城市轨道交通能源与碳排放协同管理探索

近年来，我国城市轨道交通快速发展，其庞大运营规模所造成的能源消耗与碳排放问题也日趋严峻。为实现能源与碳排放协同管理以达到节能减排的目标，文章在剖析城市轨道交通能源与碳排放管理困境的基础上，介绍苏州市轨道交通在这方面的实践探索，包括协同管理体系创新、协同管理平台设计与开发，最后阐述实现城市轨道交通能源与碳排放协同管理的意义，以期为推进我国城市轨道交通绿色、低碳、可持续发展提供参考和借鉴。

01.

「  引 言  」

 

随着城市化的不断推进，城市出行需求急剧增加，城市轨道交通（以下简称“城轨”）作为一种低碳、高效的交通方式，已成为城市居民日常出行的重要公共交通工具，其全生命周期能耗与碳排放对城市环境和经济发展产生了重要影响。当前，对城轨全生命周期能源消耗与碳排放进行协同管理已逐渐成为实现城市交通绿色发展的重要途径。本文在剖析城轨能源与碳排放管理困境的基础上，介绍苏州市轨道交通在这方面的实践探索，以期为苏州市及其他城市的轨道交通可持续发展提供参考和借鉴。  

02.  

「  城轨能源与碳排放管理困境  」  

 

2.1 缺乏有效管理方法  

当前，尽管我国城市日益重视城市轨道交通的节能减排，但是绝大多数城市仍无法实现城轨能源与碳排放的精细化识别与测算，未建立定额标准，缺少管理抓手。因此，针对城轨能耗进行研究，考虑其影响因素，通过能耗预测和评价，基于定额方法提出城轨能耗定额标准，以此测算城轨整体能耗水平，是未来城轨节能减排的重要探索方向。  

2.2 管理机制和技术应用不成熟  

高效、准确、共享是目前对于城轨能源与碳排放协同管理的重要要求。然而，城轨能源与碳排放协同管理过程涉及地方交通运输局、城轨企业、乘客等诸多参与方，但目前各方的责任边界与权益并不清晰，其采用的传统管理模式也已无法满足能源与碳排放协同管理的需要。此外，当前大多数城市既不具备实施城轨能源与碳排放协同管理的技术工具，也缺乏构建协同管理平台所需的相关信息化技术。  

03.  

「  苏州市轨道交通能源  

与碳排放协同管理探索  」  

 

近年来，苏州市轨道交通线网规模不断扩大，已开通5条线路，总长达210 km，规划及在建路线共8条，总长达250 km。预计到2028年，苏州城区轨道交通线网规模将达到330 km，市域（郊）铁路线网规模将为132 km。在推进“双碳”目标以及落实“绿色交通”战略的背景下，随着大量线路的建成运营，苏州市轨道交通在能源与碳排放管理方面将面临巨大挑战，节能减排形势严峻。苏州市轨道交通能源消耗主要包含牵引用电和动力照明用电2方面。  

为突破城轨能源与碳排放管理方面的困境，苏州市轨道交通集团有限公司（以下简称“苏州轨交集团”）进行了如下探索。  

3.1 能源与碳排放协同管理体系创新  

3.1.1 建立协作机制  

基于对上述城轨能源与碳排放协同管理现状与痛点的分析，结合国内外先进经验，苏州轨交集团建立协作机制以突破管理困境，并将协作机制分为协商机制、决策机制、执行机制、信息传播与共享机制4个部分。  

（1） 协商机制。由于各参与方存在不同的诉求，需要通过交流、协商以及合作尽可能兼顾各方的利益，因此苏州轨交集团在明确各参与方的利益诉求的基础上，建立以集团高层为领导、以能源与碳排放专门管理部门为主体、相关各部门通力协作的协商机制。  

（2） 决策机制。为通过优化决策系统的结构、过程、方式实现决策效益的最大化以及对城轨能源与碳排放的高效管理，苏州轨交集团建立民情调研、决策公示、决策专家咨询、第三方评估等制度，以完善决策机制，使协同管理的决策既科学又有效。  

（3） 执行机制。苏州轨交集团专门成立了一个能源与碳排放管理部门，并指派管理人员。该部门负责以目标为导向，细化分解能源与碳排放管理整体方案，实现从任务指向到行动路线再到操作流程的全局把控。此外，苏州轨交集团还利用以能源与碳排放协同管理平台为数据基础的任务与资金分配方式，建立以碳排放清单为依据的人员责任制度，使各环节功能要素的作用得以充分发挥，以落实减排目标。  

（4） 信息传播与共享机制。苏州轨交集团通过网络互联方式建立信息共享平台，服务于政府、集团、乘客之间的信息交互，实现信息的传播与共享。  

3.1.2 构建能源与碳排放协同管理框架  

苏州轨交集团在明确各参与方作用与责任、分析所面临体制障碍的基础上，针对各参与方之间的关系与利益博弈，构建能源与碳排放协同管理框架（图1），形成能源与碳排放协同管理创新体系，以实现信息共享、业务关联、资源响应的目标，并通过将该体系连接入城市其他管理体系，实现可持续的节能减排。  

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3.2 能源与碳排放协同管理平台设计与开发  

3.2.1 平台框架初步设计  

按照软件工程模型-视图-控制器（MVC）3层结构设计原则，根据功能将能源与碳排放协同管理平台划分为数据层、控制层、视图层3层（图2）。数据层负责储存和运行相关数据；控制层负责连接数据层与视图层并执行视图层的指令要求，即在必要时从数据层获取数据，并将最终结果发送至视图层，平台的所有设计功能均在控制层实现；视图层负责与用户进行交互，展示用户操作界面及控制层反馈的相关信息数据工具（以图表为主）。  

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3.2.2 平台框架开发  

能源与碳排放协同管理平台采用浏览器端/服务器端（B/S）架构。该架构可通过统一客户端在服务器上实现平台的核心功能，在开发、维护以及使用方面有较高的效益；通过在客户PC上安装浏览器，在服务器上安装数据库，便可实现Web Server与数据库之间的数据交互，用户在Internet上访问的文本、数据、图片、动画等信息均由服务器产生，这些服务器通过与数据库链接可同时储存大量数据。B/S架构相较于传统的客户端/服务器端（C/S）架构，拥有开销小、升级方便、跨平台等优点，不仅能够将各管理部门与数据库实时连接，以保证管理人员可在客户端上实时查看各类数据，还能够对数据进行运算和分析，为城轨能源与碳排放全生命周期协同管理提供决策支持。  

3.2.3 平台功能设计  

能源与碳排放协同管理平台主要功能如下。  

（1） 用户登陆功能。本平台根据需求将用户分为管理员用户、数据录入用户、使用用户3类。其中，管理员用户负责维护系统运行，数据录入用户负责录入数据，使用用户可在验证通过后进行访问并查询数据。  

（2） 数据录入功能。数据录入用户登录后可以对城轨不同阶段的原始数据（主要为能源与碳排放计算清单所列数据）进行录入，并查看过去录入的数据。  

（3） 数据整合及碳排放核算功能。平台可根据城轨不同阶段的功能及能耗种类，对录入的原始数据进行整合和计算，并将处理后的数据保存到数据库中，这些数据根据实际状态可分为已录入已计算（Caculated）、已录入未计算（Non Caculated）及未录入（No Data）3类。这一功能由管理员用户进行管理。  

（4） 能源与碳排放数据分析功能。该功能是结合Matlab软件一体化开发的，可对造成城轨在全生命周期不同阶段及节点间能耗和碳排放存在差异的因素进行分解和分析，并剖析其影响程度及主次。  

（5） 数据查询与显示功能。各类用户在登录后可根据实际需求利用区域、时间、全生命周期阶段、耗能节点等搜索条件对相关数据进行查询。  

04.  

「  城轨能源与碳排放协同管理的意义  」  

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4.1 实现城轨能源与碳排放识别、分析和测算  

（1） 城轨能源与碳排放协同管理可确定城轨在全生命周期中的关键耗能及碳排放环节及节点，从而厘清城轨能源消耗与碳排放边界。  

（2） 在厘清城轨能源消耗与碳排放边界的基础上，通过能源与碳排放协同管理平台的数据录入功能，将各运营时段能源与碳排放计算清单数据信息储存在数据库中，并利用平台的数据核算及数据分析功能，实现对各环节能源与碳排放数据的精准跟踪识别。  

（3） 通过能源与碳排放协同管理平台实现数据分析与预测、辅助决策功能：将原始能源与碳排放数据进行分阶段处理，并根据不同阶段选择合适的能耗与碳排放计算模型，计算能耗与碳排放；通过基于时间尺度的能源与碳排放增长率分析，识别增长率异常节点，并提供异常分析结果。  

4.2 实现城轨运营过程中的能源与碳排放管理优化  

通过城轨能源与碳排放协同管理平台，可以及时发现城轨运营管理中的实际问题（包括设备及数据获取、能源与碳排放、运营管理体系3类问题），从而为确定运营管理优化路径及目标提供依据。  

（1）针对设备及数据获取问题，即平台运行过程中存在的数据缺陷以及不足之处，可基于平台的应用反馈总结，确定城轨全生命周期不同阶段存在数据获取问题的节点，从而有针对性地制定解决问题的策略，如更新或更换设备、加装数据获取传感器等。  

（2）针对能源与碳排放问题，如能源与碳排放异常问题、节能减排工作中存在的问题及局限性等，可通过平台的数据分析及辅助决策功能，从全生命周期的视角对时间跨度较长的数据集合进行分析，确定城轨能源与碳排放异常节点及重点排放环节。  

（3）针对运营管理体系问题，即城轨运营管理体系中参与方职能划分不合理等问题，可基于协同管理理论及博弈分析，厘清各方权责边界，确定导致相关问题出现的因素，以制定更完善的运营管理体系。  

4.3 实现城轨节能减排优化  

通过厘清城轨能源消耗与碳排放边界及其特征，以及明确城轨运营管理过程中存在的问题，可以从设备（如设备更新及优化）、运营策略（如空调系统运行时间、行车组织方式）及运营体系（如权责划分、部门设置）等方面制定节能减排优化方案，然后利用平台的数据分析与预测功能，对不同节能减排优化方案下的城轨能源消耗与碳排放量进行分析预测，对其变化率进行对比、归因及博弈分析，确定不同方案优劣之处，择优采纳，综合多种方案的优势，最终确定城轨节能减排优化方案。  

05.  

「  结 语  」  

本文在剖析城市轨道交通能源与碳排放管理困境的基础上，介绍苏州市轨道交通在这方面的实践探索，包括协同管理体系创新、协同管理平台设计与开发，最后阐述实现城市轨道交通能源与碳排放协同管理的意义，以期为推进我国城市轨道交通绿色、低碳、可持续发展提供参考和借鉴。  

 / 参考文献 /   

[1]刘建委，张少文，陈朝晖，等.城市轨道交通场景化运营管控研究[J].现代城市轨道交通，2023（10）：92-96.

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