水利水電工程系統開發及應用

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摘要:施工能耗分析是編制水利水電工程可行性研究報告節能評價章節較為重要的一環，是進行節能設計及節能效益評估分析的基礎。由于水利水電工程規模大，施工工期長，分項工程、生產系統和設備眾多，給施工能耗計算分析帶來了困難。針對以上特點，結合傳統施工能耗計算流程方法，基于web編程技術開發了一套施工能耗分析系統，該系統能快速準確計算能耗，并便于不同工程間能耗結果的對比，能夠顯著提高施工能耗的計算和分析效率。

關鍵詞:施工期能耗;水利水電工程;能耗分析;數據庫DL/T5020－2007

《水電工程可行性研究報告編制規程》［1］將節能降耗分析納入水電工程可行性研究報告相關章節;GB/T50649—2011《水利水電工程節能設計規范》［2］系統地分析了水電工程節能降耗應用中的重點及難點，提出了需要解決的核心問題;NB/T35022－2014《水電工程節能降耗分析設計導則》［3］進一步規范了水電工程節能降耗分析工作，明確了節能降耗分析原則、方法。從以上規范的制定和實施可以看出，節能降耗分析是水利水電工程設計的重要組成部分，也是水利水電工程可行性研究報告的必要章節。金珍宏［4］結合白鶴灘水電站施工期能耗分析計算，提出了白鶴灘水電站單位工程量(產品)能耗、能耗總量及分年度能耗量的分析方法，為大中型水電站能耗分析提供設計借鑒。胡海濤等［5］通過梳理2007年以來參與過的水電工程項目節能降耗篇章的編寫工作，總結了能耗的計算方法，并提出相關各種能耗指標選取的參考依據。宋升等［6］、任金明等［7］、劉愛軍等［8］也在各自的文獻中總結了水利水電工程能耗分析的種類和計算方法，并針對水利水電工程的各個環節提出了相關節能措施。水利水電工程具有規模大、工期長、分項工程和機械設備眾多的特點，這給施工期能耗計算分析帶來了困難。以往的研究側重于對水利水電工程能耗計算的過程、一般方法和相關的節能措施進行介紹。由于現有計算方法無自動化程序，不同工程能耗計算結果相對獨立，計算成果不能進行相互對比分析，不能為類似工程的能耗分析計算提供參考。針對以上弊端，本文以“水利水電工程施工能耗分析系統”開發及應用為研究對象，根據能耗分析方法，建立了自動化的計算流程。使用該系統能夠快速準確地對各工程項目進行施工期能耗分析計算;計算結果均能保存于數據庫中，便于查看和修改;各工程項目保存于同一數據庫中，便于相互對比分析。

1系統功能及設計原則

1．1功能需求分析。對于一般水利水電工程而言，施工能耗分析計算一般包含以下幾個方面。1．1．1施工設備能耗。施工設備能耗計算主要包括以下幾個方面:①土方明挖設備能耗計算;②石方明挖設備能耗計算;③石方洞挖設備能耗計算;④土石方填筑設備能耗計算;⑤混凝土生產、運輸設備能耗計算;⑥混凝土澆筑設備能耗計算;⑦固結灌漿、帷幕灌漿、回填灌漿設備能耗計算。施工設備能耗種類一般為油和電。根據工程量、施工方法、設備能耗指標、臺班數計算施工設備的能耗種類和數量。1．1．2施工輔助生產系統能耗。施工輔助生產系統主要包括砂石加工系統、混凝土生產系統、施工交通運輸系統、壓縮空氣系統、供水系統和綜合加工系統等。施工輔助生產系統能耗種類一般為油和電。根據設備能耗指標、負荷水平、臺班數計算施工輔助生產系統的能耗種類和數量。1．1．3生產性建筑能耗。生產性建筑是指主體工程施工用建筑、施工工廠區建筑、建筑材料開采加工區建筑和設備材料倉儲建筑等生產性建筑。生產性建筑能耗主要是指其室內外照明引起的耗電。1．1．4生活性建筑能耗。生活性建筑主要包括施工期各營地，即施工管理區營地和工程建設管理區營地，其能耗計算是指各營地及其生活、辦公配套設施的能耗。生活性建筑能耗主要為耗電。1．2系統設計原則。(1)實用性。水利水電工程施工能耗分析系統必須滿足水利水電工程施工能耗計算分析的需要，模塊涵蓋全面，基礎數據準確，計算流程簡明。(2)規范性。水利水電施工能耗分析系統中需要統計分析的數據不但類型不同，而且存儲及使用的方式也不同，但在數據庫建立過程中，每一種數據都需要確定的格式。因此，不同類型的數據使用之前都需要進行規范化和格式化處理。(3)可擴展性。水利水電工程施工能耗分析系統需提供良好的接口，方便日后進行系統擴充和完善。

2系統開發技術

該系統使用IntelliJIDEA作為開發工具，采用B/S(Browser/Server)架構，即瀏覽器/服務器架構。其中后臺Server采用的是Springboot的web框架，采用Ja-va/Groovy混合編程模式減少后臺代碼;前端Browser使用strapboot響應式頁面布局。為滿足施工能耗計算分析需要，該系統需具備以下幾個功能:①用戶管理功能，數據庫中保存用戶名和密碼，不同用戶具備相關的權限;②數據的基本操作功能，水利水電工程能耗計算相關數據，包括基礎定額數據，工程量數據及機械配置等數據的添加、修改、保存和查詢功能;③數據的統計分析功能，可按照設定條件進行計算結果的統計分析，生成圖表等結果;④成果導出功能，可將施工能耗計算成果導出為Excel電子表格，圖片可以保存，供編制報告使用。水利水電工程施工能耗分析系統開發技術如圖1所示。2．1系統模塊設計。為實現上述功能，水利水電工程施工能耗分析系統主要包含以下4個模塊:用戶管理模塊、工程信息管理模塊、能耗分析模塊、計算成果分析模塊，主要模塊見圖2。(1)用戶管理模塊。主要管理用戶的基本信息及本系統用戶的登錄。(2)工程信息管理模塊。主要展示工程相關信息和各部位工程量。(3)能耗分析模塊。①施工設備能耗分析模塊，包括土方開挖能耗計算模塊、石方明挖能耗計算模塊、石方洞挖能耗計算模塊、土石方填筑能耗計算模等;②施工輔助生產系統能耗計算模塊，包括砂石加工系統能耗計算模塊、混凝土生產系統能耗計算模塊等;③生產生活性建筑能耗計算模塊，包括施工工廠、施工倉庫及業主及施工營地能耗計算模塊等。(4)計算成果分析模塊。①當前工程能耗計算統計;②歷史工程能耗對比分析，用圖表輸出結果。由于水利水電工程具有規模大、分項工程多、施工程序復雜和機械設備眾多的特點，本系統目前所包含模塊不可能完全涵蓋水利水電工程能耗計算所有內容，但未來可根據需要對計算模塊進行擴充，使該系統更具通用性。2．2系統實現。(1)基礎數據庫準備。將《水利建筑工程概算定額》［9］《水電建筑工程預算定額》［10］等相關基礎數據整理并錄入數據庫，建立各模塊計算數據庫表結構。(2)用戶管理及用戶登錄模塊。主要管理用戶登錄信息和用戶的基本信息，并設置不同用戶的使用及管理權限。(3)工程信息管理模塊。用于展示工程項目的基本信息，包括工程概況、工程規模、地理位置及主要工程量等相關信息。(4)能耗分析模塊。根據各工程部位及工程量、施工組織設計方案，并根據相關定額對各模塊進行能耗計算，主要模塊計算流程見圖3。(5)計算成果分析模塊。①根據當

前工程的各模塊計算成果，統計當前工程各分項項目能耗，并以圖表的形式輸出;②將當前工程能耗計算成果與保存于數據庫中的歷史工程能耗計算成果進行對比分析，以圖表形式輸出結果。

3工程應用

扎拉水電站位于西藏自治區，樞紐主要建筑物由首部樞紐、引水線路及電站廠房組成。首部樞紐主要建筑物有擋水壩、泄洪設施、電站進水口、生態電站及導流隧洞等。擋水壩為混凝土重力壩，壩頂高程2820m，壩頂長度210．5m，最大壩高67m。引水隧洞采用四機一洞，斷面為圓形，引水線路長約5．5km;電站廠房為地面式，安裝4臺單機255．0MW的高水頭沖擊式水力發電機組。主要工程量見表1。將上述工程量輸入系統計算模塊，并根據施工組織設計中相應的施工方法和施工機械，計算得出扎拉水電站施工能耗。根據上述各項統計分析，該工程施工總能耗折合約1．60萬t標準煤，其中，施工交通(對外交通)能耗量最大，占施工期能耗總量的30．71%，其次是砂石、混凝土系統和土石方施工設備等。

4結論與展望

(1)本文采用B/S(Browser/Server)架構，開發了施工能耗分析系統，達到了施工期能耗統計計算、數據保存及計算結果對比分析的目的。通過算例證明使用本系統可快速準確計算水利水電工程施工能耗結果。(2)施工能耗計算分析過程保存于數據庫中，若施工方案或工程量有調整，可快速修改重新計算;多個工程能耗計算成果均保存于同一數據庫中，便于各工程間相互對比分析。(3)目前本系統能耗分析模塊僅包含基本的施工方法及機械設備定額，未來可根據施工組織方案對施工方法和機械設備定額進行補充，使其通用性更強。

參考文獻:

［1］中華人民共和國國家發展和改革委員會．水電工程可行性研究報告編制規程:DL/T5020－2007［S］．北京:中國電力出版社，2007．

［2］中華人民共和國水利部．水利水電工程節能設計規范:GB/T50649－2011［S］．北京:計劃出版社，2011．

［3］國家能源局．水電工程節能降耗分析設計導則:NB/T35022－2014［S］．北京:中國電力出版社，2011．

［4］金珍宏．白鶴灘水電站施工期能耗量分析方法［J］．水利水電技術，2012(11):34－36．

［5］胡海濤，王永剛．水電工程可行性研究階段節能降耗分析計算［J］．東北水利水電，2014(10):4－5，11．

［6］宋升，郭元元．水利水電工程中節能降耗分析與評價［J］．河南水利與南水北調，2012(4):45－46．

［7］任金明，金珍宏，吳迪．水電工程節能降耗分析與研究［J］．水利規劃與設計，2012(5):1－2．

［8］劉愛軍．關于水利工程節能設計中幾個問題的探討［J］．中國農村水利水電，2010(1):88－89．

［9］中華人民共和國水利部．水利建筑工程概算定額［M］．鄭州:黃河水利出版社，2002．

［10］水電水利規劃設計總院．水電建筑工程預算定額［M］．北京:中國電力出版社，2005．

作者:石志超 王曙東 牛運華 陳培 劉波 單位:長江勘測規劃設計研究有限責任公司