市政道路可研中節能分析工作的改進建議

李文棟

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅蘭州 730000）

1 概述

節能分析是市政道路工程可行性研究的重要內容之一。切實可行的節能分析方法有助于把握市政道路工程項目的節能效果，因此，有必要對目前節能分析方法進行優化，使其更符合真實情況，進一步提高市政道路工程項目節能分析方法的實用性。

在以往節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）一書中提出，以肯尼亞、巴西、印度、圣盧西亞與巴貝多這5個發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展已不可同日而語，相應建立的模型不可能再指導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能分析工作進行修正。同時，在工程實踐中發現，建設單位越來越注重道路電力節能問題，明確要求在道路工程可行性研究中增加此項內容?？紤]到國內學者已經通過大量實驗，系統建立了城市交通能源消耗模型，進行燃油消耗研究，為節能分析提供了必要的理論基礎[2，3]，因此，在分析比較之后，直接在國內外學者的研究成果比選適合市政道路工程應用的模型，并優化模型以更好地進行節能分析工作。

2 市政道路項目節能分析的主要內容

節能是指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。主要包括建設期的節能和營運期節能兩個方面。在市政道路項目中節能評價主要考慮營運期節能，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，節約能源主要表現在通過采用先進的節能措施使道路照明所消耗的電能得到節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，市政道路工程的節能評價分析應緊扣“節電節油”這兩個方面展開。

3 市政道路工程項目節能措施

3.1 電力節能

直接能耗為路燈用電消耗。主要節能措施如下[4]。

（1）燈具配置補償電容，使補償后的功率因數不小于0.85，以減少損耗。

（2）選用導電性能優良的線纜，減少線纜損耗，降低運行成本。

（3）安裝智能照明控制系統，按需調控，降低照明功耗。

（4）選用節能高效變壓器，減少損耗，降低運行成本。

3.2 燃油節能

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、交通環境以及汽車的行駛工況等因素。主要表現在以下幾個方面[4]。

（1）車輛特性

包括物理特性和行駛特性，例如發動機功率、轉速和車輛重量。

（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計合理，線形優美，長度盡量縮短?？v斷面設計避免頻繁的大起大落。路面結構選用能夠有效減少車輛行駛阻力的高等級路面，以達到節能效果。

（3）交通狀況

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。將交通優化設計理念融入到道路工程項目中，合理確定道路斷面形式、節點交通組織及行人過街設施，提高道路服務水平和通行能力，使道路功能得到最大程度的發揮，以達到節能效果。

（4）地區因素

考慮項目所在地的交通管理政策以及當地司機普遍的駕駛行為。

4 節電節能計算方法

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

4.1 電力節能計算方法

市政道路工程項目在采用上述降低電耗的節能措施后，應進一步定量分析由此實現的年電耗降低量。通過分析以上電力節能措施可知，電力節約的因素主要體現在燈具、線纜、智能照明控制系統、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用于工程實踐中，本文提出優化的計算方法。將電力節能分析集中在智能照明控制系統和燈具配置兩個方面。

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

計算方法一：計算采用智能照明控制系統措施的年節約耗電量

式（1）中：h——智能照明控制系統的日工作時間，h；

λ——控制系統啟動后的負荷占項目照明總負荷的比例，%。

計算方法二：計算采用不同燈具配置的年節約耗電量

折合節約標準煤[5]：

式（3）中：N——項目評價期，a。

4.2 燃油節能計算方法

市政道路項目建成后的油耗節約計算采用“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約量。

4.2.1 參數的確定與改進

根據目前城市市政道路項目燃油節能分析中普遍采用的“基本燃料消耗指數”，結合《城市道路工程設計規范》（CJJ 37—2012）中各級道路的設計速度劃分，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表

4.2.2 油耗節約計算理論

擬建市政道路工程的燃油節約主要包括以下3個方面[1]。

（1）道路晉級所產生的油耗節約，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約的燃油量。

（2）現有道路減少擁擠所產生的油耗節約，是指擬建項目投入使用后，使現有相關道路部分交通量發生轉移從而減少了擁擠，提高了行車速度，原應提高的單位燃油量不再提高，從而形成了節約。

（3）縮短里程而產生的油耗節約，是指擬建項目縮短了里程，從而直接節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，燃油節約的因素體現在道路晉級、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用于工程實踐中，本文提出優化的計算方法。

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，在城市路網中，擬建項目建成前后，產生的燃油變化影響到整個路網。

圖1 城市道路網絡聯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中的擬建項目的參照道路，從而將燃油節約的因素集中體現在提高車速、縮短里程兩個能夠量化的指標，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有的最短路徑

優化公式如下：

式（4）中：EC——燃油節約總量；

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；

LOS——擬建項目起終點間現有的最短路徑；

VN——擬建項目上的年平均交通量,pcu/d。

4.2.4 單位成本燃油節約量

以往的節能分析工作只考慮一個主要指標：燃油節約總量。本文通過研究國內相關研究[6]，建議補充單位成本燃油節約量指標。

單位成本燃油節約量是燃油節約總量除以項目建設成本所得到的值。計算公式如下：

式（5）中：UC——單位成本燃油節約量；

EC——燃油節約總量；

C——項目建設成本（公路建設項目的殘值忽略不計）。

4.2.5 計算方法評價

改進后的燃油節能分析的優點體現在以下幾個方面。

（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——單位燃耗是計算道路運輸燃耗節能的關鍵參數，并考慮其在道路營運期間隨交通流等條件變化而變化。

（5）評價指標簡單明了——燃油節約總量與單位成本燃油節約量。

5 節能分析工作步驟

市政道路工程節能分析步驟如圖3所示。

圖3 市政道路工程節能分析步驟

6 結論

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

[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.城市交通系統能源消耗與環境影響分析方法[M].北京：科學出版社，2002.

[3]馮雨芹、冷軍強.城市道路路段燃油經濟性評價模型[J].華南理工大學學報：自然科學版,2011（8）:104-107.

[4]石閩山.城市市政路橋項目的節能評價分析[J].福建建設科技,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能評價中的應用研究[J].交通節能與環保，2010(3):36-38.