智能照明系统在地铁照明中的可行性分析

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　　摘要：通过对地铁车站中智能照明系统与传统照明控制之间的分析比较，说明智能照明系统在控制方式多样性、控制灵活性、系统集成化程度高等方面具有较大优势，智能照明的应用能更好的节约能源、满足乘客需求、提高照明质量管理，在地铁照明中具有广阔的发展前景。
　　关键词：智能照明系统、传统照明控制、地铁、节约能源、照明质量
　　
　　1、概述
　　地铁照明的目的是在满足安全的前提下，为乘客与工作人员提供舒适的候车和工作环境。而地铁照明负荷作为车站动力照明负荷的重要组成部分，约占总用电负荷的20%，每座车站在400kW左右。因此照明节能及舒适性问题日益得到重视。
　　为改善照明质量，地铁照明中普遍采用了BAS控制方式对照明灯具进行控制。然而BAS方式简单单一的时间控制与区域控制模式越来越难满足环保节能、方便维护管理、多种功能与灵活性的控制要求。随着科技的发展，智能照明系统的出现提高了照明系统的控制和管理水平,不仅使照明质量有了质的飞跃,而且节能效果也十分明显，必将在地铁照明中显示出其优越性。
　　
　　2、地铁照明控制方式比较
　　地铁车站照明主要分为正常照明和应急照明两大类。一般除应急照明为保证人员安全设置长明灯外，正常照明通常采用了三种控制方式以减少对资源的浪费：
　　（1）手动翘板开关控制：主要用于设备与管理用房照明控制；
　　（2）传统BAS控制：主要用于公共区照明控制；
　　（3）智能照明系统控制：主要用于公共区照明控制。
　　正常照明按区域分为公共区照明和设备与管理用房照明。设备管理用房由于只允许有权限的工作人员进出，因此只需要在房间门口适当位置设置手动翘板开关控制房间照明，基本能做到人来灯开、人走灯灭的节能运行。
　　公共区照明作为地铁车站照明负荷的主要负荷，它不仅涉及范围和用电量大，而且要保证一定的照度和均匀度，同时公共区人员流动性大，因此不能就地采用翘板开关控制照明，而是通过BAS控制或者智能照明系统来合理调整公共区灯光，从而满足运营需要和节约能源。下面对这两种控制方式进行比较，见表1。
　　
　　
　　3、智能照明系统优缺点分析
　　地铁照明中的智能照明系统和BAS控制均是在满足乘客需求基础上为实现照明节能而出现的有效控制手段。智能照明系统的优缺点主要是跟BAS控制比较而言的。下面进行逐一说明：
　　（1）控制方式及系统功能
　　地铁照明中的BAS控制是整个车站BAS系统的一部分，一般通过在照明配电箱的照明回路中串联接触器，利用接触器触点的开、闭实现区域控制、定时开关、中央控制等功能。这种控制方式存在很多缺陷：
　　① BAS控制的控制功能简单，只能实现定时、开关的功能；若要实现感应控制、场景预设、亮度调节、软启动关断功能，不仅技术难度大，且工程投资高；
　　② BAS控制只能通过回路控制来实现区域照明控制，区域分割越细回路数增加越多，导致布线更加复杂，造价昂贵；
　　③ 所有回路只能通过BAS在车控室集中控制，现场不设置开关，无法改变现场灯具的照明状态，使用不便；
　　④ 照明控制只是BAS系统其中的一小部分，照明控制会跟其他控制一起通过相同的远程I/O模块上传至BAS，所以BAS系统出现故障时，照明控制必然会受到影响。
　　智能照明系统作为独立的控制系统，通常由调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、PC接口、监控计算机、时钟管理器、手持式编程器等部件组成。目前地铁智能照明系统一般采用智能分布式控制总线系统，它除具有BAS控制拥有的功能外，还具有以下功能：
　　① 具有场景预设、亮度调节、时序控制、软启动、软关断功能；
　　② 可以为每套灯具设置唯一地址，实现单灯的开关、调光，并能监测其状态；
　　③ 具有利用控制面板或手持遥控器进行现场控制的功能；
　　④ 具有灯具异常启动和自动保护功能；
　　⑤ 具有统计功能，能对灯具启动时间和使用寿命进行记录；
　　⑥ 智能照明系统作为独立的控制系统有单独的控制协议，也可作为某一上位系统的子系统，向上位系统开放标准RS232通信协议，接收上位系统的监控指令。
　　
　　（2）控制灵活性
　　从控制方案的灵活性来看，对于一个已经安装完毕的照明系统，若要改变其控制方案，由BAS完成的控制必然会涉及到设备的增减和布线的改变；而智能照明系统完成的控制只需要利用软件进行简单设定即可，不涉及到任何硬件的改变，灵活性优于BAS控制。
　　从对照明设施的监视功能来看，BAS控制照明回路的终端控制器是交流接触器，采集动作确认信号时必须增加布线和相应的I/O输入点；而智能照明系统本身配备专用的照明控制终端继电器，这种继电器内置动作反馈电路，通过信号总线，把继电器的状态信息送回控制中心，省去了中间环节。
　　
　　（3）专业接口的复杂性
　　对于地铁车站的照明而言，照明控制主要关系到BAS专业与动力照明专业之间接口关系。采用BAS控制的情况下，与动力照明专业的接口位置在照明配电箱，需要通过大量的监控电缆与不同配电箱的端子排进行连接，接线复杂；同时动力照明专业所提供的监控点数的变化会导致BAS配线的变化，增加专业之间的协调工作量。
　　智能照明系统作为独立的控制系统，将地铁车站照明控制功能的实现转化为动力照明专业的内部问题，仅在中央监控时采用现场总线与BAS系统（若设置有综合监控，则与综合监控系统）连接，简化了专业之间的接口。
　　
　　（4）工程投资
　　据估算，智能照明系统与BAS控制相比较而言，平均单点的造价约为BAS的60%。但由于是独立的系统，增加了控制设备，所以每座地铁车站的投资将比采用BAS控制多出20~30万。
　　
　　（5）节能效果
　　BAS控制的应用在一定程度上能节约能源，而智能照明系统具有更大地节能优势：
　　① 针对电网电压偏高和波动等现象，智能照明系统可根据用户现场实际需求，实时在线调控输出最佳照明工作电压，并能将其稳定在±2%以内，有效提高电力质量，从而达到节电10%~40%的效果；
　　② 影响电光源寿命的一个重要因素是启动和运行时电流和电压对光源的冲击。智能照明系统能够实现灯具的低压软启动和调压、稳压的过程中的慢斜坡控制过程。从而降低电光源损坏，延长使用寿命；
　　③ 智能照明系统感应控制、调光控制等控制模式的多样化，能改善灯具不必要的点亮及照度过高，均衡各灯具的照明时间，延长灯具使用寿命。
　　北京、深圳、广州已开始运用或设计智能照明系统。从广州地铁运营部门了解到，目前一个标准地下站月平均使用6万度电，一年电费约54万元，使用智能照明系统节能后每年可节约电费约13.5万元；灯具以飞利浦为例，一根36W荧光灯管约110元，使用寿命8000小时左右，大约一年即需更换，使用智能照明系统可延长1.5倍的使用寿命，每个车站每年约可节约维护及设备成本1.5万元。以此推算2年即可完全收回前期的工程投资。
　　
　　4、智能照明系统可行性分析
　　目前各地的地铁照明控制还是以BAS控制为主，对智能照明系统的优越性还存在较大分歧，主要基于以下原因：
　　（1）由于城市轨道交通工程大多属于地下工程，无自然采光，公共区人员流动量大，智能照明系统的功能得不到充分的发挥，而每座车站因此会增加投资约20~30万；
　　（2）采用智能照明系统的情况下，对车站运营维护人员的素质水平要求较高，增加了后期的人工成本。
　　然而，智能照明系统的应用，首先在实现BAS控制功能的前提下，能显示出回路检测、灵活控制、布线简单的优势，同时在车站出入口、具有采光天井的公共区、高架车站等位置都能实现BAS控制所不具有的功能，更好的节约能源；其次智能照明系统的应用能提高管理水平，在车控室能实时监控灯具的照明状态，并可检测显示灯具异常状态，及时维修或更换灯具。以上功能还能在现场通过手持式编程器完成；第三，工程投资成本的增加在随后的运营节能和维护节约中很快就能收回；且随着社会的进步，整体素质水平都在不断提高，加上系统的不断完善，人工成本不会形成阻碍。所以，在地铁车站照明控制中运用智能照明系统是可行的。
　　
　　5、结论
　　自1984年第一座“智能大厦”――都市大厦建成以来，智能照明系统已经经过了二十多年的发展。目前国内外许多优秀的厂商如施耐德、ABB、奇胜电器（CLIPSAL）、美国路创（LUTRON）、韩国爱默尔（MRENG）等公司都在进行智能照明设备的研发和完善，并且已将智能照明系统应用在各类民用建筑中，如会展中心、星级酒店、大型商场、机场航站楼、博物馆、图书馆、体育场馆、高档写字楼等。
　　地铁车站照明作为地铁工程的重要组成部分，对照明质量、照明管理以及节能提出了相当高的要求。基于智能照明系统对以上要求的优势，目前一些地铁新线如北京地铁大兴线、深圳地铁2号线等地铁线路已开始应用智能照明系统。因此在地铁车站中采用智能照明系统是值得考虑和推广的。
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