因其自身安全、快速、便捷等优点深受人们的喜爱，近几年也得到了快速的发展。目前，我国也进入了城市轨道交通快速发展的阶段，虽然一定程度上缓解了城市地面交通的拥堵情况，但相应的城市轨道交通运输对于资源的消耗及环境的污染是制约其发展的主要因素，这也关系着企业的运营效益问题。结合当前我国提倡建设节约型社会的理念，分析城市轨道交通列车运营过程中影响节能措施的因素，并制定相应的组织措施，对于列车运行能耗的优化具有很大的现实意义。

1 研究轨道交通列车节能运行的意义

电力消耗是城市轨道交通节能中控制的主要因素，主要是通过减少电气设备的运行数量，提高其运行效率，采用新技术来代替电能等方式来实现。加强对轨道交通列车节能运行组织的研究不仅可以从根本上降低运输成本，在列车运行的高峰期和非高峰期，为轨道交通运输单位提供科学合理的运行依据，降低能耗。同时更有利于为居民提供良好的城市基础设施，为构建和谐稳定的社会环境打下良好的基础。

城市轨道交通运输系统由很多小系统组成，例如信号系统、车站系统、设备系统等，这些系统的运行主要是电能和水资源的消耗。本文主要分析轨道交通列车运行过程中的能耗及其影响因素。主要有以下几个方面：

（1）在进行城市轨道交通设计和建设过程节能特征方面具有一定的指导意义。轨道线路的设计，例如曲线的半径设计、坡道的设计等，不仅对于工程的整体造价，而且对于后期的运营阶段具有非常大的影响。轨道交通的线路设计不仅仅要考虑工程造价，节能环保也是考虑的重要因素，坡道的节能设计、曲线的半径选取等等也是非常重要的一环。

（2）城市轨道交通列车节能要素的研究对于轨道交通运输的组织工作具有重要的意义。主要是列车的停靠站、运行技术、满载率等方面对于城市轨道交通列车运行的能耗具有很大的影响。

2 城市轨道交通列车能耗的特点

国外众多学者对城市轨道交通列车的节能问题给予了广泛的关注，对于如何科学合理地配置城市轨道交通运输系统，进一步降低能源的消耗等方面做了大量的研究。据有关数据统计，列车运行过程中的能耗占主要部分，约占总能耗的62.4%，其运行过程中的能量流如图1 所示。

图1 列车运行过程的能量流

城市轨道交通运输系统由信号、通信、车辆等各种设备组成，是一个复杂性的工程。随着我国科学技术的不断发展，新技术、新设备在城市轨道交通运输系统中的应用，在能耗方面主要有以下特点：

2.1 电力的消耗

城市轨道交通运营主要是靠电力驱动，水资源在空调设备和生活中也有一定的消耗，同时燃油和燃气在列车维修中也存在一定的消耗，但电力的消耗占绝大部分。

2.2 能耗的高峰期较为明显

城市轨道交通常年不断运行，其每天能源的消耗集中在早上五点至晚上十二点。夏季运行时，空调的使用会消耗大量的能量，北方的冬季还有供暖系统，都会存在有大量的能耗。

2.3 设备的选型

根据不同地区的特点，其对城市轨道交通系统设计的理念、管理方式不同，会选用不同的电力设备。

3 运行组织模式对轨道交通系统能耗的分析

在轨道交通运行期内，不同的组织模式对后期的运行有着很大的影响，例如停站的方案、编组的方案、列车的速度等。组织模式不仅关系到轨道交通的服务水平，也对列车的能耗有着很大关系。科学合理地运行组织能降低能耗，提高资源的利用率。

3.1 基础设施中列车运行能耗的影响

城市轨道交通系统受人、车、线路等多种条件的影响，从列车的整体出发可知，列车的能耗不仅与列车的牵引制动、信号等移动设备技术的影响有关，还与轨道线路的设计方案、站间距等固定设备的技术有关，例如，列车电机的工作效率一般在0.75 左右。轨道交通列车产生的能耗主要是列车属性和线路条件两方面，如图2 所示。

图2 基础设施中影响列车运行能耗的因素

3.2 停站方案

停站间距和停站次数是影响列车运行能耗的两个主要方面。停站次数越多，表示站间距较小。列车在惰性运行的状态所消耗的能量小于牵引状态下所需要的能量，站间距较小时，需要多次的停车和启动，消耗大量的能量，造成资源的极大浪费。

3.3 满载率

列车的能耗与速度、列车质量、加速度等因素成正比。列车实际运行过程中的乘客人数与其定员的比称为满载率。主要是列车牵引总重的影响，列车的重量越大，启动和停车时需要消耗大量的启动力和制动力，运营过程中也会消耗大量的能量，造成列车能耗的增加。满载率对于城市轨道交通的服务水平、满意度等方面有很大影响，在实际生活中，我们应采取科学合理的管控方式组织客流。

3.4 编组方案

城市轨道交通列车的车辆数和车种构成了列车的编组，列车车辆种类和数量根据实际情况而不同，一般情况下，列车的编组在1 至8 节之间。列车的编组主要影响列车启动的牵引力，列车编组数量越多，其重量也越大，启动时需消耗大量的能量。

3.5 城市轨道交通列车的行驶速度

城市轨道交通列车的行驶速度可以通过提高手柄位和延长惰性工况时间两种方式来进行。列车的行驶会涉及到停靠站的时间，而时间主要由列车司机根据实际情况而定，一般停站时间对于列车的能耗较小，列车的速度越大，其在两区间内运行的时间越少，列车所消耗的能量也越大。

4 轨道交通列车节能运行组织措施

4.1 组织大小交路行车

一般在列车接近终点时，其客流量较小，针对这些客流量分布差异性较大的情况，我们可设置2 至3 个交路，提高其满载率，实现节能运行。

4.2 部分列车空载行驶

客流量的整体分布呈现不均衡状态，例如早上上班期间，城市中心区涌入的客流量较大，而下午下班期间其涌出的客流量较多。客流量较少的地段可使列车不停车，从而降低列车牵引和启动过程的能耗。

4.3 合理布置行车组织

针对城市交通高峰期、特殊时期等制定科学的行车组织方案。针对不同的地段、运营阶段，通过合理的布置行车组织，提高列车的满载率，降低行车运行成本与能耗。在确定线路的运行规模后，制定合理的运营组织，达到降低能耗的目的。

4.4 优化进出站的措施

在满足乘客上下车、人工作业等条件下，应进一步压缩停站时间，可降低车内外的热量交换，减小列车空调的能耗。

4.5 轨道交通运行线路

在轨道交通线路设计阶段，考虑列车行驶过程中因曲线阻力而消耗的能量，曲率越大耗能越多，因此我们在轨道线路设计时，尽可能地优化线路的曲线半径。通过设置科学合理的进出站坡度，充分利用动能与势能之间的转换关系，尽快达到列车的命令速度，进一步降低能量的消耗。

4.6 通风空调系统的节能

根据当地的气候条件和通风空调系统技术方案的对比，在通风系统设计时，充分考虑采用自然通风的方式。列车运行初期或非高峰时段，系统负荷远没有达到轨道列车运行的设计水平，即系统的运行负荷是个变数，随着列车的客流量、列车对数等情况的变化而变化，一般列车的风机变频按照高峰期小时的运行情况而制定。

轨道交通内部人流量大、机械设备多等特点，导致其内部发热量大，因此，在非空调使用季节，通风设计可利用室内外的温差进行温度的调节，降低空调的耗能。同时，可根据轨道交通内部环境的变化，采用智能化、自动化的措施控制车站内的风机、空调等设备的运行，降低不必要的能耗。

5 建立健全的节能管理机制

目前，轨道交通列车因其安全性高、便捷、快速等特点已成为人们出行的首选交通方式，未来也会成为城市交通发展的主要方向，但在城市轨道交通系统内，缺乏相应的节能管理机制，很大程度上造成资源的浪费，也给日常的节能管理工作带来一定的影响。因此，为了进一步做好节能运行组织管理，我们应从以下几方面入手：

（1）开发新设备

轨道交通列车在运行过程中存在能耗大、资源利用率低的特点，企业应投入大量的人力、物力来支撑节能科研项目的实施开展，通过开发新技术、新设备、新思路在城市轨道交通列车上的应用，来提高节能技术。

（2）制定并完善节能技术规范

实际工作过程中缺乏相应的节能技术规范，由于我国各区域的地质概况、气候条件等各方面因素的差异化，目前还没有一个科学合理的技术规范供参考，只能根据当地的实际情况和工程经验而定。因此，在制定节能技术规范的过程中，要充分考虑到不同区域的适用条件。

（3）提高列车设备节能标准

城市轨道交通列车节能标准通常采用建筑设备的标准，目前还没有专门的节能标准。城市轨道交通在日常生活中作为服务产品，用处广，影响范围大，未来将成为人们主要的出行方式，因此其相应的标准也应更加严格。

（4）加强节能监督管理工作

加强节能监督管理工作是开展工作的前提条件，通过加强节能监督管理工作来进一步加强轨道交通列车节能运行的组织管理。为了加强节能环保的理念，首先，建立并不断完善轨道交通列车的节能措施和技术规范；其次，建立岗位责任制，制定责任目标，对阶段的工作进行详细说明。

（5）人才的培养

人才是企业发展的重要因素，企业要做好人才的培养和引进工作。轨道交通列车运行系统复杂，涉及内容较多，而节能领域缺乏一定的技术人才支撑。因此要加强校企合作，加大培养人才的力度。

6 结束语

综上所述，如今能源资源稀缺、环境保护日益受到人们的关注，节能减排也一直是社会所倡导的理念，尤其是近年来国内轨道交通的快速发展，其能耗问题日益严重，因此本文从实际出发，从轨道交通列车能耗的特点，运行组织模式对轨道交通系统能耗的影响，提出了轨道交通列车节能运行组织措施，为我国轨道交通行业的可持续发展提供一定的理论基础。