時(shí)間：2023-05-29 17:50:43
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇空間優(yōu)化方案，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】生活體驗(yàn)；材料；建筑
該課程廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院建筑景觀專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，于大二第一學(xué)期開設(shè)，是該專業(yè)學(xué)生初次接觸設(shè)計(jì)課程。課程主要目的是為了強(qiáng)化大一所學(xué)的專業(yè)制圖基礎(chǔ)，重點(diǎn)理解方案策劃與設(shè)計(jì)的整體流程，并能夠把建筑概念通過一定的手法表達(dá)出來，包括：手繪、電子虛擬模型、實(shí)體比例模型。
課程設(shè)置了私密個(gè)性化空間、半開放性過渡空間、開放性公共空間三種空間類型，以生活體驗(yàn)來展開空間設(shè)計(jì)，在每個(gè)空間類型下設(shè)置多個(gè)小題目，讓學(xué)生們能夠有所選擇。多樣的選擇必然導(dǎo)致多樣的的結(jié)果，兩年五個(gè)教學(xué)班，從教學(xué)結(jié)果來看，有助于低年級同學(xué)對整體設(shè)計(jì)過程的理解，但每個(gè)小題目的的評判標(biāo)準(zhǔn)不一。經(jīng)過教研組的討論，確定以“生活體驗(yàn)”為核心，以人為本的建筑設(shè)計(jì)價(jià)值取向。
一、實(shí)踐教學(xué)的設(shè)計(jì)思想
實(shí)踐教學(xué)的設(shè)計(jì)思想主要是有五個(gè)方面：1、強(qiáng)調(diào)課題的靈活性，適應(yīng)時(shí)代變化需求，用不同主題，概括不同建筑空間類型，并用不同的設(shè)計(jì)策略優(yōu)化實(shí)際建筑空間。體現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)過程的靈活性、計(jì)劃性、整體性、前瞻性、藝術(shù)性等；2、強(qiáng)調(diào)學(xué)生的合作和洞察力，對作業(yè)分組的要求嚴(yán)格。模擬實(shí)際方案設(shè)計(jì)操作流程，理性地整理思路。培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作和競爭意識和負(fù)責(zé)的態(tài)度；3、強(qiáng)調(diào)課程的基礎(chǔ)性和銜接性，把大一所學(xué)的《制圖》、《透視學(xué)》等專業(yè)基礎(chǔ)課，運(yùn)用到課程中來。同時(shí)也為后續(xù)的方案設(shè)計(jì)課程以及畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備；如：《建筑綜合設(shè)計(jì)》。學(xué)生能整體把握設(shè)計(jì)的五個(gè)完整過程：“策劃-方案設(shè)計(jì)-方案表達(dá)-模型制作-方案修改與整理”；4、強(qiáng)調(diào)課程的適用性。該課程可面向所有與空間設(shè)計(jì)有關(guān)方向的學(xué)生。如：室內(nèi)設(shè)計(jì)方向可選用住宅方向；建筑景觀方向可選用公共環(huán)境方向；其他有美術(shù)素養(yǎng)的同學(xué)，均可配合空間設(shè)計(jì)方向的同學(xué)，共同完成課程作業(yè)；5、強(qiáng)調(diào)課程學(xué)術(shù)交叉性，全面提高學(xué)生素質(zhì)。如：策劃過程涉及到現(xiàn)場測量、管理學(xué)等方面；設(shè)計(jì)過程涉及到心理學(xué)等方面；方案文本的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)到平面設(shè)計(jì)與傳媒設(shè)計(jì)等方面。
二、教學(xué)方法與教學(xué)手段
2、強(qiáng)調(diào)三維空間的自由組織，適應(yīng)社會發(fā)展 進(jìn)展中
三、教學(xué)內(nèi)容組織方式與目的
組織方式 目的
選題：選用學(xué)生熟悉的建筑景觀空間場景，包括學(xué)校生活、學(xué)習(xí)、家庭住宅等。 從學(xué)生實(shí)際經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，通過優(yōu)缺點(diǎn)分析，整理空間設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。
教學(xué)方式：通過不同的主題，針對不同的空間如：私密空間、個(gè)性化空間、過渡性空間、公共空間等，借用不同設(shè)計(jì)策略，指導(dǎo)學(xué)生完成整體設(shè)計(jì)。1-2人完成調(diào)查、設(shè)計(jì)、制作、匯報(bào)等過程。 提高學(xué)生的三維空間感；提高設(shè)計(jì)的整體邏輯思維；提高組織和合作的能力；提高學(xué)生制圖基本功能力；提高快速概念表達(dá)能力；提高語言組織能力和現(xiàn)場表達(dá)能力等。
拓展方式：組織學(xué)生整理展覽文件，現(xiàn)場布置展覽并回收；組織學(xué)生參加相關(guān)競賽，調(diào)整方案設(shè)計(jì)文本。 用展覽的方式，提高學(xué)生的總結(jié)能力以及組織能力，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
四、教學(xué)條件
國內(nèi)，以廣美為例，強(qiáng)調(diào)概念的表達(dá)以及材料的綜合運(yùn)用能力。國外則以瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)為例，強(qiáng)調(diào)概念的推敲過程。本課程在本校開設(shè)時(shí)間較短，在教學(xué)過程也參考其他院校的教學(xué)方法和思想。基礎(chǔ)教材則以拓展學(xué)生的視野為主，現(xiàn)階段采用的教材是：《建筑模型制作》.（英）尼克?鄧恩著，費(fèi)騰譯.中國建筑工業(yè)出版社.2011。此外，借鑒歐洲頂尖建筑學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)踐課程的教程，拓展學(xué)生思維。具體參考教程有：
1、《歐洲頂尖建筑學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)踐教程.上下冊：瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)（ETH）建筑學(xué)院權(quán)威精品教程》.（德）馬克?安吉利爾（Mack Angelil）.（德）德爾克?黑貝爾（Dirk Hebel）編著.2011年.
2、臺灣淡江大學(xué)參數(shù)化課程參考
3、《建筑空間教學(xué)實(shí)驗(yàn).1：觸摸邊際》.沈康.楊一丁.王鉻編著.2011.
五、作業(yè)解析
選用住宅設(shè)計(jì)和半公共空間設(shè)計(jì)中的兩個(gè)題目進(jìn)行探討，其中“九宮格住宅建筑設(shè)計(jì)”方案前期分析較好，但深入設(shè)計(jì)效果一般。而“停”與“亭”景觀建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)”因選址位于學(xué)院范圍內(nèi)，學(xué)生的興趣及發(fā)現(xiàn)問題能力較強(qiáng)，且能提出新穎的理念進(jìn)行空間設(shè)計(jì)。
5.1 “九宮格住宅建筑設(shè)計(jì)”學(xué)生案例分析
以九宮格住宅建筑設(shè)計(jì)為例，學(xué)生以自己家庭為例，用9個(gè)3-5米的正方形格子組合（如圖），尋找平面布局的可能性，通過分析功能關(guān)系，結(jié)合自身的生活體驗(yàn)，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)并制作模型。每個(gè)方格代表一個(gè)空間，經(jīng)過組合后，挑選3個(gè)以上的組合方式，進(jìn)行平面布置
該同學(xué)的方案是為一對中年夫妻還有他們的18歲大的兒子設(shè)計(jì)的，夫妻倆都是藝術(shù)類專業(yè)的教師，生活品味有比較濃的藝術(shù)氛圍。通過組合三種方格形式，繪制功能氣泡圖，尋找最合適的平面布局進(jìn)行空間深化設(shè)計(jì)。該同學(xué)能夠清晰的理解住宅空間的功能組織關(guān)系，并且能夠進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，但布局嘗試上略顯保守。
5.2 “停”與“亭”景觀建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)學(xué)生案例分析
在校園內(nèi)尋找一個(gè)“可停留空間”進(jìn)行“亭”的整體設(shè)計(jì)通過優(yōu)缺點(diǎn)分析，提煉設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題，并繪制優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。該同學(xué)的思路來源于深海的貝殼，選址為學(xué)院湖邊的休息涼亭廣場，該生認(rèn)識到建筑和環(huán)境應(yīng)該是整體統(tǒng)一的，它們是不可分割的。只有兩者很好的相互襯托，建筑才是完整的。（如下圖）該題的教學(xué)進(jìn)展較為順利，選址時(shí)是校園中風(fēng)景最好的地方，也是學(xué)生最樂意停留的地方。
6、結(jié)論
通過教學(xué)實(shí)踐，私密個(gè)性化空間、半開放性過渡空間兩種空間類型的教學(xué)相對適合低年級，而開放性公共空間的教學(xué)幾乎無進(jìn)展。原因有三個(gè)方面：該課程既然是基礎(chǔ)類課程，因此尺度較小，學(xué)生相對容易把握；從生活體驗(yàn)上來說，學(xué)生更傾向于自己熟悉的環(huán)境來進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，這對教學(xué)開展以及作業(yè)評分都有很大的幫助。從設(shè)計(jì)過程上來說，學(xué)生扮演了使用者、設(shè)計(jì)者、評價(jià)者三種身份。而開放性廣場空間更多是學(xué)生穿過的空間，盡管空間現(xiàn)狀問題較多，但要提出合理解決方案難度太大，因?qū)⒋丝臻g類型另作專題設(shè)置課程。
參考文獻(xiàn)
[1]“建構(gòu)”的一次嘗試――從材料出發(fā)進(jìn)行的“傘”、“門”、“亭”設(shè)計(jì)，華中建筑，2007（4）：134-136
關(guān)鍵詞：泵站雙向流道流態(tài)垂直隔板導(dǎo)流錐數(shù)值模擬分析
中圖分類號：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
一、橫江泵站設(shè)計(jì)要點(diǎn)
橫江泵站工程位于江門市蓬江區(qū)境內(nèi)，是一座通過雙向流道中上、下、左、右閘門的啟閉組合控制實(shí)現(xiàn)雙向引排水功能的泵站。泵站布置6孔，中間4孔為泵室流道，2個(gè)邊孔為自引水閘。泵室內(nèi)安裝4臺型號為1200ZDB－160（φ＝+2o）的潛水泵，單機(jī)容量為250KW，總裝機(jī)容量為1000KW，單機(jī)引水流量為5.1m3/s，總引水流量為20.4m3/s，單機(jī)排水流量為5.2m3/s，總排水流量為20.8m3/s。
橫江泵站原設(shè)計(jì)方案在各種運(yùn)行工況下，裝置整體水流可以較好的從進(jìn)水閘正向進(jìn)入進(jìn)水池，水流流態(tài)平穩(wěn)，速度梯度變化均勻，且流速呈對稱分布，只在局部有小范圍的漩渦和回流產(chǎn)生。現(xiàn)對進(jìn)水流道作進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行數(shù)模計(jì)算分析，進(jìn)一步論證設(shè)計(jì)方案對橫江泵站進(jìn)水流道流態(tài)的影響，為工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理提供技術(shù)參考依據(jù)。
二、 優(yōu)化方案的提出
橫江泵站為一雙向引排水功能的泵站，由于泵站本身的特點(diǎn)，雙向進(jìn)水流道中兩側(cè)水流流速不完全相同、水流轉(zhuǎn)彎處過水?dāng)嗝娴耐蛔兊纫蛩兀约胺沁M(jìn)水流道一端有足夠的空間供帶有環(huán)量的水流發(fā)展成漩渦。改善流態(tài)的基本途徑是設(shè)法切斷漩流或?qū)⒘鞯婪指畛扇舾尚〉目臻g,抑制漩渦的進(jìn)一步發(fā)展,從而達(dá)到消渦的目的。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般有兩種有效的消渦設(shè)施方案，第一種是在流道內(nèi)放置一塊貫穿整個(gè)流道的垂直整流隔板，第二種是在水泵喇叭口下設(shè)置導(dǎo)流錐。
為此，對泵站進(jìn)水流道提出四個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，分別是：1.單排隔板優(yōu)化方案，即在流道內(nèi)設(shè)置貫穿整個(gè)流道的垂直整流隔板；2.單排隔板加導(dǎo)流錐優(yōu)化方案，即在方案1的基礎(chǔ)上在喇叭口下方設(shè)置一個(gè)坡面為橢圓錐形的導(dǎo)流錐；3.雙排隔板優(yōu)化方案，即在流道內(nèi)設(shè)置兩排等間距的貫穿整個(gè)流道的垂直整流隔板，隔板尺寸與方案1相同； 4.雙排隔板加導(dǎo)流錐優(yōu)化方案，即在優(yōu)化方案3的基礎(chǔ)上加裝優(yōu)化方案二的導(dǎo)流錐。各方案在流道內(nèi)的布置見圖1。
三、進(jìn)水流道內(nèi)消渦效果（數(shù)值模擬結(jié)果）對比
現(xiàn)對上述4個(gè)方案分別進(jìn)行三維流場數(shù)值模擬，通過截取泵站進(jìn)水流道1/2高程處橫截面，其數(shù)值模擬成果（速度矢量及流線圖）見圖2。
分析數(shù)值模擬成果速度矢量及流線圖可知，單排隔板的優(yōu)化方案流道內(nèi)流態(tài)順暢，漩渦及回流范圍小。雙排隔板的優(yōu)化方案通過在進(jìn)水流道內(nèi)多加設(shè)了一道垂直隔板，將流道分割成小空間，進(jìn)一步有效地抑制了漩渦的發(fā)展，流態(tài)順暢，流道內(nèi)的漩渦和回流范圍減小，消渦效果明顯；但是，加導(dǎo)流錐的消渦效果一般，流道內(nèi)依然有大量的旋渦和回流存在。
(a)方案1進(jìn)水流道橫截面流線圖(b)方案2進(jìn)水流道橫截面流線圖
(c)方案3進(jìn)水流道橫截面流線圖(d)方案4進(jìn)水流道橫截面流線圖
圖2 各方案喇叭口水平截面流線圖
四、喇叭口的偏流問題對比
（a）單排隔板優(yōu)化方案（b）雙隔板優(yōu)化方案
（c）單隔板加導(dǎo)流錐優(yōu)化方案 （d）雙隔板加導(dǎo)流錐優(yōu)化方案
圖3 各方案喇叭口水平截面流線圖
由于雙向流道總是一端進(jìn)水，所以喇叭口處的進(jìn)水多有偏流現(xiàn)象，從上面四個(gè)方案的喇叭口水平截面流線圖，觀察匯流點(diǎn)的偏移狀況可以看出，各個(gè)優(yōu)化方案對吸水管喇叭口下方流態(tài)都有較好的矯正作用，交匯點(diǎn)在容許偏移區(qū)域內(nèi)，其中，尤以雙隔板加導(dǎo)流錐的優(yōu)化方案四效果最明顯。但是綜合考慮圖2和圖3的對比效果，而且考慮施工及經(jīng)濟(jì)因素，單排垂直隔板方案可行性最高，因此排除在流道內(nèi)加設(shè)導(dǎo)流錐的優(yōu)化方案。
下面著重對單排垂直隔板優(yōu)化方案和雙排垂直隔板優(yōu)化方案進(jìn)行對比分析。
五、機(jī)組整體流態(tài)對比
通過截取單排隔板優(yōu)化方案以及雙排隔板優(yōu)化方案一號泵中部截面，通過三維數(shù)值模擬作出截面速度矢量及流線圖（見圖4），從流線圖分析可知，單排隔板優(yōu)化方案的出水流道流態(tài)順暢，天沙河側(cè)基本無回流和漩渦現(xiàn)象出現(xiàn)，但若在進(jìn)水流道內(nèi)再加設(shè)一道垂直隔板，惡化了出水流道的流態(tài)，在天沙河側(cè)管道垂直交叉處有較大的旋渦出現(xiàn)，且整體流速降低。出水流道流態(tài)是機(jī)組段流態(tài)的間接反映，在一定意義上將會增加泵站的揚(yáng)程。
（a）單隔板泵中部截面流線圖（b）雙隔板泵中部截面流線圖
六、總結(jié)
橫江泵站為一雙向引排水功能的泵站，由于泵站本身的特點(diǎn)，雙向進(jìn)水流道中兩側(cè)水流流速不完全相同、水流轉(zhuǎn)彎處過水?dāng)嗝娴耐蛔兊纫蛩兀约胺沁M(jìn)水流道一端有足夠的空間供帶有環(huán)量的水流發(fā)展成漩渦，因此，在非進(jìn)水流道一側(cè)內(nèi)存在漩渦和回流的現(xiàn)象避免不了。
目前，改善流態(tài)的基本途徑是設(shè)法切斷漩流或?qū)⒘鞯婪指畛扇舾尚〉目臻g,抑制漩渦的進(jìn)一步發(fā)展,從而達(dá)到消渦的目的。基于以上消渦基本方法，本設(shè)計(jì)擬定了四種優(yōu)方案，數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)論如下：
（1）在流道內(nèi)設(shè)置貫穿整個(gè)流道的垂直整流隔板情況下，再設(shè)置導(dǎo)流錐，消渦效果不明顯，考慮施工及經(jīng)濟(jì)因素，因此在流道內(nèi)不宜加設(shè)導(dǎo)流錐。
關(guān)鍵詞：土壤污染調(diào)查；地統(tǒng)計(jì)條件模擬；污染概率；局部空間變異；污染區(qū)范圍；布點(diǎn)優(yōu)化；
作者簡介：謝云峰(1981—)，男，副研究員(博士)；E-mail：xieyf@craes.org.cn；
1引言(Introduction)
土壤采樣調(diào)查是獲取土壤污染物空間分布信息最重要的手段，采樣調(diào)查結(jié)果的精度直接影響污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和風(fēng)險(xiǎn)管理決策的合理性.土壤污染調(diào)查包括土壤樣點(diǎn)布設(shè)、樣品采集、污染物含量分析等環(huán)節(jié).實(shí)際工作中，通常認(rèn)為污染物分析方法的準(zhǔn)確性是影響污染物調(diào)查準(zhǔn)確性的最主要因素(Crumblingetal.，2001)，而忽略了土壤采樣布點(diǎn)方案的重要性.大量研究表明，污染物在土壤中的空間分布表現(xiàn)出明顯的空間變異性，人類活動影響越大的區(qū)域，局部變異程度越大(Thompson，1996；叢鑫等，2009；杜平等，2006；張娟等，2014；鄭一等，2003).針對空間變異性較大的環(huán)境要素，樣點(diǎn)布設(shè)方案是影響調(diào)查結(jié)果準(zhǔn)確性最主要的因素之一.Jenkins等(1997)對土壤中三硝基甲苯污染的調(diào)查結(jié)果表明，至少95%的變異度(統(tǒng)計(jì)方差)是由采樣位置導(dǎo)致，而含量分析(室內(nèi)分析和現(xiàn)場分析)手段對變異度的貢獻(xiàn)不超過5%.其他類似研究也表明，土壤采樣導(dǎo)致的不確定對污染物含量測定不確定性的貢獻(xiàn)超過50%(Argyrakietal.，1997；Theocharopoulosetal.，2001；Jenkinsetal.，1999).因此，科學(xué)合理的土壤采樣布點(diǎn)方案對保障污染調(diào)查結(jié)果的精度非常重要.現(xiàn)有的土壤污染調(diào)查布點(diǎn)方法主要包括判斷性采樣和非判斷性采樣(姜成晟等，2009)，其中，判斷性采樣主要根據(jù)已有先驗(yàn)知識設(shè)計(jì)采樣布點(diǎn)方案，并在潛在的高污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域加大采樣密度(UKEnvironmentAgency，2000)；當(dāng)缺乏場地污染物分布的背景信息時(shí)，就只能采取非判斷性采樣方法，如隨機(jī)采樣、均勻網(wǎng)格布點(diǎn)采樣等(Thompsonetal.，1995；USEPA，1989).傳統(tǒng)的土壤污染調(diào)查布點(diǎn)方法主要用于對污染物總體(平均含量)的最佳估計(jì)(Brusetal.，1999)，樣本量主要取決于污染物含量的空間變異程度.土壤污染治理過程中，污染調(diào)查主要關(guān)注目標(biāo)污染物的超標(biāo)程度及污染區(qū)范圍.因此，以總體估計(jì)為目標(biāo)的傳統(tǒng)土壤污染調(diào)查布點(diǎn)方法對土壤污染范圍的估計(jì)精度通常不能滿足修復(fù)決策的需求(劉庚等，2013；謝云峰等，2010).近年來，應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來提高土壤污染調(diào)查精度已成為研究熱點(diǎn)之一(D'Or，2005；Demougeot-Renardetal.，2004；Juangetal.，2005；VanGroenigenetal.，1999；VanToorenetal.，1997)，該方法基于土壤污染物空間分布的自相關(guān)性，優(yōu)化土壤調(diào)查布點(diǎn)空間布局，可提高土壤污染調(diào)查效率(Burgessetal.，1981；Demougeot-Renardetal.，2004；Englundetal.，1993；閻波杰等，2008；趙倩倩等，2012).雖然基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)和條件模擬方法的樣點(diǎn)布設(shè)方法效率最高(Jonesetal.，2003)，但在土壤污染調(diào)查過程中卻很少用于土壤污染調(diào)查布點(diǎn)優(yōu)化(Verstraeteetal.，2008).
為了獲得準(zhǔn)確的土壤中污染物空間分布信息，土壤污染調(diào)查通常包括污染初步調(diào)查、污染詳查等多個(gè)階段.初步調(diào)查的主要目的是識別土壤主要污染物及潛在污染區(qū)域，通常樣本量較少.污染詳查是在初步調(diào)查基礎(chǔ)上，在潛在的污染區(qū)域增加樣點(diǎn)，確定污染區(qū)的范圍及其污染程度.土壤污染調(diào)查方案的誤差主要包括污染區(qū)被低估和清潔區(qū)被高估(Marchantetal.，2013；Ramseyetal.，2002)，其中，前者會導(dǎo)致污染區(qū)面臨的污染風(fēng)險(xiǎn)不能得到有效控制，后者會導(dǎo)致不必要的修復(fù)投入.為了獲取準(zhǔn)確的污染區(qū)信息，通常需要增加樣本量，但這會導(dǎo)致采樣分析成本的增加.高效的采樣方案是將采樣調(diào)查成本與調(diào)查不確定性導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失的總成本降到最低(Ramseyetal.，2002).采樣方案優(yōu)化的目的就是要尋求降低污染修復(fù)不確定性的最佳樣本量(Demougeot-Renardetal.，2004).土壤污染物的空間分布受污染來源、環(huán)境條件、污染物性質(zhì)等因素的綜合影響，其在空間上表現(xiàn)出不同程度的空間相關(guān)性和變異性，對土壤污染物空間變異性的描述準(zhǔn)確與否是影響調(diào)查結(jié)果的關(guān)鍵.本研究結(jié)合土壤污染調(diào)查的特定需求，提出基于污染概率和污染物局部空間變異特征的土壤污染調(diào)查加密布點(diǎn)方法，以提高土壤污染調(diào)查方法對污染區(qū)范圍和污染程度的估計(jì)精度，并為土壤污染調(diào)查提供方法學(xué)支持.
2土壤污染調(diào)查加密布點(diǎn)方法(Samplingdesignoptimizationprocedurefordetailedsoilpollutioninvestigation)
土壤污染調(diào)查結(jié)果的不確定性主要出現(xiàn)在污染物含量過渡區(qū)域(劉庚等，2013；謝云峰等，2010；Xieetal.，2011)，為此，該研究針對污染調(diào)查結(jié)果的不確定性，提出土壤污染調(diào)查加密布點(diǎn)的工作流程和方法(見圖1).土壤污染調(diào)查加密布點(diǎn)的2個(gè)核心問題分別為確定需要加密布點(diǎn)區(qū)域和樣點(diǎn)布設(shè)方法.
2.1加密布點(diǎn)區(qū)域的確定方法
由于土壤污染治理僅關(guān)注污染物含量超過相關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)或修復(fù)目標(biāo)值的區(qū)域，因此，提高污染區(qū)范圍的估計(jì)精度就顯得尤為重要，加密布點(diǎn)法正是基于這一需求而提出.由于初步調(diào)查階段已經(jīng)獲得了一定的污染物分布信息，所以在加密詳查階段只需要針對污染分布信息不確定性較大的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)查即可，其中，不確定性區(qū)域是指污染物空間分布精度低于修復(fù)決策需求精度的區(qū)域.
為了定量評估土壤污染調(diào)查的不確定性，該研究引入土壤污染概率方法.基于初步調(diào)查數(shù)據(jù)，利用概率制圖方法預(yù)測土壤污染物超過環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)或修復(fù)目標(biāo)值的概率，常用的概率制圖方法有地統(tǒng)計(jì)條件模擬方法、指示克里格方法等.其中，地統(tǒng)計(jì)條件模擬方法包括多種模擬算法，如序貫高斯模擬、序貫指示模擬等.污染概率的取值范圍為0~1，概率值越高，可優(yōu)先判定為污染土壤；相反，污染概率值越低，可優(yōu)先判定為清潔土壤.概率制圖結(jié)果中，概率值介于高值和低值之間者即為不確定性區(qū)域，需要進(jìn)一步補(bǔ)充調(diào)查確認(rèn).假定某污染土壤地統(tǒng)計(jì)條件模擬的污染概率閾值范圍為0.1~0.8，設(shè)定污染概率閾值和清潔概率閾值分別為0.5和0.3，則污染概率為0.5~0.8者為污染區(qū)域，0.1~0.3者為清潔區(qū)域，0.3~0.5者即是需要加密調(diào)查的區(qū)域.
不確定性區(qū)域污染概率值較低的可能原因?yàn)椋孩賲^(qū)域內(nèi)污染物含量較低；②區(qū)域?qū)傥廴緟^(qū)域，并且樣本量較少.為了進(jìn)一步探究其具體原因，該研究引入局部變異特征方法.基于初步調(diào)查數(shù)據(jù)，分析土壤污染物含量的局部變異特征(包括變異系數(shù)、方差、自相關(guān)性等)，如果局部變異性較大，表明土壤中污染物含量空間分布差異較大；反之，則表明污染物含量空間分布差異較小.對于局部變異性較大者，通常是污染物含量高值區(qū)向低值區(qū)的過渡區(qū)域，也是調(diào)查結(jié)果不確定性較大的區(qū)域；對于變異性較小者，通常是高值集中或低值集中的區(qū)域，調(diào)查結(jié)果的可靠性較高.因此，根據(jù)土壤污染物的局部變異系數(shù)，將土壤污染調(diào)查結(jié)果劃分為不確定性區(qū)域和確定性區(qū)域.假定某污染土壤局部變異系數(shù)為20%~200%，設(shè)定變異系數(shù)閾值為100%，則變異系數(shù)為100%~200%者為不確定性區(qū)域；低于100%者為確定性區(qū)域.
綜合污染概率和局部空間變異系數(shù)確定的污染調(diào)查不確定性區(qū)域，即為污染調(diào)查加密布點(diǎn)的目標(biāo)區(qū)域.
2.2不確定性區(qū)域樣點(diǎn)布設(shè)方法
不確定性區(qū)域樣點(diǎn)布設(shè)包括加密樣點(diǎn)的數(shù)量和樣點(diǎn)的空間位置.其中，加密樣點(diǎn)數(shù)量主要與不確定性程度相關(guān)，不確定性較大的區(qū)域，加密布設(shè)的樣本量也較大；樣點(diǎn)的空間位置主要與污染物含量空間變化趨勢相關(guān)，主要利用趨勢分析方法分析土壤污染物空間變化規(guī)律，沿著土壤污染物含量變化的方向布設(shè)加密樣點(diǎn).
本研究提出的污染調(diào)查加密布點(diǎn)方法的主要目的是為提高污染區(qū)范圍的估計(jì)精度.在初步調(diào)查結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合污染概率和局部變異系數(shù)方法確定加密布點(diǎn)的目標(biāo)區(qū)域，再根據(jù)土壤污染物含量分布的空間變異性及其變化趨勢，確定加密樣點(diǎn)的布設(shè)方案.該方法可優(yōu)化加密布點(diǎn)的位置，降低加密布點(diǎn)的數(shù)量，提高加密布點(diǎn)的效果，從而在保證調(diào)查精度的前提下，降低調(diào)查成本.
3加密布點(diǎn)方法案例驗(yàn)證(Validationofthesamplingdesignoptimizationprocedurefordetailedsoilpollutioninvestigation)
3.1案例區(qū)概況
案例數(shù)據(jù)來源于某重金屬污染場地，場地面積約14.50km2.按照200m間隔進(jìn)行均勻采樣，在部分高污染區(qū)域適當(dāng)增加樣本量，共采集359個(gè)土壤樣品.土壤污染調(diào)查結(jié)果表明，土壤重金屬Cu、Pb、As、Cd等污染物都存在不同程度的污染.以該場地土壤Cd污染為例，開展土壤污染調(diào)查詳查加密布點(diǎn)優(yōu)化方法研究.
3.2樣點(diǎn)加密布點(diǎn)方案
案例驗(yàn)證研究過程中并不實(shí)際開展土壤污染初步調(diào)查布點(diǎn)取樣，以及初步調(diào)查結(jié)果分析和詳查加密布點(diǎn)工作.而是利用案例場地已有的359個(gè)調(diào)查數(shù)據(jù)，采用空間抽樣的思路，模擬開展土壤污染初步調(diào)查和加密詳查布點(diǎn)過程.具體操作步驟為：首先基于案例數(shù)據(jù)的359個(gè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬的土壤污染初步調(diào)查.根據(jù)圖1的工作流程可知，土壤污染物空間變異特征研究和土壤污染不確定性區(qū)域確定是土壤詳查加密布點(diǎn)的2個(gè)最重要的環(huán)節(jié).地統(tǒng)計(jì)學(xué)的半方差分析方法是最常用的空間變異特征研究手段之一，為了獲取比較準(zhǔn)確的土壤污染物的空間分布規(guī)律，需要有足夠的樣本量.因此，在初步調(diào)查階段，將研究區(qū)域劃分為10×10的網(wǎng)格，落在網(wǎng)格內(nèi)的土壤樣點(diǎn)作為初步調(diào)查樣點(diǎn)，當(dāng)網(wǎng)格內(nèi)有多個(gè)土壤樣點(diǎn)時(shí)，隨機(jī)選取其中一個(gè)，由此共獲得土壤初步調(diào)查樣點(diǎn)97個(gè)，樣點(diǎn)間平均距離約為386m.在初步調(diào)查的97個(gè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用本研究提出的加密布點(diǎn)方法進(jìn)行加密布點(diǎn).具體步驟為：基于初步調(diào)查數(shù)據(jù)，利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析場地土壤Cd含量(w(Cd))的空間分布規(guī)律.利用條件模擬方法預(yù)測該場地土壤Cd污染概率(圖2a).基于污染概率預(yù)測結(jié)果，設(shè)定污染概率閾值(Pt)和清潔概率閾值(Ct)，污染區(qū)域確定方法如式(1)所示.土壤Cd污染概率閾值和清潔概率閾值分別設(shè)定為0.8和0.2，基于污染概率劃定的不確定性區(qū)域見圖2b；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合土壤污染局部變異特征(圖2c)，將局部變異性大于變異系數(shù)閾值(CVt)的區(qū)域劃定為不確定性區(qū)域(圖2d)，變異系數(shù)閾值設(shè)定為局部變異系數(shù)最大值的75%(式(2)).綜合污染概率和局部變異系數(shù)的結(jié)果，即為土壤污染詳查布點(diǎn)的優(yōu)先區(qū)域，根據(jù)土壤污染物空間結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，沿著污染物含量變化的方向確定加密樣點(diǎn)的位置(圖3a).由于該研究是模擬研究，如果在最佳的采樣位置沒有樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，就選擇鄰近樣點(diǎn)作補(bǔ)充，土壤詳查加密樣點(diǎn)為57個(gè)，布點(diǎn)方案見圖3b.將加密布點(diǎn)后的污染調(diào)查結(jié)果與案例場地359個(gè)數(shù)據(jù)獲得的結(jié)果進(jìn)行對比，評價(jià)加密布點(diǎn)的效果.
式中，Rp為污染概率分區(qū)，Z(x)為條件模擬預(yù)測的土壤污染物含量，Zc為土壤污染評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，Pt為污染概率閾值，Ct為清潔概率閾值，Rcv為污染變異系數(shù)分區(qū)，CVx為局部變異系數(shù)，CVt為變異系數(shù)閾值.
3.3數(shù)據(jù)處理方法
利用GS+7.0軟件進(jìn)行土壤污染物含量的空間結(jié)構(gòu)特征分析.樣點(diǎn)污染物含量局部變異特征是在樣點(diǎn)VORONOI圖的基礎(chǔ)上，借助ArcGIS10.1的GeostatisticalAnalyst工具，計(jì)算每個(gè)樣點(diǎn)及其鄰近樣點(diǎn)的變異系數(shù).采樣網(wǎng)格、初步調(diào)查樣點(diǎn)設(shè)計(jì)及所有空間制圖均在ArcGIS10.1軟件中實(shí)現(xiàn).土壤污染物含量條件模擬及污染概率計(jì)算在GSLIB(GeostatisticalSoftwareLibrary)中實(shí)現(xiàn)(Journeletal.，1998).地統(tǒng)計(jì)學(xué)條件模擬方法較多，該研究采用最常用的算法之一序貫高斯模擬方法(SequentialGaussianSimulation，SGS)(謝云峰等，2015)，該方法算法簡單、靈活、計(jì)算方便，其基本思路為：根據(jù)現(xiàn)有樣點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算待模擬點(diǎn)污染物濃度的條件概率分布，從該分布中隨機(jī)取值作為模擬實(shí)現(xiàn)；將得到的每一個(gè)模擬值，連原始樣點(diǎn)數(shù)據(jù)一起作為條件數(shù)據(jù)，進(jìn)入下一個(gè)點(diǎn)的模擬.
3.4結(jié)果與討論
3.4.1土壤Cd統(tǒng)計(jì)特征的估計(jì)精度
由表1可見，土壤Cd污染初步調(diào)查樣點(diǎn)(97個(gè))與污染詳查樣點(diǎn)加密后(154個(gè))的統(tǒng)計(jì)特征很相似，平均值差異僅為0.01mg·kg-1.加密詳查后樣本的變異系數(shù)降低.與總體樣本相比，初步調(diào)查和加密詳查這2個(gè)階段采樣的Cd平均值都偏高，誤差為5.40%.變異系數(shù)較總體分別降低2.79%和6.71%.初步調(diào)查平均值的估計(jì)精度較高，而加密詳查并沒有進(jìn)一步提高平均值的估計(jì)精度.在污染詳查階段，由于在土壤污染空間變異較大的區(qū)域增加了樣點(diǎn)，因此，其變異系數(shù)降低.
3.4.2土壤污染區(qū)面積的估計(jì)精度
土壤污染調(diào)點(diǎn)關(guān)注的是污染信息的識別精度.初步調(diào)查和加密詳查階段，根據(jù)樣點(diǎn)w(Cd)超標(biāo)率(表2)估算的污染區(qū)面積所占比例分別為68.04%和70.13%，比所有樣本的估算結(jié)果分別高3.14%和5.23%.污染概率預(yù)測結(jié)果表明，當(dāng)污染概率閾值為0.8時(shí)，污染概率預(yù)測的污染區(qū)面積所占比例在53.58%~57.84%之間，比樣點(diǎn)超標(biāo)率估計(jì)結(jié)果低7.06%~16.39%.基于超標(biāo)率估算污染區(qū)面積，意味著當(dāng)某個(gè)采樣網(wǎng)格內(nèi)的土壤樣點(diǎn)污染物含量超標(biāo)時(shí)，則判定該網(wǎng)格超標(biāo).樣點(diǎn)加密詳查后，增加的樣點(diǎn)都位于污染概率較高的區(qū)域，因此，總體樣點(diǎn)中污染區(qū)域樣點(diǎn)的比例增加，導(dǎo)致污染面積估計(jì)結(jié)果增大.
初步調(diào)查和加密詳查這2個(gè)階段估計(jì)的污染區(qū)面積非常接近，樣點(diǎn)加密后污染概率預(yù)測的污染區(qū)面積僅增加0.16%，初步調(diào)查與加密詳查估算的面積均小于總體樣本的估計(jì)結(jié)果，污染面積低估4.10%.為了評價(jià)污染區(qū)范圍空間位置的預(yù)測精度，將不同采樣階段預(yù)測的污染區(qū)范圍與總體樣本預(yù)測的結(jié)果進(jìn)行空間差值運(yùn)算，并根據(jù)差值結(jié)果將污染區(qū)空間位置預(yù)測精度分為相同、低估和高估3種情況.相同表示污染程度預(yù)測結(jié)果一致，低估表示污染區(qū)被預(yù)測為清潔區(qū)，高估表示清潔區(qū)被預(yù)測為污染區(qū)(圖4).從污染區(qū)的空間位置精度來看，初步調(diào)查污染區(qū)面積預(yù)測的準(zhǔn)確度為79.35%，分別有12.45%的區(qū)域污染程度被低估，8.20%的區(qū)域污染程度被高估.加密詳查后，污染區(qū)面積預(yù)測的準(zhǔn)確度提高到86.10%，污染程度被低估和被高估的面積分別降至9.00%和4.90%.
土壤Cd平均值估計(jì)結(jié)果表明，在初步調(diào)查階段，其估計(jì)精度就已達(dá)到94.00%以上，而污染區(qū)的估計(jì)精度僅為79.35%.表明在土壤污染調(diào)查過程中，平均值或土壤污染統(tǒng)計(jì)特征的估計(jì)精度，并不能反映污染區(qū)范圍的估計(jì)精度.土壤污染治理過程中，污染區(qū)空間分布信息比平均值更重要，直接影響到修復(fù)成本的估計(jì).本研究提出的土壤污染詳查加密布點(diǎn)方法，在保證土壤污染總體平均含量估計(jì)精度的前提下，顯著提高了污染區(qū)面積的估計(jì)精度；加密詳查后，污染區(qū)面積的估計(jì)誤差為4.10%，空間位置精度為86.10%，比初步調(diào)查精度提高了6.75%；土壤污染調(diào)查的樣本量顯著降低，初步調(diào)查和加密詳查的樣本量僅為總體的42.90%.
本研究的樣點(diǎn)優(yōu)化思路是在不確定性較大的區(qū)域內(nèi)增加樣點(diǎn)，不確定性區(qū)域的界定標(biāo)準(zhǔn)為條件模擬的污染概率和局部變異系數(shù).從圖2可知，不確定性區(qū)域主要分布在污染區(qū)邊緣，在這些區(qū)域增加樣點(diǎn)密度，能顯著提高污染區(qū)空間位置精度.初步調(diào)查過程中，污染程度被低估時(shí)，污染區(qū)域被誤判為清潔區(qū)域(見圖4左下角和左上角的綠色區(qū)域)；樣點(diǎn)優(yōu)化過程中，清潔區(qū)域不會補(bǔ)充調(diào)查樣點(diǎn)，因此，優(yōu)化后的結(jié)果仍然是被低估.污染程度被低估與初步調(diào)查布點(diǎn)、污染概率閾值選擇有關(guān).由于沒有污染物分布相關(guān)的背景信息，網(wǎng)格隨機(jī)采樣布點(diǎn)法對總體平均含量和變異程度的預(yù)測精度較高，對局部污染信息的預(yù)測精度較低.在初步調(diào)查前，收集場地污染源排放、土地利用方式、土壤理化性質(zhì)、水文地質(zhì)條件等影響污染物空間分布的相關(guān)信息，輔助調(diào)查樣點(diǎn)設(shè)計(jì)，可以提高對污染區(qū)識別的精度(Falketal.，2011).污染概率閾值選擇對加密點(diǎn)的空間分布有較大影響，如果選擇的污染概率閾值過低，就會導(dǎo)致被高估的區(qū)域不能被識別；概率閾值過高，則會導(dǎo)致不確定性區(qū)域增大，需加密的樣本過多，從而降低加密效率.本研究為了獲取較大的不確定性區(qū)域，選擇了較高的污染概率閾值和較低的清潔概率閾值，用于檢驗(yàn)樣點(diǎn)優(yōu)化方案的效率.在具體應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合研究區(qū)的特點(diǎn)和調(diào)查目標(biāo)，選擇適宜的污染概率閾值，進(jìn)一步提高樣點(diǎn)優(yōu)化方案的效率.加密詳查樣點(diǎn)優(yōu)化過程中，基于污染概率和局部變異系數(shù)篩選出不確定性較大的區(qū)域，該研究并沒有在這些區(qū)域增加樣點(diǎn)，而是根據(jù)已有的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，基于距離鄰近原則，用鄰近樣點(diǎn)替代最佳位置的樣點(diǎn).增加的樣點(diǎn)在空間位置上并不是最優(yōu)化的，這可能會降低樣點(diǎn)優(yōu)化的效率.實(shí)際應(yīng)用中在最佳的空間位置補(bǔ)充樣點(diǎn)，應(yīng)該會取得更好的調(diào)查效果.
本研究提出的加密布點(diǎn)方法的核心是在污染預(yù)測結(jié)果不確定性的區(qū)域，根據(jù)污染物空間分布規(guī)律補(bǔ)充調(diào)查樣點(diǎn).如圖1所示，在污染物空間分布、污染概率預(yù)測、預(yù)測結(jié)果不確定性評價(jià)等階段都應(yīng)用了地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法.根據(jù)地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的基本假設(shè)，應(yīng)用該方法時(shí)要求污染物空間分布具有顯著的空間自相關(guān)性.大量的研究結(jié)果表明，重金屬、多環(huán)芳烴等污染物在土壤中的空間分布都表現(xiàn)出明顯的空間相關(guān)性(胡克林，2004；鄭一等，2003).因此，地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法是適用的.對某些污染物，如化工場地的氯代烴污染等，這類污染物主要是通過泄漏釋放到土壤中，然后通過土壤孔隙進(jìn)一步向下遷移.在水平空間上，存在泄漏的區(qū)域就會檢出污染物，沒有泄漏的區(qū)域就不存在污染(韓春梅等，2009)，因此，這類污染物在空間上自相關(guān)性較差，本研究提出的加密布點(diǎn)方法就不適用.土壤中污染物空間分布受污染源分布及釋放特征、區(qū)域環(huán)境條件、污染物性質(zhì)及環(huán)境行為特點(diǎn)等多種因素的綜合影響，在不同尺度上會表現(xiàn)出不同的空間分布規(guī)律.針對具體區(qū)域開展污染調(diào)查時(shí)，需綜合考慮污染物空間分布的影響因素，同時(shí)可借鑒前期研究和其它類似研究的成果，初步分析土壤中污染物的空間分布特征，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行初步調(diào)查布點(diǎn).基于初步調(diào)查結(jié)果，應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究污染物空間分布規(guī)律，如果污染物具有較好的空間自相關(guān)性，就可以采用本研究的方法進(jìn)行加密布點(diǎn)優(yōu)化，否則，本研究的方法就不適用.加密布點(diǎn)是在初步調(diào)查結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過辨識污染物的空間分布規(guī)律，結(jié)合污染調(diào)查的要求，開展詳查布點(diǎn)優(yōu)化.因此，初步調(diào)查的可靠性會直接影響加密布點(diǎn)的效果.地統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用半方差分析研究污染物的空間自相關(guān)性.相關(guān)研究表明，樣點(diǎn)數(shù)量和空間分布會直接影響半方差分析結(jié)果的準(zhǔn)確性(Goovaerts，1999).從樣點(diǎn)數(shù)量來看，由于污染物類型、研究區(qū)域條件的差異，不同研究的結(jié)論不太一致，通常認(rèn)為樣點(diǎn)數(shù)小于60時(shí)，難以獲得較準(zhǔn)確的半方差(秦耀東，1998).在具體應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)半方差函數(shù)的擬合效果，評估樣點(diǎn)數(shù)是否足夠.從樣點(diǎn)空間分布來看，為評估污染物在不同距離和不同方向上的空間分異規(guī)律，初步調(diào)查樣點(diǎn)應(yīng)盡可能在研究區(qū)域內(nèi)均勻分布，在不同距離和方向上都有足夠的樣點(diǎn)數(shù)用于分析污染物的空間分布規(guī)律，可幫助提高加密布點(diǎn)優(yōu)化的效率.
4結(jié)論(Conclusions)
1)土壤污染調(diào)查布點(diǎn)方法對土壤污染物含量的估計(jì)精度較高，案例場地土壤中Cd平均值的預(yù)測誤差為5.40%，變異系數(shù)的預(yù)測誤差為6.71%.
關(guān)鍵詞：火電廠；綜合管線；管架；規(guī)劃布置
中圖分類號：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
1 前言
火力發(fā)電廠（以下簡稱火電廠）綜合管線規(guī)劃布置是一項(xiàng)較為復(fù)雜的綜合性工作，且根據(jù)管道的用途不同、介質(zhì)不同、敷設(shè)方式不同等情況相互影響。因此，要做好火電廠綜合管線的規(guī)劃布置工作，需要設(shè)計(jì)人員對電廠工藝要有比較充分的解，加強(qiáng)與各專業(yè)之間的密切配合，掌握并熟悉各管線工藝特性，才能做出布局合理、安全可靠、操作性強(qiáng)的火電廠綜合管線布置施工圖。
本文結(jié)合鄒平高新鋁電有限公司魏橋一電 4x330MW 機(jī)組工程（以下簡稱本工程），對本人在該工程綜合管線規(guī)劃布置過程中所采取的設(shè)計(jì)思路和方法進(jìn)行了總結(jié)，希望能對類似工程有所幫助，也希望通過探討能進(jìn)一步促進(jìn)專業(yè)技術(shù)的發(fā)展。
2 準(zhǔn)備工作
2.1 分析總平面布置圖。本工程總裝機(jī)容量為4臺亞臨界參數(shù)自然循環(huán)煤粉鍋爐，4臺330MW亞臨界參數(shù)抽汽式汽輪機(jī)，4臺330MW空冷發(fā)電機(jī)，一次設(shè)計(jì)，一次建成，不考慮擴(kuò)建。電廠總布置情況詳。
由圖1可以看出，本工程用地較小且不規(guī)則，總平面布置緊湊但稍顯擁擠。熟悉電廠設(shè)計(jì)的人應(yīng)該能看出，本電廠總圖在設(shè)計(jì)過程中對廠區(qū)綜合管線的走廊用地預(yù)留明顯不足，特別是環(huán)主廠房四周。為了更清楚的說明存在的問題并提出解決的方法和方案。需要先了解下廠區(qū)管道的數(shù)量和種類。
2.2資料收集并分類。火電廠主要管線資料主要由水工、電氣、汽機(jī)、鍋爐、除灰、運(yùn)煤、化水、暖通等專業(yè)提供。
根據(jù)各專業(yè)提供的管線資料，首先對每條管線的工藝要求、介質(zhì)特性、管徑大小、其它特殊要求等進(jìn)行分析，歸納整理，本工程主要管道種類見表1。
3 廠區(qū)綜合管線初步規(guī)劃
3.1建立框架。經(jīng)過準(zhǔn)備期對廠區(qū)管道的分析和分類。設(shè)計(jì)人員基本上能夠達(dá)到對廠區(qū)的總平面布置和各專業(yè)管道要求的基本了解，即可開展廠區(qū)綜合管線規(guī)劃布置的初期工作。
首先應(yīng)對各專業(yè)管道一一進(jìn)行核對，主要核對各專業(yè)管道是否齊全并合理選擇管道路徑，將每一條管線按照最合理、最經(jīng)濟(jì)的敷設(shè)路徑進(jìn)行初步的平面規(guī)劃，以便盡快建立起廠區(qū)管線規(guī)劃布置的初步框架。
3.2確定初步布置方案。根據(jù)本工程廠區(qū)管線初步布置框架顯示結(jié)果，環(huán)主廠房四周管線較為密集，交叉重疊，管道通廊嚴(yán)重不足。設(shè)計(jì)人員采取對廠區(qū)密集段管線逐條進(jìn)行梳理。本工程在設(shè)計(jì)過程中將廠區(qū)管線密集段分為5個(gè)區(qū)間段，分別為主廠房A排外區(qū)間段、固定端區(qū)間段、擴(kuò)建端區(qū)間段、爐后區(qū)間段、煙囪后區(qū)間段。
主廠房A排外區(qū)間段：根據(jù)機(jī)務(wù)司令圖布置情況，主廠房A排各種管道接口有56個(gè)，管道種類21種，且A排外6kV共箱封閉母線構(gòu)架基礎(chǔ)、變壓器基礎(chǔ)密布，管道走廊嚴(yán)重不足。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求和管道性質(zhì)、用途：先將循環(huán)水管、雨水管、汽機(jī)事故油管、主變事故油管、酸堿廢水管（無壓）、工業(yè)廢水管（無壓）、電纜隧道等必須直埋的管道埋地布置，剩余管道考慮全部采用架空布置方式。綜合管架根據(jù)A排外空間利用情況緊貼主廠房平A排柱平行布置。
按照主廠房A排外區(qū)間段的設(shè)計(jì)思路和方法，整理出主廠房固定端區(qū)間段管道數(shù)量為23條；擴(kuò)建端區(qū)間段管道數(shù)量為16條；煙囪后管道數(shù)量為19條。各區(qū)間段管道走廊均表現(xiàn)為嚴(yán)重不足。沿用A排外區(qū)間段管道布置原則，先將循環(huán)水管、雨水管、生活污水管、電纜隧道等必須直埋的管道進(jìn)行埋地布置。剩余管道暫時(shí)考慮采用架空布置方式。特別注意，各密集管道區(qū)間在進(jìn)行選擇性的直埋布置中，要保證預(yù)留足夠的綜合管架基礎(chǔ)用地。
4 廠區(qū)綜合管線詳細(xì)規(guī)劃
4.1首先確定A排外區(qū)間的管道布置。根據(jù)前一階段初步規(guī)劃布置方案結(jié)果顯示，A排外區(qū)間已無可利用管道走廊，僅1#、2#、3#主變與A排之間剩余約1.65m寬的可利用空間。根據(jù)總平面布置情況，化水專業(yè)的凝結(jié)水廢水池、酸堿儲罐和凝結(jié)水補(bǔ)水箱布置在A排外，且兩條管道均與主廠房相連接，綜合比較空間需求和可利用空間后將兩條管道直埋布置在1#、2#、3#主變與A排之間可利用的1.65m管道空間內(nèi)。剩余管道全部采用架空布置方式，如圖2所示。
4.2主廠房擴(kuò)建端區(qū)間管道布置。根據(jù)前一階段初步規(guī)劃布置方案結(jié)果，為了在滿足規(guī)范要求的前提下盡量優(yōu)化布置方案和降低綜合管架的荷載，采取將兩條較大管道SD、SW1和兩條小管道SE、DW直埋布置在優(yōu)化后的可利用空間內(nèi)和循環(huán)水管之間的空隙。既不影響管道檢修維護(hù)的要求，又大大降低了綜合管架的工程量。剩余管道全部采用架空方式，綜合管架結(jié)合油管架走向統(tǒng)籌考慮南北向布置在主廠房擴(kuò)建端。
4.3主廠房固定端區(qū)間管道布置。根據(jù)初期固定端綜合管線規(guī)劃布置方案，結(jié)合前面兩個(gè)區(qū)間段管道的優(yōu)化方法和經(jīng)驗(yàn)。首先將除灰渣管道支架與其它綜合管道支架考慮合并為一個(gè)綜合管道支架，再根據(jù)直埋管道優(yōu)化布置后的結(jié)果將管徑較大MW、MW1、SD和管徑較小的DW1、DW直埋布置在優(yōu)化后的可利用空間和循環(huán)水管之間間隙。綜合管架靠近主廠房固定端南北向平行布置。
4.4煙囪后區(qū)間管道布置。本工程爐后用地空間僅24.5m（含道路），而管道數(shù)量達(dá)19條，且大部分管道管徑較大，水工專業(yè)建議DN600以上的管道不要采取架空方式，而爐后DN600以上管道數(shù)量達(dá)6條。按照該要求，則爐后區(qū)間段管道將形成雙層布置型式，也難以滿足規(guī)范布置要求。經(jīng)與各相關(guān)專業(yè)協(xié)商討論，最總確定將循環(huán)水管布置在下層，將管徑較大的MW、MW1、SD和較小管徑的FW、DW直埋布置在上層。剩余管道全部采用架空布置方式，綜合管架東西向布置在爐后冷卻塔北側(cè)。
通過以上各階段和各分區(qū)管線布置的深入工作，經(jīng)過方案的反復(fù)設(shè)計(jì)和反復(fù)比較以及采取的相關(guān)優(yōu)化措施基本上確定了廠區(qū)綜合管線的最終布置方案。
結(jié)語
火電廠綜合管線布置雖然復(fù)雜，但通過整理，分析、分類后，能夠較大程度的清晰設(shè)計(jì)思路，提高工作效率，也使得方案在較大程度上能夠體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。綜合管線的最終布置成果是多專業(yè)參與配合的結(jié)果，也是團(tuán)隊(duì)精神的集中體現(xiàn)。合理完整、清晰美觀的圖紙能夠有效的指導(dǎo)施工，也是每個(gè)設(shè)計(jì)人員價(jià)值的體現(xiàn)。
本文僅代表的是本人在實(shí)際工作中所采取的方法和思路，也存在不足和缺陷之處。但希望能對相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員在以后的相關(guān)工作中有所幫助和參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：高容積率、舒適度、戶型優(yōu)化及配比
Abstract: a can meet the demand of buyers for living comfort and at the same time developers profit maximization of the planning and design scheme of test planning consultant company's planning ability and creativity of the grasp of the market and design units.
Key words: high plot ratio, comfort, model optimization and matching
中圖分類號：F292] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
光明花苑東區(qū)項(xiàng)目位于棗莊市高新區(qū)光明西路北側(cè)，占地總用地約92509.2平方米（約120畝），經(jīng)初步概念設(shè)計(jì)方案討論，將進(jìn)入優(yōu)化方案階段，在把握“以最少的成本投入獲得最大的投資收益”的經(jīng)濟(jì)前提下，盡量考慮風(fēng)險(xiǎn)性，增強(qiáng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力，通過進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，形成項(xiàng)目可操作實(shí)施性。
如何在高容積率的壓力下爭取居住的舒適度
建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會是國家“十一五”規(guī)劃中提出的重大戰(zhàn)略。在建筑領(lǐng)域，落實(shí)這一戰(zhàn)略的重要舉措就是大力發(fā)展節(jié)能省地型住宅。為了達(dá)到節(jié)能省地的目的，必須提高地塊的容積率已是不爭的事實(shí)。那么如何在高容積率的同時(shí)又保證一定的居住舒適度呢？
提高容積率最為直接的辦法就是增加樓層數(shù)，但層數(shù)過高的住宅帶給人們心理上的感受并不舒適。同時(shí)，超過18層的住宅由于消防避難、管線布置等要求，使得公共交通空間面積較大，土建造價(jià)提高。而增加的造價(jià)最終會由住戶來分?jǐn)偅布又亓俗舻呢?fù)擔(dān)，因此建議規(guī)劃設(shè)計(jì)方案中板式樓最高的樓層數(shù)控制在18層，點(diǎn)式樓控制在25層。11層-18層的高層住宅如果樓體過長，也會讓人覺得樓棟體量過大，給人以壓抑感。建議方案中利用綠化、水景、小廣場、行道等元素，將樓棟劃分成幾處高低錯(cuò)落的板塔和短板,降低了建筑密度，同時(shí)也保證了大多數(shù)戶型的通風(fēng)、采光，居住的舒適度就得到了有力的保障。
在現(xiàn)行政策日照間距一定的條件下，小面寬大進(jìn)深的戶型是最利于節(jié)地的，若要想做到緊湊舒適，單個(gè)戶型很難做到大進(jìn)深，勢必會采取一梯多戶的住棟形式。與一梯兩戶的住棟形式相比，一梯多戶存在朝向均好性差，對視問題嚴(yán)重，每戶外墻面占用少，通風(fēng)差、內(nèi)部暗空間多，特別容易產(chǎn)生日照自擋現(xiàn)象。目前從光明花苑西區(qū)點(diǎn)式高層住戶反饋的情況來看，購房者對點(diǎn)式樓并不太認(rèn)可，并且還存在抵抗的現(xiàn)象。針對此種情況，如何在保證容積率的前提下，規(guī)避決策定位風(fēng)險(xiǎn)？遵照國家對日照間距的規(guī)定，將設(shè)計(jì)方案中點(diǎn)式樓調(diào)整為板塔+短板的形式，東邊短板部分的朝向由正南正北向改為向東偏轉(zhuǎn)30度，這樣的角度很適合北方地區(qū)陽光照射的方向和時(shí)段。既保證了樓棟中每一戶型都能獲得充足的日照，又能有效地縮小樓棟間距，提高容積率。短板東轉(zhuǎn)的另一大好處在于，東邊的板樓與西邊的廂樓一起，在小區(qū)里形成了“東開西合”的建筑群形態(tài)，這樣一來，春夏季的東南風(fēng)就能被引入居住區(qū)，從而降低空調(diào)能耗；而冬季冷酷的西北風(fēng)則被擋住，又降低了暖氣的消耗，為節(jié)約能源創(chuàng)造了條件。
二、規(guī)劃整體建筑形態(tài)配比
在產(chǎn)品構(gòu)筑方向考慮利潤最優(yōu)化及有利于促進(jìn)銷售速度的原則，整體建筑形態(tài)建議以小高層、高層、商業(yè)等為主，小高層考慮占住宅總建筑面積的40%，高層考慮占住宅總建筑面積的60%。結(jié)合商業(yè)銷售價(jià)格對整體利潤的有效提升及整體均衡，商業(yè)建筑面積考慮47000平米左右。幼兒園作為作為項(xiàng)目形象支撐點(diǎn)之一，建筑面積考慮在2500平米左右，建筑位置考慮在地塊中心位置。
上海九歌設(shè)計(jì)公司提供的5套方案中均在小區(qū)西側(cè)考慮步行商業(yè)街，此商業(yè)街的存在不僅提高小區(qū)升值空間，并且還完善小區(qū)配套，符合當(dāng)?shù)厝巳旱纳盍?xí)慣（特別是礦區(qū)職工的生活習(xí)慣）。光明路作為城市主要交通要道，人流量非常大，但駐足停留人員很少，商業(yè)價(jià)值并不是太高。通過設(shè)置小區(qū)商業(yè)帶能夠吸引大部分流動人群，對提高商業(yè)價(jià)值非常大，并且還能帶動北側(cè)商業(yè)，使商業(yè)形成規(guī)模。
畢竟住宅占整個(gè)項(xiàng)目地比例較大，規(guī)劃方案別注意商業(yè)區(qū)與住宅區(qū)要?jiǎng)澢褰缇€，住宅區(qū)封閉保證居民的居住生活優(yōu)越感，封閉式小區(qū)當(dāng)然重要考慮的是安全因素，此外加以封閉的另一原因是為了盡量避免小區(qū)內(nèi)提供的綠化及園林環(huán)境、休憩及居民會所等設(shè)施被外來居民占用或破壞。光明西區(qū)及東區(qū)可以開往商業(yè)街的次入口，提高商業(yè)區(qū)人氣。
戶型方案優(yōu)化和配比
戶型方案優(yōu)化及配比對項(xiàng)目成功的起著決定性作用。尤其在光明花苑東區(qū)高容積率情況下進(jìn)行戶型細(xì)部設(shè)計(jì)顯得特別重要。此項(xiàng)工作應(yīng)該做規(guī)劃方案前期首要考慮的內(nèi)容，因戶型方案決定著平面樓棟形式和建筑立面形式。
戶型方案優(yōu)化，注重細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)
戶型設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)舒適的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)其健康品質(zhì)，良好的朝向和面寬可以保持有大量的陽光直射入室。在總體布局，房型設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)選型上做到節(jié)約造價(jià)，客廳爭取良好景觀及盡可能向陽，做到明廚、明衛(wèi)、得房率盡可能高。在控制成本的前提下可考慮設(shè)計(jì)部分不計(jì)入建筑面積的形態(tài)，如露臺等。可作為營銷推廣的賣點(diǎn)。儲藏、洗漱、晾曬、炊事之類是不同住宅都必備的基本功能，不論是別墅豪宅還是小家小戶都需要為此安排適當(dāng)?shù)目臻g。小戶型住宅中這部分功能空間所占的比重相對更大一些，是住宅設(shè)計(jì)的重點(diǎn)所在。在衛(wèi)生間設(shè)計(jì)上，盡可能做到干濕分區(qū)。對于空間較小的衛(wèi)生間，可將洗手盆外置，既避免了開門與洗漱的沖突，又方便了餐起使用。
2、戶型配比
通過市場調(diào)查，光明花苑東區(qū)購買的人群主要是礦區(qū)職工、企事業(yè)單位、個(gè)體商戶。綜合考慮我國目前人口結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)?shù)刭彿咳巳旱南M(fèi)水平。加之項(xiàng)目區(qū)域位置，建議建筑面積以120—130平方米為主打戶型，比例考慮占總建筑面積60%；建筑面積90平米以下戶型比例考慮占總建筑面積15%，考慮做兩房；90—120平方米小三室比例考慮占總建筑面積10%；建筑面積以130—150平方米比例考慮占總建筑面積8%，考慮做三房兩廳；建筑面積以150平方米以上比例考慮占總建筑面積7%，主要是頂層復(fù)式。
小結(jié)
綜上所述，規(guī)劃設(shè)計(jì)工作應(yīng)"以人為本"出發(fā)，建筑與環(huán)境并重，現(xiàn)實(shí)與適度超前結(jié)合。不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使項(xiàng)目達(dá)到預(yù)定的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)最終價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
作者：李智炯 單位：中國神華神東煤炭集團(tuán)地測公司
礦山測量理論發(fā)展
隨著電子計(jì)算機(jī)的軟硬件發(fā)展，以及各種測量計(jì)算分析軟件的推出，計(jì)算機(jī)已成為測量控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、測量數(shù)據(jù)處理、自動化成圖最有效和必不可少的工具。相對于以前測量工作人員在小型計(jì)算器上編程進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)處理或者進(jìn)行簡單的平差數(shù)據(jù)處理，現(xiàn)在的測量數(shù)據(jù)處理則體現(xiàn)出智能化、自動化和可視化，且數(shù)據(jù)處理理論得到了更深入的發(fā)展。灰色理論、小波分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等新的理論大量應(yīng)用于礦山工程測量數(shù)據(jù)處理中，單一模型的變形預(yù)測與組合模型的變形預(yù)測均得到了發(fā)展。以公路勘測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為例，這個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要包括3部分:1)數(shù)據(jù)獲取和處理模塊;2)數(shù)字地面模型模塊;3)繪圖與設(shè)計(jì)應(yīng)用模塊。礦山測量控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)測量方案的設(shè)計(jì)以前都是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)正在向著更科學(xué)的方向發(fā)展。優(yōu)化設(shè)計(jì)是在現(xiàn)有人力、物力和財(cái)力條件下，使礦山工程控制網(wǎng)具有較高的精度。而在滿足控制網(wǎng)的精度和可靠性的前提下，使成本最低。網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)迭代求解過程，它包括以下內(nèi)容:1)提出設(shè)計(jì)任務(wù)。由測量人員與應(yīng)用單位共同擬定，通常是后者提出要求，前者對其具體化，每一個(gè)優(yōu)化任務(wù)都必須表示為數(shù)值上的要求。2)制定設(shè)計(jì)方案。包括網(wǎng)的圖形和觀測方案，觀測方案指每個(gè)點(diǎn)上所有可能的觀測，通過室內(nèi)設(shè)計(jì)和野外踏勘來制定。3)進(jìn)行方案評價(jià)。按精度和可靠性準(zhǔn)則進(jìn)行，同時(shí)考慮費(fèi)用和靈敏度。4)進(jìn)行方案優(yōu)化。對網(wǎng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，以期得到一個(gè)接近理想的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。礦山測量信息管理隨著礦山測量數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的逐步自動化、數(shù)字化，測量工作者更好地使用和管理海量礦山測量信息的最有效途徑是建立礦山測量數(shù)據(jù)庫或與GIS技術(shù)結(jié)合建立各種礦山信息系統(tǒng)。目前，礦山測量部門已經(jīng)建立了各種用途的數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)，為礦山管理部門進(jìn)行信息、數(shù)據(jù)檢索與使用管理的科學(xué)化、實(shí)時(shí)化和現(xiàn)代化創(chuàng)造了條件。目前，礦山測量人員對這個(gè)問題都很重視，并且正在參與和從事各種信息的收集、傳遞和管理工作，建立礦山信息系統(tǒng)、礦山生活區(qū)信息系統(tǒng)、礦區(qū)信息系統(tǒng)以及土地信息系統(tǒng)等。煤礦開采沉陷預(yù)計(jì)理論開采沉陷預(yù)計(jì)理論按采用方法的基礎(chǔ)可分為:經(jīng)驗(yàn)方法、分布函數(shù)、理論模型法三大類。而常用的預(yù)計(jì)方法主要有:概率積分法、負(fù)指數(shù)函數(shù)法、典型曲線法、威布爾分布法、樣條函數(shù)法、皮爾森函數(shù)法、山區(qū)地表移動變形預(yù)計(jì)法、基于托板理論的條帶開采的預(yù)計(jì)法、力學(xué)預(yù)計(jì)法和有限元法。近年來，隨著變形理論的深入發(fā)展，灰色系統(tǒng)理論預(yù)計(jì)法和神將網(wǎng)絡(luò)預(yù)計(jì)法被應(yīng)用到了沉陷預(yù)計(jì)領(lǐng)域，并有了一定的實(shí)踐進(jìn)展。同時(shí)，基于地質(zhì)觀點(diǎn)的沉陷預(yù)計(jì)方法也有相應(yīng)報(bào)道。
3S技術(shù)在采煤地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用
以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)、地圖可視化技術(shù)和空間分析技術(shù)，建立對包含空間定位和屬性關(guān)聯(lián)的問題進(jìn)行計(jì)算機(jī)化處理，進(jìn)而提供輔助決策的功能系統(tǒng)。目前，GIS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)管理、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性分析和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等防災(zāi)減災(zāi)工作當(dāng)中。由于GIS系統(tǒng)具有強(qiáng)大的空間分析能力，因此，其不再局限于某種地質(zhì)災(zāi)害的分布顯示，而可提供綜合多種地質(zhì)災(zāi)害，并能進(jìn)行區(qū)域劃分的功能。RS技術(shù)的應(yīng)用RS(遙感技術(shù))作為一門新興的高新技術(shù)手段，近幾年迅速在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的使用，而應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的文章也多不勝數(shù)。總結(jié)歸納，遙感技術(shù)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測是可行的，也是必要、可推廣的。從地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測與防治的角度來看，遙感技術(shù)貫穿地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、監(jiān)測、預(yù)警、評估的全過程，為地質(zhì)災(zāi)害防治提供了很好的決策參考。隨著遙感技術(shù)在理論上、技術(shù)上和實(shí)際應(yīng)用上的逐步發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)源向著高分辨率遙感影像過渡，其不僅具有精確的空間分辨率，更重要的是擁有豐富的光譜信息，使具有特殊光譜特征的地物探測成為可能。這也必將使得遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害宏觀調(diào)查、災(zāi)體動態(tài)監(jiān)測和災(zāi)情評估中大顯身手，成為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測與防治的重要手段之一。GPS技術(shù)的應(yīng)用煤炭開采中，大量的采空區(qū)隨之出現(xiàn)，給采煤區(qū)居民的生活帶來了很大的影響，而因此誘發(fā)的大量的地面塌陷災(zāi)害更給采煤區(qū)的經(jīng)濟(jì)帶來了巨大損失。以采空區(qū)為變形體所進(jìn)行的沉陷觀測，受采空區(qū)自身沉陷影響，很難找到穩(wěn)定的地點(diǎn)埋設(shè)監(jiān)測基點(diǎn)。同時(shí)，在對沉陷引起的地裂縫進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，需掌握其空間位置，針對上述工作，如果采用傳統(tǒng)測量方法，必將面臨諸多不便與不利因素。作為新一代空間定位技術(shù)的代表—GPS技術(shù)，經(jīng)眾多技術(shù)人員從實(shí)踐角度和眾多學(xué)者從理論角度的驗(yàn)證，其不僅可以滿足沉陷觀測的精度要求，而且可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測工作的自動化與實(shí)時(shí)化。目前，GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各類變形監(jiān)測項(xiàng)目中。而動態(tài)差分GPS技術(shù)的出現(xiàn)，更為地質(zhì)調(diào)查、災(zāi)害地點(diǎn)確定等實(shí)時(shí)、高精度定位工作提供了有力支持。
【關(guān)鍵詞】光纜網(wǎng) 管道光纜敷設(shè) 集中接續(xù) 定點(diǎn)盤留
1 引言
隨著光纖通信的規(guī)模化普及，光纜需求迅猛增多，而在城市道路上，通信管道已成為十分寶貴的稀缺資源。一方面，管道建設(shè)成本居高不下，一經(jīng)建設(shè)后期再擴(kuò)容的難度很高；另一方面，城市道路下方需容納設(shè)施增多，可用于建設(shè)通信管道的空間較為狹小。如何充分有效地利用通信管道，提供更多光纖資源，已成為光纜工程建設(shè)的突出問題。在現(xiàn)有管道光纜敷設(shè)過程中，接頭和盤留占用了大量管井空間。基于此，本文提出集中接續(xù)和定點(diǎn)盤留的方案，管道只用于純光纜敷設(shè)，可以減少空間占用、凈化管道用途并提高利用率，從而解決管道與光纜日益突出的供需矛盾。
2 管道光纜敷設(shè)現(xiàn)狀
目前在管道光纜敷設(shè)過程中，為滿足光纜接續(xù)、分歧、割接及維護(hù)要求，需要沿途設(shè)置光纜接頭和光纜盤留（平均每個(gè)盤留10～15 m），占用的管井空間不容小覷。城市區(qū)域由于光纜接續(xù)頻繁，基本每隔300～500 m需設(shè)置1個(gè)光纜接頭或盤留，隨著光纜條數(shù)的不斷增多，光纜接頭和盤留的數(shù)量急劇增加，占用了大量管井空間，遠(yuǎn)超光纜敷設(shè)本身所需空間，從而造成管井擁塞，可放光纜的條數(shù)大打折扣，極大降低了空間利用率。
現(xiàn)有管道光纜敷設(shè)示意圖如圖1所示：
隨著管井內(nèi)光纜條數(shù)增多，光纜接頭和盤留擁塞管井，除了影響后期光纜擴(kuò)容，對于已有光纜的維護(hù)，在擁擠不堪的管井內(nèi)想要將其厘清也變得十分困難，極大降低了光纜網(wǎng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。
另外，管道光纜敷設(shè)后，大量的光纜盤留置于管井內(nèi)，光纜接續(xù)和維護(hù)均要在管井內(nèi)操作，施工條件惡劣。同時(shí)由于城市交通繁忙，光纜施工會給交通造成影響，并且容易出現(xiàn)交通及井下施工事故，安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)較高。
現(xiàn)有管井光纜敷設(shè)實(shí)拍圖如圖2所示：
3 管道光纜敷設(shè)優(yōu)化方案
現(xiàn)有管道光纜敷設(shè)方案將光纜接頭和盤留沿途設(shè)置于管井中，可稱之為“分散設(shè)置”方案。為解決上文所分析的弊端，筆者提出了“集中接續(xù)和定點(diǎn)盤留”新方案。
該方案結(jié)合光纜交接箱（簡稱光交）布點(diǎn)選址，將光纜接續(xù)集中在光交內(nèi)實(shí)現(xiàn)，以擺脫井下作業(yè)；同時(shí)將光纜盤留定點(diǎn)設(shè)置于光交前管井內(nèi)，而其余管井純用于光纜敷設(shè)，空間利用率大大提高，可容納光纜條數(shù)增多或敷設(shè)同樣數(shù)量光纜占用空間大大減少，這樣既降低了管井建設(shè)需求，又節(jié)約了工程投資，切實(shí)達(dá)到了“降本增效”的目的。
優(yōu)化后的管道光纜敷設(shè)示意圖如圖3所示：
管道光纜的接頭主要有以下用途：
（1）割接引出分支光纜，平均350 m設(shè)置1個(gè)（占85%以上）；
（2）光纜分段敷設(shè)接續(xù)，平均3 km設(shè)置1個(gè)（占10%以內(nèi)）；
（3）斷纜搶修接續(xù)（占5%以內(nèi)）。
在現(xiàn)有敷設(shè)方案中，光纜接頭均設(shè)置于管井中；而采用新方案后，除斷纜搶修的光纜接頭仍需設(shè)置在管井外，絕大部分光纜接頭均可取消，相應(yīng)接續(xù)功能轉(zhuǎn)由光交實(shí)現(xiàn)。
光纜盤留主要有以下用途：
（1）預(yù)留以后制作光纜接頭，一般每個(gè)盤留15 m；
（2）光纜接頭維護(hù)余長，每個(gè)接頭兩邊各盤留10 m。
采用新方案后，光纜盤留的數(shù)量也將隨著光纜接頭相應(yīng)減少，從而節(jié)省管井占用空間。
隨著光纜網(wǎng)建設(shè)規(guī)模加大，光交應(yīng)用數(shù)量漸趨龐大，布點(diǎn)密度越來越高，不少城市區(qū)域光交覆蓋范圍已控制在300～400 m，與現(xiàn)有光纜接頭的覆蓋范圍和光纜盤留的預(yù)留間隔基本相當(dāng)。因此，筆者認(rèn)為光交布點(diǎn)設(shè)置完全可以包含現(xiàn)有的光纜接頭和盤留功能，將光纜接續(xù)和盤留收納起來，可以凈化管道布纜空間、提高管井利用率、簡化光纜維護(hù)，起到一舉多得的效果。
在光交里配置“直熔單元”用于光纜纖芯熔接，可替代常規(guī)光纜接頭的作用。光交箱立于路面，直熔單元在光交里擺放有序，纖芯走向標(biāo)識清晰，施工便利性較井下光纜接頭大大提高。光交靠近人井設(shè)置，其與人井之間設(shè)置操作手井，三者之間采用通道連接，人井與手井均可用于定點(diǎn)放置光纜盤留，其中人井主要放置主干光纜盤留，手井主要放置分支光纜盤留。手井與光交一一對應(yīng)，其空間大小按滿足光交終局分支光纜需求為宜。對于市政合建通信管道，不同運(yùn)營商的光交采用各自獨(dú)立的手井接入合建人井。由于光纜接續(xù)均在光交內(nèi)完成，且隨著布點(diǎn)加密，分支光纜距離縮短，其盤留主要用于箱內(nèi)熔接需求，因此盤留長度可由原先的15 m縮短為3 m之內(nèi)，對手井的空間需求進(jìn)一步減小。
（1）對于分支光纜，由于光纜只需單向進(jìn)入光交，人井與手井及光交之間采用管孔連接，每條光纜占用1個(gè)小孔；
（2）對于主干光纜，由于光纜進(jìn)入光交熔接后需再次引出至下一個(gè)光交，故主干光纜為雙向進(jìn)入光交，為便于光纜不中斷出入，要求人井與手井及光交之間采用較寬的通道連接。
為滿足上述兩種光纜出入需求，人井與手井及光交之間的通道需同時(shí)設(shè)置大小兩種孔洞：一個(gè)大孔用于主干光纜雙向出入；若干小孔用于分支光纜單向進(jìn)入。
混合連接通道結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示：
4 光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化
新方案光交選址需要滿足一定條件，即所服務(wù)區(qū)域潛在光纖需求高、引出光纜長度短且靠近主干路由。在多數(shù)情況下，這些條件難以兼顧：主干管道建設(shè)成本高，不宜敷設(shè)過多分支光纜；交接箱離用戶近勢必離主干遠(yuǎn)，造成主干光纜迂回。
因此，筆者提出光纜網(wǎng)應(yīng)采用分層結(jié)構(gòu)，即主干路由上僅設(shè)置主干光交，用戶需求所在區(qū)域另設(shè)置配線光交，由配光交將光纜需求收斂后再上聯(lián)至主干光交，這樣既減少了主干路由上分支光纜條數(shù)，又縮短了用戶光纜長度。
配線光交上聯(lián)光纜初期配置纖芯可直接與主干光交內(nèi)的主干光纜纖芯直熔對接，后續(xù)擴(kuò)容纖芯可靈活選用直熔或跳接方式接入主干光纜纖芯。主干光纜交接箱纖芯接續(xù)示意圖如圖5所示：
（1）對于新建城區(qū)，管道與光交可以全新統(tǒng)一規(guī)劃，按新方案實(shí)施較為容易；
（2）對于現(xiàn)有城區(qū)，新建光交和新敷設(shè)光纜可視條件按新方案實(shí)施，伴隨銅纜退網(wǎng)，騰出管井空間，ο鐘泄飩恢鴆郊右愿腦歟以破解光纜需求增加而引起的管井擁塞問題，使“纜滿井塞”處于可控范圍之內(nèi)。
5 結(jié)束語
隨著光纖需求的增長，城市通信管道緊張的問題日趨明顯，且井下作業(yè)條件惡劣、施工及維護(hù)難度大，對本文提出的“集中接續(xù)和定點(diǎn)盤留”方案另辟蹊徑加以優(yōu)化改善，主要思路總結(jié)如下：
（1）現(xiàn)有方案中光纜接頭和盤留數(shù)量龐大，已成為現(xiàn)有管井空間消耗主體，導(dǎo)致城市管井擁塞；并且位于人井中，施工條件惡劣，線纜敷設(shè)混亂，工程及維護(hù)難度高、效率低。
（2）新方案將光纜接續(xù)集中于光交、盤留定點(diǎn)于交前井，可大幅減少井下作業(yè)；同時(shí)減少管井空間占用，管井可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上小型化，以降低管道建設(shè)成本。
（3）現(xiàn)有方案中光纜接頭和盤留設(shè)置較為隨意，缺少規(guī)律性，在施工及維護(hù)時(shí)會查找不便；而新方案中改為定點(diǎn)集中的路面光交內(nèi)作業(yè)，便利性將會大大改觀。
（4）新建城區(qū)的管道與光交可采用“新方案”全新統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)；現(xiàn)有城區(qū)可結(jié)合銅纜退網(wǎng)分步加以改造，新建光交按“新方案”先行實(shí)施，而現(xiàn)有光交可視條件逐個(gè)改造。
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[關(guān)鍵詞] 虛擬；仿真；穹頂；懸索預(yù)應(yīng)力；玻璃幕墻
中圖分類號：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
（一）工程概況
全國組織干部學(xué)院E區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，采用型鋼混凝土框架-剪力墻混合結(jié)構(gòu)、鋼桁架結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力懸索鋼結(jié)構(gòu)和穹頂鋼結(jié)構(gòu)等多種結(jié)構(gòu)形式。
1屋面穹頂鋼結(jié)構(gòu)采用全隱框玻璃幕墻，共約3000 m2，幕墻玻璃采用8+1.52PVB+8mm和10+1.52PVB+10mm兩種鋼化夾膠玻璃，穹頂最頂部水平位置采用10+1.52PVB+10mm玻璃，共計(jì)32塊；開啟扇玻璃共3排，即第8排、第9排和最底部1排，共計(jì)144塊；其它玻璃共計(jì)476塊，合計(jì)穹頂夾膠玻璃為652塊，每塊玻璃面積約4.0m2至5.3 m2不等，玻璃自重約250/塊。
2 屋面穹頂高42.3m，施工中設(shè)計(jì)圖紙變更，在E區(qū)鋼桁架層與屋面穹頂之間增加一層懸索預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)層，即多功能廳（二層）上增加屋面花園平臺（五層）。
懸索預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)平臺（圖4中紅色虛線部分）整體形狀為圓環(huán)形，由24榀鋼桁架以15°角度成放射狀均勻布置，圓環(huán)直徑28.90m，內(nèi)圓環(huán)鏤空，直徑7.30m，桁架高1.80m，上下弦為焊接H型鋼，中間為三根無縫鋼管與之焊接相連，每榀重量為6.1t，長10.7m。結(jié)構(gòu)的下層由環(huán)向拉索和徑向拉索組成，構(gòu)成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)受力體系。
3、E區(qū)屋面造型獨(dú)特，穹頂鋼結(jié)構(gòu)及玻璃幕墻、懸索預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)層施工復(fù)雜，需利用虛擬仿真施工技術(shù)，對其施工及各階段受力情況、安裝精度、構(gòu)件尺寸等進(jìn)行詳細(xì)的分析研究，并優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工方案，以達(dá)到最好的工程效果。
3.1 為達(dá)到屋面穹頂完美的半球體效果，利用仿真技術(shù)，通過建立三維模型，確定玻璃幕墻空間分格尺寸，逐一確定每塊玻璃的具體加工、安裝尺寸；
3.2 施工前，為確保懸索預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全可靠，對空間張弦結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行仿真計(jì)算，模擬懸索預(yù)應(yīng)力張拉，確保整個(gè)鋼平臺的施工萬無一失；
3.3 為確保原竣工日期的實(shí)現(xiàn)，項(xiàng)目部成立QC小組進(jìn)行現(xiàn)場攻關(guān)，利用虛擬仿真施工技術(shù)，對比模擬鋼桁架層、懸索預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)平臺層、屋面穹頂施工工序，比選、優(yōu)化施工方案，從而確保了最終竣工工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
（二）施工難點(diǎn)
1 本工程E區(qū)復(fù)雜的建筑造型和鋼結(jié)構(gòu)大跨度空間的設(shè)計(jì)，給穹頂玻璃幕墻的施工帶來很大難度。
1.1 屋面穹頂半球體造型，采用平面幕墻玻璃達(dá)到曲面圓弧效果，確定空間分格位置、大小難度大。
1.2 玻璃規(guī)格形狀多樣，加工難度大。
穹頂全部為鋼結(jié)構(gòu)，弧形鋼梁放射性設(shè)計(jì)致使幕墻玻璃成梯形規(guī)格，玻璃尺寸由上至下逐層遞變。同時(shí)，考慮鋼結(jié)構(gòu)施工偏差，幕墻玻璃無法提前批量加工，必須在鋼構(gòu)件焊接完對每個(gè)位置的玻璃尺寸現(xiàn)場實(shí)量、定位編號，加工周期長。
1.3 幕墻玻璃吊裝難度大
本工程穹頂位于建筑物的中心位置，且幕墻玻璃單片面積最大的為5.3m2，施工時(shí)既要考慮汽車吊吊臂傾斜角度，又要保證玻璃本身不被損壞。同時(shí)，汽車吊無法覆蓋的區(qū)域還要由人工進(jìn)行二次倒運(yùn)。
1.4 穹頂打膠質(zhì)量要求高
五層屋面花園平臺位于穹頂以內(nèi)，雨水和積雪會完全淋灑在穹頂上，所以玻璃縫隙及遮陽鋁板打膠質(zhì)量要求高，任何一點(diǎn)質(zhì)量隱患都會造成穹頂漏水。
2 模擬仿真受力計(jì)算多。
本工程懸索預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)造型新穎獨(dú)特、受力復(fù)雜，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)的拼裝，到預(yù)應(yīng)力張拉完成以及最后支撐架的拆除，其間經(jīng)歷很多受力狀態(tài)，為了保證工程質(zhì)量能夠符合設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行大量的施工模擬計(jì)算。
3 工程量大，工期緊張
3.1 本工程穹頂豎向弧梁為放射形布置，需高空拼裝焊接，對接角度、位置確定困難，吊裝、定位、焊接完成一榀完整的豎向弧梁需要6個(gè)小時(shí)，24榀共需15天時(shí)間；支撐體系及吊裝焊接操作平臺構(gòu)造復(fù)雜，搭設(shè)困難，搭設(shè)架體至少需要15天時(shí)間，嚴(yán)重影響施工速度。
3.2 鋼桁架層標(biāo)高為13.05m，共有大小桁架梁112榀，從單榀重量從0.304t至9.691t不等，長度超過10m的鋼桁架梁，單段重量最大達(dá)到5.017t，需分成兩至三段運(yùn)送至進(jìn)場。桁架梁采用分段吊裝，起吊次數(shù)多，嚴(yán)重制約施工速度。
（三）虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用
1 空間張弦結(jié)構(gòu)施工仿真計(jì)算
施工過程會使結(jié)構(gòu)經(jīng)歷不同的初始幾何態(tài)和預(yù)應(yīng)力態(tài)，兩個(gè)狀態(tài)的分析理論和方法都不同的，加載方式、加載次序及加載量級都對結(jié)構(gòu)受力具有很大影響，因此，施工仿真計(jì)算是預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工方案中極其重要的工作。實(shí)際施工過程必須和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初衷吻合，施工中必須嚴(yán)格組織施工順序，確定加載、提升方式，準(zhǔn)確實(shí)施加載量、提升量等。施工仿真具體項(xiàng)目如下：
（1）驗(yàn)證張拉方案的可行性，確保張拉過程的安全；
（2）給出每張拉步鋼索張拉力的大小，為實(shí)際張拉時(shí)的張拉力值的確定提供理論依據(jù)；
（3）給出每張拉步結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)力分布，為張拉過程中變形及應(yīng)力監(jiān)測提供理論依據(jù)；
（4）根據(jù)計(jì)算出來的張拉力的大小，選擇合適的張拉機(jī)具、設(shè)備，并設(shè)計(jì)合理的張拉工裝；
（5）確定合理的張拉順序，具體張拉步驟如下所示：
第1步：結(jié)構(gòu)全部安裝完成后
第2步：第1批拉索張拉到設(shè)計(jì)初張力的30％
第3步：第2批拉索張拉到設(shè)計(jì)初張力的30％
第4步：第3批拉索張拉到設(shè)計(jì)初張力的30％
第5步：第4批拉索張拉到設(shè)計(jì)初張力的30％
第6步：第4批拉索張拉到設(shè)計(jì)初張力的70％
第7步：第3批拉索張拉到設(shè)計(jì)初張力的70％
第8步：第2批拉索張拉到設(shè)計(jì)初張力的70％
第9步：第1批拉索張拉到設(shè)計(jì)初張力的70％
第10步：支撐塔架拆除后
第11步：第1批拉索張拉到設(shè)計(jì)初張力的100％
第12步：第2批拉索張拉到設(shè)計(jì)初張力的100％
第13步：第3批拉索張拉到設(shè)計(jì)初張力的100％
第14步：第4批拉索張拉到設(shè)計(jì)初張力的100％
2 虛擬仿真優(yōu)化施工工序
方案經(jīng)優(yōu)化后，懸索預(yù)應(yīng)力平臺層與穹頂鋼構(gòu)兩大施工區(qū)域間，由原來的順序施工，改為平行立體穿插施工，大大縮短了E區(qū)鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵線路的總用時(shí)，大大縮短了工期。
我們運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，融合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體工業(yè)建筑技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)等高新技術(shù)，對懸索平臺層、屋面穹頂施工過程建立仿真模型，虛擬、對比原方案施工過程及優(yōu)化方案，利用計(jì)算機(jī)硬件、軟件及各種傳感器創(chuàng)造出一個(gè)四維空間虛擬環(huán)境， 使所需解決的問題得到清晰和直觀的認(rèn)識。
（四）實(shí)施效益
1全國組織干部學(xué)院E區(qū)鋼平臺懸索預(yù)應(yīng)力在實(shí)際施工過程中，通過詳實(shí)的理論計(jì)算和周密的施工部署，將困難考慮充分、問題解決在施工之前，最終施工質(zhì)量和裝修效果得到各方一致好評。平臺預(yù)應(yīng)力鋼索張拉檢測全部符合設(shè)計(jì)要求。
許繼中壓開關(guān)廠是許繼集團(tuán)根據(jù)“五年成為國內(nèi)一流，十年成為國際一流公司”的發(fā)展目標(biāo)，整合許繼中壓開關(guān)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)資源，新建立起來的全亞洲最大的中壓開關(guān)生產(chǎn)基地。目前已根據(jù)發(fā)展規(guī)劃設(shè)計(jì)好生產(chǎn)工藝線以及各區(qū)域的劃分，其中倉庫的設(shè)計(jì)通過“需求與供應(yīng)能力管理”理論的應(yīng)用得到了顯著優(yōu)化。
一、需求與供應(yīng)能力管理
需求管理是認(rèn)識和管理對產(chǎn)品的全部需求，并確保主生產(chǎn)計(jì)劃反映這些需求的功能。需求管理包括：預(yù)測、訂單錄入、訂單承諾、分庫需求、非獨(dú)立需求、廠際訂單及維修件需求等。在更廣泛的意義上，需求管理包括籌劃倉庫地址、從制造源到倉庫的替代運(yùn)輸方法、倉庫布局、物料搬運(yùn)與作業(yè)。供應(yīng)鏈理論發(fā)展到今天，需求鏈管理的理論出現(xiàn)了，需求鏈管理更是強(qiáng)調(diào)了需求在整個(gè)鏈條中的重要地位，提出了供應(yīng)能力必須與需求相匹配的要求。
需求與供應(yīng)能力的匹配管理，突出了需求的內(nèi)容，需求鏈所包含的與供應(yīng)鏈逆向的內(nèi)容和功能越來越多，國內(nèi)一些著名學(xué)者也在一致強(qiáng)調(diào)需求與供應(yīng)的對應(yīng)。企業(yè)是市場供需的平衡機(jī)體，其經(jīng)濟(jì)目的是實(shí)現(xiàn)開源節(jié)流，并要保持源流的有機(jī)平衡。那么供應(yīng)與需求鏈，則是一個(gè)雙向的信息、資金、物流的回路。供應(yīng)和需求所關(guān)注的要點(diǎn)也不相同，供應(yīng)鏈強(qiáng)調(diào)的是在既定／預(yù)定的需求下，如何更好地滿足需求，而需求鏈側(cè)重的是客戶需求的分析和需求信息的有效傳遞，如何將兩者很好地結(jié)合起來，即是需求與供應(yīng)能力的匹配管理。本文關(guān)注于中壓開關(guān)廠倉庫設(shè)計(jì)因素中倉儲流量與生產(chǎn)的匹配，其中包括物流設(shè)計(jì)、各類倉儲面積、吞吐量和收發(fā)頻率等。
二、需求介紹（以2009年為例）
1、倉儲空間需求
倉儲空間按照貨架總?cè)萘恳约暗孛娲鎯φ加玫目臻g折合成1000?鄢1200?鄢1000的托盤空間以及大型物料所需占用的地面面積計(jì)算而成。
2、吞吐量需求
三、原設(shè)計(jì)
中壓開關(guān)廠區(qū)內(nèi)倉儲物流原規(guī)劃為三個(gè)單位各設(shè)重型立體貨架式的倉庫，庫房總面積3240平方米（不含一樓辦公場地），計(jì)劃設(shè)置1000 1200 1000托盤貨位4704個(gè)。位置設(shè)在廠區(qū)東端南排第2―4跨，東數(shù)1―5間隔并列布局（如圖1所示）。
四、設(shè)計(jì)的改進(jìn)
1、需求與供應(yīng)能力分析
2、原設(shè)計(jì)的不足之處
第一，無地面存儲空間，造成大型物料無法存放，需在生產(chǎn)區(qū)域另外劃分位置進(jìn)行擺放。
第二，要滿足未來三年吞吐量的需求，需再購買叉車來補(bǔ)充吞吐量，但叉車的使用成本以及帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)較高，且倉庫的通道設(shè)計(jì)僅能滿足三輛叉車的投運(yùn)。
3、二次設(shè)計(jì)（方案二）
為充分利用廠房高度，進(jìn)而實(shí)施綜合立體倉庫的建設(shè)，經(jīng)研究進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，取消原第二跨延長第三跨的方式，調(diào)整了庫房規(guī)劃（如圖2所示）。
在庫房總占地面積不變的情況下，在第三跨加長的巷道上建巷道式立體倉庫，設(shè)計(jì)5個(gè)巷道、10列貨架，貨架高8層，1000?鄢1200?鄢1000托盤貨位4200個(gè)。堆垛機(jī)立體貨架旁邊可擺放重型立體貨架609個(gè)貨位（1000?鄢1200?鄢1000），同時(shí)留有近600平方米的地面區(qū)域?yàn)橹匦臀锛娣艆^(qū)域（如圖3所示）。
4、第二次設(shè)計(jì)的需求與供應(yīng)能力分析（如表5所示）
5、方案二的不足之處
第一，地面存儲空間較原方案顯著增加，為大型物料提供了900平的存放計(jì)劃，但仍需在生產(chǎn)區(qū)域另外劃分約300平面積進(jìn)行擺放。
第二，貨架存放量超出需求30%，意味著近四分之一的貨位閑置。
第三，雖然滿足了未來三年吞吐量的需求，但超出需求量67%，造成大量供應(yīng)能力的閑置和浪費(fèi)。
6、第三次優(yōu)化設(shè)計(jì)――需求與供應(yīng)能力管理的應(yīng)用
結(jié)合需求與供應(yīng)能力管理理論，在滿足需求的前提下，創(chuàng)造具有調(diào)整功能的供應(yīng)能力，盡可能減少因超量供應(yīng)造成的浪費(fèi)，并創(chuàng)造可調(diào)整的供應(yīng)能力。我們將方案二中的堆垛式立體倉庫的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化。
將5個(gè)巷道、10列貨架、5個(gè)堆垛機(jī)調(diào)整為4個(gè)巷道、8列貨架、3個(gè)堆垛機(jī)（彎軌設(shè)計(jì)，1個(gè)堆垛機(jī)可對4列貨架進(jìn)行操作），1000?鄢1200?鄢1000托盤貨位3200個(gè)。堆垛機(jī)立體貨架旁邊可擺放德利施爾原倉庫使用的重型立體貨架609個(gè)托盤貨位，同時(shí)留有近860平方米的地面區(qū)域?yàn)橹匦臀锛娣艆^(qū)域（具體細(xì)節(jié)如圖4所示）。
7、第三次設(shè)計(jì)的需求與供應(yīng)能力分析
8、結(jié)論
第一，方案三的需求與供應(yīng)能力基本匹配，能保證中壓開關(guān)廠未來三年的發(fā)展需要。
第二，方案三通過調(diào)整堆垛機(jī)的數(shù)量，不僅減少了設(shè)備投入的成本，也為日后中壓開關(guān)廠跨越發(fā)展留有擴(kuò)展空間，如3臺堆垛機(jī)無法滿足，可將彎軌改成直軌，增加堆垛機(jī)的數(shù)量，從而提高吞吐能力。
五、需求與供應(yīng)能力管理應(yīng)用前后各方案的對比
1、庫容面積
綜合立體庫（方案三）可以充分利用廠房的立體空間，不僅提高了物流倉儲收發(fā)存的自動化程度，同時(shí)在保證滿足生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上優(yōu)化了存儲結(jié)構(gòu)，適當(dāng)減少了貨架數(shù)量，增加了860平方米的地面存放區(qū)域，解決了特種大件物料的存放問題，也為生產(chǎn)經(jīng)營的后續(xù)發(fā)展在倉儲方面爭取到了相應(yīng)的空間儲備（預(yù)留兩列貨道，可再建堆垛機(jī)式立體貨位800個(gè)）。
2、倉庫流量
立體貨架式方案能滿足目前日常生產(chǎn)配套物資節(jié)拍流量的需求，但對生產(chǎn)突發(fā)期的配套需求較為吃力，更無法滿足三年發(fā)展需要，其流量的不足只能通過再增加叉車設(shè)備來彌補(bǔ)。考慮電氣城整體物流配套規(guī)劃（通用物資集中采購配套管理），日流量將增加到574―860托盤需求量，原方案無法滿足生產(chǎn)拍節(jié)流量的需求，綜合立體庫（方案三）供應(yīng)能力能保證每天出750個(gè)托盤數(shù)量，可以保障未來生產(chǎn)發(fā)展的需要。
關(guān)鍵詞：獨(dú)塔斜拉橋；跨徑布置；優(yōu)化分析； 受力性能；
Abstract: taking the huaihe river in anhui province under the five new bengbu highway (xuzhou to bright light the highway) bridge as the background, the span to be optimized arrangement proposes five different project. For each scheme adopts the space finite element software are calculated. The different scheme in the overall structure of the influence on the performance of the force, and the advantages and disadvantages of each method; A comparative study of each scheme structural deformation, stress, and the component cable force state, etc. Comprehensive site construction condition, at this stage of the overall construction engineering plan and other factors, put forward the most reasonable arrangement for bridge spans.
Keywords: a single pylon cable-stayed bridge; Span decorate; Optimization analysis; Force performance;
中圖分類號：U442.5文獻(xiàn)編識碼：A
0引言
隨著交通事業(yè)的大發(fā)展，我國的橋梁建設(shè)已達(dá)到一個(gè)高峰。各種橋梁結(jié)構(gòu)形式均已有了較大的發(fā)展，尤其是斜拉橋在近年的橋梁建設(shè)中更是備受工程師青睞。斜拉橋是一種由索、梁、塔組成的纜索承重橋梁體系。斜拉橋由橋面系承擔(dān)自重和外荷載，通過斜拉索將荷載傳遞至橋塔，再由橋塔傳遞至基礎(chǔ)。主梁一般處于壓彎狀態(tài)，拉索處于受拉狀態(tài)，主塔處于受壓狀態(tài)。斜拉橋?yàn)楦叽纬o定結(jié)構(gòu)，橋跨的布置對結(jié)構(gòu)體系的總體受力影響極大，因此跨徑的合理布置對斜拉橋的設(shè)計(jì)十分重要。
一般斜拉橋的橋塔由于受到索塔錨固區(qū)的影響其結(jié)構(gòu)尺寸較大，對于跨徑較小的斜拉橋橋塔往往是結(jié)構(gòu)美學(xué)設(shè)計(jì)的控制要點(diǎn)。對于跨徑不大的斜拉橋，橋塔一般較矮，當(dāng)?shù)桶臉蛩孛孢^大時(shí)便顯得十分笨拙，缺乏美感。本文的背景橋梁通過采用一種新的索塔錨固方式有效的降低了橋塔截面尺寸，使得橋塔挺拔優(yōu)美，成為當(dāng)?shù)匾粋€(gè)新地標(biāo)性建筑。因此本橋的橋塔剛度較一般斜拉橋橋塔的剛度小很大，更像是一根柱子，該體系被設(shè)計(jì)者稱之為柱、索、梁組合體系斜拉橋，結(jié)構(gòu)體系的受力也與常見斜拉橋略有差別。有必要對其合理跨徑展開研究。
1背景工程
1.1背景工程簡介
本橋?yàn)樾熘葜撩鞴飧咚俟房缭桨不帐“霾菏形搴涌h淮河的主橋，采用柱式獨(dú)塔空間雙索面混合梁斜拉橋，支撐方式為塔梁固結(jié)體系，跨徑布置為246+125m，分別跨越淮河主通航區(qū)域和淮河南大堤。橋梁總體布置圖如圖1所示。
圖1橋梁總體布置（單位：cm）
拉索為扇形空間雙索面，通過鞍座單向錨于上塔柱。全橋共32對拉索，支承著中跨鋼箱梁段和邊跨混凝土梁段，主跨拉索縱向布置為14m，邊跨拉索縱向布置為7m，拉索均錨固在箱梁外側(cè)腹板處，錨固方式為錨拉板式錨固。主梁采用鋼混組合梁結(jié)構(gòu)，邊跨為預(yù)應(yīng)力混凝土主梁，采用體外預(yù)應(yīng)力方案；主跨采用鋼箱梁方案，鋼混結(jié)合段設(shè)置在主跨第一對拉索和第二隊(duì)拉索之間。邊跨與中跨均采用分離式雙主梁結(jié)構(gòu)，兩高均為3.2m。主橋按高速公路標(biāo)準(zhǔn)在每個(gè)方向設(shè)計(jì)有兩個(gè)3.75m車道及一個(gè)3.5m路肩。橋下凈高超過10m，凈寬超過現(xiàn)有航道規(guī)定的150m標(biāo)準(zhǔn)。
圖2邊跨主梁斷面（單位：cm）
圖3主跨主梁斷面（單位：cm）
1.2問題的提出
背景橋梁在施工圖設(shè)計(jì)中選取的邊中跨之比為0.508。邊跨跨越淮河大堤，過渡墩為陸上基礎(chǔ)；中跨跨越主航道，過渡墩為深水基礎(chǔ)。在施工圖優(yōu)化設(shè)計(jì)階段為了減小一個(gè)水中基礎(chǔ)，降低工程造價(jià)。現(xiàn)對主跨側(cè)取消一孔引橋（一孔引橋?yàn)?0m），主橋主跨側(cè)跨徑增加40m的方案進(jìn)行研究。由于在優(yōu)化階段邊跨與主橋基礎(chǔ)均已開始施工，因此本次方案優(yōu)化的過程中要求盡量保持主橋以外原結(jié)構(gòu)不改變。
2優(yōu)化方案介紹
2.1有限元模型介紹
結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析采用商業(yè)有限元軟件MIDAS CIVIL，利用空間桿系單元完成。主梁和主塔采用空間梁單元模擬，拉索采用索單元模擬。有限元模型如圖4所示。
圖4結(jié)構(gòu)有限元模型示意圖
同時(shí)為了準(zhǔn)確模擬橋梁結(jié)構(gòu)的空間受力特性，在結(jié)構(gòu)計(jì)算分析中，邊跨混凝土主梁的預(yù)應(yīng)力線形均按照其實(shí)際的豎彎數(shù)據(jù)和平彎數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
圖5邊跨預(yù)應(yīng)力示意圖
在結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的過程模擬了實(shí)際施工工序。該橋邊跨混凝土分段之間澆筑，中跨測鋼梁采用懸臂拼裝方案施工。在主梁拼裝完成后拆除支架，進(jìn)行最后一輪調(diào)索，最后施工鋪裝成橋。
2.2主要計(jì)算方案
本次跨徑布置優(yōu)化分析中主要分析了五種方案，這五種方案均為主跨側(cè)主梁增加40m，但拉索的布置方案個(gè)不行同。各方案的具體情況如下所示。
方案一：主跨箱梁增加40m，邊跨跨徑及拉索布置均不改變，對調(diào)整后的方案重新進(jìn)行調(diào)整索計(jì)算，并對邊跨施加壓重，壓重的總重為10830kN（和增加的40m鋼梁的重量相近），壓重的范圍為邊跨靠近支座的11.4m。
方案二：主跨箱梁增加40m，邊跨跨徑不變。主跨側(cè)拉索的布置進(jìn)行調(diào)整。對主跨側(cè)尾部三對拉索的索距進(jìn)行了調(diào)整，斜拉索的索距由14m調(diào)整為17.5m。調(diào)整后的拉索布置為12×14+3×17.5m。同時(shí)對邊跨施加壓重，壓重方式于方案一相同。
方案三：主跨箱梁增加40m，邊跨跨徑不變。主跨測拉索布置進(jìn)行調(diào)整，將主跨側(cè)的拉索索距由原來的14m調(diào)整為16.5m。邊跨斜拉索布置不改變，同時(shí)對邊跨施加壓重，壓重方式于方案一相同。
方案四：主跨箱梁增加40m，邊跨跨徑不變。主跨測拉索布置進(jìn)行調(diào)整，主跨的索距由原設(shè)計(jì)調(diào)整為16m，最后兩對索的間距調(diào)整為3.5m。調(diào)整后主跨索距為15×16m，邊跨索距為13×7.5+2×3.5m。同時(shí)對邊跨施加壓重，壓重方式于方案一相同。
方案五：主跨箱梁增加40m，邊跨跨徑不變。主跨測拉索布置進(jìn)行調(diào)整，主跨的索距由原設(shè)計(jì)調(diào)整為16m，最后兩對索的間距調(diào)整為3.5m。調(diào)整后主跨索距為15×16m，邊跨索距為13×7.5+2×3.5m，并將尾部兩對拉索采用地錨。同時(shí)對邊跨施加壓重，壓重方式于方案一相同。
3結(jié)構(gòu)受力性能分析
3.1結(jié)構(gòu)位移分析
由于斜拉橋在恒載作用下一般可通過設(shè)置預(yù)拱度進(jìn)行消除，在《公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則》中也沒有對恒載下結(jié)構(gòu)的變形沒有明確規(guī)定。因此在本次研究中主要關(guān)注在汽車荷載作用下結(jié)構(gòu)的變形。
圖6汽車荷載作用下模型一主梁變形圖（單位：mm）
在汽車荷載作用下模型一主跨主梁豎向位移如圖6所示，其他各模型在汽車荷載作用下中跨主梁位移值如表1所示。經(jīng)計(jì)算可知各方案在汽車荷載作用下主梁的豎向位移均大于570mm，塔頂水平位移均大于155mm（見表2）。這是由邊跨的拉索無法較好的限制塔柱的水平位移，使得結(jié)構(gòu)變形較大，通過不同拉索布置方案的調(diào)整能夠?qū)χ髁旱淖冃斡幸欢ǖ母纳疲捎诮Y(jié)構(gòu)體系總體剛度較小，只調(diào)整拉索的布置無法有效的降低結(jié)構(gòu)主梁豎向位移。在汽車荷載作用下主梁的變形較大，不利于主梁橋面鋪裝的耐久性，同時(shí)對結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的疲勞性能也有較大的影響。
表6汽車荷載作用下主梁中跨變形 （mm）
方案一 方案二 方案三 方案四 方案五
578 587 641 609 579
表7汽車荷載作用下主塔水平變形 （mm）
方案一 方案二 方案三 方案四 方案五
196 198 186 171 155
3.2主梁應(yīng)力分析
隨著主跨跨徑的增加，主跨側(cè)的荷載明顯增加，而邊跨側(cè)的荷載不變，因此主塔在荷載作用下會向中跨側(cè)產(chǎn)生較大的水平位移，如3.1節(jié)所述。橋塔的變?yōu)闀疬吙鐐?cè)拉索索力的被動增加，使得邊跨混凝土主梁出現(xiàn)上拱現(xiàn)象，在混凝土上緣產(chǎn)生拉應(yīng)力效應(yīng)。在各方案比選中，通過調(diào)索消除邊跨混凝土的拉應(yīng)力，這也是本次分析中的調(diào)索原則。中跨鋼梁在跨中和邊支點(diǎn)附近處于上緣受壓，下緣受拉的壓彎狀態(tài)。由于拉索對主梁提供的支撐較弱使得主梁變形較大，主梁承擔(dān)荷載的比例較原方案增加很多，因此主梁應(yīng)力較大。
圖7荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合下主梁下緣應(yīng)力圖（單位：MPa）
圖7不同方案鋼梁應(yīng)力圖（單位：MPa）
不同方案下主跨鋼箱梁下緣拉應(yīng)力和上緣應(yīng)力圖如圖7所示。鋼梁的應(yīng)力可以通過調(diào)整拉索的布置方式進(jìn)行改善。當(dāng)無索區(qū)與有索區(qū)之比大于0.212時(shí)，無索區(qū)由于缺少拉索的支撐效應(yīng)，應(yīng)力過大，最大拉應(yīng)力可達(dá)282MPa。通過前三種方案的比較可知縮短無索區(qū)的長度可以有效的改善鋼梁的受力性能。通過后三種方案的比較可知，提高邊跨剛度，限制橋塔的水平位移也可以改善鋼梁的受力狀態(tài)。這是因?yàn)闇p小橋塔的水平位移可以改變主梁和拉索的荷載分配關(guān)系，當(dāng)結(jié)構(gòu)的變位越小則主梁承擔(dān)的荷載就越小。經(jīng)過計(jì)算分析可知后三種方案均可滿足主梁的受力要求。
3.3主塔應(yīng)力分析
隨著跨徑的增加主塔所承受的荷載也有所增大。由于主跨單側(cè)跨徑增大，而且邊跨剛度較小，使得橋塔承受的彎矩增加較大，呈壓彎受力狀態(tài)。主跨側(cè)的壓應(yīng)力遠(yuǎn)大于邊跨側(cè)壓應(yīng)力；在荷載短期效應(yīng)組合下各方案的橋塔截面均可滿足抗裂性要求。通過不同方案的計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，隨著拉索布置的調(diào)整和邊跨尾索剛度的增加，這種彎曲效應(yīng)有所減弱。后兩種方案橋塔的受力更合理。各方案在荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合下橋塔的最大壓應(yīng)力如表2所示。
表2荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合下橋塔最大壓應(yīng)力 （MPa）
方案一 方案二 方案三 方案四 方案五
18.6 17.9 17.7 14.9 14.8
3.4拉索索力分析
各模型調(diào)索的原則是使得邊跨混凝土梁的受力滿足要求的條件下降低中跨鋼梁的應(yīng)力。跨徑的增加會增大主跨的索力，當(dāng)邊跨的控制張拉索力不調(diào)整時(shí)，在荷載作用下橋塔會產(chǎn)生很大的水平位移，使得邊跨索力被動增加。為了限制橋塔的水平位移和鋼梁的豎向位移，采用主動提高邊跨拉索的控制張拉應(yīng)力以平衡中跨側(cè)索力增量的方案進(jìn)行調(diào)索。前兩種方案拉索索力與原設(shè)計(jì)相比所要增加的量值較小。第三種方案拉索索力需要在原設(shè)計(jì)索力的基礎(chǔ)上提高約20%，各拉索的型號均需要進(jìn)行調(diào)整。最后兩種方案的邊跨側(cè)3對尾索需要采用型號較大的拉索，索力需要在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上提高25%～35%。但隨著拉索索力的增大，鞍座結(jié)構(gòu)尺寸也會加大，會對索塔錨固區(qū)的設(shè)計(jì)提出新的空間要求。
4結(jié)論
當(dāng)主跨跨徑增加40m后，邊跨與主跨的跨進(jìn)比值達(dá)到了1：2.28，一般獨(dú)塔雙跨斜拉橋的邊跨與主跨跨徑比不小于1:2，調(diào)整后的跨徑布置已超出了常見跨徑的范圍。在荷載作用下主跨側(cè)荷載對主塔位置的彎矩效應(yīng)大于邊跨側(cè)荷載產(chǎn)生的彎矩效應(yīng)。結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)是，主跨側(cè)主梁將產(chǎn)生向下的位移，并通過拉索的索力帶動橋塔下主跨側(cè)變位，橋塔的變位將會引起邊跨側(cè)拉索索力的增加，從而帶動了邊跨側(cè)主梁產(chǎn)生向上的位移。
幾種不同方案的分析比較表明，通過拉索布置方式的調(diào)整能夠在一定程度上改善結(jié)構(gòu)的受力性能，但由于體系整體剛度較小，結(jié)構(gòu)的總體變形較大。后三種方案都能滿足結(jié)構(gòu)總體受力性能的要求。其中后兩種方案結(jié)構(gòu)的受力更加合理，但方案五會引起工程造價(jià)的大幅增加，因此方案四位最優(yōu)方案。
但是，調(diào)整后結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的安全儲備較低，且結(jié)構(gòu)總體剛度較小，變形較大，不利于結(jié)構(gòu)的耐久性。同時(shí)考慮到優(yōu)化方案需要對原施工圖做出大幅修改，會對橋梁的建設(shè)周期產(chǎn)生較大的影響。綜合多方便因素考慮，最后采用維持原施工圖方案進(jìn)行施工。
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摘要：本文以某工業(yè)廠房為研究背景，利用計(jì)算流體力學(xué)軟件模擬該不同空調(diào)送風(fēng)方案，并比較不同方案的空調(diào)送風(fēng)效果。通過模擬結(jié)果表明，優(yōu)化后方案空調(diào)送風(fēng)溫度分布均勻，速度合理，并且滿足設(shè)計(jì)要求，從而為暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：大空間氣流組織廠房建筑
前言
工業(yè)廠房屬大空間建筑具有以下特點(diǎn)：
1）廠房空間高大，高度高設(shè)備多，發(fā)熱量大；
2）廠房內(nèi)空調(diào)一般只要求人們活動區(qū)，即滿足1.5-2米高范圍內(nèi)滿足人員舒適要求；
3）廠房內(nèi)垂直和水平溫度分布較難控制，容易造成室內(nèi)溫度分布不均勻現(xiàn)象。
由于廠房的上述特點(diǎn)，在空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)往往很難達(dá)到預(yù)期效果，如果方案不合理會導(dǎo)致建筑能耗高，同時(shí)空調(diào)效果差。目前，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)設(shè)計(jì)，可快速通過模擬結(jié)果驗(yàn)證空調(diào)方案的合理性。因此，本文通過計(jì)算流體力學(xué)軟件，模擬某工業(yè)廠房不同空調(diào)方案指導(dǎo)設(shè)計(jì)。
常見的氣流組織方式：
1 側(cè)送風(fēng)方式
側(cè)送風(fēng)方式是廠房常用的最廣泛的一種空調(diào)送風(fēng)方式，其中采用噴口送風(fēng)方式最為常見。
2 上送風(fēng)方式
上送風(fēng)方式是指將送風(fēng)口安裝在廠房頂棚，回風(fēng)口設(shè)在周邊側(cè)墻或頂棚。由于廠房空間高大，使用的風(fēng)口主要有噴口和旋流風(fēng)口旋流風(fēng)口具有風(fēng)量大、送風(fēng)深度廣、噪音低、送風(fēng)流型可調(diào)、人員區(qū)風(fēng)速易控制、阻力特性穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此，廣泛應(yīng)用于廠房。
另一方面，從使用效果講，上送風(fēng)方式是比較好的，它能將處理好的空氣均勻送到各個(gè)部位，以滿足不同區(qū)域所需的空調(diào)參數(shù)。但也有一定缺點(diǎn)，將懸浮于上部的熱和污濁空氣帶入人員去，比其他方式更耗費(fèi)能源。
3 下送風(fēng)方式
下送風(fēng)方式是指將送分口安裝在地面上，直接向室內(nèi)人員送風(fēng)，回風(fēng)口設(shè)在頂棚或側(cè)墻上部。其優(yōu)點(diǎn)是：空氣直接送至人員區(qū)，空氣品質(zhì)好，避免了將燈光和屋面負(fù)荷的對流部分帶入空調(diào)區(qū)域，減少了設(shè)計(jì)負(fù)荷和空間設(shè)備，節(jié)省了能耗；人員區(qū)溫度和速度場均勻，舒適感強(qiáng)。其缺點(diǎn)是：風(fēng)口數(shù)量多，地下管道布置較為困難；室內(nèi)清潔工作較難處理；風(fēng)口占用地面面積。
1 模擬工況
廠房一
工況1： 送風(fēng)為高位噴口（30°向下），回風(fēng)為高位百葉下回風(fēng)
工況2： 送風(fēng)為高位噴口（30°向下）+低位置換送風(fēng)，回風(fēng)為高位百葉下回風(fēng)。
廠房二
工況1：送風(fēng)為高位噴口（30°向下）+低位置換風(fēng)口（地標(biāo)高1m），回風(fēng)為高
工況2： 送風(fēng)為高位噴口（30°向下）+低位置換風(fēng)口（地標(biāo)高1m），回風(fēng)為低位百葉側(cè)回風(fēng)。
2 數(shù)學(xué)模型
目前采用比較多的模型是RANS模型，而在RANS模型中，應(yīng)用最多的是兩方程模型。包括，標(biāo)準(zhǔn)k-ε兩方程、RNGk-ε兩方程模型，Realizablek-ε兩方程模型。其中標(biāo)準(zhǔn)兩方程模型在工程應(yīng)用中最為廣泛。因此，本文采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε兩方程模型。由溫差引起的密度變化可以用Boussinesq近似來表示浮力項(xiàng)。
對于壁面區(qū)域處理，通常情況有兩種方法，其中“壁面方程”采用半經(jīng)驗(yàn)公式，“壁面方程”的運(yùn)用能很好地修正湍流模型，從而解決壁面的存在對流動的影響。另一種是湍流模型被修正，從而使壁面處受到粘性理影響的區(qū)域也能用網(wǎng)格劃分來解決，這種方式被成為“近壁面模型”。本文壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法。
3 物理模型
模型選取以及簡化過程，應(yīng)在不影響結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下以消耗最小計(jì)算時(shí)間的原則進(jìn)行簡化。
4 邊界條件
外墻內(nèi)表面和內(nèi)墻內(nèi)表面按第一類邊界條件，即給定溫度，分別設(shè)置為30℃和24℃；屋頂由于考慮太陽輻射及燈光負(fù)荷的影響，給定綜合計(jì)算溫度40℃。設(shè)備負(fù)荷按照15W/m均勻分布在地面；噴口及置換通風(fēng)條件具體見表3。
表3 風(fēng)口邊界條件
5 模擬結(jié)果
5.1 廠房一模擬結(jié)果
圖3方案一1.5高溫度分布（℃） 圖4方案二1.5高溫度分布（m/s）
比較方案一和方案二，從圖中可以看出，方案一中噴口送風(fēng)無法達(dá)到廠房中部，方案二增加了低位置換送風(fēng)，使得在1.5米高溫度和速度分布都有所改善，分布更均勻，有利于廠房內(nèi)工作條件。
5.2 廠房二模擬結(jié)果
圖7方案一1.5高溫度分布（℃）圖8方案一1.5高速度分布（m/s）
從圖中可以看出，方案一中，1.5米高溫度分布在均高于33度，方案二中，排風(fēng)口位于底部，由于底部排風(fēng)口負(fù)壓的作用，送風(fēng)氣流可達(dá)到底部，廠房內(nèi)溫度分布均低于29度，局部可達(dá)28度，送風(fēng)速度明顯更均勻。因此，本廠房采用優(yōu)化后方案設(shè)計(jì)。
6 結(jié)論
關(guān)鍵詞：KVM；顯卡；虛擬化；直傳
DOIDOI：10.11907/rjdk.162148
中圖分類號：TP319
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16727800（2016）010014202
0引言
隨著虛擬化技術(shù)的發(fā)展，桌面虛擬化方案已經(jīng)在X86硬件架構(gòu)上取得了顯著成果，并且逐漸成為當(dāng)前云計(jì)算發(fā)展和研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向，在并行計(jì)算、大數(shù)據(jù)存儲、虛擬云桌面方面得到了廣泛應(yīng)用[1]。
虛擬化技術(shù)針對底層硬件資源實(shí)現(xiàn)資源的虛擬、共享和隔離，具有安全性高和對上層用戶透明的特性。目前，虛擬化技術(shù)在視頻顯卡訪問方面還面臨很大挑戰(zhàn)，很多研究人員采用基于遠(yuǎn)程應(yīng)用編程接口的方法開發(fā)出針對視頻顯卡的虛擬化框架，從而實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)對于顯卡的訪問，但是這種方法在應(yīng)用中需要虛擬機(jī)與宿主機(jī)之間進(jìn)行大量的圖像數(shù)據(jù)傳輸，嚴(yán)重影響了物理顯卡使用性能。如何通過改進(jìn)和優(yōu)化虛擬化方案提升虛擬機(jī)內(nèi)部訪問硬件顯卡的性能是本文研究的重點(diǎn)[2]。
本文針對視頻顯卡在虛擬化環(huán)境中的應(yīng)用需求和存在的問題，從圖像數(shù)據(jù)傳輸量和傳輸機(jī)制方面入手，提出一種基于KVM虛擬化的顯卡直傳技術(shù)，解決虛擬機(jī)共享物理顯卡的性能問題。
1KVM虛擬機(jī)技術(shù)概述
KVM全稱是Kernel Virtual Machine，即基于內(nèi)核的虛擬機(jī)，是一個(gè)開源的虛擬化模塊。KVM是由以色列的名為Qumran的開源組織提出的基于硬件虛擬化的實(shí)現(xiàn)方案。KVM虛擬化方案包括內(nèi)核模塊和處理器模塊兩個(gè)部分。其中，內(nèi)核模塊由kvm.ko文件來提供核心的虛擬化實(shí)現(xiàn)；處理器模塊由kvm-intel.ko和kvm-amd.ko文件分別提供對Intel處理器和AMD處理器的虛擬化技術(shù)支持。Linux內(nèi)核通過加載KVM模塊成為VMM即虛擬機(jī)監(jiān)控器，而KVM模塊借助Linux內(nèi)核完成程序的調(diào)度、內(nèi)存管理等。
1.1KVM虛擬化實(shí)現(xiàn)
KVM虛擬化技術(shù)作為VMM的實(shí)現(xiàn)方案，有兩種模式：Kernel模式和User模式，分別對應(yīng)VMX模式下的特權(quán)級0和特權(quán)級3。Kernel模式下運(yùn)行的是KVM內(nèi)核模塊，User模式下運(yùn)行的是QEMU模塊。而KVM虛擬機(jī)運(yùn)行在VMX的非根模式即Guest模式。KVM虛擬化技術(shù)的工作模式如圖1所示。
利用硬件虛擬化VT-x技術(shù)，KVM為每一臺虛擬機(jī)分配多個(gè)vCPU即虛擬處理器，其中一個(gè)vCPU對應(yīng)QEMU的一個(gè)線程，KVM虛擬機(jī)的生命周期主要是vCPU的創(chuàng)建、初始化、運(yùn)行以及推出處理，這些都是在QEMU的上下文環(huán)境中完成的，需要KVM的Kernel、User和Guest三種模式配合實(shí)現(xiàn)，Kernel模式與User模式之間以系統(tǒng)調(diào)用ioctl的方式進(jìn)行交互和通信，而內(nèi)核模塊與虛擬機(jī)內(nèi)部進(jìn)程之間通過VM Entry和VM Exit指令操作完成切換[34]。
1.2KVM虛擬化的特點(diǎn)
作為基于Linux內(nèi)核的全虛擬化解決方案，不同于半虛擬化方案，KVM能夠提供基于X86架構(gòu)的完整硬件平臺，包括處理器、硬盤、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)適配器以及設(shè)備等，同時(shí)虛擬機(jī)操作系統(tǒng)不需要作任何的修改便可運(yùn)行X86平臺上的應(yīng)用軟件。因此KVM虛擬化技術(shù)的主要優(yōu)勢有：①KVM是開源的虛擬化解決方案，虛擬機(jī)開發(fā)成本低；②KVM模塊整合在Linux系統(tǒng)內(nèi)核中，可以兼容內(nèi)核中的硬件驅(qū)動；③KVM具有優(yōu)良的系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性[56]。
2虛擬化中的顯卡直傳技術(shù)
KVM虛擬化實(shí)現(xiàn)架構(gòu)中，虛擬機(jī)需要訪問QEMU模擬仿真出來的設(shè)備，而這個(gè)處理過程需要通過虛擬化中間層傳遞和處理，才能將真實(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送給物理硬件設(shè)備來處理。對于低速設(shè)備來說，這種實(shí)現(xiàn)方案能夠滿足其數(shù)據(jù)傳輸和處理的要求的，但是對于顯卡虛擬化來說，對于性能要求極為嚴(yán)格，因此本文采用顯卡直傳方式將物理顯卡地址直接、隔離地分配給每一臺虛擬機(jī)獨(dú)占式訪問，虛擬機(jī)內(nèi)部操作系統(tǒng)可以直接驅(qū)動底層物理顯卡，進(jìn)行內(nèi)存映射輸入輸出訪問或者直接內(nèi)存訪問操作。圖2為顯卡直傳處理與QEMU模擬仿真顯卡實(shí)現(xiàn)架構(gòu)對比，可以看出，直傳技術(shù)能夠滿足虛擬機(jī)調(diào)用物理顯卡驅(qū)動實(shí)現(xiàn)圖像顯示，最大化發(fā)揮顯卡性能。
2.1顯卡直傳技術(shù)原理
KVM虛擬機(jī)要實(shí)現(xiàn)PCI設(shè)備直傳，需要考慮以下問題：
①如何對PCI設(shè)備的配置空間進(jìn)行映射；
②如何映射PCI設(shè)備的內(nèi)存和I/O資源；
③如何實(shí)現(xiàn)PCI設(shè)備中斷請求的映射；
④如何實(shí)現(xiàn)設(shè)備的直接內(nèi)存訪問。
KVM虛擬化方案可以通過軟件映射機(jī)制很好地實(shí)現(xiàn)PCI設(shè)備的前3個(gè)問題，而對于物理顯卡的DMA操作，由于DMA本身的技術(shù)機(jī)制，KVM虛擬化難以用軟件實(shí)現(xiàn)。
DMA可以實(shí)現(xiàn)外設(shè)與系統(tǒng)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，外設(shè)繞過中央處理器對內(nèi)存進(jìn)行直接內(nèi)存讀寫訪問，傳輸前申請一個(gè)能夠被DMA訪問的地址空間，然后發(fā)送傳輸指令進(jìn)行DMA操作。DMA的傳輸機(jī)制對于物理機(jī)來說是可行的，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)會為驅(qū)動分配一段獨(dú)立的地址空間，但是在KVM虛擬化環(huán)境中，采用影子頁表實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)物理地址到宿主機(jī)物理地址的映射，驅(qū)動申請獲取的地址不是宿主機(jī)的物理地址，這樣DMA操作必然會引發(fā)系統(tǒng)崩潰。
利用硬件輔助虛擬化技術(shù)，比如Intel的VT-d和AMD的IOMMU技術(shù)來實(shí)現(xiàn)DMA操作在KVM虛擬化中的運(yùn)用，借助北橋中內(nèi)置的DMA虛擬化和IRQ虛擬化硬件來維護(hù)一張DMA重映射表，當(dāng)外設(shè)需要進(jìn)行DMA操作時(shí)，查詢DMA重映射表，映射成虛擬機(jī)物理地址對應(yīng)的宿主機(jī)真實(shí)物理地址，從而實(shí)現(xiàn)DMA虛擬化。
2.2顯卡直傳技術(shù)實(shí)現(xiàn)
KVM虛擬機(jī)直接訪問物理顯卡前，需要通過QEMU注冊一個(gè)pci-assign的特殊qdev虛擬設(shè)備。這類虛擬設(shè)備專門用來進(jìn)行PCI設(shè)備直接訪問，這里將顯卡注冊為pci-assign虛擬設(shè)備，在虛擬機(jī)內(nèi)部所有對此類設(shè)備的MMIO訪問都會被映射到真實(shí)物理設(shè)備上，當(dāng)KVM啟動時(shí)，將顯卡的BDF號作為參數(shù)傳遞給KVM，完成顯卡設(shè)備到虛擬機(jī)的注冊。
要實(shí)現(xiàn)物理顯卡的直傳需要將顯卡掛接到獨(dú)立的PCI總線上，而QEMU默認(rèn)只虛擬一根PCI總線。這根總線上掛接有網(wǎng)卡、硬盤、CD-ROM驅(qū)動器等設(shè)備。為保證顯卡獨(dú)占式使用PCI總線，修改QEMU源碼，在初始化虛擬機(jī)系統(tǒng)總線是，注冊2個(gè)QEMU虛擬PCI橋設(shè)備，即總線1和2，然后修改顯卡設(shè)備的實(shí)現(xiàn)，直接將顯卡的BDF 號注冊到總線上，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)內(nèi)部顯卡驅(qū)動直接訪問物理顯卡的目的。
實(shí)現(xiàn)顯卡直傳的關(guān)鍵是將宿主機(jī)的預(yù)留內(nèi)存和輸入輸出地址空間映射到虛擬機(jī)對應(yīng)的地址空間中，利用Linux系統(tǒng)中的設(shè)備文件/dev/men，在QEMU為虛擬機(jī)分配完內(nèi)存后，將宿主機(jī)特殊的預(yù)留內(nèi)存使用mmap方法直接映射到虛擬機(jī)的內(nèi)存空間偏移處，而輸入輸出端口地址空間的映射，通過注冊I/O讀寫函數(shù)，函數(shù)向宿主機(jī)的I/O端口發(fā)送讀寫操作的指令。
3結(jié)語
本文介紹了虛擬化技術(shù)在視頻顯卡應(yīng)用方面的現(xiàn)狀，當(dāng)前主要采用遠(yuǎn)程調(diào)用編程接口的方式實(shí)現(xiàn)對物理顯卡的訪問，但是由于需要虛擬化中間層的傳遞嚴(yán)重影響了圖像顯示效率。針對此問題，本文從圖像數(shù)據(jù)傳輸量和傳輸機(jī)制方面入手，基于KVM虛擬化進(jìn)行了二次開發(fā)和優(yōu)化，提出一種顯卡直傳技術(shù)。首先給出KVM虛擬化的原理和實(shí)現(xiàn)，然后提出解決顯卡虛擬化需要解決的幾個(gè)問題，顯卡直傳技術(shù)利用直接地址映射將物理顯卡地址空間映射到虛擬機(jī)內(nèi)存空間，虛擬機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)驅(qū)動直接訪問物理顯卡的要求，虛擬機(jī)運(yùn)行表明顯卡直傳提升了視頻圖像顯示的性能。
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