軌道交通環境設備監控系統節能設計及實踐

彭飛

摘要： 軌道交通環境設備監控系統（BAS）的節能設計及實踐對城市可持續發展至關重要。在設計方面：合理設置控制系統可以實現對能源消耗的精確控制；定期維護設備可以確保設備運行效率；加強監督機制和激勵措施則可以推動系統的持續優化。通過這些措施，可以有效減少能源消耗、提高設備效率，減輕對環境的影響，同時提升乘客的乘坐體驗，從而實現城市的可持續發展目標。

關鍵詞： 軌道交通 環境設備 監控系統 節能設計

中圖分類號： U491.54 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）24-0161-04

軌道交通環境與設備監控系統（BAS）的節能設計及實踐對于現代城市的可持續發展至關重要。首先，節能設計可以有效減少能源消耗，降低碳排放和環境污染。通過合理設置照明、空調、通風等設備的控制系統，可以根據實際需求調整能源的使用情況，避免能源的浪費［1］。其次，節能設計可以提高設備的效率和使用壽命。合理的設備監控系統可以對設備的工作狀態進行實時監測和調整，及時發現并解決設備運行中的問題，減少能源的損耗和設備的維護成本。最后，節能設計可以提升運營效率和乘客的舒適度。通過合理設置設備的控制參數和時序，可以降低設備的能耗、噪音和振動，提升乘客乘坐的舒適度，并減少各種不必要的干擾和故障。在實踐中，需要充分考慮軌道交通系統的特點和使用要求，結合科技的進步和最佳實踐，制訂合理的節能設計標準和規范。同時，需要加強對設備的維護和管理，定期檢查設備的運行狀態和性能，采取相應的措施進行優化和改進。并且，建議加強監督機制，鼓勵并激勵相關單位和個人在節能設計和實踐方面做出積極的貢獻，共同推進可持續發展的目標。

1 BAS 節能設計基本原則

1.1 數據采集與分析

數據采集主要包括能耗數據、設備參數、環境條件等相關信息。BAS 應具備實時數據采集的能力，進而可以通過傳感器、儀表和數據采集設備等方式監測和記錄軌道交通系統中各種設備以及系統的能耗數據。數據分析可以采用統計分析、趨勢分析、數據挖掘等方法，幫助識別能耗的瓶頸和優化空間［2］。通過對采集的數據進行分析，可以發現能耗的模式、趨勢、異常情況以及設備或系統的能效性能。數據可視化是指將數據以圖表、圖像或報表等方式進行可視化展示。通過數據可視化，可以更直觀地對能耗變化以及設備運行等情況進行觀察，進而可以幫助運營人員和管理者更快地掌握能耗情況并做出相應決策。數據關聯與整合指將能耗數據與其他相關數據進行關聯和整合，例如：將電能數據與車輛運行數據、客流量數據等進行關聯，進而可以揭示能耗與其他因素之間的關系，并為制訂全面的節能策略提供支持。BAS 系統運行機制如圖1所示。

1.2 設備控制與調度

1.2.1 設備控制方面

可以采取以下措施來實現節能。（1）自動化控制。通過引入自動化控制系統，可以實現對各個設備的智能化管理和控制［3］，如利用溫度、濕度、照明等傳感器可以實現對空調、照明等設備的智能控制，并根據實時變化的環境條件調整設備的運行狀態，以實現節能效果。（2）高效設備選擇。在設計和選擇設備時，應優先選擇能效高的設備，如選擇能耗較低的照明設備、節能型空調系統等。此外，還可采用節能變頻技術，以實現對設備的頻率調整，進而減少能耗。

1.2.2 調度方面

可以考慮以下原則來實現節能。（1）合理調度。根據運行實際情況和需求，合理安排設備的運行時間和運行模式，如根據客流量和時間段的變化，調整電梯的運行模式；根據車站的負荷情況，調整軌道交通列車的發車間隔和運行速度等。（2）統一管理。通過引入統一的監控和管理系統，實現對設備的集中控制和管理，如通過實時監測和分析設備的使用情況，及時調整設備的運行參數，進而最大限度地節約能源消耗。

1.3 設備優化與改進

1.3.1 能效評估

通過能源審計或性能測試來對現有設備進行能效評估，以便了解設備的能耗情況和潛在的節能空間。根據評估結果來確定需要改進的設備，進而為節能措施提供依據。

1.3.2 設備更新與升級

對老舊設備進行更新與升級，以提高設備的能效性能［4］。例如：更換能效更高的電機、采用先進的傳感器和智能控制設備，進而可以顯著降低能耗；應用節能設備，引入新型的節能設備，如高效的照明系統、節能型空調設備等。這些設備在設計和制造過程中注重能源利用率，能夠更好地滿足節能要求。

1.3.3 設備運維管理

加強設備的運維管理工作，定期檢查設備的工作狀態并進行清潔與維護，以確保其穩定工作，進而減少能源浪費。

1.3.4 增量改進措施

在設備的使用過程中，通過增量改進措施，進一步優化設備的能效。例如：改進設備的控制策略、優化設備的運行參數等。

1.4 故障檢測與維護

1.4.1 定期檢查與維護

建立定期的設備檢查和維護計劃，及時對設備進行檢查、清潔和維護。通過檢查，可以發現設備中的潛在問題，并及時采取措施加以修復。這樣可以減少因設備故障引起的能源浪費，并保障設備的正常運行。

1.4.2 故障診斷與快速響應

建立故障診斷和快速響應機制，及時對設備故障進行診斷和處理。通過設備監測系統，可以實時監測設備的運行狀態，一旦發現異常情況，應立即進行故障診斷，并采取相應的維修措施，以避免能源的不必要浪費。

1.4.3 預防性維護

采取預防性維護的措施，提前對設備進行檢修和更換。通過定期更換易損件和關鍵部件，可以有效降低設備故障率，以延長設備的使用壽命，進而提高設備的性能和能效。

1.4.4 故障數據分析

對設備故障數據進行分析和統計，了解設備故障的類型、頻率和原因。通過分析得出故障的規律和趨勢，進而采取相應的措施，以提高設備的可靠性和穩定性，減少能源浪費。

2 BAS 節能設計實際應用

2.1 交通環境與設備監控

對于軌道交通環境與設備監控系統（BAS），冗余PLC 配置是一種常見的做法，可用于提高系統的可靠性和故障切換能力（見表1）。首先，在冗余PLC 配置中，通常會設置主PLC 和備用PLC。主PLC 負責實時監測和控制軌道交通系統的各個設備和環境參數，備用PLC 則處于待命狀態，主PLC 和備用PLC 之間通過專用的通信鏈路進行數據同步，以確保數據的一致性。其次，主PLC 和備用PLC 還通過監控系統的運行狀態和數據交換來保持一致性，所以當主PLC 發生故障或失去響應時，備用PLC 會檢測到該情況，并自動接管系統的控制任務。這種自動切換可以在最短的時間內完成，以減少系統的停運時間，進而確保軌道交通系統的連續運行。這對于軌道交通系統來說尤為重要，因為它涉及大量的乘客和行車的安全問題。需要注意的是，冗余PLC 配置需要額外的PLC 設備和相應的通信和控制系統，這會增加系統的成本和復雜性。因此，在實施冗余PLC 配置時，需要權衡系統的可靠性要求和成本效益，并根據具體情況制訂合理的配置方案。

2.2 照明控制和節能照明方案

照明控制是指通過使用傳感器、調光裝置、定時器等設備來實現對軌道交通環境中的照明設備進行自動化控制。通過照明控制系統，可以根據需要自動調節照明設備的亮度和開關狀態，例如：根據光線強度實時調節照明設備的亮度，或者根據不同時間段的使用需求開關燈光［5］。這樣可以避免不必要的照明能耗，提高照明效果，達到節能的目的。其次，節能照明方案是指通過應用節能燈具和照明設備，以及合理的燈具布局和照明控制策略，來降低照明能耗。節能燈具包括LED 燈、熒光燈等，相比傳統白熾燈具，它們具有更高的能效和使用壽命。此外，合理的燈具布局和照明控制策略也可以在保證照明需求的前提下，最大限度地減少能耗。例如：合理設置照明區域，避免過度的照明強度和重疊照明區域；根據不同空間的使用需求設置不同的照明亮度和開關時間等。

2.3 空調和通風系統優化

在軌道交通系統中，由于人員的高度流動性和車廂內外溫差大等因素，空調和通風系統的能耗占據了相當大的比例。因此，通過優化和控制系統，可以有效降低能耗，提高節能效果（見表2）。首先，可以利用BAS 對空調和通風系統進行優化，實時監測和控制室內溫度、濕度以及二氧化碳濃度等參數［6］。根據不同時間段和不同區域的需求，通過調整空調和通風系統的運行模式以及設定溫度等參數，來達到更為合理和節能的運行效果。其次，可以通過引入新的節能設備和技術來改善空調和通風系統。例如：采用高效節能的空調設備和通風機組，使用智能傳感器和自動控制設備，優化空調和通風系統的運行策略，以減少能耗。同時，還可以通過改善建筑外墻、屋面、窗戶等部位的隔熱性能，減少室外熱傳導和室內能量損失，降低空調和通風系統的負荷，進一步節能。最后，通過對空調和通風系統的監測與維護，及時發現并修復設備故障，以保持系統正常運行狀態。

2.4 能耗監測和報告

能耗監測主要是通過BAS 對軌道交通系統中各個部分的能耗進行實時監測和記錄。具體來說，BAS 可以對電力消耗、照明能耗、空調能耗、通風能耗等進行監測，并將數據進行統計和分析。通過監測能耗數據，可以了解系統的能耗特征和趨勢，為節能設計提供依據。同時，能耗報告是根據監測到的能耗數據，通過BAS 生成的可視化報告［7］。能耗報告可以以圖表、表格等形式展示能耗數據，包括電力消耗、能耗波動、能耗變化等相關信息。這些報告可以幫助管理人員了解能耗情況，識別能耗高峰和低谷，從而進一步進行能耗分析和優化決策。通過能耗監測和報告，BAS 系統可以幫助管理人員定位能耗高的區域或設備，發現能耗異常和問題，及時采取相應的措施進行調整和改進。同時，能耗報告也為制訂節能策略和監測節能效果提供了依據。

2.5 智能故障檢測和維護

智能故障檢測和維護是指利用BAS 系統的智能算法和傳感器技術，對軌道交通系統中的設備和設施進行實時監測和故障檢測，并提供相應的維護和修復建議。

首先，通過BAS 系統的傳感器監測技術，可以實時獲取設備的運行狀態和性能數據。這些數據可以用于分析設備的工作情況，識別潛在的故障風險［8］。通過比對設備的實際工作數據和設定的標準參數，BAS 可以自動檢測設備是否存在異常、故障或不良運行狀態。一旦檢測到設備故障或異常，系統可以及時發出警報，并提供詳細的故障診斷信息。其次，對于發現的故障和異常，BAS 系統還能提供相應的維護建議和修復方案。根據監測數據，系統可以進行故障診斷和預測，分析故障原因，并給出修復措施。系統還可以根據設備運行數據的歷史記錄和模型，提供最佳維護周期和維護策略，幫助管理人員做出維修計劃和預防措施。通過智能故障檢測和維護，BAS 系統可以幫助管理人員及時發現和處理設備故障，避免由于故障引起的能耗浪費或其他不利影響。并且，通過提供維護建議和修復方案，系統可以降低維護成本和維修時間，提高設備的可靠性和持續運行能力。

3 結語

軌道交通環境設備監控系統的節能設計及實踐旨在實現節能、環保和可持續發展的目標。通過合理設置控制系統，有效監測和管理環境設備的運行狀態，可以降低能源消耗，提高設備的運行效率和可靠性。同時，定期維護設備、更新設備技術以及合理應用先進的監控技術，可以進一步提升節能效果。除此之外，加強監督機制和激勵措施，推動各利益相關方積極參與節能實踐也是非常重要的。綜上所述，軌道交通環境設備監控系統的節能設計及實踐需要綜合考慮設備運行的具體特點和需求，通過多方面的協同努力，最大限度地減少能源消耗，實現可持續發展。

參考文獻

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