城市電力通道規(guī)劃方法及通道資源綜合利用研究

城市電力通道規(guī)劃方法及通道資源綜合利用研究目錄城市電力通道規(guī)劃方法及通道資源綜合利用研究 11. 概述 12. 城市電力通道規(guī)劃概述 22.1 電力通道規(guī)劃內容 22.2 規(guī)劃范圍和規(guī)劃年限 32.3 通道規(guī)劃目標和原則 43. 城市電力通道規(guī)劃方法 53.1 通道規(guī)劃一般方法 53.2 城市電力通道規(guī)劃應用實例 104. 城市空間資源綜合利用實施研究 194.1 城市地下空間發(fā)展需求分析 194.2 地下空間開發(fā)利用的主要策略 194.3 地下空間資源評估 205. 管線綜合規(guī)劃的實施研究 215.1 需求及效益分析 225.2 城市共同溝的發(fā)展戰(zhàn)略 225.3 管線綜合規(guī)劃階段研究 245.4 制約因素分析 255.5 規(guī)劃程序及深度研究 27概述本章結合對城市電力通道規(guī)劃中主要影響因素進行分析，根據城市電力通道規(guī)劃特點提出適用的規(guī)劃方法，并結合工程實例對規(guī)劃方法進行驗證。同時，根據對城市內通道資源綜合利用的可能性研究情況，可以看出各種方式在技術方面都具有可行性。在城市范圍內電力電纜跨河流宜優(yōu)先考慮利用城市交通橋梁或交通隧道敷設，這一點在2005年國家發(fā)改委發(fā)布的《城市電力電纜線路設計技術規(guī)定》中已明確。根據從目前的實施情況來看，對于大橋敷設電纜的設計、施工等技術問題已經得到了很好解決，對于220kV電壓等級線路隨橋建設也作了技術儲備。但由于各專業(yè)認識不同，而導致實施有一定困難，在一些個案中，甚至出現因需要分配大橋投資比例過大而導致了某些工程不能實施，單純管理問題造成的影響已經超過了本報告技術研究的內容，所以不對其進行分析。對于在城市軌道交通隧道中敷設電力電纜的可能性，根據專業(yè)部門研究情況，原則上僅允許10kV以下的電力電纜進入，同時，綜合考慮運行維護等多方面影響因素，目前大規(guī)模實施可能性較小，本報告也不對其應用進行研究。從前面研究成果可以得出，建設共同溝是未來提高我國城市通道資源利用率的有效手段以及根本途徑，雖然我國共同溝的建設取得了一定的成果，但在建設過程中也暴露出了一些問題，制約共同溝大規(guī)模發(fā)展的障礙不在建設技術上，而在管理問題、配套法規(guī)以及投融資體制問題。所以，本章從研究城市空間資源優(yōu)化原則入手，對建設共同溝的效益、需求、程序以及制約因素等方面進行深入研究。城市電力通道規(guī)劃概述城市電力通道規(guī)劃是城市電網規(guī)劃的重要組成部分，因城市電網與城市聯(lián)系緊密、建設環(huán)境復雜，不僅與電源點、負荷分布關系密切；而且通道建設與其它市政公共設施建設布局相互影響，需要統(tǒng)籌考慮、協(xié)調發(fā)展；再者，城市建設環(huán)境要求高，而且空間資源有限，不易進行頻繁的改擴建，所以應參考城市長遠規(guī)劃，結合遠景電網規(guī)劃，按最終規(guī)模進行城市電力通道規(guī)劃。電力通道規(guī)劃內容城市電力通道規(guī)劃的主要內容包括：（1）城市電力通道現狀分析電力通道規(guī)劃進行前，要對現有電力通道情況進行仔細梳理，包括詳細的資源調查，對已有通道開發(fā)利用情況調查，應全面掌握現有地下電力通道空間資源總量及靜態(tài)分布情況，對地下電力通道資源的使用情況進行定性定量評估。根據部分城市存在電力通道資源利用率分布不均，甚至存在閑置的情況，電力通道現狀資源使用情況的評估是地下電力通道規(guī)劃的重要基礎，可以為規(guī)劃提供科學的數據，是科學合理規(guī)劃的基礎。（2）電力通道需求分析規(guī)劃中，應結合城市負荷分布、電源供應以及變電站布點情況，展望長遠電網發(fā)展，以遠景作為目標，合理確定通道規(guī)模，遠近結合，提高電力通道利用率。（3）資源綜合利用隨著社會經濟的不斷發(fā)展，城市在空間、環(huán)境、資源等方面也面臨著巨大挑戰(zhàn)，為保證規(guī)劃的科學性、合理性和可實施性，應改變以往只注重搶占空間資源的思路，實現地下的電力通道資源充分利用，促進實現城市集約化發(fā)展。城市地下電力通道作為城市空間的重要組成部分，應與其它公共設施通道、城市建筑空間、地下空間有機銜接，綜合發(fā)展，協(xié)調利用，以取得城市地下資源利用效用的最大化。當前城市地下空間中市政管線所占比例相當高，并且隨著城市發(fā)展的需要，相當部分管線需要更換、加裝；同時，配合城市架空線入地工程的推進，大量架空線需要進入地下，地下空間擁擠的情況日益嚴重；在這種前提下，利用城市市政管線布設電力線路的研究非常具有現實意義。（4）規(guī)劃方案制定電力通道規(guī)劃方案時，要以城市飽和負荷考慮電網發(fā)展，以城市電源及變電站布點為基礎，提出電網拓樸結構圖，結合城市公共設施規(guī)劃，研究資源優(yōu)化利用方案，建立網絡結構與物理通道的映射，選擇線路回數、導線截面、敷設方式等技術細節(jié)，提出實施方案。（5）對規(guī)劃方案進行技術經濟評價規(guī)劃方案的經濟性是方案選擇的重要依據，必須對提出的實施方案進行經濟性評價，對方案在經濟性上進行排序，為規(guī)劃決策提供支撐。城市電力通道規(guī)劃是一個具有多目標性、多階段性、不確定性和非線性等特點的復雜系統(tǒng)優(yōu)化問題，應研究適合城市電力通道規(guī)劃特點的評價方法。規(guī)劃范圍和規(guī)劃年限（1）范圍電力通道的規(guī)劃應包括城市行政轄區(qū)內的全部地區(qū)，以規(guī)劃市區(qū)和小城鎮(zhèn)為主要組成部分。如受資料及其它市政專業(yè)規(guī)劃深度限制，電力通道規(guī)劃至少應包括城市中心區(qū)，并適當考慮邊緣地區(qū)。考慮到城市范圍內500（330）kV數量較少，電力通道的電壓等級應考慮為220kV～10kV的需要。如果基礎資源滿足要求，應進行220kV～10kV通道整體規(guī)劃。（2）年限規(guī)劃年限應與電網遠景規(guī)劃一致，應結合城市遠景規(guī)劃和飽和負荷水平，展望電網未來需要。通道規(guī)劃目標和原則電力通道規(guī)劃以近期五年、中期十年、遠期十五年及以上的原則制定規(guī)劃目標：（1）規(guī)劃目標近期目標：解決當前以及近期計劃要建設的一些工程項目中電纜線路的路由問題，保證這些工程項目的順利施工；同時優(yōu)化現狀的電力通道資源，改善目前部分電纜的運行環(huán)境，提高城市電網的運行可靠性。中期目標：綜合考慮規(guī)劃變電站的布點，根據電網規(guī)劃網絡拓樸結構，進行電力通道規(guī)劃，進一步優(yōu)化電力通道資源，提高電力通道的利用率，使得變電站的電纜進出線方便、電纜路徑較短。遠期目標：使城市電網的電力通道形成一個強大的、完整的網絡，使得變電站的電纜進出線及站間聯(lián)絡方便快捷。同時，應保證電纜通道與城市其它公共設施通道資源綜合利用，促進城市空間資源集約化開發(fā)利用。（2）規(guī)劃原則城市電力通道規(guī)劃應根據城市特點以及通道資源綜合利用情況等情況，提出規(guī)劃應遵循的原則，各城市應根據實際情況確定，本節(jié)僅提出應考慮的主要方面：電力隧道布局應以變電站布局為基礎，特別是規(guī)劃市區(qū)以內，要保證規(guī)劃網絡能夠得以方便溝通；對于各電壓等級的電纜線路，應確定電纜敷設方式，作為指導規(guī)劃和建設的原則；對于不同等級電纜線路共用通道，應對應用條件進行研究，確定隧道或溝槽方式以及同路徑敷設回路數量，在保證安全供電的條件下，提高通道資源利用率；對存在通道資源利用條件的城市，應制定電力通道與其它公共設施通道共用的原則。應注意與城市道路、供水等規(guī)劃相協(xié)調，降低實施成本。城市電力通道規(guī)劃方法本節(jié)介紹了用于通道規(guī)劃的一般方法，并結合城市電力通道規(guī)劃的特點提出了適用的方法，主要是對方法的優(yōu)缺點及適用性進行分析，并給出目前應用的一個規(guī)劃實例，目的是使城市電網規(guī)劃設計人員掌握選取規(guī)劃方法和建立模型的原則。因為城市地下電力通道規(guī)劃影響因素多，邊界條件設置復雜，在實際規(guī)劃工作中，設計人員可以根據主要影響因素及規(guī)劃深度要求，按實際需要選擇方法及建立模型。通道規(guī)劃一般方法電力通道規(guī)劃是在滿足系統(tǒng)負荷需求、運行安全和其他有關約束條件下，以滿足單一或多個目標的優(yōu)化過程，與公路、鐵路、各種管線以及其它路徑規(guī)劃類似，只是約束條件及規(guī)劃目標表現不同。由于包含有大量的整數變量和連續(xù)變量，且實際各種通道容量及路徑組合有許多限制條件，在數學上表現為一個包含大量約束條件的大規(guī)模非線性混合整數規(guī)劃問題。對于此類具有多目標性、多階段性、不確定性和非線性等特點的復雜系統(tǒng)優(yōu)化問題，國內外很多學者對此作了相關研究，下面將對主要采用的優(yōu)化方法進行簡單介紹，包括遺傳算法、免疫算法、蟻群優(yōu)化算法、粒子群優(yōu)化算法、啟發(fā)式方法（局部尋優(yōu)法和優(yōu)先順序法）、動態(tài)規(guī)劃法、混合整數規(guī)劃法（分支定界法、Benders分解法、廣義BenderS分解法等）、拉格朗日松弛法，模擬退火算法、禁忌搜索算法、人工神經網絡和專家系統(tǒng)、社會演化算法、混沌優(yōu)化方法、協(xié)同進化算法等方法。（1）遺傳算法遺傳算法(GA)是基于自然選擇和遺傳學機理的優(yōu)化方法?；驹硎悄M自然界生物的進化機制，將所求解的問題看作一個生存環(huán)境，把解看作生存環(huán)境中的生物個體，通過優(yōu)勝劣汰的競爭機制，獲得最優(yōu)個體，從而獲得最優(yōu)解。在遺傳操作中，適應函數值大小決定該染色體被繁殖的概率，反映了適者生存的原理。交叉和變異操作分別通過結構化和隨機地改變各染色體而產生可能更加優(yōu)秀的染色體。遺傳算法的特點是：在一個空間內對群體變量而不是對單一變量進行操作，算法本身與所研究問題無關，用目標函數本身的信息來尋優(yōu)，而不需要連續(xù)和可導條件，即該方法允許求解的問題可以是非線性的和不連續(xù)的；采用隨機搜索規(guī)律，有內在的并行處理功能，并能從整個可行解空間多點搜尋，找到近乎全局最優(yōu)解。其缺點有：初始方案是隨機產生的，計算過程與初始方案無關。為在解空間內充分搜索，需大量計算，計算時間較長，對收斂判據的研究尚不成熟。由于GA在大規(guī)模組合最優(yōu)化問題中存在早熟收斂現象以及收斂效率不夠高的缺點，同時GA又有容易與其他算法相結合的特點，因此與其他算法諸如模擬退火算法(SA)、Tabu搜索法(TS)等相結合也是一些有效手段。模擬退火方法便是一種理論上以概率100％收斂于全局最優(yōu)解的算法，通過模擬加熱熔化的金屬的退火技術來尋找全局最優(yōu)解，并用一個隨機接受準則有限度地接受惡化解。由于惡化解中可能包含有導致優(yōu)良解的基因片，有助于從局部最優(yōu)解中跳出。在遺傳算法的評價函數中引入模擬退火算法以及在選擇操作中采用模擬退火算法的接受準則，將兩者進行混合可有效地緩解其選擇壓力，增強算法的全局收斂性和提高收斂效率。禁忌搜索(Tabu搜索，TS)也是一種啟發(fā)式尋優(yōu)方法。通過在鄰域中隨機而有選擇性的“移動”，并采用“記憶”和“釋放”規(guī)則來引導搜索，能以很高的概率跳出局部最優(yōu)解，可以改善GA早熟收斂的傾向，缺點是優(yōu)化結果對初始解的依賴性很強。當然將模擬退火算法和Tabu搜索相結合也能夠獲得一種有效的優(yōu)化組合問題求解方法。（2）免疫算法免疫算法(IA)又稱免疫遺傳算法，是在遺傳算法的框架上引入生物免疫機制的一種方法。該算法將實際問題的目標函數和約束條件比作抗原，將問題的解比作抗體，通過抗原與抗體、抗體與抗體間親和度以及抗體濃度的計算，按照期望值的高低優(yōu)先選擇那些與抗原親和性好而且濃度小的個體以實現對適應度好的抗體的促進和對濃度較大的抗體的抑制，使得IGA可以在進化過程中很好的保持個體的多樣性，避免陷入局部最優(yōu)解；同時又可以利用記憶單元的作用提高局部搜索能力，加快計算速度。另外一種免疫算法將所求解問題看成抗原，從中提取特征信息，即疫苗。疫苗轉化為求解問題的方案，就在個體中產生抗體，整個免疫機制由免疫算子——抽取疫苗、接種疫苗、免疫選擇來實現。（3）蟻群優(yōu)化算法蟻群優(yōu)化算法是意大利學者M．Dorigo提出的一種新型模擬進化優(yōu)化算法。該算法是模擬自然界真實蟻群的覓食行為而形成的一種模擬進化算法，原理是基于蟻群的集體行為所表現出的一種信息正反饋現象：某一路徑經過的螞蟻越多，則后來者選擇該路徑的概率就越大。它采用有記憶的人工螞蟻通過個體之間的信息交流與相互協(xié)作來找到從蟻穴到食物源的最短路徑。蟻群算法在求解旅行商等優(yōu)化問題中得到了一系列應用。但是其不足是求解過程中易出現停滯現象。為此，研究人員對蟻群算法的尋優(yōu)機理進行了研究，從隨機優(yōu)化的角度出發(fā)提出了一種新的轉移策略，設計出一種新穎的隨機擾動蟻群優(yōu)化算法，并將其用于求解優(yōu)化求解問題，在獲得全局最優(yōu)解、提高收斂性方面顯示了一定的優(yōu)越性。（4）粒子群優(yōu)化算法粒子群優(yōu)化算法是人們受到鳥群搜索食物行為的啟示而提出的一種優(yōu)化算法，通過群體之間的信息共享和個體自身經驗的總結來修正個體行動策略，最終求取優(yōu)化問題的解。算法中每個優(yōu)化問題的候選解都是搜索空間中的一個“粒子”，所有粒子都有一個由優(yōu)化函數決定的適應值；此外，每個粒子均有一個速度決定其飛翔的方向和距離，各粒子追隨當前的最優(yōu)粒子在解空間中進行搜索，通過迭代找到最優(yōu)解。在每次迭代中，粒子通過跟蹤兩個“極值”來更新自己：第一個極值是粒子本身找到的最優(yōu)解，這個極值稱為個體極值；另一個極值是整個種群目前找到的最優(yōu)解，稱為全局極值。具有并行處理特征，魯棒性好、易于實現，能以較大的概率找到優(yōu)化問題的全局最優(yōu)解，且計算效率較高，已成功地應用于求解各種復雜的優(yōu)化問題。（5）其他算法優(yōu)先順序法根據系統(tǒng)負荷大小按照某種約束條件依次選擇路徑，求解速度快，占用內存少，但難于獲得最優(yōu)解。動態(tài)規(guī)劃法對目標函數的性態(tài)沒有特殊的要求，理論上能求得全局最優(yōu)解，但隨著問題規(guī)模的增大而陷入“維數災”，且難于考慮一些特殊約束條件限制。分支定界法在理論上能夠找到最優(yōu)解，并可以直接求解優(yōu)化組合問題，但是需要精心構思分支策略和求下界的算法，使用較為復雜。拉格朗日松弛法能夠有效地克服維數障礙，較好地解決大規(guī)模優(yōu)化組合問題，不過對偶問題的最優(yōu)解并不能夠保證路徑規(guī)劃原問題解的可行性，在利用對偶原理處理整數規(guī)劃問題時因對偶間隙的存在而導致原問題可行解的構造難度增大?？梢姴捎眠@些傳統(tǒng)數學規(guī)劃方法來求解路徑優(yōu)化組合問題的難度很大。將數值優(yōu)化方法與進化算法相結合是一種有益的嘗試，綜合利用拉格朗日松弛法求解效率高及GA全局優(yōu)化性能的特點，將GA結合到拉格朗日松弛法中更新拉格朗日乘子，可以改善拉格朗日松弛法求解路徑優(yōu)化問題的性能。社會演化算法也是一種進化算法，其尋優(yōu)機制是“范式的確立與更新以及認知主體對范式進行學習的一系列智能認知行為”?；煦鐑?yōu)化方法直接采用混沌變量進行搜索，搜索過程按混沌運動自身規(guī)律和特性進行，因而獲得最優(yōu)解的可能性更強?；煦珉m然貌似隨機，卻隱含著精致的內在結構，具有遍歷性、隨機性、規(guī)律性，能在一定范圍內按其自身規(guī)律不重復地達到所有狀態(tài)?；煦鐑?yōu)化方法除了具有遺傳算法的一些特點，如可考慮目標函數的不連續(xù)性和非線性因素、可實現并行處理、能提供多解等以外，還具有另外一些優(yōu)勢，主要體現在：①混沌優(yōu)化方法更有可能跳出局部極小點。②達到某一精度要求，混沌優(yōu)化方法具有較少的計算量和較快的求解速度。協(xié)同進化算法是一種新的進化算法框架，該算法借鑒自然界中的協(xié)同進化機制，在傳統(tǒng)單物種進化算法的基礎上引人生態(tài)系統(tǒng)的概念。生態(tài)系統(tǒng)中多個物種相互作用，共同進化，從而使整個系統(tǒng)不斷演進。將應用領域待求解的問題映射為生態(tài)系統(tǒng)，以生態(tài)系統(tǒng)的進化來達到問題求解的目的。與常規(guī)的遺傳算法相比，協(xié)同進化算法小但能得到更好的優(yōu)化結果，收斂性好，而且克服了普通遺傳算法計算時間過長的缺點。（6）綜合分析由于通道規(guī)劃的復雜性，各種模擬進化算法被引進來進行問題的求解?？傮w上看，免疫算法、蟻群優(yōu)化算法、粒子群優(yōu)化算法、社會演化算法以及混沌優(yōu)化方法可以認為都是脫胎于遺傳算法，都可以較好地解決通道規(guī)劃尋優(yōu)問題。但目前的研究工作大多都還處于起步階段，有很多問題值得進一步研究，一方面是對其數學基礎的研究非常重要，包括算法本身的收斂性分析、抗局部極值能力和參數設置影響等。另一方面，重點要研究這些方法在電力通道規(guī)劃中的應用研究，研究建立能夠最大限度解決電力通道約束的模型。城市電力通道規(guī)劃應用實例目前，還沒有地區(qū)進行過真正意義上的整個城市電網系統(tǒng)統(tǒng)一通道規(guī)劃，個別城市只是根據未來負荷預測，對未來電纜建設通道進行了展望，提出了城市電力通道建設需求，但大部分工作都在統(tǒng)計匯總層面，沒有計及資源共用、經濟性等因素影響對通道整體進行優(yōu)化。本節(jié)結合工程規(guī)劃計算實例，對應用遺傳算法進行通道規(guī)劃情況介紹，重點為使規(guī)劃人員掌握通道規(guī)劃設計的原則、各種約束條件設置以及建立規(guī)劃模型的思路，以引導規(guī)劃設計人員在未來規(guī)劃中結合實際情況，開展通道規(guī)劃優(yōu)化工作。（1）概況以某110kV的高壓配電站的輻射線路規(guī)劃為例，規(guī)劃區(qū)域的負荷預測和變電站選址及主變容量確定已經完成，利用遺傳搜索算法進行網絡線路規(guī)劃，提出網絡規(guī)劃模型，進行規(guī)劃設計。實例結合地理信息系統(tǒng)（GIS），采用啟發(fā)式搜索方法中適合于全局優(yōu)化搜索的遺傳算法（GA）進行問題求解?？紤]了線路的投資、網絡損失費用、維護和運行費用、用戶停電損失，同時為保證與實際電纜通道規(guī)劃相適應，考慮電纜通道實施方式對網絡規(guī)劃結果的影響。因與其它公用設施共用通道條件設置差異比較大，所以工程實例中沒有考慮，實際應用中可以根據具體約束情況對電纜通道實施方式約束條件進行修正。（2）基礎數據通道規(guī)劃是利用城市電網GIS數據庫進行的，目前多數城市已具備此條件，但應逐步將其擴展為空間數據庫，即包括城市電力通道情況、各公用設施通道情況以及空間資源分布情況等各種城市空間資源信息，空間數據庫管理系統(tǒng)能夠有效地查詢及管理空間資源。同時可作為城市電網通道規(guī)劃的有力的輔助手段。主要數據包括街道、負荷、配電站、線路、通道基本情況等。其中，對于配電站和負荷的空間數據結構，其拓樸類型為點狀地理實體；對于街道段、線路、通道等的空間數據結構，其拓樸類型為線狀地理實體。（3）模型建立及求解假定在網絡規(guī)劃之前已經完成了規(guī)劃區(qū)的負荷預測和高壓變電站的選址和容量確定工作，規(guī)劃目的是確定對應負荷預測水平（未開展飽和負荷預測）年的與網絡拓樸結構對應通道規(guī)劃結果。在計算過程中，根據對不同方案實施約束情況決定是否對網絡拓樸結構進行修改，最終建立一個與目標網架相適應的電纜通道系統(tǒng)。基本原則是使規(guī)劃網絡在保證安全可靠的前提下做到經濟上的優(yōu)化。1）目標函數設F為城市中壓配電網規(guī)劃的總目標函數，Fxl為線路材料的年費用，Ftd為通道建設的年費用，Fyx為設備及電纜通道的年費用，Fph為電纜通道實施其它配合的年費用；G為包括可靠性、實施條件因素指標在內的通道規(guī)劃約束條件。則考慮各種約束條件的通道規(guī)劃數學模型為：(5-1)①線路的年費用Fxl考慮建設的時間因素，應用動態(tài)經濟原理的“現值轉年值”法將發(fā)生在建設期內不同時間點的全部費用通過資金等值計算折算成同一時間點后再直接進行計算。線路材料費用折算成年費用，具體表示為(5-2)其中：ZS為線路本體投資；r0為電力工業(yè)投資回收率，n為設備的經濟使用年限；為當年的電能電價；為線路全年電能損失量；US為線路檢修維護費用，一般可按照投資百分率計算。②通道建設的年費用Ftd為充分應通道建設情況對規(guī)劃結果的影響，在模型設計中將通道條件單獨考慮，以使規(guī)劃結果對其敏感。（5-3）其中：k，為通道建設折算系數，即用理想建設條件與實際建設條件的比例系數，可以分段設置；C0為單位通道長度投資，Li為通道主干線路長度ΔAL為線路全年電能損失總值，UL為通道的維護費用，一般也可按照投資百分率進行計算。③設備運行的年費用Fyx包括設備運行年度費用及其它需分擔的初始費用。(5-4)其中：ZK為初始設備需分擔費用；UK為設備的年檢修維護費用，可按投資百分率進行計算。④電纜通道實施其它配合的年費用FPH將電纜通道實施中因非電力技術本身需要的其它費用折算為年費用，對于不同的工程考慮的因素不同，而且可能相關很大，所以需要根據實際情況設計，本式中僅為該實例中考慮的因素。具體計算公式如下：(5-5)其中：i為滿足線路拓樸結構而敷設的各個通道段；Cpi為電纜通道段i的單位長度配合其它費用；Li為該通道段i的長度；Cli為在街道段上敷設電纜通道段i的單位面積挖掘修復費用；Si為該街道段的挖掘修復面積；λ1i為該街道段的地價系數，λ2i為該街道段的道路等級系數；UP為年度其它費用，如與實施有關的規(guī)費類項目。2）約束條件結合城市地下電纜通道的實際特點以及可操作的原則，需要考慮如下的約束條件。①可靠性約束為了反映系統(tǒng)停運的嚴重程度和重要性，一般用平均用電有效度來評估：RASAI=用戶用電小時數/用戶需電小時數(5-6)其中：N總為系統(tǒng)中總用戶數；Uj為平均年停運時間；Nj為故障時受影響的用戶數，與Uj相對應；8760為每年的小時數。②容量約束對于變電站的出線，需滿足容量約束：(5-7)式中：與分別為線路l所帶的負荷值總和與最大允許傳輸有功功率；Nl為配電站出線的總根數。③電壓降約束由于進行的是主干線路的網絡規(guī)劃，并未涉及分支線路具體帶負荷的情況，因而只考慮一級分支線路。(5-8)式中：、和分別為主干線路上一級分支線路出線點的電壓上、下界和正常運行電壓；Nn為主干線路上所有一級分支線路出線點的數量。④地理信息約束在城市電力通道的規(guī)劃中，在通道設計安排中，無論是不同電壓等級電力線路組合時，還是考慮與其它公共設施安全約束時，都必須考慮實際城市道路的布局要求。（3）求解策略根據電力通道規(guī)劃實際特點，根據網絡最初拓樸結構，采用最短路徑法隨機方式生成通道的初始路徑，然后采用遺傳算法來優(yōu)化通道，具體搜索流程如圖5-1所示。圖5-1采用GA進行通道規(guī)劃的流程圖在適應度計算過程中，對于給定規(guī)格的通道段，當敷設的電纜條數在其孔數容納范圍內時，增加電纜條數并不會帶來通道成本的變化，而一旦突破現有通道段的容納范圍時，則需要通過改變通道段規(guī)格來適應新的變化，同時帶來了通道成本的突變。因此，針對電纜通道的敷設成本跳躍性特點，必須對線路和通道費用進行解耦處理。（4）計算數據供電區(qū)域內共分為15個子供電區(qū)域，供電范圍、供電區(qū)域分布以及規(guī)劃區(qū)域的街道地理走向等基本情況見圖5-2。圖5-2供電范圍、供電區(qū)域分布及規(guī)劃區(qū)域的街道地理走向示意圖該區(qū)域供電負荷預測約為40MVA，主要電源點為一座110kV高壓配電站（2×40MVA），各小區(qū)負荷預測值見表5-1。表5-1各小區(qū)負荷預測值單位：kVA小區(qū)號負荷值小區(qū)號負荷值小區(qū)號負荷值164756188711177225860718481243731053818711318784387792033142041562310950155845計算中，主干線路的導線型號采用YJV-3×300mm2電纜線路，電纜通道全部采用排管進行敷設。因本項目范圍較小，所以應用的設備類型及采用的通道型式較少，但對于計及影響因素的基本思路相同，實際應用可以參照設計。算例中所用設備及通道的經濟技術數據見表5-2，可靠性數據見表5-3。表5-2所用設備及通道的經濟技術數據設備及其型號投資費用/萬元使用年限/年檢修維護率/(%)YJV-300mm2電纜線路40/公里402.6開關3/臺252電力電纜排管5孔100/公里3028孔120/公里10孔190/公里24孔250/公里表5-3設備可靠性分析表設備設備故障率平均修復時間（小時/次）配電變壓器0.00043（次/臺×年）20斷路器0.02（次/臺×年）15母線0.03（次/條×年）2隔離開關0.05（次/臺×年）8電纜線路0.00791（次/km×年）9（5）計算結果根據以上求解方法進行計算，可以得到該高壓配電站的網絡通道候選方案。經過多代選擇達到最優(yōu)結果，本算例在第17代達到最優(yōu)結果，具體各代群體中最優(yōu)通道的各項數據信息見表5-4，僅列出初始代、第1代、第2代、滿足最優(yōu)條件后的17代的結果數據。表5-4某供電區(qū)域初始代和優(yōu)化代最優(yōu)通道的數據信息表代數年投資和運行總費用(萬元/年)可靠性指標（ASAI）通道年費用/萬元出線根數線路總長度/km初始代630.52630.999852574.8720931415.15405第1代603.2020.999854161.10109689.59654第2代600.40550.999854859.61833578.60323………………第17代585.47040.999856857.00437366.73805（6）結果輸出最優(yōu)通道確定后，可輸出通道規(guī)劃的基本信息，按照與道路信息結合可以給出通道敷設的具體路徑信息和通道段的排管規(guī)格，表5-5所示為該區(qū)域網架對應的通道系統(tǒng)敷設信息表。表5-5最優(yōu)網架對應的通道系統(tǒng)敷設信息表通道段ID途徑街道段ID敷設的電纜條數需要的電纜排管孔數通道段排管規(guī)格11035882104235370112547021255804235……………273910125通道規(guī)劃一般以GIS空間數據庫緊密結合，可以將整個通道和地理環(huán)境有效地結合起來。在得到了該區(qū)域的通道規(guī)劃數據信息后，進一步將通道路徑在規(guī)劃背景圖上進行自動布線，可以實現規(guī)劃結果的可視化輸出，圖5-3為該區(qū)域通道規(guī)劃最終布線圖。圖5-3某供電區(qū)域通道規(guī)劃可視化輸出示意圖（7）結果分析本區(qū)域采用該模型進行通道規(guī)劃取得了良好效果，本地供電企業(yè)前期采用人工方式對該區(qū)域進行了規(guī)劃，而且約束條件相同，規(guī)劃結果需要7條電纜，線路長度7.26公里，而經模型計算后僅需要6條電纜，線路長度，6.73公里，節(jié)約線路長度約為8%，通道年費用節(jié)省11.49%，線路年費用節(jié)省城市空間資源綜合利用實施研究雖然未來部分城市市區(qū)的空間規(guī)模會略有增加，但發(fā)展余地不大，隨著城市社會經濟發(fā)展，對空間資源需要越來越大，地下空間的充分利用則是現有市區(qū)拓展及優(yōu)化城市空間的重要手段，立體高效運行地下空間，是未來緊湊型城市集約高效發(fā)展的必由之路。城市地下空間發(fā)展需求分析隨著社會經濟的不斷發(fā)展，城市在空間、環(huán)境、資源等方面也面臨著巨大挑戰(zhàn)，從理論上講，城市總體規(guī)劃制定的布局是符合城市發(fā)展客觀規(guī)律的，但在現實中，有時候理想模式的操作與運行還存在不少問題。為真正做到高效的土地資源集約化開發(fā)，爭取地下空間資源充分利用無疑是實現城市集約化發(fā)展的一種很重要的途徑。部分城市在現代化的進程中，對城市生態(tài)環(huán)境、地面敞開空間的要求提高，應使部分城市功能轉入地下。節(jié)約土地資源的要求使建筑向豎向發(fā)展，而個別城市，如北京城區(qū)的高度控制使建筑向空中發(fā)展受到制約，向地下發(fā)展成為必然。對于中國的特大城市，從經濟水平看，已達到世界上其它國家大規(guī)模開發(fā)地下空間時的水平，如2002年，北京市人均GDP已達3300美元，具備了開發(fā)地下空間的條件。同時對于部分歷史文化名城、旅游城市等，保護范圍很大，利用城市地下空間可滿足城市容量擴大的需求，可更好的維護地面環(huán)境，保護歷史風貌。地下空間開發(fā)利用的主要策略（1）地下空間開發(fā)利用要與城市總體規(guī)劃中所提出的城市發(fā)展戰(zhàn)略目標相協(xié)調，與城市的經濟發(fā)展、社會進步目標相結合，使地下空間成為整個城市的有機組成部分，從而促進城市地上空間、地下空間的三維式協(xié)調發(fā)展，建設緊湊城市。（2）分層開發(fā)將地下空間開發(fā)利用的功能置于不同的豎向開發(fā)層次，充分利用地層深度，同時根據城市不同發(fā)展時期對地下空間開發(fā)利用的不同需求，綜合規(guī)劃，將開發(fā)的重點控制在地下不同的豎向層次。從而解決城市發(fā)展的各個不同階段、不同建設時期，各類原有設施與新建設施的協(xié)調統(tǒng)一。地下空間資源評估地下空間資源評估是城市地下空間規(guī)劃的重要基礎數據。規(guī)劃基礎數據的科學性、超前性、準確、全面、深化程度與質量對一個前瞻的、科學的城市地下空間規(guī)劃至關重要。應正確估計和評價城市中心區(qū)地下空間資源對城市空間發(fā)展的價值，合理估算地下空間資源量和確定發(fā)展規(guī)模、分布的深度及廣度，合理分配和保護地下空間資源，研究影響地下空間資源合理開發(fā)利用的因素，分期分層開發(fā)利用。資源評估涉及地層環(huán)境、生態(tài)、自然環(huán)境、不可逆性、現有建設情況、合理開發(fā)量、資源潛力、資源配備等，為城市地下空間開發(fā)利用規(guī)劃提供依據，并最終形成地下空間資源地理信息系統(tǒng)(GIS)。地下空間開發(fā)利用規(guī)劃的一個重要目標就是限制地下空間資源的盲目開發(fā)和碎片式開發(fā)，防止資源浪費，不合理布局以及資源開發(fā)時序混亂，因此對于整體城市地下空間規(guī)劃，僅對局部地區(qū)進行調查評估是遠遠不夠的，應進行整體與重點相結合的地下空間資源和評估研究，對資源潛在蘊藏狀態(tài)、品質、數量與分布進行調查，在此基礎上進行功能、工程技術、經濟、社會、生態(tài)和環(huán)境等多要素的評估，使人們能顯性和清晰地掌握地下空間資源的分布屬性和開發(fā)價值與影響，為城市規(guī)劃編制提供典型的規(guī)劃基礎數據和資源評估成果。在后期階段，可開展大面積整體規(guī)模的資源調查與評估，并以此成果建立初步的地下空間資源數據庫和地理信息系統(tǒng)。主要內容包括：（1）地下空間資源的調查①地面建設及地形地貌，地面保留區(qū)和改建區(qū)的分布，工程地質及水文地質條件；已有地下空間開發(fā)利用情況，包括地下市政基礎設施、交通、人防等。②深層地下空間資源的定性定量估測。③各層地下空間資源分布圖及數據的統(tǒng)計、分析，市區(qū)地下空間資源總量及靜態(tài)分布。（2）地下空間資源評估①地下空間資源評估的指標體系和數據庫評價系統(tǒng)；地下空間資源開發(fā)利用的外在條件；城市土地及空間的配置規(guī)劃。②淺層地下空間資源開發(fā)利用的布局。③城市重點開發(fā)地區(qū)及舊城改造中的再開發(fā)契機。（3）對主要用地功能的地下空間資源分類評價①歷史風貌保護區(qū)、綠地廣場的地下空間、居住區(qū)及危改區(qū)、城市重點功能區(qū)的地下空間資源價值評價、城市交通樞紐的地下空間資源價值評價。②淺層地下空間開發(fā)利用的社會經濟環(huán)境效益和影響評價。③城市市中心地區(qū)深層地下空間資源開發(fā)利用方向研究及定性與定量評估。管線綜合規(guī)劃的實施研究管線綜合是為合理利用城市用地，綜合確定管線工程在城市地上、地下空間位置，避免工程管線之間及其相關建筑物、構筑物之間的相互矛盾和干擾，為各工程管線工程設計和規(guī)劃管理提供依據。在城市建設中，工程管線的種類很多，除給水、排水管道外，還有電力、電信、煤氣、熱力等管線，有的還有人防工程和地下人行通道。需求及效益分析共同溝將設置在地面、地下或架空的各類公用管線集中容納于一體，實施統(tǒng)一規(guī)劃、設計、建設和管理，徹底改變以往各個管道各自建設、各自管理的零亂局面。綜合管溝將解決城市“拉鏈路”的老大難問題。由于供水、供電、通訊管線都將集中到綜合管溝中來，管線的鋪設、維修都不需要再開挖路面就可以進行。不但能有效地避免由于鋪設和維修地下管線而需要頻繁挖掘道路，維護城市正常的交通、生活秩序，保持路容完整美觀，降低了路面的維修費用和工程管線維修費用。同時由于綜合管溝內管線布置緊湊合理能有效地利用道路地下空間，能夠減少道路的桿柱及各類管線的檢查井；由于架空管線一起進入地下，能減少架空線與綠化的矛盾。主要體現在以下幾方面：（1）避免道路的反復開挖，保障交通正常運行。（2）可以實現對城市道路地下空間的高效、集約化利用。（3）有利于改善城市環(huán)境。（4）便于管線的維修保養(yǎng)，延長管線的使用壽命。（5）有利于增強城市的防災抗毀能力。（6）適應城市的分期、階段性的開發(fā)建設。（7）提高了市政管線供給的可靠性。城市共同溝的發(fā)展戰(zhàn)略（1）戰(zhàn)略分析共同溝適合在地下空間開發(fā)已經起步(正進行大規(guī)模地下空間開發(fā)的城市更優(yōu))、經濟實力較強的城市優(yōu)先發(fā)展，特別是這些城市內規(guī)劃新建的區(qū)域。由于新區(qū)一般是城市重點發(fā)展的區(qū)域，其城市建設的現代化水平較高，整合區(qū)內道路和共同溝的建設，不僅可以大大降低建設成本，而且容易形成網絡，使共同溝發(fā)揮出更大的效益。因此，今后共同溝建設的重點應在幾個特大城市和經濟實力較強、發(fā)展比較快的大城市，尤其是特大城市和大城市規(guī)劃開發(fā)建設的新區(qū)和有大規(guī)模改造計劃的老城區(qū)。此外，正在進行軌道交通規(guī)劃和建設的城市，可以結合軌道交通隧道的建設，同步建造管線共同溝。（2）目標定位在特大城市中基本形成干線網絡；在城市新區(qū)力爭建成多個示范性的集約化敷設的管線系統(tǒng)，實現城市基礎設施建設的全面現代化；以此來推動城市共同溝在各大城市中的建設和發(fā)展。在運營管理和法規(guī)制定方面要進行深入的研究，制定一套科學合理的運營管理體系，成立專門的管理機構，同時盡早出臺共同溝的專項立法，以便進一步推進共同溝的建設。（3）指導思想及基本原則a.建設共同溝的指導思想貫徹以人為本、全面協(xié)調可持續(xù)發(fā)展的科學發(fā)展觀，堅持城市建設各領域統(tǒng)籌發(fā)展的觀念，以城市總體規(guī)劃為基礎，緊密結合城市道路規(guī)劃，緊密結合城市軌道交通等大型地下空間開發(fā)利用項目的規(guī)劃，緊密結合城市新區(qū)開發(fā)和舊區(qū)改造等大規(guī)模建設規(guī)劃，把握最佳建設時機，積極與道路、地鐵等建設項目整合，做到協(xié)調規(guī)劃、同步施工。綜合協(xié)調各工程管線的規(guī)劃，使其真正實現集約化敷設，達到合理利用地下空間，提高城市基礎設施服務水平，提升城市環(huán)境品質的目的。b.建設共同溝應遵循的原則與城市發(fā)展目標相協(xié)調；與城市結構形態(tài)相協(xié)調；與城市經濟相協(xié)調；與城市景觀相協(xié)調；滿足城市防災需求；適應城市階段性開發(fā)建設。管線綜合規(guī)劃階段研究管線綜合一般分為規(guī)劃綜合和設計綜合兩個階段，規(guī)劃綜合屬于總體規(guī)劃階段的工作，設計綜合屬于詳細規(guī)劃階段的工作。（1）總體規(guī)劃階段規(guī)劃綜合是以電力、電信、給排水和工業(yè)等主要的單項工程(專項工程)管線的規(guī)劃資料為依據，并在此基礎上繪制管線綜合圖，其主要任務是解決各單項工程管線的主干管線在總體布置上存在的問題，并確定主干管線的走向，對于管線的具體位置，除必須定出少數控制點外，一般不作肯定。設計綜合要根據規(guī)劃綜合和各單項管線的初步設計資料，確定各項工程管線的平面和豎向具體位置，檢查管線在平面和豎向上有無問題，并解決不同管線在交叉處所發(fā)生的問題。管線綜合不僅僅是簡單的管線平面及豎向交叉，首先它是各種工程管線的設計方案的綜合。經過布置調整直至整體布局經濟合理。豎向布置時應重視道路豎向和雨污水等重力流管線的協(xié)調關系。管線綜合要充分利用現狀設施，避免不必要的重復建設。尤其在舊城區(qū)，基礎設施配套已基本完成，管線大的系統(tǒng)已形成，因此充分利用現有的基礎設施，可以節(jié)約資金，加快城市舊城區(qū)的改造步伐，為城市環(huán)境改造、城市功能的盡快提升做貢獻。管線綜合要采用城市統(tǒng)一的坐標及高程。居住區(qū)、廠區(qū)、道路及各種管線的平面位置和豎向位置應采用統(tǒng)一的坐標和標高系統(tǒng)，避免發(fā)生混亂和互不銜接。（2）詳細規(guī)劃階段控制性詳細規(guī)劃在編制過程中，由于種種原因，工程管線規(guī)劃及管理不受重視，規(guī)劃深度往往不能完全按照《城市規(guī)劃編制辦法實施細則》來執(zhí)行，道路性質、功能以及斷面形式等不做詳細確定，工程管線各專業(yè)規(guī)劃各自為陣，不進行管線綜合考慮。規(guī)劃逐步實施時，可能先開通某一條道路。建設單位單獨做該道路的管線綜合，這樣往往不重視該道路及工程管線在整個控制性規(guī)劃中的地位和作用，以偏蓋全，有時就違背原規(guī)劃的真實意圖。給城市規(guī)劃管理工作帶來不必要的麻煩。因此強化控制性階段的管線設計綜合和管線設計管理，是嚴格執(zhí)行城市規(guī)劃法規(guī)的需求，是城市規(guī)劃管理的需要，是城市可持續(xù)發(fā)展的需求。管線綜合要考慮遠期要求和近期建設相結合。城市是在圍繞中心區(qū)逐步向外發(fā)展，比如較大居住區(qū)的建設受規(guī)劃思路、資金投入等影響，一般都分期建設，這樣一來管線的規(guī)劃設計方案既要滿足近期建設的要求，又要考慮遠期規(guī)劃發(fā)展的需求，既不能僅僅考慮近期的建設，也不能因為考慮遠期發(fā)展而加大近期的投資。制約因素分析共同溝是合理、有效利用城市地下空間的重要工程設施之一。具有相當大的社會效益和一定的經濟效益，但其總體投資相對較大。在共同溝建設過程中，有以下問題值得注意：（1）共同溝建設宜因地制宜地進行，結合重大工程綜合考慮，避免單一性質的共同溝。根據調研情況，從國外發(fā)達國家共同溝建設情況來看，其共同溝建設一般都是與某些重大工程相結合，極少有單一性質的共同溝。如德國慕尼黑會展中心、國際機場等共同溝，都是很好的例子；國內也有較好的例子，如南昌市牛行水廠設計方案中，充分考慮了現狀地形為魚塘，較周邊道路低約6～7m的特點，將水處理構筑物進行疊合設計，同時在底部設置共同溝，使各生產構筑物全部連通，將廠區(qū)內的各類生產管線全部納入共同溝內。該工程是因地制宜、合理利用地下空間的典型。（2）共同溝建設投融資機制有待進一步研究。從上海的情況來分析，