国电电力发展股份有限公司，北京市100101
摘 要：截止2013年底中国的风电装机规模已居世界第一，成为继火电、水电之后的我国第三大电源。可并网区域的平原和低丘山区风场几乎均已开发，伴随风电技术的进步和发电机组容量的提高，风电场开发已经进入了难度大的山岭低风速区。风场运输道路建设的难度越来越大，建设前期成本不断提高。
关键词：山区风场；运输道路；设计优化；优化方法
1引言
目前,我国对风电场道路工程设计的优化还不够规范,在设计过程中对优化设计缺乏明确的定性考核指标和具体要求。因此,对风场道路优化设计规范化有很迫切的需求。道路工程优化设计是一项技术性很强的工作,做好此项工作除必须具备较强的专业知识外,还须有工程现场实际经验和工程经济等多方面的知识。
本文通过山东枣庄某300MW风电场运输道路的优化设计实例，分析风电场道路设计除遵循道路设计的一般原则外，如何进一步科学合理的进行施工道路优化设计，从而达到减少道路里程、道路用地、合理利用土石资源、缩短工期，实现技术经济效益最优。通过实例的研究，为同类型风场道路设计和后期的优化设计提供一定的思路和方法，推动风电运输道路优化设计的规范化。
.2. 项目概述
山东枣庄某300MW风电项目工程，所在区域地形起伏较大，风电场区域海拔在100m～620m之间，可布机位点区域集中在海拔230m～620m的山顶，其中海拔120-400米间山体陡峭，海拔400米以上山体相对坡度较缓，山体冲沟及谷较多，多孤立山头。地表多岩石裸露，除表层稀薄的土壤外，下部山体基本为中风化、微风化岩石。风机安装平台比照山下场外运输道路平均高差达215m，选线限制因素较多，控制点较多，设计修建运输道路路线长，而且施工难度大，风场道路的规划设计直接影响整个项目的地方工作协调量、施工进度、施工难度和项目总体投资，对风场安全运行及维护也将至关重要。
3. 风机设备概况及运输指标选取
3.1风机设备基本参数
风机运输车辆主要采用牵引车与半挂车的组合形式，一般为半挂车，主要运送主机、轮毂、叶片、变频器和塔底控制柜等大件集装箱运输。
主要设备尺寸及总量表如表所示。
表1 主要设备尺寸及总量表
3.2运输设备基本情况
（1）机舱轮毂车板一般采用后3 轴低板车，本项目一般采用420 马力的陕汽德龙或斯太尔做牵引头，可牵引120 t；但可以根据实际道路情况加大牵引头马力。 可承载80—120 t的重量,机舱车辆车板一般选用尺寸为：13.5m×3m。
（2）轮毂车一般为高、低板半挂平板车，平台长17m，车板高1.1—1.3m、车板宽3m，每车装运2台轮毂及其它附件。
（3）叶片车辆需要根据叶片支点长度安排不同长度的运输车辆，如110型叶片支点最短可为30m，所以需要安排车板长度达到30m以上的加长车辆。 车辆马力一般采用370 马力以上；由于叶片较长，一般建议要用长轴距液压后转向的车板装载。
3.3道路的技术指标
风电场道路设计暂时无单独国标规范，现阶段主要参考《林区道路设计规范》和发电集团内部的设计导则进行设计，对于新开发的重丘山区原有的规范和指导标准明显落后。
本风电场道路设计除遵循道路设计的一般原则外，需根据工程实际情况，结合地形、地质、地物等情况满足风机叶片、塔筒、发电机等设备的运输需求，结合运输车辆运行特点，选用合理的技术参数作为设计依据，根据风机厂家提供的设备尺寸，通过经验总结、计算和参照指导性的规范[4]和意见要求确定施工运输道路的技术指标见主要技术指标表 [5]。
表2 主要技术指标表
4道路路线的三维优化设计
本项目利用纬地道路交通辅助设计系统进行优化设计，软件拥有路线三维集成CAD技术、虚拟仿真技术以及三维地质重构等技术。通过“高速、海量和高精度”数模引擎，实现基于数模技术的三维化设计[1]。利用DTM对山区道路进行平纵横设计,同步预览,同步数据提取等功能，提高设计优化效率。利用纬地软件的“三维互动设计”功能进行路线调整及局部微调，可快捷直观地实现优化过程，避免在平面主线设计和纵断面设计之间反复调整的工作量，实时对线位偏差进行修正，确保道路选线的最优。这样做尽可能的缩短山区道路设计周期，提高设计效率，适应风电场道路较快的设计节奏。
图2 软件三维查看示意图
（1）在进行平面优化设计前务必注意收集与线路有关的干线公路、县乡公路、农村公路、田间道路、区域地貌、水文、地质、植被和建筑等资料。注意分析沿线地形的起伏、走势，明确高程控制点和项目区域范围，如道路可利用的旧路、山脊走向、特别区域。在平面线形调整时尽量使平面路线平滑顺直，同时使预览的纵断面均匀平顺，若出现纵坡坡度过陡或小范围内连续大起大落，应调整相应的平面主线，使得自然地面线相对平缓。平面主线优化时应从平面与纵段共同着手进行优化，线路的平面位置及长短主要取决于纵坡的安排，不能单一的调整平面线形，同时需要关注道路纵断面、横断面。要综合考虑纵坡坡度，不能为了缩短线路长度而大量选取极限坡度，应留有一定的空间，以便后续纵断面和横断面优化。
（2）纵断面优化设计时，在利用纬地DTM提取道路中心线地面线的同时，可以选择提取道路左、右边边线的自然地面线高程，然后利用纵断面自动拉坡设计功能，快速提取土方量进行工程量快速比对，提高方案比对效率。在进行纵段面人工优化时，需要利用三条自然地面线和设计线的对比关系进行人工判断。在纵断面设计时三条地面线之间纵向距离较小地段，即横断面自然地面线较缓处，设计纵断面线可尽量居中，减少填挖工程量；三条地面线之间纵向距离较大地段，即横断面自然地面线较陡处，设计纵断面线尽量靠近下方自然地面线，以避免横断面一侧高填方带来的路基稳定性较差或挡土墙的设置[2]。在纵断面设计阶段便注意控制横断面，在纵段面调整后，应及时刷新横断面，避免生成不利的道路横断面，减少防护工程的工程量。
图3 纵断面优化设计示意图
（3）横断面设计优化，除需要逐一检查横断面设计线填挖方坡脚与地面线不相交，横断面边沟排水沟设置不合理外，还需要对大填及不合理断面位置设置挡土墙。在横断面调整后应随时提取道路填挖方工程量，并根据前后断面变化情况，适当抬高或降低设计纵断面线，进一步对道路的纵段和横断面进行优化，保证设计路基的合理性和稳定性,有效降低路线的填挖方工程量，并尽可能做到填挖方平衡，减少工程临时用地，达到项目的投资总体控制目标。
图4.4横断面优化设计示意图
5.利用Google Earth卫星图的路线优化
Google Earth作为一款三维的“世界地球浏览器”本身可以说是一个巨大的数据库，基于Google Earth的影像图在路线设计研究中的应用已较为广泛，其直观、3D服务等特点，都为路线方案的优化和演示提供了便利的条件。
在道路初步设计阶段，我们利用kml脚本语言，将初步设计中的道路路线导入到Google Earth中[3]。 利用它检查路线经过处地面上的地形地貌、建筑物、周边环境、交通等实际情况。通过卫星地图判读道路路线对建筑、农田、林地和荒地的情况，合理的调整道路路线平面，做到道路占地的优化设计方案。利用Google Earth的三维查看功能，复核CAD图纸设计的平纵段选线方案。彻底解决利用CAD地形图选线中对地面构造物忽视形成的不合理路线，减少工程施工期地方工作难度，有效减少道路变更。
图5.1-1横断面示意图
6总结与结论
通过以上优化设计方法对道路进行了细致的优化，山东枣庄某300MW风电场运输道路优化后工程量与可行性研究报告工程量进行对比分析，运输道路总长度由190千米降至172千米，长度减少9.47%，占地减少29.03%，实体填挖方工程量降低33.31%，道路部分工程造价降低近30%，优化后工程造价和预计施工难度降低明显。
风电场运输道路的设计和优化方法还应根据项目的经验进行不断的进行研究，本着“科学合理，因地制宜”的原则，进一步服务于国家基础设施建设。
参考文献
[1]《公路工程技术标准》JTJ B01-2003.
[2]肖振文/基于纬地软件的山区风电场道路设计优化/城市建设理论研究 2014年04期
[3]易共才、王彦军、高宏 /Google Earth在公路工程中的应用研究/《中外公路》2008第28卷第一期
[4]《林区公路工程技术标准》 (LYJ5104-1998).
论文作者:崔明军
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第5期
论文发表时间:2017/7/17
标签：道路论文; 横断面论文; 纵断面论文; 路线论文; 优化设计论文; 工程量论文; 挖方论文; 《电力设备管理》2017年第5期论文;