朱哲晟

（杭州地鐵運(yùn)營有限公司，浙江 杭州 310000）

在城市化發(fā)展進(jìn)程不斷加快的背景下，各地也在增加投入，希望可以更進(jìn)一步地提升城市軌道交通建設(shè)水平。但不可忽視的是，城市軌道交通在實(shí)際建設(shè)中還面臨著能源危機(jī)越來越緊張的情況，為了可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)，如何節(jié)約能源消耗也逐漸成為各行業(yè)關(guān)注、探究的焦點(diǎn)。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的高效利用，減少成本和污染，應(yīng)不斷提升各類節(jié)能措施與技術(shù)的應(yīng)用水平。

1 相關(guān)技術(shù)優(yōu)化策略

1.1 優(yōu)化列車動(dòng)力傳輸效率

通過結(jié)合實(shí)際需求來對(duì)列車動(dòng)力傳輸系統(tǒng)做出合理改進(jìn)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有資源的充分利用。比如，可對(duì)先進(jìn)電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用做出進(jìn)一步優(yōu)化，在減少能量損耗的同時(shí)，引用智能控制算法來優(yōu)化動(dòng)力傳輸。在軌道交通系統(tǒng)中還可適當(dāng)?shù)匾霘淙剂想姵氐纫恍┬履茉醇夹g(shù)，以此來盡量減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴性。在之后的研究中，列車動(dòng)力傳輸效率的優(yōu)化是不可忽視的一個(gè)重要方向。除了以新穎、先進(jìn)電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速技術(shù)的合理使用來達(dá)到控制能量空耗的目的之外，也可通過智能能量管理系統(tǒng)的合理應(yīng)用來做到對(duì)列車動(dòng)力傳輸效率的進(jìn)一步優(yōu)化，以列車能源消耗、傳輸效率的實(shí)時(shí)檢測來結(jié)合不同時(shí)期的具體需求做出合理調(diào)整，促進(jìn)能源利用率的顯著提升。這一系統(tǒng)在具體實(shí)施中，能夠在動(dòng)態(tài)控制列車車速、線路條件等因素的基礎(chǔ)上，保證列車不論是在怎樣的運(yùn)行狀態(tài)下都可以更適合的方式來進(jìn)行能量的傳輸。借助更先進(jìn)的自適應(yīng)控制算法，可圍繞列車現(xiàn)階段的運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)來做出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，進(jìn)而使得動(dòng)力傳輸效率可以一直處于比較理想的狀態(tài)。在這些算法的支持下，電機(jī)的功率、傳輸效率就可結(jié)合列車加速度、制動(dòng)力等諸多參數(shù)來做到實(shí)時(shí)調(diào)整。對(duì)于軌道交通系統(tǒng)來講，轉(zhuǎn)向架主要發(fā)揮的作用是為列車提供支撐，以及進(jìn)行動(dòng)力傳輸?shù)淖饔?。能量回收系統(tǒng)引入之后，制動(dòng)中產(chǎn)生的諸多能量就可以合理轉(zhuǎn)化成電能，然后有效地儲(chǔ)存起來，為后續(xù)使用提供支撐，不僅能夠避免能源浪費(fèi)，供電系統(tǒng)也不需要承擔(dān)太大的負(fù)擔(dān)。除了電動(dòng)機(jī)技術(shù)之外，還可借助新能源技術(shù)來對(duì)列車動(dòng)力傳輸效率做出合理改善[1]。比如：可以動(dòng)力輸出持續(xù)穩(wěn)定的清潔能源來合理地替代傳統(tǒng)的能源，盡量減少污染物的排放。還有就是軌道交通網(wǎng)絡(luò)布局、設(shè)計(jì)的完善，以往的行程太長、乘客換乘等諸多情況也可得到有效避免，還可促進(jìn)列車動(dòng)力傳輸效率的顯著提升。若能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車站位置、列車運(yùn)行速度的科學(xué)規(guī)劃，盡量減少空載等情況的出現(xiàn)，能源消耗也會(huì)大幅度減少。在上述措施的有力支持下，城市軌道交通的列車動(dòng)力傳輸效率會(huì)有很顯著的提升，在科學(xué)充分利用能源資源的基礎(chǔ)上，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，為城市軌道交通系統(tǒng)的健康、可持續(xù)發(fā)展帶來更大的推動(dòng)作用。

1.2 加強(qiáng)軌道交通信號(hào)控制

智能信號(hào)控制算法、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段的科學(xué)應(yīng)用，不僅能夠?yàn)檐壍澜煌ㄟ\(yùn)營能效的大幅度提升帶來支撐，也可展現(xiàn)出更好的安全性、舒適性，后續(xù)的可持續(xù)發(fā)展在實(shí)現(xiàn)中也可獲得理想條件。信號(hào)控制系統(tǒng)的進(jìn)一步完善，能夠使得列車在行駛中的加速、制動(dòng)次數(shù)得到合理控制，由此來達(dá)到減少能源消耗的目的。在智能信號(hào)控制算法、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的支持下，不論是列車運(yùn)行速度的預(yù)測還是調(diào)整都可獲得有利參考，在減少能源浪費(fèi)的同時(shí)，整體的運(yùn)行效率也會(huì)更加理想。對(duì)于智能信號(hào)控制算法來講，一般都是圍繞列車目前的位置、速度，還有前進(jìn)方向可能存在障礙物等各類數(shù)據(jù)來做出計(jì)算、調(diào)整，這樣在對(duì)信號(hào)燈的變化、綠燈時(shí)間的控制上便可以獲得更優(yōu)的方式，達(dá)到減少能耗的效果。除此之外，借助這些算法能夠做到和車輛控制系統(tǒng)的集成，之后再協(xié)同控制列車與信號(hào)系統(tǒng)，做到對(duì)復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境，以及變化較多路況的有效適應(yīng)，也只有這樣整體的安全性、可靠性才可得到保證。數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，可以更好地監(jiān)控、預(yù)測列車運(yùn)行狀態(tài)，在列車速度、阻力等因素的考慮下，能夠制定出更理想的信號(hào)控制策略[2]。比如，在高峰期調(diào)用緩慢運(yùn)行策略，能夠平滑列車運(yùn)行，盡可能減少加速、急剎車等現(xiàn)象的產(chǎn)生，達(dá)到減少能源消耗的目的。另外，也可聯(lián)系實(shí)際，對(duì)列車運(yùn)行進(jìn)路、線路布局、調(diào)度計(jì)劃做出不斷完善，以此來確保軌道交通服務(wù)能效可以得到進(jìn)一步提升。比如，在列車動(dòng)力分配、車輛故障監(jiān)控等技術(shù)手段的支持下，列車能夠在更安全且高效的基礎(chǔ)上做到對(duì)動(dòng)力的均衡分配輸出，這樣傳輸能效也會(huì)大幅度提升。還有就是列車調(diào)度的科學(xué)合理性若能夠得到保障，空載、低載情況的產(chǎn)生也會(huì)更少，可盡量避免能源浪費(fèi)。

1.3 完善車輛空氣動(dòng)力學(xué)

對(duì)于這一層面，在實(shí)際研究中，可借助更先進(jìn)的流體力學(xué)模擬方式以及軌道交通風(fēng)洞試驗(yàn)等諸多手段來進(jìn)一步完善列車外形、空氣動(dòng)力學(xué)配置。通過針對(duì)高速行駛的空氣流動(dòng)做好數(shù)值的準(zhǔn)確模擬，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證可以將更適合的外形設(shè)計(jì)、流線型布置找出來，在此基礎(chǔ)上，列車、空氣之間的摩擦阻力、壓力阻力也會(huì)大幅度降低。對(duì)列車車體外形做出不斷完善也是盡量減少空氣阻力的有效方式。在具體研究中，可通過精心設(shè)計(jì)列車車頭、車身、車位等部位來確保空氣可更流暢的繞過列車，減少湍流、阻力的出現(xiàn)。比如，車頭方面的設(shè)計(jì)，可引用流線型外形，對(duì)前方投影面積做出合理控制的同時(shí)，有效增加空氣導(dǎo)流裝置，這樣氣流分離、壓力阻力也會(huì)減少。除此之外，列車側(cè)面、底部的完善也是重點(diǎn)，可盡量避免側(cè)風(fēng)、地面氣流給列車運(yùn)行帶來的影響。在空氣動(dòng)力學(xué)這一方面的完善還涉及列車細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì)，如，對(duì)空氣進(jìn)入車廂的開口數(shù)量、尺寸做出合理調(diào)整，對(duì)車體接縫氣動(dòng)性能做出恰當(dāng)調(diào)整。若可以更好地完成這些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，除了能夠避免車廂中空氣侵入之外，氣動(dòng)噪聲、阻力也會(huì)因此顯著降低，列車運(yùn)行效率的提升程度也會(huì)更大[3]。更好地完善車輛空氣動(dòng)力學(xué)，除了有助于列車高速行駛中空氣阻力的大幅度降低，能源消耗也會(huì)更少，這不論是對(duì)整體能源利用率，還是運(yùn)行速度與效果的提升上，還是環(huán)境負(fù)荷的減輕上都具有重要意義。

1.4 智能化能源管理

為了更好地管理和優(yōu)化軌道交通系統(tǒng)的能源消耗，我們可以采取以下措施。首先，建立一個(gè)綜合能源管理平臺(tái)，該平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測和分析軌道交通系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)。通過收集和分析這些數(shù)據(jù)，我們可以全面了解系統(tǒng)的能源使用情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決能源浪費(fèi)的問題。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)還可以為節(jié)能措施的制定提供科學(xué)依據(jù)，幫助我們制定更加合理和有效的節(jié)能方案。其次，引入智能照明系統(tǒng)，根據(jù)車站內(nèi)的客流量和光照強(qiáng)度等因素，自動(dòng)調(diào)節(jié)照明設(shè)備的亮度和開關(guān)時(shí)間。通過智能化的控制，不僅可以降低照明能耗，還能營造出更加舒適的乘車環(huán)境。同時(shí)，智能照明系統(tǒng)還可以提高車站內(nèi)的照明質(zhì)量，為乘客提供更加清晰和明亮的視野，提高他們的出行體驗(yàn)。最后，采用智能化的空調(diào)控制系統(tǒng)，根據(jù)車站內(nèi)外溫度和客流量等因素，自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行模式和溫度設(shè)定。通過智能化的控制，不僅可以實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，還能提高乘客的舒適度。同時(shí)，智能化的空調(diào)控制系統(tǒng)還可以及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件和極端天氣情況，確保乘客的安全和舒適。通過實(shí)施智能化能源管理措施，我們可以實(shí)現(xiàn)更加高效、節(jié)能的運(yùn)行。這不僅能夠降低運(yùn)營成本，還有助于減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，為城市的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

2 自動(dòng)化節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行城市軌道交通自動(dòng)化節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要想取得理想效果，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行、設(shè)備管理，還有能量回收等各方面實(shí)際情況的綜合考慮。在先進(jìn)算法、策略的有力支持下，能夠更好地優(yōu)化列車運(yùn)行。且在能量回收技術(shù)的支持下，能源浪費(fèi)現(xiàn)象也可盡量避免。通過構(gòu)建更完善、可行性更高的設(shè)備狀態(tài)檢測、維護(hù)管理系統(tǒng)，能夠促進(jìn)設(shè)備利用率、維修效率的顯著提升。在科學(xué)應(yīng)用這些措施的支撐下，城市軌道交通的能源消耗能夠大幅度降低，同時(shí)運(yùn)行效率的提升將帶來更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。一方面，對(duì)于列車的運(yùn)行，可借助更先進(jìn)的列車調(diào)度算法、智能運(yùn)行控制策略來對(duì)列車的運(yùn)行速度、間隔做出合理調(diào)整。列車調(diào)度算法越精確，列車到達(dá)目的地的時(shí)間也會(huì)更短，可盡量減少行車間隔，這樣整體上的運(yùn)輸效率也會(huì)更加理想。而對(duì)于智能運(yùn)行控制策略來講，可從列車的具體載客情況、運(yùn)行狀態(tài)入手，做出更智能的調(diào)控，能量的利用情況也可達(dá)到最優(yōu)，以此來盡量避免不必要的能源消耗。另一方面，能量回收也是節(jié)能控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成。借助能量回收這一技術(shù)，可以及時(shí)地向供電系統(tǒng)回饋列車制動(dòng)中剩下的能量，避免能源浪費(fèi)。若可將制動(dòng)能合理地轉(zhuǎn)化成電能，然后再有效儲(chǔ)存，那么在列車啟動(dòng)、加速等環(huán)節(jié)就可實(shí)現(xiàn)再次利用，能源消耗也可因此降低。比如，在動(dòng)態(tài)制動(dòng)阻力器、電容器等裝置的支持下，可向供電系統(tǒng)或者是其他的列車及時(shí)的回饋制動(dòng)能，更高效地利用能量[4-5]。此外，在節(jié)能控制系統(tǒng)控制中，設(shè)備管理也是要充分考慮的重點(diǎn)內(nèi)容。通過對(duì)設(shè)備狀態(tài)檢測、維修管理系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化，設(shè)備的利用率、維修效率也得到顯著提升。在實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、性能參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測后，設(shè)備存在的故障、異常情況也可被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，以便于制定出與之相適應(yīng)的維修措施，以免因?yàn)楣收系漠a(chǎn)生而影響運(yùn)營，或是出現(xiàn)能源浪費(fèi)的情況。此外，若設(shè)備維護(hù)計(jì)劃、管理策略更加科學(xué)合理，設(shè)備的使用壽命也可得到合理延長，設(shè)備的更換頻率大幅度降低，能源、物質(zhì)消耗情況也會(huì)得到顯著改善。

3 模擬仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了對(duì)城市軌道交通自動(dòng)化節(jié)能控制系統(tǒng)的有效性做出驗(yàn)證，可開展模擬仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。軌道交通網(wǎng)絡(luò)模型建立之后，可結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)來合理調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，針對(duì)系統(tǒng)開展不同場景下的仿真測試。經(jīng)過這一模擬仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以明確運(yùn)行負(fù)荷、客流不同的情況下，自動(dòng)化節(jié)能控制系統(tǒng)的能源消耗、環(huán)境污染也可得到顯著改善。在模擬仿真中，可借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、相關(guān)軟件來構(gòu)建出更完善適合的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)模型，然后再結(jié)合具體數(shù)據(jù)完成模型參數(shù)的設(shè)置。通過對(duì)高峰期、平峰期，以及突發(fā)事件等不同場景下的運(yùn)行情況的模擬，對(duì)自動(dòng)化節(jié)能控制系統(tǒng)的性能表現(xiàn)做出合理評(píng)估。一方面，可在仿真模型中合理地引用不同的列車調(diào)度算法、智能運(yùn)行控制策略。之后，基于對(duì)列車運(yùn)行速度、停站時(shí)間等一系列參數(shù)變化的模擬來對(duì)列車運(yùn)行調(diào)控效果做出合理評(píng)估?；诖耍梢悦鞔_的是，在自動(dòng)化節(jié)能控制系統(tǒng)的科學(xué)指導(dǎo)下，列車間的間隔能夠大幅度減少，還可不斷優(yōu)化運(yùn)行速度、停站時(shí)間，這樣不論是運(yùn)輸效率、能源利用率都得到顯著提升。另一方面，通過對(duì)能量回收技術(shù)在系統(tǒng)中應(yīng)用情況的模擬，可圍繞列車制動(dòng)、能量回饋這一過程的模擬來做到對(duì)能量回收裝置效果的有效評(píng)估。在此過程中，借助能量回收裝置，制動(dòng)能可被合理轉(zhuǎn)化成電能，然后有效儲(chǔ)存起來，為其他列車、供電系統(tǒng)使用提供支持。在此背景下，能源消耗情況能夠得到有效控制，整體的能源利用率也會(huì)顯著提升。除此之外，還可對(duì)設(shè)備管理開展模擬仿真。以設(shè)備狀態(tài)檢測、維修管理系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況的模擬來對(duì)系統(tǒng)在檢測設(shè)備故障以及處理方面的能力做出評(píng)估。可明確的是，在系統(tǒng)監(jiān)測下，相關(guān)部門及其工作人員可及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障或是異常情況，以便于制定出針對(duì)性、可行性較高的維修措施，可達(dá)到有效控制能源浪費(fèi)等目的。為了對(duì)自動(dòng)化節(jié)能控制系統(tǒng)有效性做出合理驗(yàn)證，也可開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。通過基于實(shí)際軌道交通線路來開展試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息、仿真結(jié)果的收集、對(duì)比，對(duì)系統(tǒng)在不同運(yùn)行中的實(shí)際表現(xiàn)做出有效評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅能夠?qū)Ψ抡婺Ｐ偷臏?zhǔn)確性做出合理驗(yàn)證，也是對(duì)自動(dòng)化智能控制系統(tǒng)在實(shí)際情況下展現(xiàn)出的節(jié)能效果的一種證明。

4 結(jié)語

新時(shí)期，若能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市軌道交通自動(dòng)化節(jié)能控制系統(tǒng)的科學(xué)應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)能源消耗的合理控制，促進(jìn)整體運(yùn)行效率的顯著提升，也可盡量減少環(huán)境污染的產(chǎn)生。在之后的建設(shè)與發(fā)展中，若可以從實(shí)際情況入手，采取有效措施與方法手段來對(duì)不同環(huán)節(jié)與不同方面做出不斷優(yōu)化，推動(dòng)軌道交通系統(tǒng)的智能化、可持續(xù)發(fā)展，在提升城市軌道交通發(fā)展水平的基礎(chǔ)上，也可為城市交通方面的低碳化發(fā)展帶來更大支持。