全寿命周期及应用分析研究

李佳旭，万兆宇

（南昌大学信息工程学院，江西　南昌　330031）

创新

全寿命周期及应用分析研究

李佳旭，万兆宇

（南昌大学信息工程学院，江西南昌330031）

通过阐述全寿命周期管理理论的基础，结合输电工程项目实际情况，然后就路径选择与优化、导线选型、杆塔设计与优化、基础型式选择和优化等方面进行设计分析，最后对各方面设计方案进行优化，使得工程投资能在工程项目整个续存期内取得最佳的经济和社会效益。

输电线路；全寿命周期；规划设计；创新

1　全寿命周期管理理念

全寿命周期管理（lifecyclemanagement）理论，包括决策、实施和运营的管理。目前已应用于多种的领域，并引出过程管理、成本分析多方面的概念、方向。中国输电工程建设逐渐在各建设阶段、单位独立分隔的情况下朝工程综合、有机结合、统一实施的方向进行转化，力求通过工程全寿命的管理，在工程基本功能满足的条件下，将工程全过程中各阶段统一实施、有机结合，达到最佳的投入产出比。

2　全寿命周期管理在输电线路工程的落实及建议

设计单位运用全寿命周期管理理念，突破常规的设计理念和方法，以设计优化和创新，确保线路全过程中的寿命周期费用最优。

2.1线路路径全方位优化

2.1.1对重要地段采取避让措施

利用GoogleEarth和三维信息（GIS）系统，对现有的大型厂矿、重要矿产资源、不良地质地带（地质断裂带、塌方、滑坡、冲沟、陡坡）等地段采取避让措施，并且避开了人口密集区和城镇规划区，减少了跨越的房屋，降低了对生态环境的影响，保证了其今后的可持续发展。

2.1.2排杆定位优化

利用杆塔排位软件进行杆塔优化排位等技术优化路径走向，避免线路出现大高差，同时合理选取塔位，避免了在需要强行降基面或风力较强的地点立塔；当线路与山脊交叉时，尽量从平缓处通过。

2.2导线选型

导线的特性决定了跨越塔的高度以及运行的张力，也决定着电能输送的性能，包括效率、损耗以及机械和电气方面的过载能力。一般情况下，随输送容量的逐渐增加，导线电阻损耗也会随之增加，因此在施工中选择较大截面积的导线为优。

2.3杆塔型式设计和优化

在铁塔设计和优化过程中贯彻全寿命周期管理的理念。首先应在新材料、新工艺的铁塔设计中积极采用Q420高强钢，这不仅符合节能降耗的要求，而且材料量的降低也会带来工作量的降低；另外，铁塔设计时应从主材分段、横隔面设置、杆件上人验算等方面进行优化设计，而且尽量减少角钢和螺栓的品种，避免使用难以采购到的规格；最后还要提高线路的可维护性。如铁塔防盗问题，铁塔安装可拆卸式防盗螺栓可以很好地防止塔材丢失，保证线路安全，又便于维护。

2.4因地制宜选择基础型式

基础是输电线路工程重要的一部分，不仅对工期、环境保护等很多方面都有十分重要的影响，同时它也是电网长时间安全运行的可靠保证。

2.4.1板式中型桩复合基础

板式中型桩复合基础是采用板式基础与中等直径桩（250＜d＜800mm）组合的复合式基础。该基础可减少基坑土方开挖量和植被破坏面积达70%以上，降低工程的费用10%～20%。该基础是承载能力较大的基础。桩数、长度布置灵活、基础承载力向土体深度发展，特别是在植被极易被破坏、水土流失问题严重的地区拥有广泛的应用。

2.4.2群锚基础

线路经过山区时，当覆盖层厚度在1～2m时，推荐采用承台+立柱+锚筋的群锚岩石基础。群锚基础可适用的地质地形范围也广，通过调节立柱高度，可适用有一定覆盖层的岩石地区，也可适用坡度较陡的地段。在山区岩石地段推荐大量使用岩石锚杆基础，不仅经济效益显著（单基混凝土量减少约20%～40%），而且可节约材料运输周期，加快施工进。

对于锚筋底部选择专用的设备进行扩大头施工，扩大头可有效提高锚筋与岩石间的摩擦力，从而提高了锚筋基础的抗拉强度，扩大头直接将锚桩直径加大，可提高岩石抗剪计算值。

2.5绝缘和金具研究

2.5.1绝缘子串配置原则

绝缘子串的配置首先需满足机械强度要求，其次应当考虑各种串型组合的经济性，以确保绝缘子串型设计的安全可靠与经济合理。绝缘子串联数越多，其组合形式越复杂；使用的绝缘子片数量越多，金具越多，其安装和运行维护工作量越大；绝缘子串本身出现故障的概率也越大，绝缘子串本身的荷载也大幅提升，最终会导致提供给导线允许的荷载量增加不多，不能够充分发挥多联串型绝缘子吨位增加的优势。因此，在达到机械强度和金具、绝缘子型式允许的基本要求下，应尽可能地选用爬电比距的上限值的串型。

2.5.2金具

金具是关系到线路安全运行的重要部件，目前输电线路绝大部分采用的是耗能较大的铸铁等材质的金具。虽然金具在工程中占有的投资较少，但线路运行时每时每刻都在消耗电能，造成了较大的电能损失。

在工程中，线路悬垂串可全线采用合成绝缘子，耐张绝缘子串采用玻璃、瓷绝缘子，不仅可有效降低铁塔重量，而且具有较大的经济优势。

2.6全过程机械化设计和施工理念

2.6.1基础开挖机械化

若地层为岩石地段，基础型式则主要考虑岩石嵌固、岩石锚杆及挖孔桩基础。岩石嵌固和挖孔桩基础均属于挖孔类基础，且位于山区，考虑采用小型旋挖钻机进行基础施工；岩石锚杆基础选用锚杆钻机进行施工。

若地层为粉土且无地下水地段，则考虑采用掏挖基础、板式直柱和板式斜插基础。掏挖基础可选用旋挖钻机、机械洛阳铲进行成空，板式直柱和板式斜插基础考虑采用挖掘机进行开挖。

2.6.2组塔施工机械化。

丘陵地段，交通便利，塔型尺寸较小的铁塔可采用普通抱杆或大型流动式起重机进行组塔；沿线交通运输条件较为困难时，杆塔可考虑采用抱杆模式进行组塔。

2.6.3架线施工机械化。

输电线路工程地形一般由平地、丘陵、山地和高山大岭组成，可采用无人机引导绳展放导地线，无人机展放初引绳、机械展放导引绳，采用牵张机进行架线施工。根据实际分裂导线的特点，紧线、附件安装和提线，根据设计提供的导地线应力曲线，控制好各种地貌导线对地最小垂直距离、导线对交叉跨越物的最小垂直距离，完成导地线的架线施工机械化。

3　全寿命周期管理理念强化工程造价控制

3.1项目决策阶段

项目决策正确是工程造价合理性的前提，决定着项目的成本和建成后产生的效益。在设计投标阶段，必须对项目方案进行完整论证，其中：路径选择、导线选型、铁塔规划是重要环节，论证方案的合理性、有效性、可实施性是造价控制的前提，为业主提出正确的论证结果以校验项目决策的正确性是决策阶段当前最重要的任务。

3.2初步设计阶段

从各设计因素对总投资中所产生的影响趋势可以看出（见下页的图1），线路路径是影响工程造价的基础，也是最主要因素，而其它因素是影响工程造价的次主要因素。

图1　各种设计因素对投资的影响趋势

所以，初步设计阶段，最主要是要重新落实可研设计规划的路径方案，取得线路所有相关部门的路径协议。

3.3施工图设计阶段

从大量超高压线路结算分析看出（如下页图2所示），构成工程投资造价主体的主要还是本体工程费；另一个主要因素就是建设场地准备及清理费；编制年价差属于由市场调控的成本，一般不太好控制，所以，必须将控制的重点放在前两个方面。

本体费用中，主要以材料费为主，约占本体工程费用的65%左右，所以以降低工程量指标进行控制是最有力的方法。

工程量指标中，以塔材指标、运输距离、混凝土指标对造价的影响最大。

图2　线路工程投资构成分析

3.4项目实施阶段

项目施工阶段是项目目标的实现阶段。这一阶段，虽然主要是严格执行设计方案的阶段，但对工程造价仍然有很大的影响作用，主要体现在工程变更、合理化建议、现场优化等方面，重点是控制设计变更。

工程变更一般会使设计结构局部变化，从而影响工程的造价。所以，变更的时间是很重要的因素（见图3），对必须发生的变更，设计人员应主动深入了解情况，争取把设计变更控制在最小范围。

图3　各阶段发生变更对造价的影响趋势

4　结语

以全寿命周期理论为理论依据在输电线路工程设计与建设过程中，整体考虑，对各个环节的可靠性与安全性进行了明确，增强了电网建设以及运行安全可靠性。同时改变了只片面以一次性投资最低为目标的做法，实现了资产全寿命周期各阶段的衔接，能真正达到资产质量的优良和运行维护费用优化，由此明显地降低了资产全寿命周期的总体成本，提高了资产的运营效率。

［1］郭青.输电线路建设工程全寿命周期管理的探讨［J］.山西电力，2007（B12）：88-92.

［2］陈翔菲.电力建设项目设计阶段造价控制探讨［J］.现代商贸工业，2009，21（16）：42-43.

［3］马超.电力建设项目设计阶段的造价控制研究［D］.济南：山东大学，2007.

［4］张鑫.关于设计人员做好电力工程造价管理的几点经验总结［J］.湖南农机，2012；39（1）：129.

［5］吴江.全寿命周期管理理论在变电站设计过程中的应用研究［D］.北京：华北电力大学（北京），2010.

［6］杨秀峰.全寿命周期管理在电网建设项目中的应用研究［D］.北京：华北电力大学（北京），2010.

（编辑：刘楠）

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，山西天镇人，现读于南昌大学信息工程学院电气工程及其自动化专业；万兆宇（1993—），男，河北沧州人，现就读于南昌大学信息工程学院电气工程及其自动化专业。