0引言

中國近40年經(jīng)濟(jì)快速增長，面臨快速城市化挑戰(zhàn)。城市軌道交通成為發(fā)達(dá)國家主要交通方式。2016年，43個(gè)城市獲建設(shè)許可，比2012年多8個(gè)。"十三五"期間，新建城市軌道交通5357公里，年均1071公里，是"十二五"的近4倍。預(yù)計(jì)到2020年，地鐵總里程8000公里，投資2萬億元。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性，研究人員和從業(yè)者正尋求合適的資源管理方式。地鐵工程復(fù)雜，需全面能源管理策略優(yōu)化能源使用，確保能源供應(yīng)。地下地鐵網(wǎng)絡(luò)需滿足衛(wèi)生、舒適要求，是高能源消耗者。

1方法

本文介紹了一種結(jié)合DIALux軟件和BECH工具的智能照明控制系統(tǒng)，旨在優(yōu)化車站照明性能并減少電力消耗。通過集成能源分析軟件，創(chuàng)建了節(jié)能模型以驗(yàn)證能源效率。系統(tǒng)利用BECH的仿真數(shù)據(jù)和實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)行比較，證明了其有效性和實(shí)用性。智能照明控制系統(tǒng)通過深入分析建筑能耗，執(zhí)行智能分析、反饋和控制流程，同時(shí)優(yōu)化照明方案。該系統(tǒng)不僅關(guān)注高能耗模塊，還深入研究能耗細(xì)節(jié)，為地鐵照明智能化管理提供支持，并為建筑能源分析貢獻(xiàn)了一種新方法。

2光源分布優(yōu)化

照明裝置的布局通常利用有限元法、蒙特卡洛法或線性優(yōu)化軟件計(jì)算。工程師應(yīng)采取成熟方法，確保視覺舒適同時(shí)減少能源和維護(hù)成本。城市軌道系統(tǒng)需減少能源消耗以降低成本和環(huán)境影響，因此，通過人工智能技術(shù)優(yōu)化光源分布對節(jié)能和環(huán)境改善至關(guān)重要。

從功能角度分析，地鐵站可劃分為四個(gè)主要區(qū)域：出入口區(qū)域、站廳區(qū)域、站臺(tái)區(qū)域以及工作區(qū)域。在照明設(shè)計(jì)方面，每個(gè)區(qū)域的側(cè)重點(diǎn)各異。照明的強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)恰到好處，避免過度，以確保每個(gè)區(qū)域的照明設(shè)施能夠盡可能地降低電力消耗。特別是工作區(qū)的照明設(shè)計(jì)，其目的是為了滿足員工日常工作的需求，而非直接服務(wù)于乘客的使用。

2.1出入口區(qū)域

入口和出口區(qū)域作為地下與地面空間的過渡，光適應(yīng)時(shí)間較短，約1分鐘。這些區(qū)域應(yīng)結(jié)合自然光和人工光，以自然光為主，不足時(shí)輔以人工照明如聚光燈和筒燈。為吸收更多自然光，建筑材料應(yīng)選用透光性強(qiáng)的材料，如玻璃。同時(shí)，應(yīng)考慮燈具的方向性，以增強(qiáng)乘客的方向感。

2.2車站大廳

車站大廳寬敞，包含多個(gè)功能區(qū)，各具特色。燈具多樣，可以混用，以強(qiáng)化空間特點(diǎn)和照明效果。此外，過渡區(qū)照明需有導(dǎo)向性，確保空間間過渡自然，照明布局和諧，確保重點(diǎn)突出。輔助區(qū)域通過明確界限相連。站廳照明標(biāo)準(zhǔn)為100至200勒克斯，照度均勻度至少0.7，推薦0.8，色溫范圍3000至6000K。

2.3站臺(tái)區(qū)

站臺(tái)區(qū)作為候車區(qū)與出入口區(qū)的連接，旨在提供舒適的等待環(huán)境，因此調(diào)整了照明光源和色溫。出于安全考慮，站臺(tái)與列車運(yùn)行區(qū)之間安裝了屏蔽門，并配備了主照明設(shè)施，如熒光燈形成的光帶，以明確站臺(tái)與列車間的界限，預(yù)防事故。

3 照明節(jié)能管理系統(tǒng)

大連地鐵1號線引入了基于DALI的智能照明節(jié)能系統(tǒng)，通過精確控制不同區(qū)域的照明，旨在減少能耗并提升乘客舒適體驗(yàn)。

3.1照明面積分布

大連地鐵1號線的照明系統(tǒng)分為三個(gè)主要區(qū)域：地鐵站、站臺(tái)和出入口。每個(gè)區(qū)域都有特定的功能需求。地鐵站照明包括客流、售票、廣告、樓梯和扶梯區(qū)域。站臺(tái)照明涵蓋客流、休息區(qū)、屏蔽門燈帶和高低交換區(qū)。出入口照明則包括客流區(qū)和室外高低交換區(qū)。

3.2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

大連地鐵1號線的智能控制系統(tǒng)包括中央控制機(jī)、控制網(wǎng)關(guān)、配電開關(guān)、DALI模塊、照明和紅外傳感器。照明系統(tǒng)分為六個(gè)子系統(tǒng)：客流區(qū)域、附屬設(shè)備、廣告、休息區(qū)、車門照明和室外區(qū)域。

細(xì)化技術(shù)用于控制照明分布，確保地鐵乘客基本照明需求和公共設(shè)備使用。照明系統(tǒng)智能控制，根據(jù)客流自動(dòng)調(diào)整亮度。輔助功能區(qū)照明隨乘客移動(dòng)變化。廣告區(qū)照明根據(jù)燈箱附近亮度調(diào)節(jié)。乘客休息區(qū)照明根據(jù)是否有人在場調(diào)整。屏蔽門燈帶區(qū)域照明用于提醒乘客上下車。室外區(qū)域，室內(nèi)傳感器檢測自然光，決定是否調(diào)整室內(nèi)照明。

4結(jié)果

本節(jié)介紹使用DIALux軟件，基于CAD結(jié)構(gòu)對中國大連地鐵站進(jìn)行優(yōu)化、模擬及能源性能分析，旨在改善地鐵站關(guān)鍵區(qū)域的照明布局設(shè)計(jì)。

4.1優(yōu)化的人工智能照明分布模擬

以西安路地鐵站廳為例，探討了照明節(jié)能現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)，使用DIALux軟件進(jìn)行照明分布優(yōu)化。DIALux是專業(yè)工具，具備環(huán)境模擬和數(shù)據(jù)分析功能。

4.1.1現(xiàn)有能源消耗和管理模式

照明系統(tǒng)在80x30x5米室內(nèi)空間的原始設(shè)計(jì)得到改進(jìn)。雙港地鐵站廳的燈具排列有序，但未針對不同區(qū)域的照明需求設(shè)計(jì)，未能有效引導(dǎo)乘客。所有燈具使用同類型的LED燈，色溫為3000-6000K，功率49瓦，尺寸2x0.2米。每隔5米安裝一盞，共15盞，垂直間隔1米，每串10個(gè)燈，總計(jì)150個(gè)燈。簡化模型見圖1。

圖1地鐵站燈具布置圖

將方案導(dǎo)入DIALux進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)選定的燈光布局和燈具存在問題。3D效果圖顯示，過于有序的燈光布置無法滿足不同區(qū)域的功能照明和引導(dǎo)需求。燈具過于密集導(dǎo)致照度超標(biāo)，不僅造成不適和能源浪費(fèi)，還高于標(biāo)準(zhǔn)照度值。

圖2地鐵站燈光布置的3D效果圖

將原始文件導(dǎo)入DIALux軟件后，可生成光分布曲線效果圖，便于計(jì)算年總能耗為42336kWh(150盞燈*49瓦*16小時(shí)/天*360天)。

4.1.2燈具布置優(yōu)化模擬

審查整個(gè)照明系統(tǒng)布置以實(shí)現(xiàn)節(jié)能照明配置至關(guān)重要。地鐵站廳室內(nèi)尺寸為80米長、30米寬、5米高，材料包括天花板、地板、墻壁和工作面已確定。相關(guān)設(shè)施如閘機(jī)、TVM、安檢和員工服務(wù)區(qū)的位置和材料也已確認(rèn)。部分結(jié)構(gòu)如柱子可能用于商業(yè)用途，表面材料設(shè)定為墻紙，其他結(jié)構(gòu)材料則依據(jù)常用材料設(shè)定。

選擇照明設(shè)備類型和空間布局時(shí)，應(yīng)遵循地鐵站廳照明和色溫要求，將智能照明設(shè)備主要布置在入口、出口、TVM、安檢和過渡區(qū)域，以確保滿足主要照明需求。

光分布曲線展示了人工智能照明設(shè)計(jì)的結(jié)果，顯示光從光源發(fā)射并分布到空間的方式。它描繪了照明強(qiáng)度和光分布，反映了空間內(nèi)的光分布狀態(tài)。該方法記錄了不同方向的照度，顯示了光通量、光源數(shù)量、功率因數(shù)、尺寸和效率。智能配光曲線與燈具類型的選擇緊密相關(guān)，包括發(fā)射器形狀、透明部件、光源和位置。曲線提供了三種表示方法：極坐標(biāo)法、直角坐標(biāo)法和等角曲線法。

4.2智能照明節(jié)能控制模型的運(yùn)行

建立模型后，可確定地鐵照明分布并用軟件計(jì)算模型系數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能照明控制。結(jié)合自然光和智能控制算法，旨在降低能耗，營造舒適光環(huán)境，提升工作效率。

智能節(jié)能模型根據(jù)時(shí)間和照明需求自動(dòng)調(diào)整亮度。高峰時(shí)段使用全亮度模式，非高峰時(shí)段則切換到一般模式。所有區(qū)域的照明需求控制在負(fù)荷的90%～100%以內(nèi)，不同區(qū)域根據(jù)流量和功能需求調(diào)整照明強(qiáng)度。例如，流量低的區(qū)域照明需求為負(fù)荷的60%，而高流量過渡區(qū)則低于70%。晚上乘客少時(shí)，系統(tǒng)啟用低峰值模式。節(jié)假日，工作人員可自由調(diào)整照明模式，系統(tǒng)還提供空白模型供定制照明需求。

4.3節(jié)能效果

使用DIALux軟件，分析了大連地鐵1號線雙港站的照明數(shù)據(jù)，評估智能照明系統(tǒng)的節(jié)能效果。站點(diǎn)共有776盞燈，包括192盞屏蔽門燈帶(10W/盞)和584盞功能燈(22W/盞)。收集完數(shù)據(jù)后，進(jìn)行了系統(tǒng)模擬。

智能照明系統(tǒng)預(yù)計(jì)將每天減少約100kW電力消耗，每年節(jié)省21876元電費(fèi)，并減少363905噸碳排放。大連地鐵1號線年能耗為2億kWh，24個(gè)車站平均年能耗為22831.1kWh，日均6849.31kWh。照明系統(tǒng)能耗占總能耗14.05%，符合中國政策法規(guī)要求，且優(yōu)于世衛(wèi)組織標(biāo)準(zhǔn)，占地下車站能耗37%。提出的解決方案有助于降低地鐵照明系統(tǒng)負(fù)載，滿足平均消耗要求。

5安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

5.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品運(yùn)用了成熟的RS485總線技術(shù)，確保了技術(shù)的可靠性和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。其開關(guān)驅(qū)動(dòng)器擁有獨(dú)立運(yùn)作的能力，特別適合中小型項(xiàng)目的需求。此外，該產(chǎn)品采用了模塊化設(shè)計(jì)，支持靈活的拼接與擴(kuò)展。它還配備了預(yù)留的I/O端口和Modbus接口，便于與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

5.2應(yīng)用場所

適用于各種智能住宅區(qū)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、教育機(jī)構(gòu)、酒店以及體育場館、機(jī)場、隧道、車站等大型公共建筑項(xiàng)目的照明控制系統(tǒng)需求。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4系統(tǒng)功能

1)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊在線狀態(tài)和現(xiàn)場回路開關(guān)狀態(tài)，界面按樓層分區(qū)和回路列表展示。

2)模塊離線、網(wǎng)關(guān)設(shè)備掉線或狀態(tài)反饋與控制命令不一致時(shí)，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)故障報(bào)警，并記錄及展示報(bào)警信息。

3)實(shí)現(xiàn)照明回路的開關(guān)控制，每個(gè)模塊和樓層均設(shè)有控制開關(guān)，支持單獨(dú)模塊或整個(gè)樓層的開關(guān)操作。

4)開關(guān)驅(qū)動(dòng)器具備過零觸發(fā)功能，僅在交流電過零時(shí)操作負(fù)載，減少電磁干擾和電網(wǎng)沖擊，延長燈具和控制裝置壽命。

5)每個(gè)照明回路可設(shè)定掉電模式，電源斷電時(shí)自動(dòng)切換至該模式，保證電源恢復(fù)后燈具狀態(tài)可預(yù)測且可控。

6)拖動(dòng)調(diào)光控件可調(diào)節(jié)照明設(shè)備亮度，實(shí)現(xiàn)對單個(gè)或多個(gè)照明回路的控制。調(diào)光總控可管理一個(gè)或多個(gè)模塊的照明回路。圖標(biāo)顯示的亮滅狀態(tài)表示現(xiàn)場開關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)。

7)點(diǎn)擊場景控件可切換場景設(shè)置，界面上展示不同模式和功能，圖標(biāo)亮滅表示狀態(tài)。

8)設(shè)定定時(shí)器，選定時(shí)間后，配置事件發(fā)生時(shí)的相應(yīng)動(dòng)作，如設(shè)定燈光在特定時(shí)間開啟或關(guān)閉。

9)系統(tǒng)利用預(yù)設(shè)經(jīng)緯度自動(dòng)計(jì)算日出日落時(shí)間，并根據(jù)天文時(shí)鐘控制照明，實(shí)現(xiàn)日落后開燈、日出時(shí)關(guān)燈。

10)所有定時(shí)控制計(jì)劃可保存至驅(qū)動(dòng)模塊，即使上位機(jī)故障或模塊離線，驅(qū)動(dòng)模塊的RTC時(shí)鐘也能保證計(jì)劃正常執(zhí)行，不影響照明控制。

11)系統(tǒng)采用分布式總線結(jié)構(gòu)，各組件能獨(dú)立運(yùn)作，且可通過程序設(shè)定實(shí)現(xiàn)多功能性。

12)預(yù)留與BA(樓宇自動(dòng)化)或第三方集成平臺(tái)的接口，支持Modbus、OPC等協(xié)議。

5.5設(shè)備選型

6結(jié)束語

本文探討了地鐵照明系統(tǒng)的節(jié)能潛力，回顧了環(huán)境要求和智能照明技術(shù)的發(fā)展。分析了地鐵站不同區(qū)域的照明需求，并利用DIALux軟件設(shè)計(jì)了節(jié)能方案。通過實(shí)證研究驗(yàn)證了智能照明系統(tǒng)在降低能耗、延長燈具壽命和提升工作效率方面的優(yōu)勢。智能照明控制技術(shù)在負(fù)載控制、電流測試和開關(guān)燈方面優(yōu)于傳統(tǒng)方法，提高了地鐵照明的管理效率。研究將照明節(jié)能方案與能源分析軟件結(jié)合，為節(jié)能型建筑提供了參考。