蘇志勇，張麗娜

(1. 山東中車風(fēng)電有限公司，濟南 250104；2. 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院，濟南 250014）

0 引言

風(fēng)電設(shè)備的運輸是風(fēng)電場建設(shè)過程中需要考慮的一個重要問題，風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆返姆治鰟t是風(fēng)電場運輸過程中的一項重要工作，其中，車輛的彎道分析是費時較多的工作。在進(jìn)行風(fēng)電設(shè)備運輸前，風(fēng)電機組整機商和運輸公司都會對風(fēng)電設(shè)備的進(jìn)場道路進(jìn)行詳細(xì)的道路勘測，選擇適宜的道路并制定相應(yīng)的道路運輸方案。在風(fēng)電設(shè)備的運輸過程中，主要存在設(shè)備超重、超寬、超高、超長等問題，因此在運輸?shù)缆返目睖y和分析過程中，需要對道路參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)，并對道路沿線構(gòu)筑物的尺寸進(jìn)行測量，從而分析車輛的通行性及運輸?shù)缆返母脑烨闆r。

目前針對風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆愤M(jìn)行分析研究時大部分都是以道路設(shè)計參數(shù)[1-2]或建設(shè)的經(jīng)濟性[3]為研究目標(biāo)，并未從如何提升分析精度和提高分析工作的效率這2個方面入手進(jìn)行研究分析?；诖耍疚囊燥L(fēng)電設(shè)備中的超長設(shè)備——葉片的運輸為研究對象，主要對其在運輸過程中如何通過彎道進(jìn)行了分析研究，提出了一種可實現(xiàn)便捷分析的優(yōu)化方法，即利用計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)對風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治鰰r的過程進(jìn)行了優(yōu)化，同時利用編程語言提升了運輸?shù)缆贩治龉ぷ鞯男?。本?yōu)化方法以葉片運輸為例，但該方法也可作為運輸其他風(fēng)電設(shè)備部件的參考，以期有效提高運輸?shù)缆贩治龅木?，同時減少風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治龅墓ぷ鲿r間。

1 風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治龅闹饕蝿?wù)

在風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆返姆治鲋?，主要任?wù)是確定是否需要對運輸?shù)缆愤M(jìn)行改造，以及如何快速找出需要進(jìn)行道路改造的位置，而這也是在風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治鲞^程中耗時最長的工作。本研究所涉及的風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治鲋饕侵革L(fēng)電場項目中風(fēng)電機組葉片運輸時的道路分析。

風(fēng)電機組葉片的運輸主要包括2種方式，分別為直運和倒運。通常在無道路障礙的情況下采用直運方式，運輸車輛通常采用抽拉式板車；在有道路障礙的情況下采用倒運方式，道路障礙一般包括山體、樹木、河道及道路限制等，采用倒運方式時車輛通常采用揚舉車。

風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治龅闹饕ぷ髁鞒倘鐖D1所示。

圖1 風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治龅闹饕ぷ髁鞒蘁ig. 1 Main workflow of transportation road analysis of wind power equipment in wind farm project

從圖1可以看出，風(fēng)電機組葉片的運輸會涉及到直運和倒運2種運輸方式，而葉片的運輸?shù)缆贩治鍪秋L(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治龅暮诵膬?nèi)容。

本優(yōu)化研究中所涉及到的軟件工具主要包括：AutoCAD 2016軟件、Global Mapper 20軟件、Google Earth 7.0軟件、OruxMaps 7.2軟件、AutoTURN 9.0軟件(AutoCAD擴展工具)。

2 風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治龉ぷ鞯膬?yōu)化

風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治龉ぷ髦饕譃?個步驟，具體為：1)如何精確地對風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆愤M(jìn)行建模；2)分析風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆肥欠裥枰M(jìn)行道路改造；3)如需進(jìn)行道路改造，快速找出要進(jìn)行道路改造的位置。本研究針對這3個步驟分別進(jìn)行了優(yōu)化。

2.1 優(yōu)化方法研究的主要過程

2.1.1 風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆返木_建模

現(xiàn)場考察風(fēng)電場時，對實際道路的勘測(下文簡稱為“路勘”)通常是采用軌跡記錄的方式對風(fēng)電場項目現(xiàn)場的路勘路線進(jìn)行記錄，記錄完成后直接采用Google Earth軟件進(jìn)行道路分析。雖然該方法較為常用，但一般不對風(fēng)電場項目中整體的風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆愤M(jìn)行建模；并且由于Google Earth軟件的特點，該方法得到的運輸?shù)缆贩治龅木认鄬^低。

針對常用方法的弊端，本文的優(yōu)化方法是采用OruxMaps 7.2軟件對風(fēng)電場項目現(xiàn)場的路勘路線進(jìn)行記錄，此過程與常用方法類似；記錄完成后，將其導(dǎo)入Global Mapper 20軟件中，對所記錄的路線進(jìn)行后期加工，并采用Google Earth 7.0軟件進(jìn)行路線的衛(wèi)星圖修正；完成路線修正核對后，將形成的路線圖導(dǎo)入AutoCAD 2016軟件中，在AutoCAD 2016軟件中將路線圖轉(zhuǎn)化為道路圖，實現(xiàn)對風(fēng)電場項目中整體的風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆返木_建模。

2.1.2 風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆返母脑旆治?/p>

在對風(fēng)電設(shè)備的運輸?shù)缆愤M(jìn)行改造分析時，常用方法是采用直接測量的方式，直接測量道路彎道處的尺寸，并與車輛通行時的主要參數(shù)進(jìn)行對比。但該方法不對車輛在彎道處的運行軌跡進(jìn)行模擬，無法繪制車輛在彎道處的完整軌跡圖，因此其對于進(jìn)行道路改造分析時提供的信息并不完善。

針對常用方法的弊端，本文的優(yōu)化方法采用AutoTURN 9.0軟件實現(xiàn)了車輛在彎道處完整運行軌跡的模擬。主要流程是在Auto TURN 9.0軟件中對現(xiàn)場風(fēng)電設(shè)備運輸時所用車輛進(jìn)行建模，完成車輛建模后在道路模型的基礎(chǔ)上利用該車輛模型進(jìn)行其在現(xiàn)有運輸?shù)缆返膹澋婪治?，生成車輛在彎道處的運行軌跡模擬，從而確認(rèn)風(fēng)電場項目中現(xiàn)有風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆肥欠裥枰M(jìn)行道路改造。

2.1.3 道路改造位置的快速標(biāo)記

完成車輛運行軌跡的模擬后，利用AutoCAD 2016軟件中自帶的Lisp語言實現(xiàn)車輛軌跡線與道路邊線的交點(即需要進(jìn)行道路改造的位置)的快速查找與標(biāo)記，從而可加快人工查找的速度。

2.2 優(yōu)化方法的具體實施步驟

2.2.1 風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆返木_建模

在完成道路路線的修正核對后，將該路線圖導(dǎo)入AutoCAD 2016軟件中，并以此運輸路線作為道路中心線；通過對比運輸路線的衛(wèi)星圖和現(xiàn)場記錄，采用線段偏移命令和交點拉伸命令使繪制的道路邊線與實際道路邊線重合，以便于為后續(xù)分析提供精確的道路模型。

2.2.2 風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆犯脑旆治?/p>

分析風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆返膹澋狼闆r，將彎道情況按不同轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)彎角度進(jìn)行匯總，分析擬用車輛在不同彎道參數(shù)下的通行情況?？紤]到目前風(fēng)電場項目中采用的風(fēng)電機組葉片的具體情況，本文以長度為80 m的葉片為例來說明在不同彎道情況下的運輸?shù)缆犯脑?。彎道的主要代表參?shù)如表1所示。

表1 彎道的主要代表參數(shù)Table 1 Main representative parameters of curve

以葉片運輸時采用抽拉式板車為例進(jìn)行計算分析，葉片裝載后的總車長(含車頭)為87.7 m。為簡便分析，各彎道入口及出口直線段的長度均為100 m。

在進(jìn)行道路的精確分析時，需要采用做圖法繪制車輛的運行軌跡和葉片掃掠區(qū)域。若該過程不借助軟件工具，則工作量較大，耗時較長，因此本文采用AutoTURN 9.0軟件進(jìn)行輔助分析，可以大幅縮短繪圖時間。在AutoTURN 9.0軟件中設(shè)置車輛的相關(guān)參數(shù)后，通過為車輛指定運行路線，軟件可自動繪制出葉片掃掠區(qū)域的圖像。

以轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)置為40 m、轉(zhuǎn)彎角度設(shè)置為180°的彎道為例，對采用AutoTURN 9.0軟件繪制的葉片掃掠區(qū)域圖像進(jìn)行簡要說明。該彎道情況下的車輛運行軌跡及葉片掃掠區(qū)域分析圖如圖2所示。圖中，綠色線為車輛運行軌跡和此時對應(yīng)的葉片掃掠區(qū)域。

圖2 轉(zhuǎn)彎半徑為40 m、轉(zhuǎn)彎角度為180°時的車輛運行軌跡及此時對應(yīng)的葉片掃掠區(qū)域分析圖(單位：m)Fig. 2 Analysis diagram of vehicle running trajectory and corresponding blade sweeping area when turning radius is 40 m and turning angle is 180°(unit：m)

從圖2中可以看出，車輛在距彎道中心73.38 m時開始向道路外側(cè)甩尾，而葉片的最大掃掠寬度為28.66 m，葉片掃掠區(qū)域在車輛行至彎道另一側(cè)的結(jié)束處時截止。

從上述實例中可知，應(yīng)用AutoTURN 9.0軟件繪制的葉片掃掠區(qū)域結(jié)果圖可以便捷地分析出車輛通過彎道時所需占用的區(qū)域。將通過AutoTURN 9.0軟件生成的不同轉(zhuǎn)彎半徑及不同轉(zhuǎn)彎角度下的車輛運行軌跡及其對應(yīng)的葉片掃掠區(qū)域圖進(jìn)行匯總，具體如表2所示。

表2 不同轉(zhuǎn)彎半徑及不同轉(zhuǎn)彎角度下的車輛運行軌跡及對應(yīng)的葉片掃掠區(qū)域圖匯總Table 2 Summary of vehicle running trajectory and corresponding blade sweeping area diagram under different turning radius and different running angles

不同特征參數(shù)下車輛通過彎道時葉片的主要掃掠參數(shù)匯總?cè)绫?所示。

在利用軟件繪制車輛運行軌跡和葉片掃掠圖像時，當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑不足的情況時，會導(dǎo)致車輛運行軌跡不完整，此時可通過調(diào)整車輛運行路線來擴大轉(zhuǎn)彎半徑，以此來完成車輛運行軌跡的繪制。

采用AutoTURN 9.0軟件可實現(xiàn)對車輛通過彎道時運行軌跡的完整繪制，從而提升風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治龅木?；同時該軟件也可以生成車輛通過彎道時的動畫，方便進(jìn)行項目方案的展示。

2.2.3 道路改造位置的快速標(biāo)記

在完成車輛運行軌跡模擬后，需要對將進(jìn)行道路改造的位置(即車輛運行軌跡線與道路邊線的交點)進(jìn)行查找和標(biāo)記。為加快人工查找的速度，避免遺漏，本文采用AutoCAD 2016軟件中自帶的Lisp語言進(jìn)行腳本開發(fā)來實現(xiàn)道路改造位置的查找和標(biāo)記。

道路改造位置的查找和標(biāo)記功能的主要代碼如圖3所示。

圖3 道路改造位置的查找和標(biāo)記功能的主要代碼Fig. 3 Main code of function of finding and marking location of road reconstruction

通過上述代碼可實現(xiàn)對指定線段間交點的快速查找及標(biāo)記。測試線路道路改造位置的交點標(biāo)記示意圖如圖4所示。

從圖4的原始圖和標(biāo)記圖對比可以看出，通過道路改造位置的查找和標(biāo)記功能程序可在每個線路交點處繪制半徑為10 m的圓，并且將各交點用直線進(jìn)行連接，便于查找。

圖4 測試線路道路改造位置的交點標(biāo)記示意圖Fig. 4 Schematic diagram of intersection point mark of road reconstruction location of test line

3 實例分析

以下通過某實際風(fēng)電場項目對本研究提出的利用CAD技術(shù)實現(xiàn)風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治龅膬?yōu)化方法進(jìn)行驗證說明。

實例項目為南方某風(fēng)電場項目，風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆房傞L度為35.2 km；該項目位于山地，彎道較多，因此考慮到項目中風(fēng)電設(shè)備的實際運輸情況，決定采用揚舉車進(jìn)行風(fēng)電機組葉片的運輸，以減少道路的改造難度。不同廠家生產(chǎn)的揚舉車的車輛總長度不同，本項目采用的揚舉車的車板長度為13 m，車輛總長度為19.94 m。該項目中風(fēng)電設(shè)備的整體運輸?shù)缆仿肪€圖如圖5所示。

圖5 該項目中風(fēng)電設(shè)備的整體運輸?shù)缆肪€路圖Fig. 5 Route map of overall transportation road of wind power equipment in this project

對路線圖進(jìn)行修正核對后，將路線圖轉(zhuǎn)化為道路圖，并將生成的運輸?shù)缆放c實際道路進(jìn)行重疊，從而完成運輸?shù)缆方?。生成的運輸?shù)缆放c實際道路的疊加圖如圖6所示。

圖6 生成的運輸?shù)缆放c實際道路的疊加圖Fig. 6 Overlay map of generated transportation road and actual road

通過本研究提出的風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治鰞?yōu)化方法對該風(fēng)電場項目的風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆愤M(jìn)行分析，整理并生成彎道部分的疊加圖，方便進(jìn)行后續(xù)方案評價。

車輛通過無需進(jìn)行道路改造的彎道處的運行軌跡圖如圖7所示，車輛通過需要進(jìn)行道路改造的彎道處的運行軌跡圖如圖8所示。

圖7 無需進(jìn)行道路改造的彎道處的車輛運行軌跡圖Fig. 7 Vehicle running trajectory picture at curve without road reconstruction

圖8 需要進(jìn)行道路改造的彎道處的車輛運行軌跡圖Fig. 8 Vehicle running trajectory picture at curve requiring road reconstruction

從圖7和圖8可以看到，從車輛通過彎道的運行軌跡可以直觀地分析出運輸?shù)缆沸枰M(jìn)行改造的具體位置，以方便后續(xù)對運輸?shù)缆返母脑旃こ塘窟M(jìn)行分析。

4 結(jié)論

本文應(yīng)用CAD技術(shù)提出了一種可實現(xiàn)風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治龅膬?yōu)化方法，可便捷地分析不同的彎道情況。應(yīng)用該優(yōu)化方法可實現(xiàn)對風(fēng)電場項目中風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆返木_建模、對彎道處車輛運行軌跡的模擬，以及對運輸?shù)缆犯脑煳恢玫目焖俨檎液蜆?biāo)記，便于進(jìn)行運輸?shù)缆犯脑斓姆治?，從而可有效提升風(fēng)電場項目中整個風(fēng)電設(shè)備運輸?shù)缆贩治龉ぷ鞯男省?/p>