精品智能客站高性能综合环境营造关键技术

中铁建设集团有限公司

项目面向国家战略需求, 贯彻“新时代精品智能客站”的建设要求，针对由于体量大、能耗高、人员密集、安全等级高和社会影响大等特点导致的铁路客站综合环境多物理场、多系统高效耦合控制的技术难题，开展科研攻关与应用实践，获得系列创新性成果。

    一、主要科技创新

1.首次提出“安防、消防、人防、环控”+“能源、数据”六位一体智能客站高性能综合环境营造理论模型，实现高性能环境的高精度综合感知、耦合仿真预测和协同控制，为营造精品智能客站高性能综合环境提供理论支撑。

项目以交叉学科视角从建筑环境演变的根本机理切入，厘清导致客站环境演变的光、热、声、速度、电磁等多物理场，以及人员、气候、设备、微生物等多变量的作用机理，依托近年来多物理场耦合仿真科学领域、人工智能算法领域的进展，突破多物理场环境需分别监测和解耦分析的传统方法，提出“安防、消防、人防、环控”+“能源、数据”六位一体高性能综合环境耦合分析和营造理论模型（以下简称“安消人环能数”六位一体模型）。

该理论模型基于轻量化实时多物理场CFD模拟分析模型和多种环境控制子模型，将铁路客站各个系统，如客站环控、消防、安防、人防、光伏供配电、综合管控等进行综合监测、联合响应、耦合模拟预测和协同处理。在应用该模型的典型工况下，可将室内环境参数监测精度和预测准确度均提升20%以上，将环控系统响应精度和速度均提升30%以上、能耗降低10%以上。

 

图1 项目总体技术架构

2.开发36种高性能综合环境营造设备或子系统，为高性能综合环境营造提供设备支撑。

在环控方面，发明基于机器视觉的室内环境控制系统等13项智能环控设备，实现人员与热源智能识别、环境实时调控。“机器视觉环控系统”连续入选北京市节能技术产品推荐目录，空气质量提升成果获得中施企协高推广价值专利大赛一等专利。

在安防和消防方面，构建多物理场、多阶段、多层级、多维度、多冗余火灾探测和智慧处置架构，首次提出6阶段、6层级建筑火灾预警或早期识别系统，并研发“安消环”一体化预警预测、监测识别和报警处置设备等17种新设备、新系统，提升火灾早期识别与综合响应能力。“铁路客站用智能机器人”获得中施企协高推广价值专利大赛一等专利。

在人防和能源系统方面，基于客站光储直柔系统，研发多种提高光伏发电效率和发电储能安全的新系统；首次提出基于电动车蓄电阵列（V2G）的多源耦合人防供配电系统等6种新型人防供电系统。针对客站围护结构幕墙较多、幕墙传热负荷大的情况，首创相变材料、光伏幕墙、建筑排风相结合的相变-光伏幕墙组件，通过相变材料调峰、幕墙通风等措施，降低板背温度，进而降低室内负荷、提升光伏发电效率。

 

           图2机器视觉的室内环境控制系统空气龄分布、主控参数和应用场景

3.针对铁路客站建造、运管和设备更新迭代的全生命周期3个阶段需要，分别开发3种类型的管控平台，建立客站智控数据环境。

创新提出基于CEC/CCE的碳排放评价方法，建立客站高性能综合环境营造评价指标体系；构建高性能综合环境营造“六位一体”技术架构，显著提升铁路客站绿色低碳、舒适安全、经济智能等方面的综合性能，有效营造高性能综合环境，有力服务“新时代精品智能客站”建设目标。

 

图3大型铁路客站数智建造系统平台及分布式多源融合智慧控制平台

二、项目评价

项目首次提出“安消人环能数”六位一体理论模型，系统解决了大型客站多物理场耦合仿真与协同控制的难题，研发的设备与平台具有显著的创新性与实用性，为高铁客站的高品质环境营造与智慧运营提供了有力支撑，对推动铁路客站绿色化、智能化发展具有重要意义。

项目主要成果达到国际领先水平。

三、成果及效益

项目获授权发明专利116项、软件著作权17项，发表高水平论文62篇，出版标准、工法7项。

项目研制了36类智能设备与3大管控平台，构建了高性能综合环境营造的完整技术体系；成果应用于北京朝阳站、南宁北站、宁波站等10余项精品智能客站工程，取得了显著的经济效益、社会效益和环境效益。