城市轨道交通绿色低碳技术研究及展望

城市轨道交通绿色低碳技术研究及展望

李金彪

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摘要：城市轨道具有速度快、运量大和绿色环保等优点，目前已成为缓解城市交通拥堵的主要工具。以国家“碳达峰”与“碳中和”战略为背景，以城轨绿色低碳发展为目标，本文分析城市轨道交通存在的问题。提出应理顺城市轨道交通建设及其绿色发展的有关体制与机制、加强城市轨道交通绿色发展的规划引领、加快制定全国统一的城市轨道交通建设及其绿色发展的标准和认证体系，

关键词：城市轨道交通；绿色低碳技术

引言

社会经济的快速发展给予城市化进程更多的推动力。近年来，城市人口数量呈现出快速增长趋势，交通运输量的需求也随之增多，大城市堵车日益严重，交通运输面临的压力与日俱增。为了给市民提供更加高效便利的出行方式，城市轨道交通已经在很多城市运行和建设。在轨道交通规划建设过程中，不仅要考虑满足城市居民目前出行的需求，还需要充分考虑后续轨道交通运行过程中新增人口的出行需要。只有将未来城市交通运输需求和运力充分考虑，才可以为城市的平稳运行创造良好的条件。

1城市轨道交通可持续发展的价值

城市轨道交通与其他公共出行交通工具相比最显著的优势便是高效便捷，人们乘坐城市轨道交通之后可以大大缩短自己的出行时间。近几年，社会经济的发展带动了城市化进程，每座城市都涌入了越来越多的外来人口，使得城市人口数量持续增加，这对交通运输的需求也不断加大。各地政府及相关部门也出台了一系列相应的城市轨道交通建设规划，用以缓解城市交通系统的压力。从目前来看，为保证城市轨道交通继续扩容，就必须要投入足够的资金给予支持才可以实现城市轨道交通的建设目标。以往的公共交通工具不能满足日益增长的交通需求，那么大力度地发展轨道交通正是对原有交通方式最好的补充。这不仅可以在很大程度上缓解城市交通的运输压力，还可以满足城市可持续发展的建设理念。同时，地下交通与地下管廊系统一起建设的理念提出和实施，不仅节约了建设成本，更对城市地下管道大动脉的改善起到了推波助澜的作用。

2城市轨道交通现状

2.1绿色发展体制与机制有待理顺

城市轨道交通一体化规划建设涉及道路红线内和红线外，包含交通运输管理部门、国土空间规划部门、城市建设管理部门、发展改革部门、轨道交通建设运营公司、各区政府等诸多责任主体。各部门意图难以在有限的空间中得到高效协同，诸多管理界面之间也常常缺乏统筹和有效衔接，导致集约利用土地资源、提高运行服务效率和水平的一些规划措施难以有效落地。以城市轨道交通车站出入口与周边空间一体化衔接为例，受工期、资金等压力影响，城市轨道交通线路建设单位常常将规划建设的出入口改为工程预留以压缩工期、降低成本，消防验收往往满足最基本要求即可。

2.2绿色发展技术创新有待突破

技术发展水平在一定程度上制约了城市轨道交通绿色发展。中国城市轨道交通装备的基础零部件、基础制造工艺、基础材料的发展水平仍相对较低，配套产品性能质量和可靠性与国外差距明显，成为制约城市轨道交通绿色发展水平进一步提升的瓶颈。以车辆为例，现有城市轨道交通车辆自重仍较大，不同满载率工况下人均分担重量差别巨大，而节能低碳是建立在高使用率基础上。车辆轻量化对于提速、降噪、降低能源消耗具有重要意义，轻型车辆技术的使用将能降低20%~30%的运行能源消耗。但是，新型轻量化车体的研制需要结合激光拼焊、变厚度轧制、型材设计以及低成本自动化的复合材料成型等多种技术，受制于中国基础工业体系对轨道交通新材料产业的支撑不足，铝合金的轻量化设计已达瓶颈，新复合材料研发有待进一步突破。另外，现阶段城市轨道交通相关企业均将信息化建设作为发展的一项重要工作，虽然取得一定成果，但还存在一些问题。一是缺少信息化建设的总体规划，存在部分业务信息化缺失的情况；二是既有信息化系统之间信息共享率低、信息综合应用程度不高，信息系统功能的前瞻性和拓展性不够，信息安全建设有待加强，运维体系也有待完善，难以适应未来复杂城市轨道交通网络绿色、高效发展要求。

3城市轨道交通绿色低碳技术优化

3.1规划设计阶段

我国幅员辽阔，城轨规划建设及开通城市气候区覆盖广，各城市交通运输结构、气候特点不尽相同。针对城市及线路特点，提出合理的节能设计方案，可为后期运营节约大量能源。城轨节能设计包括以下方面。（1）建筑节能设计。合理规划和控制车站及附属建筑规模，控制城轨建筑能耗总量；采取适宜的建筑形式和系统设计，优化地下车站站台、出入口、隧道、风井等设计方案，通过调整出入口风压、提高采光系数等降低车站机电系统负荷。（2）线路节能设计。路网规划超前于城市发展，应充分考虑资源投入、环境承载力等因素，建立高效换乘系统，提升城轨可持续发展能力，引导城市向多中心发展转型；设计线路节能坡，通过设置合理的进出站坡度、泵站位置，减少列车牵引用电等能源消耗；在城市非中心区域优先设计高架或地面车站，控制车站能耗总量；设计正线停车、存车线停车等方案，降低列车空驶能耗。（3）设备设施节能设计。传统供电系统结构下，采用电阻吸收列车再生制动能量不仅造成能源浪费，还可能导致隧道温升等问题。目前，行业普遍采用的成熟方案是：利用中压能馈系统，降低供电系统电能损耗；通过优化列车再生制动能量回馈吸收方案，如增设超级电容储能、飞轮储能、双向变流等装置，提升能源利用率。

3.2施工建造阶段

城轨施工建造阶段的能耗主要产生于建设需求所导致的原材料开采、建材生产、运输及现场施工环节。为实现上述各环节的绿色低碳，可采用以下技术。（1）优先选用高强度、高性能、耐久性强、耐腐蚀、抗老化材料，延长车站等建筑的使用寿命，降低部件更换频次，从长远角度降低原材料生产运输安装消耗，实现源头减碳。（2）加强装配式建造技术的研究与应用推广；实现施工临时设施与永久性设施的结合利用；选用高效的安装工法与安装工序，减少现场支模和脚手架搭建。（3）采用工程总承包、全过程咨询等组织管理方式，促进设计、生产、施工深度协同，整体提升建造管理集约化水平。

3.3运营维护阶段

高效的运营管理与养护维修是推动城轨绿色低碳发展的重要途径之一。在运营维护阶段可通过以下方式提高城轨能源利用效率，实现绿色低碳目标。（1）以智慧城轨关键技术为依托，实施网络化运营管理机制，实现运能和运量的精准匹配，形成节能高效的运营组织模式，提升出行效率及能源利用效率。（2）通过优化单列车节能驾驶策略、优化列车运行图、实施多车协同节能运行控制等，提高列车再生制动能量利用效率，达到减小牵引能耗的效果。（3）引入绿色清洁能源。根据城轨占地与用能特点，分布式光伏发电技术已在城轨领域得到广泛应用，地源/空气源热泵、氢能源等技术也具有较好发展潜力。

结束语

随着中国城市轨道交通的快速发展，促进城市及交通绿色发展已取得明显成效，也面临新的机遇和挑战。城市轨道交通绿色发展需要进一步理顺体制机制，加强轨道交通规划与相关规划的衔接及传导，逐步健全城市轨道交通绿色发展的标准体系。

参考文献

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[3]李明阳，李欣，张玉玲.城市轨道交通经济可持续发展潜力研究[J].都市快轨交通，2020(001)：488-489.