地鐵動力照明智能化設計關鍵技術研究

秦志遠

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

地鐵動力照明（簡稱動照）設計即低壓配電系統設計，主要服務于地鐵各類機電設備。從通風空調專業的排風機、軸流風機、送風機到給排水專業的各類水泵，一直到車輛段各類大型機械，都需動力照明專業進行配電設計。動照設計范圍涵蓋從變電所低壓側一直到各機電設備的配電箱[1]。因此，地鐵動力照明設計智能化的提升，對于地鐵的整體設計水平提升，至關重要。

城市軌道交通動力照明設計的智能化提升，主要體現在：利用新技術提升設計質量和提高動照專業與各專業的協同效率；服務于地鐵體智慧化水平提升和能源節約；促進“智慧地鐵，綠色地鐵”理念付諸實踐。城市軌道交通動力照明設計的智能化提升，不但可以提高設計的效率和出圖的速度，更好地服務于施工和后期維護保養，也提升了地鐵的整體智慧化水平。

1 利用BIM技術提升地鐵動力設計效率

BIM數據在地鐵整體設計中的應用，極大地提高了地鐵各類數據的可視化程度，提高了地鐵設計、建設和運營階段各項工作效率，廣泛應用于多專業設計協同、圖紙審核、方案模擬、場地現狀模擬、材料統計、面積統計、方案交底、運營培訓、管線綜合（包含碰撞檢查）、施工進度管理等過程。應用到實際運營管理工作中，運營管理人員可以利用各類BIM終端完成現場的質量、安全管理。例如運營公司巡檢人員在現場巡查過程中可及時上傳質量、安全問題；技術人員在接到相關問題提醒后，及時進行整改；通過數據共享和集中分析，實現地鐵運行問題跟蹤管理，隱患排查實時具體，落實整改迅速及時。數據可視化水平的提高，為實時監控地鐵運行數據提供了絕佳的條件。地鐵運行管理決策者通過移動終端、大屏幕及PC桌面等多種終端能夠隨時、隨地、及時、便捷地掌握地鐵運行各項信息，在發生自然災害（例如地下水倒灌）、群體性事件（例如人流激增）、突發事件（例如配合公安機關抓捕和傷員急救）時，可以動態地調整地鐵車輛，配合城市運行管理中心地指揮。BIM技術在地鐵系統的應用還遠不止于此，BIM技術應用到地鐵動力照明設計中，有以下兩點重要的作用。

1.1 動照管線設計過程優化

地鐵系統內變電所走線、通信信號管線、動力照明走線等錯綜復雜，僅僅通過管線綜合專業來進行基于二維平臺的統籌設計，會時常發生管線設計錯誤。例如停車場室外的埋管設計中，主要由綜合管線專業來負責出圖，其他專業（例如低壓配電，變電專業，信號專業）來提資，然后由綜合管線專業來進行配合校對。這種模式，不同專業間有設計壁壘，綜合管線專業設計人員不一定對所有專業了解，會時常發生埋管沖突的問題，同時也很容易出現設計遺漏，經常到了施工現場才發現問題，嚴重影響施工進度。

基于BIM的管線設計，很好地解決了這個問題。首先是在管線碰撞測試階段，利用結構與機電、各專業的碰撞測試，生成碰撞報告，各個專業可以根據這個碰撞報告推進設計配合[2]。具體到動力照明專業，可以根據碰撞報告來深化動力照明的設計。動力照明專業根據各個專業提資，設計配電線纜，根據線纜規格和環境類型設定線纜敷設的方式和套管形式，以及基本的走線格局，再利用BIM協同工作，在設計階段就解決管線設計配合問題。同時在地鐵動力照明專業的設計過程中，也可以利用BIM技術更有效地共用其他專業預埋的管溝，避免浪費。

1.2 利用BIM解決各專業對動力照明專業提資變化

動力照明專業作為地鐵設計的下游專業，其他專業（建筑，通風空調、給排水，通信，消防監控系統，扶梯，屏蔽門，綜合監控等等）的提資變化會直接引起動力照明專業的設計變更。動力照明專業處于這種串行設計的末端環節，其他專業的任何變化，都會影響動力照明專業的出圖時間。例如其他專業設計變動卻忘記更新對動力照明專業提資或者提資不及時，動力照明專業設計人員就要加班加點，而有時建筑底圖的變化，則會讓動力照明整個設計接近作廢。基于BIM技術的并行協作機制，可有效地避免這一問題：各個專業在建筑設計的統一模型上進行設計[3]，變動過程會實時地通知到動力照明專業，多個專業之間可以進行交叉合作和并行設計，極大可能地避免設計返工和設計遺漏，減少施工變更，節約成本。基于統一的建筑底圖，某車站的機電各專業利用BIM進行管線設計的出圖見圖1。

圖1 地鐵站機電各專業管線設計BIM圖

2 照明設計中綜合運用智能照明技術

地鐵的照明系統設計屬于動力照明專業的設計范圍。當前照明技術日趨成熟，各類燈具（熒光燈，吸頂燈，工礦金鹵燈，LED燈）等都在地鐵照明系統設計中得到廣泛應用。基于綠色節能理念的智能照明技術已成為新的研究方向，業已在國內地鐵設計中得到初步應用，新建設的地鐵也多在推廣智能照明技術。

智能照明系統目前廣泛應用于地鐵照明設計中，主要實現綠色節能設計目標。智能照明系統包括位于控制室的控制主機、總線電源、USB接口，以及位于配電箱內的開關控制模塊，配合就地控制面板和照度傳感器形成整體架構。每一個照明配電回路都有一個地址，通過總線將所有部件連接而組成一個控制網絡[4]，以實現對地鐵照明系統的智能化管理及自動控制[5]。智能照明應用于地鐵場段照明設計的結構拓撲圖如圖2所示。

圖2 智能照明結構拓撲圖

圖3 車站站臺層光導照明燈具布置平面圖

在地鐵復雜的場景下，智能照明設計可更加準確地控制燈光開閉和通光量情況，更利于節約能源。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，造成區域內照度的不一致性，可通過智能照明系統的控制，實現照度的統一[6]。同時可結合環境光的變化，自動調節高架站和場段露天單體的照明情況，實現低能耗照明，節約能源。

3 應用光導照明技術豐富照明設計手段

光導照明也叫作自然光照，是無電照明的一種，就是將室外自然光導入到室內，對室內提供照明的新技術。室外的光線透過采光器進入光導系統的內部，然后經過光導管傳輸到管道底部（可延伸到地鐵的站廳層和站臺層），再由高透光、高擴散的漫射器將自然光均勻照射到室內需要光的地方[7]。

光導照明應用于地鐵照明主要有如下優勢。（1）節約能源。由于光導照明的能量來源于自然光，所以顯而易見可以節約電能。（2）減少污染。直接采用自然光，自然不需要耗費電能，由于中國主要的發電手段還是火力發電，采用光導照明手段，可以有效地減少化石燃料地損耗，減少污染氣體地排放。（3）極端情況下保證照明。相比于應急照明，光導照明更不可能發生故障，應急照明多采用雙切換箱來保證消防燈具在保證在發生諸如火災等情況下，提供足夠地照度，而光導照明僅受限于天氣和夜晚。利用光導照明技術，可以充分利用自然光，在應急照明和供電斷電時候，提供疏散和應急光源，保證疏散和重點區域的照明。（4）輻射健康。光導照明取自自然光，對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，光導系統也可以有效避免這一點。圖3為某車站站臺層的光導照明燈具布置平面圖。

盡管有如此多地優勢，光導照明技術也有應用上的劣勢。相比較于普通照明，光導照明系統受外界光照變化的影響更大，同時由于很多車站位于城市繁華的主干道上，設置采光器會影響地面人員和車輛的通行。光導系統需要預留孔洞，在照明設計當中也需與綜合管線專業進行對接協調，大大加大了設計的復雜程度。同時，光導照明受限于自然環境變化和夜晚的到來，穩定程度不如普通照明。

4 總結

本文基于對傳統城市軌道動力及照明設計技術方案的研究，分析了BIM、智能照明和光導技術等新技術在地鐵中的運用可行性，分析了地鐵動力照明設計未來的改進方向，以期為提升地鐵動力照明設計智能化水平提出新的思路。

參考文獻：

［1］江旭光.地鐵機電設備安裝組織與協調［J］.安裝，2012（2）：36-38.

［2］許華春，莊國強.機電工程綜合管線優化中BIM技術的應用［J］.福建建設科技，2014（2）：54-55.

［3］劉占省，趙明，徐瑞龍.BIM技術在建筑設計、項目施工及管理中的應用［J］.建筑技術開發，2013，40（3）：65-71.

［4］徐娟.智能低壓配電系統在地鐵中的應用探討［J］.中國科技信息，2015（3）：126-127.

［5］朱則剛.智能照明“照亮”未來生活的每個角落［J］.電子技術，2007，34（6）：19-24.

［6］肖艷.漫談智能建筑中智能照明系統的特點優勢及其運用［J］.電氣工程應用，2014（4）：37-44.

［7］王志強.地鐵工程采用光導照明系統的可行性研究［J］.鐵道工程學報，2011，28（9）：101-104.