利用CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆?分析的優(yōu)化研究

蘇志勇，張麗娜

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

0 引言

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

目前針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆愤M(jìn)行分析研究時(shí)大部分都是以道路設(shè)計(jì)參數(shù)[1-2]或建設(shè)的經(jīng)濟(jì)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(gè)方面入手進(jìn)行研究分析。基于此，本文以風(fēng)電設(shè)備中的超長(zhǎng)設(shè)備——葉片的運(yùn)輸為研究對(duì)象，主要對(duì)其在運(yùn)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(shí)現(xiàn)便捷分析的優(yōu)化方法，即利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆贩治鰰r(shí)的過程進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)利用編程語言提升了運(yùn)輸?shù)缆贩治龉ぷ鞯男省１緝?yōu)化方法以葉片運(yùn)輸為例，但該方法也可作為運(yùn)輸其他風(fēng)電設(shè)備部件的參考，以期有效提高運(yùn)輸?shù)缆贩治龅木?，同時(shí)減少風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆贩治龅墓ぷ鲿r(shí)間。

1 風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆贩治龅闹饕蝿?wù)

在風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆返姆治鲋?，主要任?wù)是確定是否需要對(duì)運(yùn)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(yùn)輸?shù)缆贩治鲞^程中耗時(shí)最長(zhǎng)的工作。本研究所涉及的風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆贩治鲋饕侵革L(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電機(jī)組葉片運(yùn)輸時(shí)的道路分析。

風(fēng)電機(jī)組葉片的運(yùn)輸主要包括2種方式，分別為直運(yùn)和倒運(yùn)。通常在無道路障礙的情況下采用直運(yùn)方式，運(yùn)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(yùn)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(yùn)方式時(shí)車輛通常采用揚(yáng)舉車。

風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆贩治龅闹饕ぷ髁鞒倘鐖D1所示。

圖1 風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)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(jī)組葉片的運(yùn)輸會(huì)涉及到直運(yùn)和倒運(yùn)2種運(yùn)輸方式，而葉片的運(yùn)輸?shù)缆贩治鍪秋L(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)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(kuò)展工具)。

2 風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆贩治龉ぷ鞯膬?yōu)化

風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆贩治龉ぷ髦饕譃?個(gè)步驟，具體為：1)如何精確地對(duì)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆愤M(jìn)行建模；2)分析風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)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(duì)這3個(gè)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(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆返木_建模

現(xiàn)場(chǎng)考察風(fēng)電場(chǎng)時(shí)，對(duì)實(shí)際道路的勘測(cè)(下文簡(jiǎn)稱為“路勘”)通常是采用軌跡記錄的方式對(duì)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)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(duì)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中整體的風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆愤M(jìn)行建模；并且由于Google Earth軟件的特點(diǎn)，該方法得到的運(yùn)輸?shù)缆贩治龅木认鄬?duì)較低。

針對(duì)常用方法的弊端，本文的優(yōu)化方法是采用OruxMaps 7.2軟件對(duì)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中整體的風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆返木_建模。

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

在對(duì)風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)輸?shù)缆愤M(jìn)行改造分析時(shí)，常用方法是采用直接測(cè)量的方式，直接測(cè)量道路彎道處的尺寸，并與車輛通行時(shí)的主要參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。但該方法不對(duì)車輛在彎道處的運(yùn)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(duì)于進(jìn)行道路改造分析時(shí)提供的信息并不完善。

針對(duì)常用方法的弊端，本文的優(yōu)化方法采用AutoTURN 9.0軟件實(shí)現(xiàn)了車輛在彎道處完整運(yùn)行軌跡的模擬。主要流程是在Auto TURN 9.0軟件中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸時(shí)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(yùn)輸?shù)缆返膹澋婪治觯绍囕v在彎道處的運(yùn)行軌跡模擬，從而確認(rèn)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中現(xiàn)有風(fēng)電設(shè)備運(yùn)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(yùn)行軌跡的模擬后，利用AutoCAD 2016軟件中自帶的Lisp語言實(shí)現(xiàn)車輛軌跡線與道路邊線的交點(diǎn)(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(shí)施步驟

2.2.1 風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆返木_建模

在完成道路路線的修正核對(duì)后，將該路線圖導(dǎo)入AutoCAD 2016軟件中，并以此運(yùn)輸路線作為道路中心線；通過對(duì)比運(yùn)輸路線的衛(wèi)星圖和現(xiàn)場(chǎng)記錄，采用線段偏移命令和交點(diǎn)拉伸命令使繪制的道路邊線與實(shí)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(yùn)輸?shù)缆犯脑旆治?/p>

分析風(fēng)電設(shè)備運(yùn)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(chǎng)項(xiàng)目中采用的風(fēng)電機(jī)組葉片的具體情況，本文以長(zhǎng)度為80 m的葉片為例來說明在不同彎道情況下的運(yùn)輸?shù)缆犯脑臁澋赖闹饕韰?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(yùn)輸時(shí)采用抽拉式板車為例進(jìn)行計(jì)算分析，葉片裝載后的總車長(zhǎng)(含車頭)為87.7 m。為簡(jiǎn)便分析，各彎道入口及出口直線段的長(zhǎng)度均為100 m。

在進(jìn)行道路的精確分析時(shí)，需要采用做圖法繪制車輛的運(yùn)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(shí)較長(zhǎng)，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(shí)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(yùn)行路線，軟件可自動(dòng)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(duì)采用AutoTURN 9.0軟件繪制的葉片掃掠區(qū)域圖像進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。該彎道情況下的車輛運(yùn)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(yùn)行軌跡和此時(shí)對(duì)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(shí)的車輛運(yùn)行軌跡及此時(shí)對(duì)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(shí)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(shí)截止。

從上述實(shí)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(shí)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(yùn)行軌跡及其對(duì)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(yùn)行軌跡及對(duì)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(shí)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(yùn)行軌跡和葉片掃掠圖像時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑不足的情況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致車輛運(yùn)行軌跡不完整，此時(shí)可通過調(diào)整車輛運(yùn)行路線來擴(kuò)大轉(zhuǎn)彎半徑，以此來完成車輛運(yùn)行軌跡的繪制。

采用AutoTURN 9.0軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛通過彎道時(shí)運(yùn)行軌跡的完整繪制，從而提升風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆贩治龅木?；同時(shí)該軟件也可以生成車輛通過彎道時(shí)的動(dòng)畫，方便進(jìn)行項(xiàng)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(yùn)行軌跡模擬后，需要對(duì)將進(jìn)行道路改造的位置(即車輛運(yùn)行軌跡線與道路邊線的交點(diǎn))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(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)指定線段間交點(diǎn)的快速查找及標(biāo)記。測(cè)試線路道路改造位置的交點(diǎn)標(biāo)記示意圖如圖4所示。

從圖4的原始圖和標(biāo)記圖對(duì)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(gè)線路交點(diǎn)處繪制半徑為10 m的圓，并且將各交點(diǎn)用直線進(jìn)行連接，便于查找。

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

3 實(shí)例分析

以下通過某實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目對(duì)本研究提出的利用CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆贩治龅膬?yōu)化方法進(jìn)行驗(yàn)證說明。

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

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

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

圖6 生成的運(yùn)輸?shù)缆放c實(shí)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(yùn)輸?shù)缆贩治鰞?yōu)化方法對(duì)該風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的風(fēng)電設(shè)備運(yùn)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(píng)價(jià)。

車輛通過無需進(jìn)行道路改造的彎道處的運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)行軌跡可以直觀地分析出運(yùn)輸?shù)缆沸枰M(jìn)行改造的具體位置，以方便后續(xù)對(duì)運(yùn)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(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)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(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆返木_建模、對(duì)彎道處車輛運(yùn)行軌跡的模擬，以及對(duì)運(yùn)輸?shù)缆犯脑煳恢玫目焖俨檎液蜆?biāo)記，便于進(jìn)行運(yùn)輸?shù)缆犯脑斓姆治觯瑥亩捎行嵘L(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中整個(gè)風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆贩治龉ぷ鞯男省?/p>