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【摘 要】笔者通过研究上海地铁车库照明系统，向读者展现了如何对现有系统进行智能化、节能化改造的可行性和经济性。通过分析，笔者发现只要采取科学、合理的措施，结合智能化控制技术，那么节能减排就不是一句空话。笔者相信，一旦智能化照明控制技术在全行业、全社会得到全面推广，那么它所带来的社会效益和经济效益将是无法估量的。
【关键词】地铁；列车车库；节能改造；照明系统；智能控制
一、引言
“十一五”期间，我国在行政管理方面对节能降耗做出了单位国内生产总值能耗降每低20%，主要污染物排放总量就要减少10%的强制性约束；在立法执法层面，2008年4月1日生效的《中华人民共和国节约能源法》对我国全社会节约能源，提高能源利用效率，保护和改善环境，促进经济社会全面协调可持续发展进行了明确规定，并强调节约资源是我国的基本国策。
地铁是一个公益性的服务行业，它主要提供的公共性产品。上海地铁是城市客运交通的大动脉，目前整个路网的日均客运量已超过600万人次，承担了城市客运量的约40%，客运量排名已位居世界第三位。
地铁网络中的电动列车、照明、空调和电梯等的运转需要用电，因此对地铁而言，电能是主要消耗的能源之一，每年电费成本约占总运营成本的40%，它成为仅次于人工成本之后的第二大成本。
上海地铁立足现有经营管理模式，在保证运营安全和服务质量的前提下，对现有供电系统、用电设备进行了全面改造，从软硬件两方面着手，引入了合同能源管理模式，采用低能耗、高智能控制技术，以实现节能减排的目的。
二、基地列车车库照明系统的现状
现代化地铁列车车库的照明系统不仅要提供足够的亮度，而且更应营造一个舒适的视觉环境，照明系统的质量已成为影响地铁列车检修质量的重要因素之一，越来越引起领导、专家和技术人员的重视。
上海地铁目前已投入使用十八个基地中，有的同时建造了停车库和检修库，有的只建造了检修/停车一体化车库。以梅陇基地为例，该基地建有一个近三万平米的停车库和一个两万多平米的检修库，其中停车库照明系统的配置比较简单，仅在顶棚安装了250瓦的高压钠灯180套；检修库配置相对复杂，顶棚灯有250瓦高压钠灯229套和400瓦高压鈉灯212套，检修平台安装110瓦高压钠灯112套和T8直管荧光灯248套。
（一）使用现状
1、停车库和检修库中的250瓦顶棚等的开闭由人工控制，基本上每天十七点开启至次天七点关闭；
2、停车库和检修库的其他灯具若日间需开闭，则由相关人员负责；
3、检修库的照明由使用单位负责日常管理，主要是根据检修作业的安排来控制照明系统的开闭。
但这种人工控制的管理模式存在着较大的随意性，无法根据环境光线的变化而变化。有时甚至可能会出现这种情况：如自然光线已很充足但管理人员因各种原因没有熄灭车库内的照明灯。
（二）系统电路结构的现状
车库内的照明系统回路是根据停车股道来分的，但在具体实施列车检修作业时，系统的运行却不是按照股道展开的。通常，检修人员和各类设备等集中在一片区段，该区域内中可能会有多条股道穿过，为保证现场亮度，往往需要同时开启多条股道的照明系统，这样就容易造成不必要的浪费。
综上说述，优化照明系统控制模块的设计，将管理模式由纯人工操作逐步过渡到智能化控制，实现真正意义上的节能、高效照明，这已成为现代化地铁列车车库管理的主要研究方向之一。
三、智能照明控制系统
所谓智能照明控制系统，其实就是根据某一区域的功能、每天不同的时间、室外光亮度或该区域的用途来控制照明，其中最重要的内容之一就是可进行预设，即具有将照明亮度转变为一系列设置的功能。这些设置也称为场景，可由调光器系统或中央建筑控制系统自动调用。
智能照明控制系统在确保灯具能够正常工作的条件下，给灯具输出一个最佳的照明功率，既可减少因过压而造成的照明眩光，使光照更加柔和，光线分布更加均匀，又可大幅度节省电能，经验表明节电率可达20%-40%。
智能照明控制系统具有以下主要特点：
（一）可在照明及混合电路中使用，适应性强；
（二）能在各种恶劣的电网环境和复杂的负载情况下连续稳定地工作；
（三）可延长灯具使用寿命，降低用户使用成本；
（四）系统可控制任意回路，完成连续调光或开关的功能；
（五）场景控制，可根据预先设置的场景切换光源亮度；
（六）与各种接入的传感器一起，对照明系统进行自动控制；
（七）时间控制，能根据特定时间调整亮度；
（八）红外遥控，可用手持红外遥控器对灯光进行远程控制；
（九）系统联网，利用上述控制手段进行综合控制。
四、既有地铁车库采用智能照明控制系统的必要性
目前，上海已有部分行业和区域，如道路路灯、办公场所的公共部位等，采用了智能照明控制技术，一些新建的地铁线路也开始选用该系统。使用后，用户反映普遍良好，他们感到这不仅可节约系统维护的人工成本，而且可明显降低系统能耗。
地铁列车车库是大量使用灯光照明且照明时间较长的工业建筑，从节能环保和提高经济效益的角度出发，上海地铁急需使用这种新型的照明系统，这是因为：
（一）地铁列车车库的占地面积一般较大，需配置的光源多；
（二）地铁列车车库每天二十四小时都要进行频繁的列车进出库作业，尤其是在夜间，所以亮灯时间较长；
（三）地铁列车车库不仅要存放列车，而且还要检修列车，因此对照度有一定要求，灯光效果要求较细腻；
（四）列车检修工作量和照度存在着一定线性关系，检修工作越分散，需要打开的光源就越多；
（五）列车检修人员对于灯光有较高的视觉要求，在不同的区域、不同的场合来要求不同的场景；
鉴于上述情况，上海地铁需要的照明系统应该是集信息技术、计算机技术、通信技术和自动化控制技术等于一体的智能化控制系统，以实现照明效果分区域控制、照度控制、场景控制、时钟控制以及红外线控制等目的。
五、改造设想
对广大用户而言，目前中国电网系统存在以下一些主要问题：一是网内电压稳定性不好，因此为确保照明系统正常运行，在设计灯具部分时，用户端的电压往往人为地调整到比标准相电压220V低；二是输电线路的电压偏高，以确保输电的质量。
综上所述，现有照明系统就比较出现电能的白白浪费以及灯具使用寿命的降低等情况，因此笔者建议首先解决照明系统中灯具部分的问题。
（一）现有灯具的改造
灯具是照明系统中的主要耗能部件之一。在车库中使用数量最多、对车库照度影响最主要的灯具主要是检修平台处的荧光灯和顶棚的高压钠灯。
1、荧光灯
荧光灯的工作原理是这样的，灯管在启动时需要足够的额定电压以激发荧光物质，使灯管发光，此时启动电压往往比工作电压高很多。同时大量实验结果表明，荧光灯管
的电压每降低10%时，荧光灯照度只降低7%左右，所以在不影响照度的情况下采用降低灯管电压的方式是可行的。
目前，照明系统没有自动调压功能，但采用了智能照明控制系统后，可通过预置时间和功率感应相结合的方式，让灯管在正常工作了一段时间以后自动调整到负载电压模式下运行以降低功耗，实现节电的目的。
此外实验结果表面，人眼对光线的感觉呈对数关系，即当光线照度减小10%时，人的视觉感觉亮度只减小1%，因此当灯具输入功率变小后，照度的变化几乎是人眼感觉不到。
具体改造建议如下：将T8直管荧光灯（电感）改为T5直管荧光灯，并配以时间控制，以有效降低荧光灯能耗。
2、高压钠灯
安装在顶棚的高压钠灯是整个列车车库的主光源，对它的改造必须考虑日常使用成本，主要包括电费成本和灯具维护成本等。在不影响照度的情况下，笔者建议选用能耗更低的灯具，如：将110瓦高压钠灯更换成85瓦无极灯；将250瓦高压钠灯更换成125瓦无极灯；将400瓦的高压钠灯更换成150瓦无极灯等。
（二）控制方式改造
除了采用现有现场人工控制方式外，在保证列车车库照度的情况下，还可让中央主机负责实时监控整个车库，动态调整各种灯具的开启和关闭，实现节能降耗。下面以检修库部分区域为例进行说明。
检修库照明系统的灯具部分是由顶棚灯（主要是高压钠灯）、检修平台灯（主要是荧光灯）、地沟灯、综合管沟照明灯和应急照明灯等组成。考虑到改造的可行性、可用性、可靠性和经济性，建议对相关区域进行集中控制，安装智能化控制模块，由该模块统一监控和管理相关区域的各类灯具。单个控制模块所控制灯具范围详见图5.1所示，其中黄色圆形代表顶棚灯，黄色方形代表检修平台灯，而红色圆形和方形则代表应急照明灯。应急照明灯和地沟灯不适宜改造，故在此不作讨论。
智能控制单元是通过智能控制面板来实施监控和管理的，可以根据现场实际情况进行不同管理模式的控制:
1、灯全部开启状态。
2、灯全部关闭状态。
3、当人员在检修平台作业时，顶棚灯开一半而检修平台灯全开。
4、当人员在通道内作业时，顶棚灯全开而检修平台灯开一半。
5、根据列车占用股道的情况来控制亮灯区域。改造时，可在股道两侧安装红外线传感器，并与智能控制单元连接，当列车驶入股道后，传感器就将所收到的信号反馈给控制单元，控制单位命令该股道两侧的检修平台灯开启，反之则关闭。
六、能耗分析
（一）目前的电耗情况
1、亮灯时间
据不完全统计，停车库每天晚间亮灯时间为14小时，一年总亮灯时间为5,110小时；检修库每天晚间亮灯时间为14小时，白天
【关键词】地铁；列车车库；节能改造；照明系统；智能控制
一、引言
“十一五”期间，我国在行政管理方面对节能降耗做出了单位国内生产总值能耗降每低20%，主要污染物排放总量就要减少10%的强制性约束；在立法执法层面，2008年4月1日生效的《中华人民共和国节约能源法》对我国全社会节约能源，提高能源利用效率，保护和改善环境，促进经济社会全面协调可持续发展进行了明确规定，并强调节约资源是我国的基本国策。
地铁是一个公益性的服务行业，它主要提供的公共性产品。上海地铁是城市客运交通的大动脉，目前整个路网的日均客运量已超过600万人次，承担了城市客运量的约40%，客运量排名已位居世界第三位。
地铁网络中的电动列车、照明、空调和电梯等的运转需要用电，因此对地铁而言，电能是主要消耗的能源之一，每年电费成本约占总运营成本的40%，它成为仅次于人工成本之后的第二大成本。
上海地铁立足现有经营管理模式，在保证运营安全和服务质量的前提下，对现有供电系统、用电设备进行了全面改造，从软硬件两方面着手，引入了合同能源管理模式，采用低能耗、高智能控制技术，以实现节能减排的目的。
二、基地列车车库照明系统的现状
现代化地铁列车车库的照明系统不仅要提供足够的亮度，而且更应营造一个舒适的视觉环境，照明系统的质量已成为影响地铁列车检修质量的重要因素之一，越来越引起领导、专家和技术人员的重视。
上海地铁目前已投入使用十八个基地中，有的同时建造了停车库和检修库，有的只建造了检修/停车一体化车库。以梅陇基地为例，该基地建有一个近三万平米的停车库和一个两万多平米的检修库，其中停车库照明系统的配置比较简单，仅在顶棚安装了250瓦的高压钠灯180套；检修库配置相对复杂，顶棚灯有250瓦高压钠灯229套和400瓦高压鈉灯212套，检修平台安装110瓦高压钠灯112套和T8直管荧光灯248套。
（一）使用现状
1、停车库和检修库中的250瓦顶棚等的开闭由人工控制，基本上每天十七点开启至次天七点关闭；
2、停车库和检修库的其他灯具若日间需开闭，则由相关人员负责；
3、检修库的照明由使用单位负责日常管理，主要是根据检修作业的安排来控制照明系统的开闭。
但这种人工控制的管理模式存在着较大的随意性，无法根据环境光线的变化而变化。有时甚至可能会出现这种情况：如自然光线已很充足但管理人员因各种原因没有熄灭车库内的照明灯。
（二）系统电路结构的现状
车库内的照明系统回路是根据停车股道来分的，但在具体实施列车检修作业时，系统的运行却不是按照股道展开的。通常，检修人员和各类设备等集中在一片区段，该区域内中可能会有多条股道穿过，为保证现场亮度，往往需要同时开启多条股道的照明系统，这样就容易造成不必要的浪费。
综上说述，优化照明系统控制模块的设计，将管理模式由纯人工操作逐步过渡到智能化控制，实现真正意义上的节能、高效照明，这已成为现代化地铁列车车库管理的主要研究方向之一。
三、智能照明控制系统
所谓智能照明控制系统，其实就是根据某一区域的功能、每天不同的时间、室外光亮度或该区域的用途来控制照明，其中最重要的内容之一就是可进行预设，即具有将照明亮度转变为一系列设置的功能。这些设置也称为场景，可由调光器系统或中央建筑控制系统自动调用。
智能照明控制系统在确保灯具能够正常工作的条件下，给灯具输出一个最佳的照明功率，既可减少因过压而造成的照明眩光，使光照更加柔和，光线分布更加均匀，又可大幅度节省电能，经验表明节电率可达20%-40%。
智能照明控制系统具有以下主要特点：
（一）可在照明及混合电路中使用，适应性强；
（二）能在各种恶劣的电网环境和复杂的负载情况下连续稳定地工作；
（三）可延长灯具使用寿命，降低用户使用成本；
（四）系统可控制任意回路，完成连续调光或开关的功能；
（五）场景控制，可根据预先设置的场景切换光源亮度；
（六）与各种接入的传感器一起，对照明系统进行自动控制；
（七）时间控制，能根据特定时间调整亮度；
（八）红外遥控，可用手持红外遥控器对灯光进行远程控制；
（九）系统联网，利用上述控制手段进行综合控制。
四、既有地铁车库采用智能照明控制系统的必要性
目前，上海已有部分行业和区域，如道路路灯、办公场所的公共部位等，采用了智能照明控制技术，一些新建的地铁线路也开始选用该系统。使用后，用户反映普遍良好，他们感到这不仅可节约系统维护的人工成本，而且可明显降低系统能耗。
地铁列车车库是大量使用灯光照明且照明时间较长的工业建筑，从节能环保和提高经济效益的角度出发，上海地铁急需使用这种新型的照明系统，这是因为：
（一）地铁列车车库的占地面积一般较大，需配置的光源多；
（二）地铁列车车库每天二十四小时都要进行频繁的列车进出库作业，尤其是在夜间，所以亮灯时间较长；
（三）地铁列车车库不仅要存放列车，而且还要检修列车，因此对照度有一定要求，灯光效果要求较细腻；
（四）列车检修工作量和照度存在着一定线性关系，检修工作越分散，需要打开的光源就越多；
（五）列车检修人员对于灯光有较高的视觉要求，在不同的区域、不同的场合来要求不同的场景；
鉴于上述情况，上海地铁需要的照明系统应该是集信息技术、计算机技术、通信技术和自动化控制技术等于一体的智能化控制系统，以实现照明效果分区域控制、照度控制、场景控制、时钟控制以及红外线控制等目的。
五、改造设想
对广大用户而言，目前中国电网系统存在以下一些主要问题：一是网内电压稳定性不好，因此为确保照明系统正常运行，在设计灯具部分时，用户端的电压往往人为地调整到比标准相电压220V低；二是输电线路的电压偏高，以确保输电的质量。
综上所述，现有照明系统就比较出现电能的白白浪费以及灯具使用寿命的降低等情况，因此笔者建议首先解决照明系统中灯具部分的问题。
（一）现有灯具的改造
灯具是照明系统中的主要耗能部件之一。在车库中使用数量最多、对车库照度影响最主要的灯具主要是检修平台处的荧光灯和顶棚的高压钠灯。
1、荧光灯
荧光灯的工作原理是这样的，灯管在启动时需要足够的额定电压以激发荧光物质，使灯管发光，此时启动电压往往比工作电压高很多。同时大量实验结果表明，荧光灯管
的电压每降低10%时，荧光灯照度只降低7%左右，所以在不影响照度的情况下采用降低灯管电压的方式是可行的。
目前，照明系统没有自动调压功能，但采用了智能照明控制系统后，可通过预置时间和功率感应相结合的方式，让灯管在正常工作了一段时间以后自动调整到负载电压模式下运行以降低功耗，实现节电的目的。
此外实验结果表面，人眼对光线的感觉呈对数关系，即当光线照度减小10%时，人的视觉感觉亮度只减小1%，因此当灯具输入功率变小后，照度的变化几乎是人眼感觉不到。
具体改造建议如下：将T8直管荧光灯（电感）改为T5直管荧光灯，并配以时间控制，以有效降低荧光灯能耗。
2、高压钠灯
安装在顶棚的高压钠灯是整个列车车库的主光源，对它的改造必须考虑日常使用成本，主要包括电费成本和灯具维护成本等。在不影响照度的情况下，笔者建议选用能耗更低的灯具，如：将110瓦高压钠灯更换成85瓦无极灯；将250瓦高压钠灯更换成125瓦无极灯；将400瓦的高压钠灯更换成150瓦无极灯等。
（二）控制方式改造
除了采用现有现场人工控制方式外，在保证列车车库照度的情况下，还可让中央主机负责实时监控整个车库，动态调整各种灯具的开启和关闭，实现节能降耗。下面以检修库部分区域为例进行说明。
检修库照明系统的灯具部分是由顶棚灯（主要是高压钠灯）、检修平台灯（主要是荧光灯）、地沟灯、综合管沟照明灯和应急照明灯等组成。考虑到改造的可行性、可用性、可靠性和经济性，建议对相关区域进行集中控制，安装智能化控制模块，由该模块统一监控和管理相关区域的各类灯具。单个控制模块所控制灯具范围详见图5.1所示，其中黄色圆形代表顶棚灯，黄色方形代表检修平台灯，而红色圆形和方形则代表应急照明灯。应急照明灯和地沟灯不适宜改造，故在此不作讨论。
智能控制单元是通过智能控制面板来实施监控和管理的，可以根据现场实际情况进行不同管理模式的控制:
1、灯全部开启状态。
2、灯全部关闭状态。
3、当人员在检修平台作业时，顶棚灯开一半而检修平台灯全开。
4、当人员在通道内作业时，顶棚灯全开而检修平台灯开一半。
5、根据列车占用股道的情况来控制亮灯区域。改造时，可在股道两侧安装红外线传感器，并与智能控制单元连接，当列车驶入股道后，传感器就将所收到的信号反馈给控制单元，控制单位命令该股道两侧的检修平台灯开启，反之则关闭。
六、能耗分析
（一）目前的电耗情况
1、亮灯时间
据不完全统计，停车库每天晚间亮灯时间为14小时，一年总亮灯时间为5,110小时；检修库每天晚间亮灯时间为14小时，白天