關于城市軌道交通環控系統研究方法的分析與探究

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

關鍵詞：城市軌道交通；環控系統；計算流體動力學

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

一、城市軌道交通環控系統應用的必要性

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

二、城市軌道交通環控系統模擬

地鐵系統是一個復雜的三維網絡，其中包括地上車站、地下通道以及出入口。對當前的地鐵系統進行環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。目前國際中應用最為廣泛，技術最成熟的地鐵環控模擬軟件是Subway Environment Simulation，簡稱為SES[2]。SES軟件可以對地鐵內多臺列車工作時通道內的溫度、濕度、空氣流動進行數據自定義。并通過一系列的站內模擬來設定各項數據的最大值、最小值和平均值。以此來作為完善當前地鐵內環控系統的案例數據。

三、計算流體動力學的概念與應用

（一）計算流體動力學的概念

計算流體動力學即Computational Fluid Dynamics（簡稱CFD）是伴隨計算機技術的發展而產生的一種全新概念。其內容包含數學、流體力學、計算機模擬技術。近年來在計算機輔助模擬設計領域具有一定的影響力。計算流體動力學可以實現對多種不同環境下氣流溫度的變化和速度場進行模擬仿真。伴隨計算機技術的不斷發展，CFD技術也在發展中不斷完善創新[3]。CFD技術在當前的軌道交通中的應用也越來越普及，許多高校的軌道交通專業也紛紛開設計算流體動力學的課程教學，并針對CFD技術在地鐵通道內空氣流動與分布問題進行課題研究。

（二）計算流體動力學在城市軌道交通環控系統中的應用

當前我國的地鐵環控系統擁有多種可供選擇的設計方案，而在環控系統中應用CFD技術可以對多種環控系統進行計算機模擬，并根據多種方案的模擬情況進行擇優選擇。對于部分正在修建未完工的地鐵系統來說，其地鐵通道的空氣流動、氣流場和通道溫度無法實施現場測試，此時需要應用計算機技術，來對尚未完工的地鐵系統進行CFD技術模擬。而對于已經建成且投入使用的地鐵系統，由于其每日的客流量巨大，列車通過率頻繁造成的無法進行現場測試情況也可以通過計算機進行CFD技術模擬來解決。除此之外，還可以對地鐵系統建設過程中環控系統出現的一些未解決問題進行CFD技術模擬。其中包絡地鐵通道內風向變化、地鐵通道內排風系統應對火災情況的環境控制等問題[4]。過去技術不成熟的時候，設計師只能通過對上述情況進行想象和粗略計算，缺乏理論支持和科學論證。通過CFD技術在城市軌道交通環控系統的應用來對地鐵通道內的通風情況、發生火災時的煙氣流動、污染物排放等現象進行三維可視化的仿真模擬。此外，CFD技術還具有強大的計算功能，經過對地鐵通道內環控系統的多種數據模擬即可得出溫度、氣流、壓力等因素的信息數據。為當前地鐵環控系統的完善與更新提供切實可靠的數據依據。

四、結語

綜上所述，當前我國的城市軌道交通環控系統建設還有待發展和完善。在環控系統建設的過程中應用CFD技術可以幫助我們在設計前進行系統運行模擬。根據模擬過程中產生的問題與不足進行改進，避免了建設方在環控系統建設中出現問題與不足。完善的環控系統為乘客提供了舒適、整潔的地鐵乘車環境，保證城市軌道交通可以有效應對多種復雜的突發情況。CFD技術的應用也為我國的軌道交通建設工程提供有力的技術保障。

參考文獻：

[1]劉紅.城市軌道交通環控節能策略研究[J].科技創新導報.2017.14（09）：171+173.

[2]趙敬德，王金龍，嚴國慶，李雷雷.城市軌道交通環控系統顆粒物濃度的實測研究[J].安全與環境學報，2016，16（04）：342-347.

[3]周佳欣.淺談地鐵環控系統中PLC自動化控制系統的優化設計[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（電力環控）。