全壽命周期及應(yīng)用分析研究

李佳旭，萬兆宇

（南昌大學(xué)信息工程學(xué)院，江西　南昌　330031）

創(chuàng)新

全壽命周期及應(yīng)用分析研究

李佳旭，萬兆宇

（南昌大學(xué)信息工程學(xué)院，江西南昌330031）

通過闡述全壽命周期管理理論的基礎(chǔ)，結(jié)合輸電工程項目實際情況，然后就路徑選擇與優(yōu)化、導(dǎo)線選型、桿塔設(shè)計與優(yōu)化、基礎(chǔ)型式選擇和優(yōu)化等方面進行設(shè)計分析，最后對各方面設(shè)計方案進行優(yōu)化，使得工程投資能在工程項目整個續(xù)存期內(nèi)取得最佳的經(jīng)濟和社會效益。

輸電線路；全壽命周期；規(guī)劃設(shè)計；創(chuàng)新

1　全壽命周期管理理念

全壽命周期管理（lifecyclemanagement）理論，包括決策、實施和運營的管理。目前已應(yīng)用于多種的領(lǐng)域，并引出過程管理、成本分析多方面的概念、方向。中國輸電工程建設(shè)逐漸在各建設(shè)階段、單位獨立分隔的情況下朝工程綜合、有機結(jié)合、統(tǒng)一實施的方向進行轉(zhuǎn)化，力求通過工程全壽命的管理，在工程基本功能滿足的條件下，將工程全過程中各階段統(tǒng)一實施、有機結(jié)合，達到最佳的投入產(chǎn)出比。

2　全壽命周期管理在輸電線路工程的落實及建議

設(shè)計單位運用全壽命周期管理理念，突破常規(guī)的設(shè)計理念和方法，以設(shè)計優(yōu)化和創(chuàng)新，確保線路全過程中的壽命周期費用最優(yōu)。

2.1線路路徑全方位優(yōu)化

2.1.1對重要地段采取避讓措施

利用GoogleEarth和三維信息（GIS）系統(tǒng)，對現(xiàn)有的大型廠礦、重要礦產(chǎn)資源、不良地質(zhì)地帶（地質(zhì)斷裂帶、塌方、滑坡、沖溝、陡坡）等地段采取避讓措施，并且避開了人口密集區(qū)和城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)，減少了跨越的房屋，降低了對生態(tài)環(huán)境的影響，保證了其今后的可持續(xù)發(fā)展。

2.1.2排桿定位優(yōu)化

利用桿塔排位軟件進行桿塔優(yōu)化排位等技術(shù)優(yōu)化路徑走向，避免線路出現(xiàn)大高差，同時合理選取塔位，避免了在需要強行降基面或風(fēng)力較強的地點立塔；當(dāng)線路與山脊交叉時，盡量從平緩處通過。

2.2導(dǎo)線選型

導(dǎo)線的特性決定了跨越塔的高度以及運行的張力，也決定著電能輸送的性能，包括效率、損耗以及機械和電氣方面的過載能力。一般情況下，隨輸送容量的逐漸增加，導(dǎo)線電阻損耗也會隨之增加，因此在施工中選擇較大截面積的導(dǎo)線為優(yōu)。

2.3桿塔型式設(shè)計和優(yōu)化

在鐵塔設(shè)計和優(yōu)化過程中貫徹全壽命周期管理的理念。首先應(yīng)在新材料、新工藝的鐵塔設(shè)計中積極采用Q420高強鋼，這不僅符合節(jié)能降耗的要求，而且材料量的降低也會帶來工作量的降低；另外，鐵塔設(shè)計時應(yīng)從主材分段、橫隔面設(shè)置、桿件上人驗算等方面進行優(yōu)化設(shè)計，而且盡量減少角鋼和螺栓的品種，避免使用難以采購到的規(guī)格；最后還要提高線路的可維護性。如鐵塔防盜問題，鐵塔安裝可拆卸式防盜螺栓可以很好地防止塔材丟失，保證線路安全，又便于維護。

2.4因地制宜選擇基礎(chǔ)型式

基礎(chǔ)是輸電線路工程重要的一部分，不僅對工期、環(huán)境保護等很多方面都有十分重要的影響，同時它也是電網(wǎng)長時間安全運行的可靠保證。

2.4.1板式中型樁復(fù)合基礎(chǔ)

板式中型樁復(fù)合基礎(chǔ)是采用板式基礎(chǔ)與中等直徑樁（250＜d＜800mm）組合的復(fù)合式基礎(chǔ)。該基礎(chǔ)可減少基坑土方開挖量和植被破壞面積達70%以上，降低工程的費用10%～20%。該基礎(chǔ)是承載能力較大的基礎(chǔ)。樁數(shù)、長度布置靈活、基礎(chǔ)承載力向土體深度發(fā)展，特別是在植被極易被破壞、水土流失問題嚴(yán)重的地區(qū)擁有廣泛的應(yīng)用。

2.4.2群錨基礎(chǔ)

線路經(jīng)過山區(qū)時，當(dāng)覆蓋層厚度在1～2m時，推薦采用承臺+立柱+錨筋的群錨巖石基礎(chǔ)。群錨基礎(chǔ)可適用的地質(zhì)地形范圍也廣，通過調(diào)節(jié)立柱高度，可適用有一定覆蓋層的巖石地區(qū)，也可適用坡度較陡的地段。在山區(qū)巖石地段推薦大量使用巖石錨桿基礎(chǔ)，不僅經(jīng)濟效益顯著（單基混凝土量減少約20%～40%），而且可節(jié)約材料運輸周期，加快施工進。

對于錨筋底部選擇專用的設(shè)備進行擴大頭施工，擴大頭可有效提高錨筋與巖石間的摩擦力，從而提高了錨筋基礎(chǔ)的抗拉強度，擴大頭直接將錨樁直徑加大，可提高巖石抗剪計算值。

2.5絕緣和金具研究

2.5.1絕緣子串配置原則

絕緣子串的配置首先需滿足機械強度要求，其次應(yīng)當(dāng)考慮各種串型組合的經(jīng)濟性，以確保絕緣子串型設(shè)計的安全可靠與經(jīng)濟合理。絕緣子串聯(lián)數(shù)越多，其組合形式越復(fù)雜；使用的絕緣子片數(shù)量越多，金具越多，其安裝和運行維護工作量越大；絕緣子串本身出現(xiàn)故障的概率也越大，絕緣子串本身的荷載也大幅提升，最終會導(dǎo)致提供給導(dǎo)線允許的荷載量增加不多，不能夠充分發(fā)揮多聯(lián)串型絕緣子噸位增加的優(yōu)勢。因此，在達到機械強度和金具、絕緣子型式允許的基本要求下，應(yīng)盡可能地選用爬電比距的上限值的串型。

2.5.2金具

金具是關(guān)系到線路安全運行的重要部件，目前輸電線路絕大部分采用的是耗能較大的鑄鐵等材質(zhì)的金具。雖然金具在工程中占有的投資較少，但線路運行時每時每刻都在消耗電能，造成了較大的電能損失。

在工程中，線路懸垂串可全線采用合成絕緣子，耐張絕緣子串采用玻璃、瓷絕緣子，不僅可有效降低鐵塔重量，而且具有較大的經(jīng)濟優(yōu)勢。

2.6全過程機械化設(shè)計和施工理念

2.6.1基礎(chǔ)開挖機械化

若地層為巖石地段，基礎(chǔ)型式則主要考慮巖石嵌固、巖石錨桿及挖孔樁基礎(chǔ)。巖石嵌固和挖孔樁基礎(chǔ)均屬于挖孔類基礎(chǔ)，且位于山區(qū)，考慮采用小型旋挖鉆機進行基礎(chǔ)施工；巖石錨桿基礎(chǔ)選用錨桿鉆機進行施工。

若地層為粉土且無地下水地段，則考慮采用掏挖基礎(chǔ)、板式直柱和板式斜插基礎(chǔ)。掏挖基礎(chǔ)可選用旋挖鉆機、機械洛陽鏟進行成空，板式直柱和板式斜插基礎(chǔ)考慮采用挖掘機進行開挖。

2.6.2組塔施工機械化。

丘陵地段，交通便利，塔型尺寸較小的鐵塔可采用普通抱桿或大型流動式起重機進行組塔；沿線交通運輸條件較為困難時，桿塔可考慮采用抱桿模式進行組塔。

2.6.3架線施工機械化。

輸電線路工程地形一般由平地、丘陵、山地和高山大嶺組成，可采用無人機引導(dǎo)繩展放導(dǎo)地線，無人機展放初引繩、機械展放導(dǎo)引繩，采用牽張機進行架線施工。根據(jù)實際分裂導(dǎo)線的特點，緊線、附件安裝和提線，根據(jù)設(shè)計提供的導(dǎo)地線應(yīng)力曲線，控制好各種地貌導(dǎo)線對地最小垂直距離、導(dǎo)線對交叉跨越物的最小垂直距離，完成導(dǎo)地線的架線施工機械化。

3　全壽命周期管理理念強化工程造價控制

3.1項目決策階段

項目決策正確是工程造價合理性的前提，決定著項目的成本和建成后產(chǎn)生的效益。在設(shè)計投標(biāo)階段，必須對項目方案進行完整論證，其中：路徑選擇、導(dǎo)線選型、鐵塔規(guī)劃是重要環(huán)節(jié)，論證方案的合理性、有效性、可實施性是造價控制的前提，為業(yè)主提出正確的論證結(jié)果以校驗項目決策的正確性是決策階段當(dāng)前最重要的任務(wù)。

3.2初步設(shè)計階段

從各設(shè)計因素對總投資中所產(chǎn)生的影響趨勢可以看出（見下頁的圖1），線路路徑是影響工程造價的基礎(chǔ)，也是最主要因素，而其它因素是影響工程造價的次主要因素。

圖1　各種設(shè)計因素對投資的影響趨勢

所以，初步設(shè)計階段，最主要是要重新落實可研設(shè)計規(guī)劃的路徑方案，取得線路所有相關(guān)部門的路徑協(xié)議。

3.3施工圖設(shè)計階段

從大量超高壓線路結(jié)算分析看出（如下頁圖2所示），構(gòu)成工程投資造價主體的主要還是本體工程費；另一個主要因素就是建設(shè)場地準(zhǔn)備及清理費；編制年價差屬于由市場調(diào)控的成本，一般不太好控制，所以，必須將控制的重點放在前兩個方面。

本體費用中，主要以材料費為主，約占本體工程費用的65%左右，所以以降低工程量指標(biāo)進行控制是最有力的方法。

工程量指標(biāo)中，以塔材指標(biāo)、運輸距離、混凝土指標(biāo)對造價的影響最大。

圖2　線路工程投資構(gòu)成分析

3.4項目實施階段

項目施工階段是項目目標(biāo)的實現(xiàn)階段。這一階段，雖然主要是嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計方案的階段，但對工程造價仍然有很大的影響作用，主要體現(xiàn)在工程變更、合理化建議、現(xiàn)場優(yōu)化等方面，重點是控制設(shè)計變更。

工程變更一般會使設(shè)計結(jié)構(gòu)局部變化，從而影響工程的造價。所以，變更的時間是很重要的因素（見圖3），對必須發(fā)生的變更，設(shè)計人員應(yīng)主動深入了解情況，爭取把設(shè)計變更控制在最小范圍。

圖3　各階段發(fā)生變更對造價的影響趨勢

4　結(jié)語

以全壽命周期理論為理論依據(jù)在輸電線路工程設(shè)計與建設(shè)過程中，整體考慮，對各個環(huán)節(jié)的可靠性與安全性進行了明確，增強了電網(wǎng)建設(shè)以及運行安全可靠性。同時改變了只片面以一次性投資最低為目標(biāo)的做法，實現(xiàn)了資產(chǎn)全壽命周期各階段的銜接，能真正達到資產(chǎn)質(zhì)量的優(yōu)良和運行維護費用優(yōu)化，由此明顯地降低了資產(chǎn)全壽命周期的總體成本，提高了資產(chǎn)的運營效率。

［1］郭青.輸電線路建設(shè)工程全壽命周期管理的探討［J］.山西電力，2007（B12）：88-92.

［2］陳翔菲.電力建設(shè)項目設(shè)計階段造價控制探討［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009，21（16）：42-43.

［3］馬超.電力建設(shè)項目設(shè)計階段的造價控制研究［D］.濟南：山東大學(xué)，2007.

［4］張鑫.關(guān)于設(shè)計人員做好電力工程造價管理的幾點經(jīng)驗總結(jié)［J］.湖南農(nóng)機，2012；39（1）：129.

［5］吳江.全壽命周期管理理論在變電站設(shè)計過程中的應(yīng)用研究［D］.北京：華北電力大學(xué)（北京），2010.

［6］楊秀峰.全壽命周期管理在電網(wǎng)建設(shè)項目中的應(yīng)用研究［D］.北京：華北電力大學(xué)（北京），2010.

（編輯：劉楠）

Life Cycle and Its App lication

Li Jiaxu，Wan Zhaoyu
（Information Engineering School of Nanchang University，Nanchagn Jiangxi330031）

Through life cycle management theory，combined with the practical situation of power transmission project，this paper analyzes path selection and optimization，wire type selection，design and optimization，the tower foundation type selection and optimization design，and finally optimizes the design of all aspects，can make the engineering investment period the adaptation of the project to achieve the besteconomic and social benefits.

transmission line；life cycle；planning and design；innovation

F270.7

A

2095-0748（2016）11-0113-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.11.48

2016-04-26

李佳旭（1994—），男，山西天鎮(zhèn)人，現(xiàn)讀于南昌大學(xué)信息工程學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)；萬兆宇（1993—），男，河北滄州人，現(xiàn)就讀于南昌大學(xué)信息工程學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)。