现代城市轨道交通(地铁)机电一体化的应用与节能技术的探讨

摘要：本文首先介绍了现代城市轨道交通中地铁的发展概况和机电一体化技术在地铁行业中的运用情况，详细分析了先进的机电一体化技术与现代轨道交通技术的充分结合，为现代城市交通带来的节能福音。同时，借鉴国外先进节能技术，试探国际节能技术与我国轨道交通技术结合的难度以及相关对策。

关键词：地铁；机电一体化；节能技术

Abstract: This paper introduces the application of modern city rail transit subway and the development of mechatronics technology in subway industry, a detailed analysis of the fully integrated mechatronic technology advanced and modern rail transportation technology, energy saving gospel for the modern city traffic. At the same time, learn from the advanced energy-saving technology abroad, combined with test international energy saving technology and China's rail transit technology difficulty and countermeasures.

Keywords: Subway; mechatronics; energy saving technology

中图分类号： U231文献标识码：A文章编号

一、现代城市轨道交通（地铁）概况

随着城市建设的发展，我国城市交通设施也发生了天翻地覆的变化。城市轨道交通已经成为城市公共交通系统中的重要组成部分之一，与人们的日常工作和生活密不可分。当前，城市轨道交通的类型主要有地铁、轻轨、悬浮列车、有轨电车等，以其快捷、便利、节能、安全、不占城市地表空间、承载量大以及不受地面其他车辆或交通事故等的影响，不易晚点等优点，迅速成为现代城市交通的“主动脉”。其中，地铁尤为普遍，成为轨道交通的主要代表。

地铁，即地下铁道的泛称。顾名思义，即运行于地下的旅客列车。主要建造在地表相对拥挤的城市里，可为城市节省大量占地面积，缓解交通拥挤。地铁一般按图运行，路线固定，由于不同路线路段的建设条件不同，有的地铁路段可能会建设在地面、高架上，也统称为地铁。世界上第一条地下铁道的诞生于1863年，位于英国伦敦[ 金辰虎，现代城市轨道交通，铁道知识[J]，2001年第4期。]。

现代轨道交通（地铁）的实际运营需要诸多专业的协调和配合，如电力系统、环境和机电设备系统、自动列车监控系统、火灾报警系统、自动售票检票系统、屏蔽门系统以及通信系统等[2 王婷婷、汪文功，现代城市轨道交通综合监控系统的设计理念，自动化技术与应用[J]，2010年第29卷第2期。]2，各个专门设备多样，并且要求各个不同的系统要严格统一、高效地管理和监控。这些复杂的系统程序已经远非传统人力所能及，机电一体化的运用，高智能化地解决了这一难题，使得地铁迅速在城市交通系统中独占鳌头。

二、机电一体化技术在地铁行业内的应用

在科学技术日新月异的今天，微电子技术和计算机技术快速发展，并不断向机械工业等领域渗透，机电一体化技术应运而生。机电一体化系统主要从系统的观点出发，综合运用了机械技术、微电子技术、计算机技术、电力电子技术、以及软件编程技术等群体技术，具有网络化、微型化、绿色化和人性化的特点[3 陈菊华，浅析机电一体化技术及其应用，中国科技信息[J]，2008年第13期。]3。

在地铁行业中，机电一体化是以微处理机为核心，把工控机、微机、仪表、显示装置等技术有机结合的统一整体，采用组装的方式，使得城市庞大的地铁系统得到精确的控制。

机电一体化在地铁行业中的应用主要体现在以下几个方面：

首先，智能化的控制技术。如通过地铁智能化控制，可以对自动扶梯进行节能控制，如利用变频控制技术，随时监测乘坐扶梯的人数，根据乘客量采用不同的运行速度，调整扶梯的运行速度和是否开启。此外，对列车的运行、地铁内部空调、通风设备等的运行也能做到智能化控制。

其二，分布式控制系统的采用。一台中央计算机指挥若干台面向不同列车、不同站点的现场测控计算机，既可以集中监视、操作、管理和调配整个地铁运行系统，又可分散分点重点控制某一列列车的运行和停止，形成了一种测、控、管一体化的兼具综合性和分散性极强的现代化管理体系。

其三，网络技术的充分应用。应用网络各种远程控制和监视技术，建立总线拓扑结构网络，分多个子网，全盘控制连接自动扶梯、屏蔽门、车站到全线光纤环网交换机等，形成一系列自动化联动。列车到站，系统提示灯闪烁，屏蔽门打开后，系统自动检测相关信号，迅速向自动扶梯、主要通风设备等传递开启信号，扶梯以及空调、通风设备等进入正常运行模式，形成一系列整体联动机制。

三、地铁机电一体化技术在节能方面做出的成绩

20世纪80年代，机电一体化向微型机器和微观领域发展[4 梁俊彦、李玉翔、林树忠，机电一体化技术的发展及应用，科技资讯[J]，2007年第25期。

]4，机电一体化技术在地铁行业得到普遍应用，带来了地铁交通的飞速发展。运用了机电一体化的地铁，不但具有快速、便捷、清洁、舒适等优点，更因其在节能方面，是其他交通工具所望之而不及的，这些使其成为城市人们出行的最爱，也成为城市交通系统的佼佼者，通过地铁机电一体化节能技术在地铁中的充分应用，有效节约了地铁用水用电。

其一，通过地铁机电一体化设备，有效利用地铁风进行节能取得显著成效。高速运行的地铁在隧道所产生的气流，带来大量的地铁风。当前我国已经有试点在地铁隧道两侧安装风轮，利用机电一体化组合装置，将产生的电能再利用到地铁内部设备的运行中。有效利用风能，节约了地铁总用电量。

其二，有效利用电能，节省电力也是机电一体化节能技术的重点。如运用其高智能的特点，控制地铁列车和扶梯的运行速度、警示灯闪烁时间等，在列车到达、人流量较多的时候，一切设备正常运行，人流量较少的时候，减少闪烁灯、减慢扶梯运行等，都可达到节能效果。此外，对环控机房如冰冻(应为看冷水或者冷冻)机房、空调机房和区间风机房等合理布局，充分利用建筑格局，尽量多利用自然通风口，因地制宜，减少空调机、冰冻（冷水机或者冷冻机）机等的使用频率和适当调低使用功率，有效节约电能。

其三，地铁车站中，冲厕用水、车站冲洗用水、冷冻水补充水等占地铁用水总量很大比例，有效利用机电一体化技术节约水资源尤为重要。当前已经采用并取得的效益的节水措施主要有利用机电设备循环用水；合理利用流入地铁地下车站的雨水、流水；循环冷却水再次利用于冲厕用水等等措施，有效节约了地铁用水。

四、国外较为先进的节能技术引用

在西方发达国家，社会能源的消耗构成体现在工业、交通和民用三大方面的能耗。西方国家在20世纪70年代末就掀起了节能风潮，不仅从日常小处着手，走绿色节能之路，也积极研发新的节能技术，可谓方方面面，无所不及。

发达国家的节能，主要是通过一定的技术或手段，使人获得舒适健康的环境的同时，充分利用有限资源，以最小的能源消耗为代价，获得最大化的经济和社会效益。主要有：第一，利用自然节能。如建筑、交通车停车场地等，多强调依自然而建，趋利避害，充分利用自然采用和通风环境，设立立体环保场地等。第二，利用节能材料节能。在交通设备、建筑设施中，采用高效保温、隔热的材料，合理的车厢设计或建设规划，达到有效改善整个车厢或建筑的冷热温度。如在墙体内喷入轻质散状的保温材料，设置能够有效隔热和吸收太阳能的特质车顶等。其三，借助地源热泵、地道风系统，利用低温地热能等。如在地下建筑场所设置自然通风口，在建筑领域注意使建筑保持自然通风方式等。

五、国际先进的节能技术与我国城市轨道交通技术相结合中的难度

国际先进的节能技术主要是返璞归真，充分利用自然和提高材料等的科技含量。但是，我国城市轨道交通系统庞大，多处于地下，照明、通风、运作等几乎全部要使用人力和物力，尤其是以电力为主的地铁交通系统中，必然要耗费大量的电力资源。我们只有在现有技术条件和环境下，充分借鉴外国经验，实现我国城市轨道交通节能技术的新突破。

当前，我国轨道交通节能方面，可以得到有效改善以及亟需改善的方面有：其一，车厢内采用具有卸载功能的压缩机技术和新风门调节技术，根据载客量自动调节地铁车厢的制冷量，在保证车厢内温度适宜的同时，达到节能的效果。但此种方式，需要将空调的制冷级别设置为六级，新风门设置为全开、全闭、三分之一开，三分之二开等四档调节功能，这在空调和新风门的设置上加大了难度。其二，停车场的绿色节能技术。由于地铁体积大，其停车场多位于郊区，占地面积大，在车辆保养、停放等方面有诸多节能必要。其三，结合西方国家充分利用自然的特性，在地铁地下候车室等地下建筑中，注意设置自然通风口，减少空调等设备的使用。

此外，提高科技水平，采用节能灯、配置隔热保温的车厢材料等，也是加强地铁交通节能的有效措施。但如何突破现有科技瓶颈，将高科技素材普遍推广，仍是有待解决的问题。相信不久的将来，地铁系统将以其更为先进，更为节能而令人舒适的面貌呈现，成为城市交通中节能的先锋。