地鐵隧道區(qū)間照明系統(tǒng)改造研究

劉明林

（南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司工程管理部，江蘇 南京 210006）

0 引 言

根據(jù)照明功能，地鐵區(qū)間照明一般可分為正常照明和應(yīng)急照明兩種。區(qū)間照明燈具一般每10 m一盞，按照正常照明與應(yīng)急照明間隔布置[1]。區(qū)間正常照明電源引自區(qū)間照明配電箱，采用三相交錯(cuò)配電，保持三相平衡分布；區(qū)間應(yīng)急照明電源引自EPS配電屏。區(qū)間照明配電箱、區(qū)間應(yīng)急照明配電箱在區(qū)間內(nèi)每200 m設(shè)置一面。所有照明電線、電纜應(yīng)采用無鹵、低煙、阻燃不低于B級(jí)阻燃的銅導(dǎo)線和鎧裝銅芯電纜，其中應(yīng)急照明的配電線纜還應(yīng)選用耐火銅芯線纜。地下區(qū)間照明配電箱的箱體材料采用聚碳酸酯，地面及高架站區(qū)間采用不銹鋼材料，防護(hù)等級(jí)均為IP65。區(qū)間照明一方面為軌道、通信、信號(hào)、供電等專業(yè)在區(qū)間巡檢、施工、故障搶修時(shí)提供照明，另一方面為列車司機(jī)提供行車照明，方便其觀察軌行區(qū)情況，是行車安全的重要保障。但是，隨著地鐵里程數(shù)的不斷增大，區(qū)間燈具的數(shù)量成倍增長(zhǎng)，節(jié)能以及區(qū)間照明燈具的維護(hù)制約了其發(fā)展，特別是一些老的地鐵線路。本文以南京地鐵1號(hào)線為研究對(duì)象，開展隧道區(qū)間照明系統(tǒng)改造研究，為后期既有線路改造和新線建設(shè)積累經(jīng)驗(yàn)。

1 隧道區(qū)間照明系統(tǒng)現(xiàn)狀

南京地鐵原1號(hào)線（包含現(xiàn)1號(hào)線紅山動(dòng)物園站至中華門站和10號(hào)線小行站至奧體中心站）地下區(qū)間照明的光源均為11 W節(jié)能燈，使用至今已超過10年，地下區(qū)間能見度已經(jīng)很低。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，地下區(qū)軌平面照度只有2.5 lx，而按照“GB/T16275-2008城市軌道交通照明”標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)照度規(guī)定，隧道區(qū)間軌平面照度應(yīng)不低于5 lx，平均照度應(yīng)不低于10 lx[2]?？梢?，當(dāng)前狀況已影響行車安全和區(qū)間作業(yè)。造成這一影響的原因主要涉及兩個(gè)方面[3-5]：一方面該光源壽命短、照度低，照明效果較差；另一方面，地鐵隧道區(qū)間環(huán)境惡劣，濕度大、震動(dòng)強(qiáng)、揚(yáng)塵大、隧道活塞風(fēng)強(qiáng)等，導(dǎo)致燈具發(fā)生故障或燈具表面積塵過厚。同時(shí)，南京地鐵現(xiàn)已是10線齊發(fā)，運(yùn)行里程達(dá)到了378 km，未來5年將實(shí)現(xiàn)運(yùn)行里程600 km的目標(biāo)，已實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行，大大縮短了行車間隔時(shí)間，運(yùn)行時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，可供區(qū)間作業(yè)的時(shí)間進(jìn)一步縮短。因此，公司每年需要耗費(fèi)大量的人力、備件、時(shí)間和軌行區(qū)資源維修區(qū)間燈具，而且現(xiàn)有光源也不符合當(dāng)前國家推廣的綠色節(jié)能發(fā)展目標(biāo)。

2 區(qū)間照明系統(tǒng)改造實(shí)施方案

2.1 改造方案

針對(duì)南京地鐵1號(hào)線目前隧道區(qū)間照明的現(xiàn)狀，在保證區(qū)間照度符合規(guī)范要求、照度均勻的基礎(chǔ)上，確定采用光源功率為9 W、燈管長(zhǎng)度600 mm的LED光源隧道燈具替換現(xiàn)有1號(hào)線紅山動(dòng)物園站至中華門站、小行站至奧體中心站地下區(qū)間11 W節(jié)能燈具，并更換破損和老化線纜，保證線路正常，同時(shí)對(duì)線管松動(dòng)的部分加裝管卡加固。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和計(jì)量，本項(xiàng)目須改造的燈具數(shù)量約為4 000盞。

2.2 材料要求

根據(jù)地鐵隧道區(qū)間的環(huán)境狀況、“GB/T16275-2008 城市軌道交通照明”[2]以及“GB 50157-2013 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范”[1]等標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，LED光源隧道燈具應(yīng)滿以下技術(shù)要求。

2.2.1 LED光源技術(shù)要求

（1）光源器件：建議選用高品質(zhì)硅膠封裝3528TOP貼片型器件，LED應(yīng)無鉛、符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)；

（2）LED光源壽命應(yīng)大于5萬小時(shí)，5萬小時(shí)后提供平均70%的流明維持率；

（3）芯片功率：每個(gè)芯片的輸入功率小于0.5 W；

（4）色溫：4 000～5 000 K；

（5）顯色指數(shù)：＞80；

（6）維護(hù)系數(shù)不小于0.7。

經(jīng)調(diào)研，目前市場(chǎng)重點(diǎn)光源品牌有NICHIA（日本日亞化學(xué)）、CREE（美國科銳）、OSRAM（德國歐司朗）、臺(tái)灣晶元光電以及韓國首爾半導(dǎo)體等。

2.2.2 驅(qū)動(dòng)電路

（1）所有LED照明裝置的驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)采用開關(guān)型電源。開關(guān)型電源應(yīng)適合220 V（±10%）/50 Hz交流電源，輸出直流電壓與LED負(fù)載相匹配，并為L(zhǎng)ED提供恒定的直流電流驅(qū)動(dòng)；

（2）功率因數(shù)大于0.9，諧波電流符合GB17625-2003電氣諧波電流發(fā)射限值標(biāo)準(zhǔn)；

（3）電源轉(zhuǎn)換效率≥90%；

（4）提供完善的保護(hù)，如輸入電壓不足、過電壓保護(hù)、輸出開路與短路保護(hù)等。

2.2.3 LED光源隧道燈具技術(shù)要求

對(duì)于區(qū)間燈具安裝環(huán)境，需滿足以下要求[6]：（1）環(huán)境溫度：-10～+50 ℃；（2）相對(duì)濕度：25 ℃時(shí)相對(duì)濕度超過95%；（3）通風(fēng)方式：活塞通風(fēng)；（4）污染等級(jí)：3級(jí)，并考慮金屬粉塵污染；（5）電磁輻射：考慮電磁輻射。

對(duì)于區(qū)間照明燈具的技術(shù)要求如下：（1）額定電壓和頻率：AC 220 V和50 Hz，電壓范圍AC 85～260 V；（2）電源變換器：功率因數(shù)≥0.9，平均壽命≥30 000 h;（3）散熱筋：采用鋁型材；（4）透明件：PC材料（霧化）聚碳酸酯或鋼化玻璃；（5）燈管發(fā)光角度：180°；（6）燈具應(yīng)具有防水、防塵、防腐以及防震的特點(diǎn)，且噪音低、損耗低；（7）燈具殼體采用防腐鋁合金型材制造，燈具為密封型，其外殼防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP65，且應(yīng)方便調(diào)整照射角度，發(fā)光角度不小于120°；（8）燈具密封件使用具有彈性好、抗老化性好、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)的硅橡膠材料；（9）照明器具應(yīng)選用寬配光曲線，增加配光曲線的角度，適合地下區(qū)間隧道照明環(huán)境。燈具均采用防眩光設(shè)計(jì)，并應(yīng)當(dāng)具有遮光性能，避免產(chǎn)生眩光。應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于維護(hù)，并可在不借助工具情況下更換燈具損壞的配件。燈具的外形尺寸應(yīng)滿足區(qū)間限界要求，照明器具不能侵入限界。同時(shí)，光源、電源變換器等可帶電方便拆卸、更換（見圖1），具備靈活的可維修性。需要注意，燈具質(zhì)量不超過6 kg。

圖1 光源模組和驅(qū)動(dòng)器更換

2.3 施工要求

2.3.1 施工準(zhǔn)備

施工前須充分考慮地鐵隧道區(qū)間施工的特點(diǎn)，若軌行區(qū)施工時(shí)間短，氣候潮濕，需要登高作業(yè)。材料的運(yùn)輸、接觸網(wǎng)停電請(qǐng)銷點(diǎn)、施工時(shí)各專業(yè)的相互干擾等，應(yīng)編制切實(shí)可行的施工組織方案。開工前組織地鐵公司實(shí)施單位、監(jiān)理單位、施工單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，并進(jìn)行技術(shù)交底。同時(shí)，施工單位應(yīng)根據(jù)合同要求做好施工組織工作，簽訂安保協(xié)議，辦理開工報(bào)審手續(xù)。

2.3.2 施工流程

施工前照度測(cè)量→燈具安裝位置確認(rèn)→舊燈具拆除→新燈具安裝→根據(jù)需要電線穿管敷設(shè)固定→燈具接線→調(diào)試→自檢→竣工驗(yàn)收（含全線照度測(cè)量）[7]。

2.3.3 燈具安裝要求

（1）燈具的型號(hào)、規(guī)格及安裝形式、高度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；安裝要牢靠，能承受地下車站活塞風(fēng)壓±600 N/m2（每年不少于50萬次）而不發(fā)生脫落；考慮到隧道結(jié)構(gòu)滲水，隧道所有區(qū)間燈具應(yīng)采用不銹鋼支架支撐安裝，支架采用不銹鋼膨脹螺栓固定，建議采用50 mm螺栓。

（2）燈具外殼須設(shè)有專用保護(hù)接地端子，且保護(hù)接地端子的標(biāo)志清楚顯示、永久識(shí)別。外部帶電端子與殼體之間的絕緣電阻不小于20 MΩ。

（3）保護(hù)接地端子設(shè)置在容易接近之處，當(dāng)罩殼或任何其他可拆卸的部件移去時(shí)，其位置能保證電路與接地極或保護(hù)導(dǎo)體之間的連接。

2.4 施工過程控制

項(xiàng)目實(shí)施地點(diǎn)在軌行區(qū)，因此必須在運(yùn)營結(jié)束后開始。實(shí)施過程中會(huì)涉及軌行區(qū)請(qǐng)銷點(diǎn)和接觸網(wǎng)停電。由于軌行區(qū)資源有限，為了合理有效利用軌行區(qū)資源，施工單位根據(jù)地鐵實(shí)際情況，需制定合理的施工進(jìn)度。為了保證工程的工期、控制施工進(jìn)度、把控材料質(zhì)量和施工質(zhì)量以及現(xiàn)場(chǎng)的安全文明施工，需規(guī)范工程施工?？梢砸氡O(jiān)理單位，定期召開現(xiàn)場(chǎng)施工會(huì)議，施工協(xié)調(diào)例會(huì)；跟蹤施工進(jìn)度，做好材料進(jìn)場(chǎng)報(bào)驗(yàn)，并定期組織地鐵公司實(shí)施單位、監(jiān)理單位、施工單位等相關(guān)單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全文明檢查。對(duì)重要的施工節(jié)點(diǎn)、工序以及隱蔽工程，監(jiān)理單位應(yīng)有檢查和旁站制度，并及時(shí)組織隱蔽工程驗(yàn)收。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量、安全文明施工問題，及時(shí)出具問題整改通知等。工程安裝完畢后，施工單位應(yīng)先組織人員進(jìn)行自檢，再由監(jiān)理單位、地鐵公司實(shí)施單位、施工單位組織初驗(yàn)。初驗(yàn)合格的基礎(chǔ)上才組織相關(guān)單位進(jìn)行最終驗(yàn)收，并召開竣工驗(yàn)收會(huì)。

3 區(qū)間照明系統(tǒng)改造后的效果

3.1 效益分析

（1）原11 W光源改為9 W光源后，照明效果明顯改善。如圖2所示，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，改造后隧道區(qū)間軌平面照度達(dá)到10 lx，平均照度達(dá)到15 lx，完全滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求和實(shí)際生產(chǎn)需要，能確保行車安全，并保障區(qū)間作業(yè)的順利進(jìn)行。

圖2 改造后現(xiàn)場(chǎng)效果圖

（2）項(xiàng)目共更換LED燈具4 000套，每年節(jié)約電能約70 000 kW·h，按0.85元/kW·h的 電費(fèi)單價(jià)計(jì)算，每年可節(jié)約近5.95萬元。采用LED光源隧道燈具，有效控制了燈具的損壞率，大幅減少了維修工作量，并降低了人工成本。以前每年至少全線更換1次節(jié)能燈，按一個(gè)燈泡14.5元計(jì)算，每年需要消耗材料費(fèi)用需要11.6萬元。按照新裝LED質(zhì)保5年計(jì)算，可以節(jié)約材料費(fèi)用29萬元。綜上所述，按照質(zhì)保期5年計(jì)算，不計(jì)算人工成本的情況下，可以節(jié)約58.75萬元。

4 結(jié) 論

對(duì)南京地鐵1號(hào)線隧道區(qū)間照明系統(tǒng)改造，隧道區(qū)間照明效果改善明顯，并實(shí)現(xiàn)了電能節(jié)約，同時(shí)有效控制了區(qū)間燈具損壞率，大幅減少了區(qū)間照明維修工作量，節(jié)約了軌行區(qū)資源，充分保障了行車安全和軌行區(qū)區(qū)間作業(yè)，確保了南京地鐵的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營安全，為列車提速奠定了良好基礎(chǔ)，響應(yīng)了國家大力建設(shè)節(jié)能社會(huì)的主旋律，符合國家政策，可為既有線路區(qū)間燈具的全面改造和新線建設(shè)提供參考。