李文棟

（中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司，甘肅蘭州 730000）

1 概述

節(jié)能分析是市政道路工程可行性研究的重要內(nèi)容之一。切實可行的節(jié)能分析方法有助于把握市政道路工程項目的節(jié)能效果，因此，有必要對目前節(jié)能分析方法進(jìn)行優(yōu)化，使其更符合真實情況，進(jìn)一步提高市政道路工程項目節(jié)能分析方法的實用性。

在以往節(jié)能評價分析中的燃油消耗模型采用了世界銀行HDM III模型體系[1]。該模型由Andrew Chesher和Robert Harrison于1987年編寫的《道路設(shè)計養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)系列——發(fā)展中國家汽車運輸成本》（The Highway Design and Maintenance Standards Series Vehicle Operating Costs Evidence from Developing Countries）一書中提出，以肯尼亞、巴西、印度、圣盧西亞與巴貝多這5個發(fā)展中國家為研究對象。一方面成書較早，所選研究對象情況與我國的發(fā)展已不可同日而語，相應(yīng)建立的模型不可能再指導(dǎo)我國的燃油消耗分析；另一方面是所見模型適用于100 km/h的高速公路，并不能應(yīng)用到市政道路項目中來。因此，有必要對市政道路可研中燃油節(jié)能分析工作進(jìn)行修正。同時，在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，建設(shè)單位越來越注重道路電力節(jié)能問題，明確要求在道路工程可行性研究中增加此項內(nèi)容。考慮到國內(nèi)學(xué)者已經(jīng)通過大量實驗，系統(tǒng)建立了城市交通能源消耗模型，進(jìn)行燃油消耗研究，為節(jié)能分析提供了必要的理論基礎(chǔ)[2，3]，因此，在分析比較之后，直接在國內(nèi)外學(xué)者的研究成果比選適合市政道路工程應(yīng)用的模型，并優(yōu)化模型以更好地進(jìn)行節(jié)能分析工作。

2 市政道路項目節(jié)能分析的主要內(nèi)容

節(jié)能是指通過采取一定的措施，使能源的消耗量減少，其實質(zhì)是提高能源利用效率。主要包括建設(shè)期的節(jié)能和營運期節(jié)能兩個方面。在市政道路項目中節(jié)能評價主要考慮營運期節(jié)能，直接耗能主要是電力消耗，間接耗能主要是通過車輛的燃油消耗。因此，節(jié)約能源主要表現(xiàn)在通過采用先進(jìn)的節(jié)能措施使道路照明所消耗的電能得到節(jié)約以及因道路交通條件的改善使運行車輛的燃油消耗得到節(jié)約兩個方面。由此可知，在實際的項目可行性研究中，市政道路工程的節(jié)能評價分析應(yīng)緊扣“節(jié)電節(jié)油”這兩個方面展開。

3 市政道路工程項目節(jié)能措施

3.1 電力節(jié)能

直接能耗為路燈用電消耗。主要節(jié)能措施如下[4]。

（1）燈具配置補(bǔ)償電容，使補(bǔ)償后的功率因數(shù)不小于0.85，以減少損耗。

（2）選用導(dǎo)電性能優(yōu)良的線纜，減少線纜損耗，降低運行成本。

（3）安裝智能照明控制系統(tǒng)，按需調(diào)控，降低照明功耗。

（4）選用節(jié)能高效變壓器，減少損耗，降低運行成本。

3.2 燃油節(jié)能

汽車在實際行駛過程中影響其燃油消耗的因素很多，除汽車自身性能外，還取決于道路狀況、交通環(huán)境以及汽車的行駛工況等因素。主要表現(xiàn)在以下幾個方面[4]。

（1）車輛特性

包括物理特性和行駛特性，例如發(fā)動機(jī)功率、轉(zhuǎn)速和車輛重量。

（2）道路條件

包括幾何特征，例如縱坡、曲率和路面寬度等；路面特性，例如平整度等。道路平面線形和縱斷面線形要設(shè)計合理，線形優(yōu)美，長度盡量縮短?？v斷面設(shè)計避免頻繁的大起大落。路面結(jié)構(gòu)選用能夠有效減少車輛行駛阻力的高等級路面，以達(dá)到節(jié)能效果。

（3）交通狀況

交通條件主要是指道路服務(wù)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(shè)施的完善程度等。將交通優(yōu)化設(shè)計理念融入到道路工程項目中，合理確定道路斷面形式、節(jié)點交通組織及行人過街設(shè)施，提高道路服務(wù)水平和通行能力，使道路功能得到最大程度的發(fā)揮，以達(dá)到節(jié)能效果。

（4）地區(qū)因素

考慮項目所在地的交通管理政策以及當(dāng)?shù)厮緳C(jī)普遍的駕駛行為。

4 節(jié)電節(jié)能計算方法

市政道路項目評價除了定性分析外，還需進(jìn)行降低能耗的定量計算，以直觀體現(xiàn)項目的節(jié)能效果。

4.1 電力節(jié)能計算方法

市政道路工程項目在采用上述降低電耗的節(jié)能措施后，應(yīng)進(jìn)一步定量分析由此實現(xiàn)的年電耗降低量。通過分析以上電力節(jié)能措施可知，電力節(jié)約的因素主要體現(xiàn)在燈具、線纜、智能照明控制系統(tǒng)、變壓器4個方面，但由于考慮范疇較大，影響因素確定困難，因此為了使理論更好地應(yīng)用于工程實踐中，本文提出優(yōu)化的計算方法。將電力節(jié)能分析集中在智能照明控制系統(tǒng)和燈具配置兩個方面。

因此在工程實踐中的計算方法，一種是根據(jù)智能照明控制系統(tǒng)的安裝比例計算，一種是根據(jù)照明設(shè)備之間的對比進(jìn)行計算。另外，首先要確定項目的路段照明計算總負(fù)荷W(kW)；其次要確定項目照明負(fù)荷的年運行時間H。

計算方法一：計算采用智能照明控制系統(tǒng)措施的年節(jié)約耗電量

式（1）中：h——智能照明控制系統(tǒng)的日工作時間，h；

λ——控制系統(tǒng)啟動后的負(fù)荷占項目照明總負(fù)荷的比例，%。

計算方法二：計算采用不同燈具配置的年節(jié)約耗電量

折合節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤[5]：

式（3）中：N——項目評價期，a。

4.2 燃油節(jié)能計算方法

市政道路項目建成后的油耗節(jié)約計算采用“有無比較法”[6]。無擬建項目時的汽車燃油消耗與擬建項目投入運營后汽車燃油消耗之間的差額即為油耗節(jié)約量。

4.2.1 參數(shù)的確定與改進(jìn)

根據(jù)目前城市市政道路項目燃油節(jié)能分析中普遍采用的“基本燃料消耗指數(shù)”，結(jié)合《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》（CJJ 37—2012）中各級道路的設(shè)計速度劃分，得出了不同車種、不同車速在高級路面下的燃料消耗率，見表1。

表1 市政道路燃油消耗指標(biāo)表

4.2.2 油耗節(jié)約計算理論

擬建市政道路工程的燃油節(jié)約主要包括以下3個方面[1]。

（1）道路晉級所產(chǎn)生的油耗節(jié)約，指擬建項目的實施，致使車輛單位里程的燃油消耗減少而節(jié)約的燃油量。

（2）現(xiàn)有道路減少擁擠所產(chǎn)生的油耗節(jié)約，是指擬建項目投入使用后，使現(xiàn)有相關(guān)道路部分交通量發(fā)生轉(zhuǎn)移從而減少了擁擠，提高了行車速度，原應(yīng)提高的單位燃油量不再提高，從而形成了節(jié)約。

（3）縮短里程而產(chǎn)生的油耗節(jié)約，是指擬建項目縮短了里程，從而直接節(jié)約了在其上運行車輛的燃油消耗。

通過分析以上理論計算方法可知，燃油節(jié)約的因素體現(xiàn)在道路晉級、提高車速、縮短里程、減少擁擠4個方面，但由于公式較多，考慮范疇較大，影響因素確定困難，因此為了使理論更好地應(yīng)用于工程實踐中，本文提出優(yōu)化的計算方法。

4.2.3 工程實踐中的計算方法

如圖1所示，某城市擬建一條道路AB，由于城市道路不同于公路項目的點對點連接形式，在城市路網(wǎng)中，擬建項目建成前后，產(chǎn)生的燃油變化影響到整個路網(wǎng)。

圖1 城市道路網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系與公路的點對點連接差異

因此，需要簡化城市道路油耗節(jié)約計算方法，如圖1所示，無擬建項目AB時，起點A至終點B包括 AI-IJ-JB、AE-EF-FB、AC-CH-HG-GF-FB以及AE-EG-GH-HC-CI-IJ-JB 4條路徑。在實際工程中，擬建項目交通影響范圍內(nèi)原有道路很多，極大地增加了計算工作量?？紤]到駕駛員在實際路徑選擇中，傾向于將起終點間最短的道路作為出行首選，因此建議在所有的路徑中選擇一條最短路徑，例如AE-EF-FB,將這個最短路徑作為這個路網(wǎng)中的擬建項目的參照道路，從而將燃油節(jié)約的因素集中體現(xiàn)在提高車速、縮短里程兩個能夠量化的指標(biāo)，大大簡化了計算過程，如圖2所示。

圖2 選取擬建項目起終點間現(xiàn)有的最短路徑

優(yōu)化公式如下：

式（4）中：EC——燃油節(jié)約總量；

FOS——無擬建項目時，選取的最短路徑上的燃油消耗，L/車公里；

FN——擬建項目上的燃油消耗，L/車公里；

LN——擬建項目里程數(shù)；

LOS——擬建項目起終點間現(xiàn)有的最短路徑；

VN——擬建項目上的年平均交通量,pcu/d。

4.2.4 單位成本燃油節(jié)約量

以往的節(jié)能分析工作只考慮一個主要指標(biāo)：燃油節(jié)約總量。本文通過研究國內(nèi)相關(guān)研究[6]，建議補(bǔ)充單位成本燃油節(jié)約量指標(biāo)。

單位成本燃油節(jié)約量是燃油節(jié)約總量除以項目建設(shè)成本所得到的值。計算公式如下：

式（5）中：UC——單位成本燃油節(jié)約量；

EC——燃油節(jié)約總量；

C——項目建設(shè)成本（公路建設(shè)項目的殘值忽略不計）。

4.2.5 計算方法評價

改進(jìn)后的燃油節(jié)能分析的優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）全面性──在評價過程中，不僅應(yīng)考慮擬建項目的燃油節(jié)約，而且應(yīng)考慮擬建項目所在路網(wǎng)中相關(guān)道路的燃耗變化。

（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(jié)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(jié)約的實物量。

（4）車輛的單位燃耗按動態(tài)計算——單位燃耗是計算道路運輸燃耗節(jié)能的關(guān)鍵參數(shù)，并考慮其在道路營運期間隨交通流等條件變化而變化。

（5）評價指標(biāo)簡單明了——燃油節(jié)約總量與單位成本燃油節(jié)約量。

5 節(jié)能分析工作步驟

市政道路工程節(jié)能分析步驟如圖3所示。

圖3 市政道路工程節(jié)能分析步驟

6 結(jié)論

本文闡述了市政道路節(jié)能分析的必要性、影響節(jié)能的主要因素，修正了以往節(jié)能分析中的理論依據(jù)和計算方法，補(bǔ)充了單位成本燃油節(jié)約量指標(biāo)，并增加電力節(jié)能部分，補(bǔ)充完善了市政道路項目工程可行性研究階段節(jié)能分析工作。

[1]Andrew Chesher&Robert Harrison.The Highway Design and Maintenance Standards Series——Vehicle Operating Costs Evidence from Developing Countries[M].London:The Johns Hopkins University Press,1987.

[2]王煒.城市交通系統(tǒng)能源消耗與環(huán)境影響分析方法[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[3]馮雨芹、冷軍強(qiáng).城市道路路段燃油經(jīng)濟(jì)性評價模型[J].華南理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2011（8）:104-107.

[4]石閩山.城市市政路橋項目的節(jié)能評價分析[J].福建建設(shè)科技,2011（6）:54-56.

[5]GB/T 2589—2008，綜合能耗計算通則[S].

[6]鄭曉云，胡金玉.有無比較法在公路項目節(jié)能評價中的應(yīng)用研究[J].交通節(jié)能與環(huán)保，2010(3):36-38.