市政道路可研中节能分析工作的改进建议

李文栋

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000）

1 概述

节能分析是市政道路工程可行性研究的重要内容之一。切实可行的节能分析方法有助于把握市政道路工程项目的节能效果，因此，有必要对目前节能分析方法进行优化，使其更符合真实情况，进一步提高市政道路工程项目节能分析方法的实用性。

在以往节能评价分析中的燃油消耗模型采用了世界银行HDM III模型体系[1]。该模型由Andrew Chesher和Robert Harrison于1987年编写的《道路设计养护标准系列——发展中国家汽车运输成本》（The Highway Design and Maintenance Standards Series Vehicle Operating Costs Evidence from Developing Countries）一书中提出，以肯尼亚、巴西、印度、圣卢西亚与巴贝多这5个发展中国家为研究对象。一方面成书较早，所选研究对象情况与我国的发展已不可同日而语，相应建立的模型不可能再指导我国的燃油消耗分析；另一方面是所见模型适用于100 km/h的高速公路，并不能应用到市政道路项目中来。因此，有必要对市政道路可研中燃油节能分析工作进行修正。同时，在工程实践中发现，建设单位越来越注重道路电力节能问题，明确要求在道路工程可行性研究中增加此项内容。考虑到国内学者已经通过大量实验，系统建立了城市交通能源消耗模型，进行燃油消耗研究，为节能分析提供了必要的理论基础[2，3]，因此，在分析比较之后，直接在国内外学者的研究成果比选适合市政道路工程应用的模型，并优化模型以更好地进行节能分析工作。

2 市政道路项目节能分析的主要内容

节能是指通过采取一定的措施，使能源的消耗量减少，其实质是提高能源利用效率。主要包括建设期的节能和营运期节能两个方面。在市政道路项目中节能评价主要考虑营运期节能，直接耗能主要是电力消耗，间接耗能主要是通过车辆的燃油消耗。因此，节约能源主要表现在通过采用先进的节能措施使道路照明所消耗的电能得到节约以及因道路交通条件的改善使运行车辆的燃油消耗得到节约两个方面。由此可知，在实际的项目可行性研究中，市政道路工程的节能评价分析应紧扣“节电节油”这两个方面展开。

3 市政道路工程项目节能措施

3.1 电力节能

直接能耗为路灯用电消耗。主要节能措施如下[4]。

（1）灯具配置补偿电容，使补偿后的功率因数不小于0.85，以减少损耗。

（2）选用导电性能优良的线缆，减少线缆损耗，降低运行成本。

（3）安装智能照明控制系统，按需调控，降低照明功耗。

（4）选用节能高效变压器，减少损耗，降低运行成本。

3.2 燃油节能

汽车在实际行驶过程中影响其燃油消耗的因素很多，除汽车自身性能外，还取决于道路状况、交通环境以及汽车的行驶工况等因素。主要表现在以下几个方面[4]。

（1）车辆特性

包括物理特性和行驶特性，例如发动机功率、转速和车辆重量。

（2）道路条件

包括几何特征，例如纵坡、曲率和路面宽度等；路面特性，例如平整度等。道路平面线形和纵断面线形要设计合理，线形优美，长度尽量缩短。纵断面设计避免频繁的大起大落。路面结构选用能够有效减少车辆行驶阻力的高等级路面，以达到节能效果。

（3）交通状况

交通条件主要是指道路服务水平，包括混合交通情况、交通流大小及离散程度、行人及横向干扰程度、行车速度以及交通设施的完善程度等。将交通优化设计理念融入到道路工程项目中，合理确定道路断面形式、节点交通组织及行人过街设施，提高道路服务水平和通行能力，使道路功能得到最大程度的发挥，以达到节能效果。

（4）地区因素

考虑项目所在地的交通管理政策以及当地司机普遍的驾驶行为。

4 节电节能计算方法

市政道路项目评价除了定性分析外，还需进行降低能耗的定量计算，以直观体现项目的节能效果。

4.1 电力节能计算方法

市政道路工程项目在采用上述降低电耗的节能措施后，应进一步定量分析由此实现的年电耗降低量。通过分析以上电力节能措施可知，电力节约的因素主要体现在灯具、线缆、智能照明控制系统、变压器4个方面，但由于考虑范畴较大，影响因素确定困难，因此为了使理论更好地应用于工程实践中，本文提出优化的计算方法。将电力节能分析集中在智能照明控制系统和灯具配置两个方面。

因此在工程实践中的计算方法，一种是根据智能照明控制系统的安装比例计算，一种是根据照明设备之间的对比进行计算。另外，首先要确定项目的路段照明计算总负荷W(kW)；其次要确定项目照明负荷的年运行时间H。

计算方法一：计算采用智能照明控制系统措施的年节约耗电量

式（1）中：h——智能照明控制系统的日工作时间，h；

λ——控制系统启动后的负荷占项目照明总负荷的比例，%。

计算方法二：计算采用不同灯具配置的年节约耗电量

折合节约标准煤[5]：

式（3）中：N——项目评价期，a。

4.2 燃油节能计算方法

市政道路项目建成后的油耗节约计算采用“有无比较法”[6]。无拟建项目时的汽车燃油消耗与拟建项目投入运营后汽车燃油消耗之间的差额即为油耗节约量。

4.2.1 参数的确定与改进

根据目前城市市政道路项目燃油节能分析中普遍采用的“基本燃料消耗指数”，结合《城市道路工程设计规范》（CJJ 37—2012）中各级道路的设计速度划分，得出了不同车种、不同车速在高级路面下的燃料消耗率，见表1。

表1 市政道路燃油消耗指标表

4.2.2 油耗节约计算理论

拟建市政道路工程的燃油节约主要包括以下3个方面[1]。

（1）道路晋级所产生的油耗节约，指拟建项目的实施，致使车辆单位里程的燃油消耗减少而节约的燃油量。

（2）现有道路减少拥挤所产生的油耗节约，是指拟建项目投入使用后，使现有相关道路部分交通量发生转移从而减少了拥挤，提高了行车速度，原应提高的单位燃油量不再提高，从而形成了节约。

（3）缩短里程而产生的油耗节约，是指拟建项目缩短了里程，从而直接节约了在其上运行车辆的燃油消耗。

通过分析以上理论计算方法可知，燃油节约的因素体现在道路晋级、提高车速、缩短里程、减少拥挤4个方面，但由于公式较多，考虑范畴较大，影响因素确定困难，因此为了使理论更好地应用于工程实践中，本文提出优化的计算方法。

4.2.3 工程实践中的计算方法

如图1所示，某城市拟建一条道路AB，由于城市道路不同于公路项目的点对点连接形式，在城市路网中，拟建项目建成前后，产生的燃油变化影响到整个路网。

图1 城市道路网络联系与公路的点对点连接差异

因此，需要简化城市道路油耗节约计算方法，如图1所示，无拟建项目AB时，起点A至终点B包括 AI-IJ-JB、AE-EF-FB、AC-CH-HG-GF-FB以及AE-EG-GH-HC-CI-IJ-JB 4条路径。在实际工程中，拟建项目交通影响范围内原有道路很多，极大地增加了计算工作量。考虑到驾驶员在实际路径选择中，倾向于将起终点间最短的道路作为出行首选，因此建议在所有的路径中选择一条最短路径，例如AE-EF-FB,将这个最短路径作为这个路网中的拟建项目的参照道路，从而将燃油节约的因素集中体现在提高车速、缩短里程两个能够量化的指标，大大简化了计算过程，如图2所示。

图2 选取拟建项目起终点间现有的最短路径

优化公式如下：

式（4）中：EC——燃油节约总量；

FOS——无拟建项目时，选取的最短路径上的燃油消耗，L/车公里；

FN——拟建项目上的燃油消耗，L/车公里；

LN——拟建项目里程数；

LOS——拟建项目起终点间现有的最短路径；

VN——拟建项目上的年平均交通量,pcu/d。

4.2.4 单位成本燃油节约量

以往的节能分析工作只考虑一个主要指标：燃油节约总量。本文通过研究国内相关研究[6]，建议补充单位成本燃油节约量指标。

单位成本燃油节约量是燃油节约总量除以项目建设成本所得到的值。计算公式如下：

式（5）中：UC——单位成本燃油节约量；

EC——燃油节约总量；

C——项目建设成本（公路建设项目的残值忽略不计）。

4.2.5 计算方法评价

改进后的燃油节能分析的优点体现在以下几个方面。

（1）全面性──在评价过程中，不仅应考虑拟建项目的燃油节约，而且应考虑拟建项目所在路网中相关道路的燃耗变化。

（2）采用“有无比较法”──通过“有项目情况”与“无项目情况”下燃油消耗的比较，计算燃油节约量。

（3）采用实物燃油量分析法——分析过程中直接计算燃油节约的实物量。

（4）车辆的单位燃耗按动态计算——单位燃耗是计算道路运输燃耗节能的关键参数，并考虑其在道路营运期间随交通流等条件变化而变化。

（5）评价指标简单明了——燃油节约总量与单位成本燃油节约量。

5 节能分析工作步骤

市政道路工程节能分析步骤如图3所示。

图3 市政道路工程节能分析步骤

6 结论

本文阐述了市政道路节能分析的必要性、影响节能的主要因素，修正了以往节能分析中的理论依据和计算方法，补充了单位成本燃油节约量指标，并增加电力节能部分，补充完善了市政道路项目工程可行性研究阶段节能分析工作。

[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]王炜.城市交通系统能源消耗与环境影响分析方法[M].北京：科学出版社，2002.

[3]冯雨芹、冷军强.城市道路路段燃油经济性评价模型[J].华南理工大学学报：自然科学版,2011（8）:104-107.

[4]石闽山.城市市政路桥项目的节能评价分析[J].福建建设科技,2011（6）:54-56.

[5]GB/T 2589—2008，综合能耗计算通则[S].

[6]郑晓云，胡金玉.有无比较法在公路项目节能评价中的应用研究[J].交通节能与环保，2010(3):36-38.