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节能坡—降低地铁能耗,响应“节能”号召

2019
04/02
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Greeny

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建筑界
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【摘要】地铁作为一种绿色环保型交通工具,耗费的能源主要是电能,地铁的能耗在我国资源耗费中占据了相当大的一部分,节能坡的设计就是有效地降低地铁牵引耗能,响应“节能”号召的措施之一。

现代化的生活方式,在带给城市交通很大压力的同时,给地球环境带来了不可磨灭的损害,这种情况下,节能减排,成为了时代的新口号。地铁,这一响应新口号而诞生的新型绿色环保交通工具,为快节奏的城市生活带来了新的转机。但是,在现阶段的地铁技术中,还存在能耗巨大的问题。地铁线路纵断面的设计便是解决这一问题的关键,而节能坡则是一种新型的地铁线路纵断面设计理念。该文着重从各种类型线路纵断面的设计理念出发,通过对列车在各种线路系统中的运营情况比较,分析节能坡的作用及意义。

地铁作为一种绿色环保型交通工具,耗费的能源主要是电能,并且属于“用电大户”。随着地铁在各大城市的建设,地铁的能耗在我国资源耗费中占据了相当大的一部分,促使“节能”成为地铁建设的新方向。节能坡的设计就是有效地降低地铁牵引耗能,响应“节能”号召的措施之一。

线路纵断面节能坡的概念

节能坡,顾名思义,就是指按照物理学方法设计出来的符合列车运行规律的坡道,从而在列车运行过程中尽量减少牵引电能的耗费。节能坡的设计,是运用物理学中动能与势能的转化原理,将列车出站时下坡的势能转化成起步的动能,将进站时上坡的动能转化成势能,从而达到节能目的。

线路纵断面节能坡的设计约束

地铁的运行,是在地铁线路纵断面上进行的,地铁线路纵断面的设计将直接影响列车的运行效果。成功地设计地铁线路纵断面节能坡,就能使地铁的长期运营成本降低,同时达到安全、高效地运送旅客的目的。但是,合理纵断面节能坡在设计时必须注意以下几点:

设计时要保证列车运行的安全性。地铁运行时首先需要保证的就是安全,安全是设计工作的重中之重。在设计列车运行线路纵断面时,不能设计出与线路的平面设计不协调的“有害坡”,以防给地铁的安全运行埋下隐患。

设计时要尽量缩短列车运行的加速时间。一般地铁使用的都是功率较大的电机,这样可以缩短列车达到平均速度的加速时间,从而达到地铁快速、便捷的目的。但是,大功率电机耗费的能量也是巨大的,科学合理的线路纵断面节能坡就可以在减少大功率电机使用的同时有效地缩短加速和制动时间,提高运行速度。

设计时要注意地形条件、地质条件。地铁运行的线路长,所经过的路段通常呈现地形复杂、地质条件多样化的特点,在设计纵断面节能坡的时候,设计师要依据不同地形、地质条件,合理地设计线路的铺设方法、埋深要求以及线路的平面条件。

设计时要注意工程造价。在合理地设计线路纵断面节能坡的时候,不应该只注重运营效果而忽略了对工程造价的重视。应该在对工程进行了正确的评价后,找到最佳结合点,在理性投资的基础上确定出最佳的线路纵断面设计方案,即保证工程投资的合理性,又保证工程设计的合理性。

设计时要综合考虑,降低运营成本。节能坡的设计是根据城市规划设计和城市人流对交通的需求情况进行选线后,按照地形、地质等客观情况,并考虑到各种地铁行进时的影响因素,利用模拟仿真技术,对各种模拟存在的线路纵断面的耗能指标等进行计算分析,进而确定出相对科学的优化方案。地铁的线路工程是一次性工程,是永久性的,其品质直接决定着未来地铁运营的成本和效果。因此,设计出优秀的线路纵断面节能坡对整个地铁运营系统成本的降低有重要意义。

节能坡的研究工具

节能坡的研究工具主要是仿真模拟软件,仿真模拟软件的主要功能是对列车的运行进行仿真模拟测试。该软件的运行就是将已预定属性的列车在不同的节能坡上进行模拟运行,并比较运行结果,再通过综合分析之后确定最合理的节能坡方案。

利用仿真模拟软件进行线路纵断面优化的优点主要表现在以下几个方面:

在设计阶段就将地铁工程控制于系统工程之下。系统工程是由各专业联合设计组合起来的,从地铁工程设计初期,就要综合考虑各项运营目标之间的协调,尽可能地优化整个工程,以防各专业间的孤立设计造成工程资源浪费。

在仿真模拟软件运行条件下设计出的线路纵断面,可以最大限度地接近实际情况,使基于该线路纵断面节能坡的地铁的真正运行效果可以达到设计标准。

地铁的运营支出中,能量消耗就占据了二到三成,这是一个长期存在的问题。通过仿真模拟软件设计出来的线路纵断面设计可以很好地降低能量消耗,节省运营支出。

在地铁的运营初期,就通过仿真模拟软件考虑了列车运行所需的多种条件,为提高列车运行的安全性做好了充足的准备,与此同时,还简化了司机对列车的手动操纵,降低了自动驾驶的控制要求。

对线路纵断面节能坡方案的案例比较

经过对线路纵断面节能坡的设计分析,我们得知了节能坡设计在地铁运行中的重要作用,下面我们通过案例比较分析,来直观体现线路纵断面节能坡设计的实际意义。下面分两个案例进行比较,案例一是普通可设计方案,案例二为按照节能坡理念设计的方案。该区间长度1020m,甲、乙两站高程差2m。

方案1 普通可设计方案的线路纵断面参数如下:

2.png

注:表中以甲站标高为0计。

通过列车的仿真模拟运行,方案1的运行结果参数如下:

3.png

方案2 基于节能坡理念,经过优化的线路纵断面参数如下:

4.png

通过列车的仿真模拟运行,方案2的运行结果参数如下:

5.png

在经过对方案1、方案2的牵引能耗比较之后,可以发现,在方案2中,经过节能坡设计的线路纵断面,列车在运行时的牵引能耗无论走向为正向还是反向,均比方案1中较常运用的普通线路纵断面要节能百分之二十以上。以现阶段的电费标准进行估算,按近二十年进行运营支出比较,方案2相较方案1可以节省支出近壹仟万元

地铁线路纵断面节能坡的设计,综合了多领域的专业技术,在设计时涉及到多种因素,因此应该综合协调各领域专业技术,进行全方位、多角度的考虑,如此才能设计出最佳的节能坡设计方案。通过对线路纵断面普通设计与节能坡设计的比较可以看出,如果能够在未来的研究中广泛推广节能坡理念,将节能坡设计放到地铁系统研究的重要位置,那么就会在降低我国地铁系统运营成本的同时,节省能源耗费,响应国家节能政策

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