水利水电工程系统开发及应用

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摘要:施工能耗分析是编制水利水电工程可行性研究报告节能评价章节较为重要的一环，是进行节能设计及节能效益评估分析的基础。由于水利水电工程规模大，施工工期长，分项工程、生产系统和设备众多，给施工能耗计算分析带来了困难。针对以上特点，结合传统施工能耗计算流程方法，基于web编程技术开发了一套施工能耗分析系统，该系统能快速准确计算能耗，并便于不同工程间能耗结果的对比，能够显著提高施工能耗的计算和分析效率。

关键词:施工期能耗;水利水电工程;能耗分析;数据库DL/T5020－2007

《水电工程可行性研究报告编制规程》［1］将节能降耗分析纳入水电工程可行性研究报告相关章节;GB/T50649—2011《水利水电工程节能设计规范》［2］系统地分析了水电工程节能降耗应用中的重点及难点，提出了需要解决的核心问题;NB/T35022－2014《水电工程节能降耗分析设计导则》［3］进一步规范了水电工程节能降耗分析工作，明确了节能降耗分析原则、方法。从以上规范的制定和实施可以看出，节能降耗分析是水利水电工程设计的重要组成部分，也是水利水电工程可行性研究报告的必要章节。金珍宏［4］结合白鹤滩水电站施工期能耗分析计算，提出了白鹤滩水电站单位工程量(产品)能耗、能耗总量及分年度能耗量的分析方法，为大中型水电站能耗分析提供设计借鉴。胡海涛等［5］通过梳理2007年以来参与过的水电工程项目节能降耗篇章的编写工作，总结了能耗的计算方法，并提出相关各种能耗指标选取的参考依据。宋升等［6］、任金明等［7］、刘爱军等［8］也在各自的文献中总结了水利水电工程能耗分析的种类和计算方法，并针对水利水电工程的各个环节提出了相关节能措施。水利水电工程具有规模大、工期长、分项工程和机械设备众多的特点，这给施工期能耗计算分析带来了困难。以往的研究侧重于对水利水电工程能耗计算的过程、一般方法和相关的节能措施进行介绍。由于现有计算方法无自动化程序，不同工程能耗计算结果相对独立，计算成果不能进行相互对比分析，不能为类似工程的能耗分析计算提供参考。针对以上弊端，本文以“水利水电工程施工能耗分析系统”开发及应用为研究对象，根据能耗分析方法，建立了自动化的计算流程。使用该系统能够快速准确地对各工程项目进行施工期能耗分析计算;计算结果均能保存于数据库中，便于查看和修改;各工程项目保存于同一数据库中，便于相互对比分析。

1系统功能及设计原则

1．1功能需求分析。对于一般水利水电工程而言，施工能耗分析计算一般包含以下几个方面。1．1．1施工设备能耗。施工设备能耗计算主要包括以下几个方面:①土方明挖设备能耗计算;②石方明挖设备能耗计算;③石方洞挖设备能耗计算;④土石方填筑设备能耗计算;⑤混凝土生产、运输设备能耗计算;⑥混凝土浇筑设备能耗计算;⑦固结灌浆、帷幕灌浆、回填灌浆设备能耗计算。施工设备能耗种类一般为油和电。根据工程量、施工方法、设备能耗指标、台班数计算施工设备的能耗种类和数量。1．1．2施工辅助生产系统能耗。施工辅助生产系统主要包括砂石加工系统、混凝土生产系统、施工交通运输系统、压缩空气系统、供水系统和综合加工系统等。施工辅助生产系统能耗种类一般为油和电。根据设备能耗指标、负荷水平、台班数计算施工辅助生产系统的能耗种类和数量。1．1．3生产性建筑能耗。生产性建筑是指主体工程施工用建筑、施工工厂区建筑、建筑材料开采加工区建筑和设备材料仓储建筑等生产性建筑。生产性建筑能耗主要是指其室内外照明引起的耗电。1．1．4生活性建筑能耗。生活性建筑主要包括施工期各营地，即施工管理区营地和工程建设管理区营地，其能耗计算是指各营地及其生活、办公配套设施的能耗。生活性建筑能耗主要为耗电。1．2系统设计原则。(1)实用性。水利水电工程施工能耗分析系统必须满足水利水电工程施工能耗计算分析的需要，模块涵盖全面，基础数据准确，计算流程简明。(2)规范性。水利水电施工能耗分析系统中需要统计分析的数据不但类型不同，而且存储及使用的方式也不同，但在数据库建立过程中，每一种数据都需要确定的格式。因此，不同类型的数据使用之前都需要进行规范化和格式化处理。(3)可扩展性。水利水电工程施工能耗分析系统需提供良好的接口，方便日后进行系统扩充和完善。

2系统开发技术

该系统使用IntelliJIDEA作为开发工具，采用B/S(Browser/Server)架构，即浏览器/服务器架构。其中后台Server采用的是Springboot的web框架，采用Ja-va/Groovy混合编程模式减少后台代码;前端Browser使用strapboot响应式页面布局。为满足施工能耗计算分析需要，该系统需具备以下几个功能:①用户管理功能，数据库中保存用户名和密码，不同用户具备相关的权限;②数据的基本操作功能，水利水电工程能耗计算相关数据，包括基础定额数据，工程量数据及机械配置等数据的添加、修改、保存和查询功能;③数据的统计分析功能，可按照设定条件进行计算结果的统计分析，生成图表等结果;④成果导出功能，可将施工能耗计算成果导出为Excel电子表格，图片可以保存，供编制报告使用。水利水电工程施工能耗分析系统开发技术如图1所示。2．1系统模块设计。为实现上述功能，水利水电工程施工能耗分析系统主要包含以下4个模块:用户管理模块、工程信息管理模块、能耗分析模块、计算成果分析模块，主要模块见图2。(1)用户管理模块。主要管理用户的基本信息及本系统用户的登录。(2)工程信息管理模块。主要展示工程相关信息和各部位工程量。(3)能耗分析模块。①施工设备能耗分析模块，包括土方开挖能耗计算模块、石方明挖能耗计算模块、石方洞挖能耗计算模块、土石方填筑能耗计算模等;②施工辅助生产系统能耗计算模块，包括砂石加工系统能耗计算模块、混凝土生产系统能耗计算模块等;③生产生活性建筑能耗计算模块，包括施工工厂、施工仓库及业主及施工营地能耗计算模块等。(4)计算成果分析模块。①当前工程能耗计算统计;②历史工程能耗对比分析，用图表输出结果。由于水利水电工程具有规模大、分项工程多、施工程序复杂和机械设备众多的特点，本系统目前所包含模块不可能完全涵盖水利水电工程能耗计算所有内容，但未来可根据需要对计算模块进行扩充，使该系统更具通用性。2．2系统实现。(1)基础数据库准备。将《水利建筑工程概算定额》［9］《水电建筑工程预算定额》［10］等相关基础数据整理并录入数据库，建立各模块计算数据库表结构。(2)用户管理及用户登录模块。主要管理用户登录信息和用户的基本信息，并设置不同用户的使用及管理权限。(3)工程信息管理模块。用于展示工程项目的基本信息，包括工程概况、工程规模、地理位置及主要工程量等相关信息。(4)能耗分析模块。根据各工程部位及工程量、施工组织设计方案，并根据相关定额对各模块进行能耗计算，主要模块计算流程见图3。(5)计算成果分析模块。①根据当

前工程的各模块计算成果，统计当前工程各分项项目能耗，并以图表的形式输出;②将当前工程能耗计算成果与保存于数据库中的历史工程能耗计算成果进行对比分析，以图表形式输出结果。

3工程应用

扎拉水电站位于西藏自治区，枢纽主要建筑物由首部枢纽、引水线路及电站厂房组成。首部枢纽主要建筑物有挡水坝、泄洪设施、电站进水口、生态电站及导流隧洞等。挡水坝为混凝土重力坝，坝顶高程2820m，坝顶长度210．5m，最大坝高67m。引水隧洞采用四机一洞，断面为圆形，引水线路长约5．5km;电站厂房为地面式，安装4台单机255．0MW的高水头冲击式水力发电机组。主要工程量见表1。将上述工程量输入系统计算模块，并根据施工组织设计中相应的施工方法和施工机械，计算得出扎拉水电站施工能耗。根据上述各项统计分析，该工程施工总能耗折合约1．60万t标准煤，其中，施工交通(对外交通)能耗量最大，占施工期能耗总量的30．71%，其次是砂石、混凝土系统和土石方施工设备等。

4结论与展望

(1)本文采用B/S(Browser/Server)架构，开发了施工能耗分析系统，达到了施工期能耗统计计算、数据保存及计算结果对比分析的目的。通过算例证明使用本系统可快速准确计算水利水电工程施工能耗结果。(2)施工能耗计算分析过程保存于数据库中，若施工方案或工程量有调整，可快速修改重新计算;多个工程能耗计算成果均保存于同一数据库中，便于各工程间相互对比分析。(3)目前本系统能耗分析模块仅包含基本的施工方法及机械设备定额，未来可根据施工组织方案对施工方法和机械设备定额进行补充，使其通用性更强。

参考文献:

［1］中华人民共和国国家发展和改革委员会．水电工程可行性研究报告编制规程:DL/T5020－2007［S］．北京:中国电力出版社，2007．

［2］中华人民共和国水利部．水利水电工程节能设计规范:GB/T50649－2011［S］．北京:计划出版社，2011．

［3］国家能源局．水电工程节能降耗分析设计导则:NB/T35022－2014［S］．北京:中国电力出版社，2011．

［4］金珍宏．白鹤滩水电站施工期能耗量分析方法［J］．水利水电技术，2012(11):34－36．

［5］胡海涛，王永刚．水电工程可行性研究阶段节能降耗分析计算［J］．东北水利水电，2014(10):4－5，11．

［6］宋升，郭元元．水利水电工程中节能降耗分析与评价［J］．河南水利与南水北调，2012(4):45－46．

［7］任金明，金珍宏，吴迪．水电工程节能降耗分析与研究［J］．水利规划与设计，2012(5):1－2．

［8］刘爱军．关于水利工程节能设计中几个问题的探讨［J］．中国农村水利水电，2010(1):88－89．

［9］中华人民共和国水利部．水利建筑工程概算定额［M］．郑州:黄河水利出版社，2002．

［10］水电水利规划设计总院．水电建筑工程预算定额［M］．北京:中国电力出版社，2005．

作者:石志超 王曙东 牛运华 陈培 刘波 单位:长江勘测规划设计研究有限责任公司