某高速公路改擴建工程節能經濟評價分析

2009-04-12 00:00:00牛春花薛江波

船海工程 2009年2期

摘要：隨著我國經濟的快速發展，部分公路的等級已經不能適應經濟的發展，對現有公路進行改擴建是解決這一問題很好途徑。本文就改擴建工程節能評價進行了分析，并給出了結論。

關鍵詞：改擴建；節能；經濟

中圖分類號：U455 文獻標志碼：A 文章編號：1671-7953(2009)02-0048-04

公路運輸節能是指在完成相同運輸生產任務的前提下，通過采取一定的措施，使能源的消耗量減少，其實質是提高能源利用效率。主要包括以下兩個方面：

1 建設期間的節能

公路建設期間的能源消耗是一次性投入，主要是人力、物力的大量投入，雖然存在著對能源的直接消耗，但其比例相對較小，節能潛力也不大，故本次節能評價不考慮此部分。

2 公路營運期間的節能

公路營運期間的能源消耗是一種長期的連續投入，主要體現在運輸過程中各種公路運輸工具的燃耗［1］。隨著公路交通的日益發展，汽車的燃油消耗愈來愈大，因此在建設大項目過程中進行運輸燃油節約對國民經濟具有一定意義。

本次節能評價采用“有項目”情況和“無項目”情況對比的方法，將無項目狀況下的汽車燃油消耗量減去有項目狀況下汽車燃油消耗量，即得出燃油節約量。

節能評價的評價期采用本項目運營期，即項目通車后20年。

3 公路燃油消耗的影響因素

3.1 影響因素分析

影響公路運輸燃油消耗的因素很多，但主要有兩類［2］：

1）車輛本身的燃油經濟性，這是由車輛本身的構造和制造工藝決定的，即在出廠之前就已是定值；

2）車輛的行駛狀態，這取決于車輛運行具體環境以及駕駛員的操作技能。可概括為如下幾方面：道路條件，包括幾何特征（縱坡、曲率和路面寬度等）和路面特性（平整度等）；車輛特性，包括物理特性和行駛特性（發動機功率、轉速和車輛重量等）；交通狀況，如流量、交通組成、行人流量和非機動車流量等；地區因素，如司機的駕駛行為和車速限制等。

車輛運行的燃油消耗量是與道路交通條件密切相關的。車輛的運行過程通常由起步、換檔、加速、等速、滑行、制動等基本單元組成。當道路條件、交通條件變化時車輛運行油耗也隨之改變，在良好的道路條件（路面平整度、路面寬度、平縱線形等）和良好的交通狀況（快慢車分道行駛、無非機動車、橫向干擾較小等）時，車輛運行狀態穩定，其耗油量相對較小；而當道路、交通狀況惡劣時，車輛行駛中加減速次數隨之增加，車輛運行狀態將變得不穩定，耗油量相對于穩定行駛時增加很多，當停車次數增加時尤其突出，因為起動加速所耗燃油將是穩定狀態行駛時的幾倍。 3.2 道路條件對燃油消耗的影響

道路幾何條件對燃油消耗的影響直接由平曲線半徑、縱坡、路面狀況和道路橫坡所決定，此外燃油消耗也通過車速而受道路幾何條件的間接影響（車輛因幾何條件變化而加速或減速）。

當車輛由直線駛入曲線時，車輛的燃油消耗就要增加，這主要是由以下三個因素造成的：

1）進入曲線前因換檔減速而損失動能，當車輛受到離心力作用時滾動阻力增加（離心力與曲線半徑成反比，而與車速的平方成正比）；

2）在曲線段車輛以較低排擋行駛，車輛內摩阻增大；

3）許多試驗性研究表明當路線縱坡較小時（-3%～+3%），行車速度主要隨平曲線形曲率的增加而降低，并當平曲線半徑R 400m時車輛行駛速度才明顯降低。

道路縱坡對燃油消耗影響很大，在上坡時燃油消耗隨著坡度的增加而增加，但在下坡時相應的燃油節約比較有限。從美國的研究可看出，當道路縱坡從6%降至3%時，小客車可節油20%，貨車可節油70%。

路面狀況對車輛油耗也有直接的影響，其主要影響因素為路面平整度，如貨車在高級及次高級路面上行駛要比在非高級路面上行駛節油30～40%，因為非高級路面要克服較大的滾動阻力。

3.3 交通狀況對燃油消耗的影響

交通條件主要是指道路服務水平，包括混合交通情況、交通流大小及離散程度、行人及橫向干擾程度、行車速度以及交通設施的完善程度等，這一方面高速公路的耗油節約明顯優于其他等級公路，經驗研究表明，燃油消耗量是車速的函數，而車輛的實際行駛車速在道路條件良好的情況下便是交通量、交通組成和駕駛技術等因素的集中體現。在高速公路上行駛的車輛，由于有良好的交通狀況，其車輛油耗主要取決于道路行駛質量和駕駛技術等因素；在二級及以下等級公路上行駛，由于交通狀況極其復雜，非機動車和行人及橫向干擾很大，致使車輛頻繁地加速、減速和停車，使其燃油消耗比高速公路大很多，據研究表明汽車每次停車起動的燃油消耗相當于汽車多跑180m左右。

日本的研究表明，通暢的道路比擁擠的道路可節油30 40%，這主要是由于汽車以低速行駛時，節氣門開度小，曲軸轉速高，發動機在非經濟工況下工作。

4 節能評價的原則與方法

本項目節能評價目的是為建設方案的決策提供依據，其評價的主要原則與方法是［3］：

1）全面性──在評價過程中，不僅應考慮擬建項目的燃油節約，而且應考慮擬建項目所在路網中相關公路的燃耗變化；

2）采用“有無比較法”──通過“有項目情況”與“無項目情況”下燃油消耗的比較，計算燃油節約量；

3）采用實物燃油量分析法──分析過程中直接計算燃油節約的實物量；

4）車輛的單位燃耗按動態計算──單位燃耗是計算公路運輸燃耗節能的關鍵參數，并考慮其在公路營運期間隨交通流等條件變化而變化；

5）評價指標簡單明了──考慮目前的實際情況，只考慮一個主要指標：燃油節約總量。

5 油耗模型的建立

我們參照世行提供的公路設計與養護軟件HDMⅢ中《公路設計養護標準系列－發展中國家汽車運輸成本》(The Highway Design and Maintenance Standards Series Vehicle Operating Costs Evidence from Developing Countries) 一書，建立了油耗模型。該模型是建立在發展中國家現有汽車狀況、道路條件與交通情況的基礎上，考慮了影響油耗的道路條件及交通情況各種因素，燃油消耗成本的各車種計算模型。各種車型的油耗公式及燃油與車速的F-V簡化曲線見圖4-1至圖4-3。

變量說明：

F：燃油消耗量（l/103km）

V：行駛車速（km/hr）