關(guān)于城市軌道交通環(huán)控系統(tǒng)研究方法的分析與探究

摘 要：城市軌道交通環(huán)控系統(tǒng)作為當(dāng)前我國地鐵系統(tǒng)的重要組成部分之一，其主要應(yīng)用的技術(shù)是計算流體動力學(xué)（簡稱CFD）。CFD在當(dāng)今地鐵系統(tǒng)中的普及應(yīng)用可以對地下軌道環(huán)境中的氣流狀況進(jìn)行三維模擬。本文則將針對當(dāng)前CFD技術(shù)在我國城市軌道交通環(huán)控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用進(jìn)行淺要分析，僅供參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；環(huán)控系統(tǒng)；計算流體動力學(xué)

若想實現(xiàn)我國城市軌道交通系統(tǒng)的正常運行，需要多個系統(tǒng)共同正常工作。這其中包括通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、檢票售票系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、綜控系統(tǒng)等。其中通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)也是環(huán)控系統(tǒng)，其在地鐵系統(tǒng)中的作用是控制地下通道內(nèi)的溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度和噪聲。環(huán)控系統(tǒng)可以為廣大地鐵乘客提供干凈舒適的乘車環(huán)境，除此之外也可以為產(chǎn)生突發(fā)情況下人員的緊急疏散提供幫助。

一、城市軌道交通環(huán)控系統(tǒng)應(yīng)用的必要性

我國的城市軌道交通建立在狹長的地下通道中，地下通道的空間環(huán)境有限，但每天仍需要面對數(shù)以萬計的大量乘客、多臺地鐵列車以及軌道交通組成的多種電力設(shè)備。人員流動與設(shè)備的日常運行會導(dǎo)致地下通道內(nèi)產(chǎn)生大量熱能，如果不及時進(jìn)行及時排除則會引起地鐵通道內(nèi)溫度上升。除此之外，地鐵內(nèi)設(shè)備的運行該過程中還會產(chǎn)生大量的噪音、密集的人群也會導(dǎo)致地鐵通道內(nèi)空氣質(zhì)量的下降并且還會產(chǎn)生大量垃圾[1]。這些因素都導(dǎo)致當(dāng)今城市軌道交通的環(huán)境不斷變差。除了造成影響地鐵通道內(nèi)的環(huán)境外，如果在人員密集但活動空間狹小的地鐵通道發(fā)生火災(zāi)那么人員的緊急疏散和火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣排除工作也是一大難題。鑒于對上述因素的闡述，筆者認(rèn)為在當(dāng)前我國的城市軌道交通中應(yīng)用環(huán)控系統(tǒng)刻不容緩。環(huán)控系統(tǒng)可以有效改善地鐵通道中的通風(fēng)系統(tǒng)，及時有效的改善當(dāng)前城市軌道交通內(nèi)的空氣環(huán)境。環(huán)控系統(tǒng)在地鐵的應(yīng)用不僅可以為廣大的地鐵乘客提供舒適、干凈的乘車環(huán)境，還可以確保列車和其他有關(guān)設(shè)備在正常的運行環(huán)境下進(jìn)行工作保障了設(shè)備運行的使用壽命。

二、城市軌道交通環(huán)控系統(tǒng)模擬

地鐵系統(tǒng)是一個復(fù)雜的三維網(wǎng)絡(luò)，其中包括地上車站、地下通道以及出入口。對當(dāng)前的地鐵系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)控模擬主要目的是測量地鐵中的三維溫度場、氣流分布和污染物濃度分布等。目前國際中應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)最成熟的地鐵環(huán)控模擬軟件是Subway Environment Simulation，簡稱為SES[2]。SES軟件可以對地鐵內(nèi)多臺列車工作時通道內(nèi)的溫度、濕度、空氣流動進(jìn)行數(shù)據(jù)自定義。并通過一系列的站內(nèi)模擬來設(shè)定各項數(shù)據(jù)的最大值、最小值和平均值。以此來作為完善當(dāng)前地鐵內(nèi)環(huán)控系統(tǒng)的案例數(shù)據(jù)。

三、計算流體動力學(xué)的概念與應(yīng)用

（一）計算流體動力學(xué)的概念

計算流體動力學(xué)即Computational Fluid Dynamics（簡稱CFD）是伴隨計算機技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種全新概念。其內(nèi)容包含數(shù)學(xué)、流體力學(xué)、計算機模擬技術(shù)。近年來在計算機輔助模擬設(shè)計領(lǐng)域具有一定的影響力。計算流體動力學(xué)可以實現(xiàn)對多種不同環(huán)境下氣流溫度的變化和速度場進(jìn)行模擬仿真。伴隨計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，CFD技術(shù)也在發(fā)展中不斷完善創(chuàng)新[3]。CFD技術(shù)在當(dāng)前的軌道交通中的應(yīng)用也越來越普及，許多高校的軌道交通專業(yè)也紛紛開設(shè)計算流體動力學(xué)的課程教學(xué)，并針對CFD技術(shù)在地鐵通道內(nèi)空氣流動與分布問題進(jìn)行課題研究。

（二）計算流體動力學(xué)在城市軌道交通環(huán)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

當(dāng)前我國的地鐵環(huán)控系統(tǒng)擁有多種可供選擇的設(shè)計方案，而在環(huán)控系統(tǒng)中應(yīng)用CFD技術(shù)可以對多種環(huán)控系統(tǒng)進(jìn)行計算機模擬，并根據(jù)多種方案的模擬情況進(jìn)行擇優(yōu)選擇。對于部分正在修建未完工的地鐵系統(tǒng)來說，其地鐵通道的空氣流動、氣流場和通道溫度無法實施現(xiàn)場測試，此時需要應(yīng)用計算機技術(shù)，來對尚未完工的地鐵系統(tǒng)進(jìn)行CFD技術(shù)模擬。而對于已經(jīng)建成且投入使用的地鐵系統(tǒng)，由于其每日的客流量巨大，列車通過率頻繁造成的無法進(jìn)行現(xiàn)場測試情況也可以通過計算機進(jìn)行CFD技術(shù)模擬來解決。除此之外，還可以對地鐵系統(tǒng)建設(shè)過程中環(huán)控系統(tǒng)出現(xiàn)的一些未解決問題進(jìn)行CFD技術(shù)模擬。其中包絡(luò)地鐵通道內(nèi)風(fēng)向變化、地鐵通道內(nèi)排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)對火災(zāi)情況的環(huán)境控制等問題[4]。過去技術(shù)不成熟的時候，設(shè)計師只能通過對上述情況進(jìn)行想象和粗略計算，缺乏理論支持和科學(xué)論證。通過CFD技術(shù)在城市軌道交通環(huán)控系統(tǒng)的應(yīng)用來對地鐵通道內(nèi)的通風(fēng)情況、發(fā)生火災(zāi)時的煙氣流動、污染物排放等現(xiàn)象進(jìn)行三維可視化的仿真模擬。此外，CFD技術(shù)還具有強大的計算功能，經(jīng)過對地鐵通道內(nèi)環(huán)控系統(tǒng)的多種數(shù)據(jù)模擬即可得出溫度、氣流、壓力等因素的信息數(shù)據(jù)。為當(dāng)前地鐵環(huán)控系統(tǒng)的完善與更新提供切實可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

四、結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前我國的城市軌道交通環(huán)控系統(tǒng)建設(shè)還有待發(fā)展和完善。在環(huán)控系統(tǒng)建設(shè)的過程中應(yīng)用CFD技術(shù)可以幫助我們在設(shè)計前進(jìn)行系統(tǒng)運行模擬。根據(jù)模擬過程中產(chǎn)生的問題與不足進(jìn)行改進(jìn)，避免了建設(shè)方在環(huán)控系統(tǒng)建設(shè)中出現(xiàn)問題與不足。完善的環(huán)控系統(tǒng)為乘客提供了舒適、整潔的地鐵乘車環(huán)境，保證城市軌道交通可以有效應(yīng)對多種復(fù)雜的突發(fā)情況。CFD技術(shù)的應(yīng)用也為我國的軌道交通建設(shè)工程提供有力的技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉紅.城市軌道交通環(huán)控節(jié)能策略研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報.2017.14（09）：171+173.

[2]趙敬德，王金龍，嚴(yán)國慶，李雷雷.城市軌道交通環(huán)控系統(tǒng)顆粒物濃度的實測研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報，2016，16（04）：342-347.

[3]周佳欣.淺談地鐵環(huán)控系統(tǒng)中PLC自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[J].門窗，2014，20（07）：218.

[4]楊永平，邊顏東，周曉勤，葉霞飛.我國城市軌道交通存在的主要問題及發(fā)展對策[J].城市軌道交通研究，2013，16（10）：1-6.

作者簡介：王寶玉（1986-），男，天津人，本科，助理工程師，研究方向：城市軌道交通（電力環(huán)控）。