全壽命周期及應用分析研究

李佳旭，萬兆宇

（南昌大學信息工程學院，江西　南昌　330031）

創新

全壽命周期及應用分析研究

李佳旭，萬兆宇

（南昌大學信息工程學院，江西南昌330031）

通過闡述全壽命周期管理理論的基礎，結合輸電工程項目實際情況，然后就路徑選擇與優化、導線選型、桿塔設計與優化、基礎型式選擇和優化等方面進行設計分析，最后對各方面設計方案進行優化，使得工程投資能在工程項目整個續存期內取得最佳的經濟和社會效益。

輸電線路；全壽命周期；規劃設計；創新

1　全壽命周期管理理念

全壽命周期管理（lifecyclemanagement）理論，包括決策、實施和運營的管理。目前已應用于多種的領域，并引出過程管理、成本分析多方面的概念、方向。中國輸電工程建設逐漸在各建設階段、單位獨立分隔的情況下朝工程綜合、有機結合、統一實施的方向進行轉化，力求通過工程全壽命的管理，在工程基本功能滿足的條件下，將工程全過程中各階段統一實施、有機結合，達到最佳的投入產出比。

2　全壽命周期管理在輸電線路工程的落實及建議

設計單位運用全壽命周期管理理念，突破常規的設計理念和方法，以設計優化和創新，確保線路全過程中的壽命周期費用最優。

2.1線路路徑全方位優化

2.1.1對重要地段采取避讓措施

利用GoogleEarth和三維信息（GIS）系統，對現有的大型廠礦、重要礦產資源、不良地質地帶（地質斷裂帶、塌方、滑坡、沖溝、陡坡）等地段采取避讓措施，并且避開了人口密集區和城鎮規劃區，減少了跨越的房屋，降低了對生態環境的影響，保證了其今后的可持續發展。

2.1.2排桿定位優化

利用桿塔排位軟件進行桿塔優化排位等技術優化路徑走向，避免線路出現大高差，同時合理選取塔位，避免了在需要強行降基面或風力較強的地點立塔；當線路與山脊交叉時，盡量從平緩處通過。

2.2導線選型

導線的特性決定了跨越塔的高度以及運行的張力，也決定著電能輸送的性能，包括效率、損耗以及機械和電氣方面的過載能力。一般情況下，隨輸送容量的逐漸增加，導線電阻損耗也會隨之增加，因此在施工中選擇較大截面積的導線為優。

2.3桿塔型式設計和優化

在鐵塔設計和優化過程中貫徹全壽命周期管理的理念。首先應在新材料、新工藝的鐵塔設計中積極采用Q420高強鋼，這不僅符合節能降耗的要求，而且材料量的降低也會帶來工作量的降低；另外，鐵塔設計時應從主材分段、橫隔面設置、桿件上人驗算等方面進行優化設計，而且盡量減少角鋼和螺栓的品種，避免使用難以采購到的規格；最后還要提高線路的可維護性。如鐵塔防盜問題，鐵塔安裝可拆卸式防盜螺栓可以很好地防止塔材丟失，保證線路安全，又便于維護。

2.4因地制宜選擇基礎型式

基礎是輸電線路工程重要的一部分，不僅對工期、環境保護等很多方面都有十分重要的影響，同時它也是電網長時間安全運行的可靠保證。

2.4.1板式中型樁復合基礎

板式中型樁復合基礎是采用板式基礎與中等直徑樁（250＜d＜800mm）組合的復合式基礎。該基礎可減少基坑土方開挖量和植被破壞面積達70%以上，降低工程的費用10%～20%。該基礎是承載能力較大的基礎。樁數、長度布置靈活、基礎承載力向土體深度發展，特別是在植被極易被破壞、水土流失問題嚴重的地區擁有廣泛的應用。

2.4.2群錨基礎

線路經過山區時，當覆蓋層厚度在1～2m時，推薦采用承臺+立柱+錨筋的群錨巖石基礎。群錨基礎可適用的地質地形范圍也廣，通過調節立柱高度，可適用有一定覆蓋層的巖石地區，也可適用坡度較陡的地段。在山區巖石地段推薦大量使用巖石錨桿基礎，不僅經濟效益顯著（單基混凝土量減少約20%～40%），而且可節約材料運輸周期，加快施工進。

對于錨筋底部選擇專用的設備進行擴大頭施工，擴大頭可有效提高錨筋與巖石間的摩擦力，從而提高了錨筋基礎的抗拉強度，擴大頭直接將錨樁直徑加大，可提高巖石抗剪計算值。

2.5絕緣和金具研究

2.5.1絕緣子串配置原則

絕緣子串的配置首先需滿足機械強度要求，其次應當考慮各種串型組合的經濟性，以確保絕緣子串型設計的安全可靠與經濟合理。絕緣子串聯數越多，其組合形式越復雜；使用的絕緣子片數量越多，金具越多，其安裝和運行維護工作量越大；絕緣子串本身出現故障的概率也越大，絕緣子串本身的荷載也大幅提升，最終會導致提供給導線允許的荷載量增加不多，不能夠充分發揮多聯串型絕緣子噸位增加的優勢。因此，在達到機械強度和金具、絕緣子型式允許的基本要求下，應盡可能地選用爬電比距的上限值的串型。

2.5.2金具

金具是關系到線路安全運行的重要部件，目前輸電線路絕大部分采用的是耗能較大的鑄鐵等材質的金具。雖然金具在工程中占有的投資較少，但線路運行時每時每刻都在消耗電能，造成了較大的電能損失。

在工程中，線路懸垂串可全線采用合成絕緣子，耐張絕緣子串采用玻璃、瓷絕緣子，不僅可有效降低鐵塔重量，而且具有較大的經濟優勢。

2.6全過程機械化設計和施工理念

2.6.1基礎開挖機械化

若地層為巖石地段，基礎型式則主要考慮巖石嵌固、巖石錨桿及挖孔樁基礎。巖石嵌固和挖孔樁基礎均屬于挖孔類基礎，且位于山區，考慮采用小型旋挖鉆機進行基礎施工；巖石錨桿基礎選用錨桿鉆機進行施工。

若地層為粉土且無地下水地段，則考慮采用掏挖基礎、板式直柱和板式斜插基礎。掏挖基礎可選用旋挖鉆機、機械洛陽鏟進行成空，板式直柱和板式斜插基礎考慮采用挖掘機進行開挖。

2.6.2組塔施工機械化。

丘陵地段，交通便利，塔型尺寸較小的鐵塔可采用普通抱桿或大型流動式起重機進行組塔；沿線交通運輸條件較為困難時，桿塔可考慮采用抱桿模式進行組塔。

2.6.3架線施工機械化。

輸電線路工程地形一般由平地、丘陵、山地和高山大嶺組成，可采用無人機引導繩展放導地線，無人機展放初引繩、機械展放導引繩，采用牽張機進行架線施工。根據實際分裂導線的特點，緊線、附件安裝和提線，根據設計提供的導地線應力曲線，控制好各種地貌導線對地最小垂直距離、導線對交叉跨越物的最小垂直距離，完成導地線的架線施工機械化。

3　全壽命周期管理理念強化工程造價控制

3.1項目決策階段

項目決策正確是工程造價合理性的前提，決定著項目的成本和建成后產生的效益。在設計投標階段，必須對項目方案進行完整論證，其中：路徑選擇、導線選型、鐵塔規劃是重要環節，論證方案的合理性、有效性、可實施性是造價控制的前提，為業主提出正確的論證結果以校驗項目決策的正確性是決策階段當前最重要的任務。

3.2初步設計階段

從各設計因素對總投資中所產生的影響趨勢可以看出（見下頁的圖1），線路路徑是影響工程造價的基礎，也是最主要因素，而其它因素是影響工程造價的次主要因素。

圖1　各種設計因素對投資的影響趨勢

所以，初步設計階段，最主要是要重新落實可研設計規劃的路徑方案，取得線路所有相關部門的路徑協議。

3.3施工圖設計階段

從大量超高壓線路結算分析看出（如下頁圖2所示），構成工程投資造價主體的主要還是本體工程費；另一個主要因素就是建設場地準備及清理費；編制年價差屬于由市場調控的成本，一般不太好控制，所以，必須將控制的重點放在前兩個方面。

本體費用中，主要以材料費為主，約占本體工程費用的65%左右，所以以降低工程量指標進行控制是最有力的方法。

工程量指標中，以塔材指標、運輸距離、混凝土指標對造價的影響最大。

圖2　線路工程投資構成分析

3.4項目實施階段

項目施工階段是項目目標的實現階段。這一階段，雖然主要是嚴格執行設計方案的階段，但對工程造價仍然有很大的影響作用，主要體現在工程變更、合理化建議、現場優化等方面，重點是控制設計變更。

工程變更一般會使設計結構局部變化，從而影響工程的造價。所以，變更的時間是很重要的因素（見圖3），對必須發生的變更，設計人員應主動深入了解情況，爭取把設計變更控制在最小范圍。

圖3　各階段發生變更對造價的影響趨勢

4　結語

以全壽命周期理論為理論依據在輸電線路工程設計與建設過程中，整體考慮，對各個環節的可靠性與安全性進行了明確，增強了電網建設以及運行安全可靠性。同時改變了只片面以一次性投資最低為目標的做法，實現了資產全壽命周期各階段的銜接，能真正達到資產質量的優良和運行維護費用優化，由此明顯地降低了資產全壽命周期的總體成本，提高了資產的運營效率。

［1］郭青.輸電線路建設工程全壽命周期管理的探討［J］.山西電力，2007（B12）：88-92.

［2］陳翔菲.電力建設項目設計階段造價控制探討［J］.現代商貿工業，2009，21（16）：42-43.

［3］馬超.電力建設項目設計階段的造價控制研究［D］.濟南：山東大學，2007.

［4］張鑫.關于設計人員做好電力工程造價管理的幾點經驗總結［J］.湖南農機，2012；39（1）：129.

［5］吳江.全壽命周期管理理論在變電站設計過程中的應用研究［D］.北京：華北電力大學（北京），2010.

［6］楊秀峰.全壽命周期管理在電網建設項目中的應用研究［D］.北京：華北電力大學（北京），2010.

（編輯：劉楠）

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，山西天鎮人，現讀于南昌大學信息工程學院電氣工程及其自動化專業；萬兆宇（1993—），男，河北滄州人，現就讀于南昌大學信息工程學院電氣工程及其自動化專業。