初步设计和设计的区别范文第1篇

关键词：土壤污染调查；地统计条件模拟；污染概率；局部空间变异；污染区范围；布点优化；

作者简介：谢云峰(1981—)，男，副研究员(博士)；E-mail：xieyf@craes.org.cn；

1引言(Introduction)

土壤采样调查是获取土壤污染物空间分布信息最重要的手段，采样调查结果的精度直接影响污染风险评价结果的准确性和风险管理决策的合理性.土壤污染调查包括土壤样点布设、样品采集、污染物含量分析等环节.实际工作中，通常认为污染物分析方法的准确性是影响污染物调查准确性的最主要因素(Crumblingetal.，2001)，而忽略了土壤采样布点方案的重要性.大量研究表明，污染物在土壤中的空间分布表现出明显的空间变异性，人类活动影响越大的区域，局部变异程度越大(Thompson，1996；丛鑫等，2009；杜平等，2006；张娟等，2014；郑一等，2003).针对空间变异性较大的环境要素，样点布设方案是影响调查结果准确性最主要的因素之一.Jenkins等(1997)对土壤中三硝基甲苯污染的调查结果表明，至少95%的变异度(统计方差)是由采样位置导致，而含量分析(室内分析和现场分析)手段对变异度的贡献不超过5%.其他类似研究也表明，土壤采样导致的不确定对污染物含量测定不确定性的贡献超过50%(Argyrakietal.，1997；Theocharopoulosetal.，2001；Jenkinsetal.，1999).因此，科学合理的土壤采样布点方案对保障污染调查结果的精度非常重要.现有的土壤污染调查布点方法主要包括判断性采样和非判断性采样(姜成晟等，2009)，其中，判断性采样主要根据已有先验知识设计采样布点方案，并在潜在的高污染风险区域加大采样密度(UKEnvironmentAgency，2000)；当缺乏场地污染物分布的背景信息时，就只能采取非判断性采样方法，如随机采样、均匀网格布点采样等(Thompsonetal.，1995；USEPA，1989).传统的土壤污染调查布点方法主要用于对污染物总体(平均含量)的最佳估计(Brusetal.，1999)，样本量主要取决于污染物含量的空间变异程度.土壤污染治理过程中，污染调查主要关注目标污染物的超标程度及污染区范围.因此，以总体估计为目标的传统土壤污染调查布点方法对土壤污染范围的估计精度通常不能满足修复决策的需求(刘庚等，2013；谢云峰等，2010).近年来，应用地统计学方法来提高土壤污染调查精度已成为研究热点之一(D'Or，2005；Demougeot-Renardetal.，2004；Juangetal.，2005；VanGroenigenetal.，1999；VanToorenetal.，1997)，该方法基于土壤污染物空间分布的自相关性，优化土壤调查布点空间布局，可提高土壤污染调查效率(Burgessetal.，1981；Demougeot-Renardetal.，2004；Englundetal.，1993；阎波杰等，2008；赵倩倩等，2012).虽然基于地统计学和条件模拟方法的样点布设方法效率最高(Jonesetal.，2003)，但在土壤污染调查过程中却很少用于土壤污染调查布点优化(Verstraeteetal.，2008).

为了获得准确的土壤中污染物空间分布信息，土壤污染调查通常包括污染初步调查、污染详查等多个阶段.初步调查的主要目的是识别土壤主要污染物及潜在污染区域，通常样本量较少.污染详查是在初步调查基础上，在潜在的污染区域增加样点，确定污染区的范围及其污染程度.土壤污染调查方案的误差主要包括污染区被低估和清洁区被高估(Marchantetal.，2013；Ramseyetal.，2002)，其中，前者会导致污染区面临的污染风险不能得到有效控制，后者会导致不必要的修复投入.为了获取准确的污染区信息，通常需要增加样本量，但这会导致采样分析成本的增加.高效的采样方案是将采样调查成本与调查不确定性导致的经济损失的总成本降到最低(Ramseyetal.，2002).采样方案优化的目的就是要寻求降低污染修复不确定性的最佳样本量(Demougeot-Renardetal.，2004).土壤污染物的空间分布受污染来源、环境条件、污染物性质等因素的综合影响，其在空间上表现出不同程度的空间相关性和变异性，对土壤污染物空间变异性的描述准确与否是影响调查结果的关键.本研究结合土壤污染调查的特定需求，提出基于污染概率和污染物局部空间变异特征的土壤污染调查加密布点方法，以提高土壤污染调查方法对污染区范围和污染程度的估计精度，并为土壤污染调查提供方法学支持.

2土壤污染调查加密布点方法(Samplingdesignoptimizationprocedurefordetailedsoilpollutioninvestigation)

土壤污染调查结果的不确定性主要出现在污染物含量过渡区域(刘庚等，2013；谢云峰等，2010；Xieetal.，2011)，为此，该研究针对污染调查结果的不确定性，提出土壤污染调查加密布点的工作流程和方法(见图1).土壤污染调查加密布点的2个核心问题分别为确定需要加密布点区域和样点布设方法.

2.1加密布点区域的确定方法

由于土壤污染治理仅关注污染物含量超过相关环境标准或修复目标值的区域，因此，提高污染区范围的估计精度就显得尤为重要，加密布点法正是基于这一需求而提出.由于初步调查阶段已经获得了一定的污染物分布信息，所以在加密详查阶段只需要针对污染分布信息不确定性较大的区域进行补充调查即可，其中，不确定性区域是指污染物空间分布精度低于修复决策需求精度的区域.

为了定量评估土壤污染调查的不确定性，该研究引入土壤污染概率方法.基于初步调查数据，利用概率制图方法预测土壤污染物超过环境标准或修复目标值的概率，常用的概率制图方法有地统计条件模拟方法、指示克里格方法等.其中，地统计条件模拟方法包括多种模拟算法，如序贯高斯模拟、序贯指示模拟等.污染概率的取值范围为0~1，概率值越高，可优先判定为污染土壤；相反，污染概率值越低，可优先判定为清洁土壤.概率制图结果中，概率值介于高值和低值之间者即为不确定性区域，需要进一步补充调查确认.假定某污染土壤地统计条件模拟的污染概率阈值范围为0.1~0.8，设定污染概率阈值和清洁概率阈值分别为0.5和0.3，则污染概率为0.5~0.8者为污染区域，0.1~0.3者为清洁区域，0.3~0.5者即是需要加密调查的区域.

不确定性区域污染概率值较低的可能原因为：①区域内污染物含量较低；②区域属污染区域，并且样本量较少.为了进一步探究其具体原因，该研究引入局部变异特征方法.基于初步调查数据，分析土壤污染物含量的局部变异特征(包括变异系数、方差、自相关性等)，如果局部变异性较大，表明土壤中污染物含量空间分布差异较大；反之，则表明污染物含量空间分布差异较小.对于局部变异性较大者，通常是污染物含量高值区向低值区的过渡区域，也是调查结果不确定性较大的区域；对于变异性较小者，通常是高值集中或低值集中的区域，调查结果的可靠性较高.因此，根据土壤污染物的局部变异系数，将土壤污染调查结果划分为不确定性区域和确定性区域.假定某污染土壤局部变异系数为20%~200%，设定变异系数阈值为100%，则变异系数为100%~200%者为不确定性区域；低于100%者为确定性区域.

综合污染概率和局部空间变异系数确定的污染调查不确定性区域，即为污染调查加密布点的目标区域.

2.2不确定性区域样点布设方法

不确定性区域样点布设包括加密样点的数量和样点的空间位置.其中，加密样点数量主要与不确定性程度相关，不确定性较大的区域，加密布设的样本量也较大；样点的空间位置主要与污染物含量空间变化趋势相关，主要利用趋势分析方法分析土壤污染物空间变化规律，沿着土壤污染物含量变化的方向布设加密样点.

本研究提出的污染调查加密布点方法的主要目的是为提高污染区范围的估计精度.在初步调查结果的基础上，结合污染概率和局部变异系数方法确定加密布点的目标区域，再根据土壤污染物含量分布的空间变异性及其变化趋势，确定加密样点的布设方案.该方法可优化加密布点的位置，降低加密布点的数量，提高加密布点的效果，从而在保证调查精度的前提下，降低调查成本.

3加密布点方法案例验证(Validationofthesamplingdesignoptimizationprocedurefordetailedsoilpollutioninvestigation)

3.1案例区概况

案例数据来源于某重金属污染场地，场地面积约14.50km2.按照200m间隔进行均匀采样，在部分高污染区域适当增加样本量，共采集359个土壤样品.土壤污染调查结果表明，土壤重金属Cu、Pb、As、Cd等污染物都存在不同程度的污染.以该场地土壤Cd污染为例，开展土壤污染调查详查加密布点优化方法研究.

3.2样点加密布点方案

案例验证研究过程中并不实际开展土壤污染初步调查布点取样，以及初步调查结果分析和详查加密布点工作.而是利用案例场地已有的359个调查数据，采用空间抽样的思路，模拟开展土壤污染初步调查和加密详查布点过程.具体操作步骤为：首先基于案例数据的359个样点数据，进行模拟的土壤污染初步调查.根据图1的工作流程可知，土壤污染物空间变异特征研究和土壤污染不确定性区域确定是土壤详查加密布点的2个最重要的环节.地统计学的半方差分析方法是最常用的空间变异特征研究手段之一，为了获取比较准确的土壤污染物的空间分布规律，需要有足够的样本量.因此，在初步调查阶段，将研究区域划分为10×10的网格，落在网格内的土壤样点作为初步调查样点，当网格内有多个土壤样点时，随机选取其中一个，由此共获得土壤初步调查样点97个，样点间平均距离约为386m.在初步调查的97个样点数据的基础上，利用本研究提出的加密布点方法进行加密布点.具体步骤为：基于初步调查数据，利用地统计学方法分析场地土壤Cd含量(w(Cd))的空间分布规律.利用条件模拟方法预测该场地土壤Cd污染概率(图2a).基于污染概率预测结果，设定污染概率阈值(Pt)和清洁概率阈值(Ct)，污染区域确定方法如式(1)所示.土壤Cd污染概率阈值和清洁概率阈值分别设定为0.8和0.2，基于污染概率划定的不确定性区域见图2b；在此基础上，结合土壤污染局部变异特征(图2c)，将局部变异性大于变异系数阈值(CVt)的区域划定为不确定性区域(图2d)，变异系数阈值设定为局部变异系数最大值的75%(式(2)).综合污染概率和局部变异系数的结果，即为土壤污染详查布点的优先区域，根据土壤污染物空间结构分析结果，沿着污染物含量变化的方向确定加密样点的位置(图3a).由于该研究是模拟研究，如果在最佳的采样位置没有样点数据，就选择邻近样点作补充，土壤详查加密样点为57个，布点方案见图3b.将加密布点后的污染调查结果与案例场地359个数据获得的结果进行对比，评价加密布点的效果.

式中，Rp为污染概率分区，Z(x)为条件模拟预测的土壤污染物含量，Zc为土壤污染评价标准，Pt为污染概率阈值，Ct为清洁概率阈值，Rcv为污染变异系数分区，CVx为局部变异系数，CVt为变异系数阈值.

3.3数据处理方法

利用GS+7.0软件进行土壤污染物含量的空间结构特征分析.样点污染物含量局部变异特征是在样点VORONOI图的基础上，借助ArcGIS10.1的GeostatisticalAnalyst工具，计算每个样点及其邻近样点的变异系数.采样网格、初步调查样点设计及所有空间制图均在ArcGIS10.1软件中实现.土壤污染物含量条件模拟及污染概率计算在GSLIB(GeostatisticalSoftwareLibrary)中实现(Journeletal.，1998).地统计学条件模拟方法较多，该研究采用最常用的算法之一序贯高斯模拟方法(SequentialGaussianSimulation，SGS)(谢云峰等，2015)，该方法算法简单、灵活、计算方便，其基本思路为：根据现有样点数据计算待模拟点污染物浓度的条件概率分布，从该分布中随机取值作为模拟实现；将得到的每一个模拟值，连原始样点数据一起作为条件数据，进入下一个点的模拟.

3.4结果与讨论

3.4.1土壤Cd统计特征的估计精度

由表1可见，土壤Cd污染初步调查样点(97个)与污染详查样点加密后(154个)的统计特征很相似，平均值差异仅为0.01mg·kg-1.加密详查后样本的变异系数降低.与总体样本相比，初步调查和加密详查这2个阶段采样的Cd平均值都偏高，误差为5.40%.变异系数较总体分别降低2.79%和6.71%.初步调查平均值的估计精度较高，而加密详查并没有进一步提高平均值的估计精度.在污染详查阶段，由于在土壤污染空间变异较大的区域增加了样点，因此，其变异系数降低.

3.4.2土壤污染区面积的估计精度

土壤污染调查重点关注的是污染信息的识别精度.初步调查和加密详查阶段，根据样点w(Cd)超标率(表2)估算的污染区面积所占比例分别为68.04%和70.13%，比所有样本的估算结果分别高3.14%和5.23%.污染概率预测结果表明，当污染概率阈值为0.8时，污染概率预测的污染区面积所占比例在53.58%~57.84%之间，比样点超标率估计结果低7.06%~16.39%.基于超标率估算污染区面积，意味着当某个采样网格内的土壤样点污染物含量超标时，则判定该网格超标.样点加密详查后，增加的样点都位于污染概率较高的区域，因此，总体样点中污染区域样点的比例增加，导致污染面积估计结果增大.

初步调查和加密详查这2个阶段估计的污染区面积非常接近，样点加密后污染概率预测的污染区面积仅增加0.16%，初步调查与加密详查估算的面积均小于总体样本的估计结果，污染面积低估4.10%.为了评价污染区范围空间位置的预测精度，将不同采样阶段预测的污染区范围与总体样本预测的结果进行空间差值运算，并根据差值结果将污染区空间位置预测精度分为相同、低估和高估3种情况.相同表示污染程度预测结果一致，低估表示污染区被预测为清洁区，高估表示清洁区被预测为污染区(图4).从污染区的空间位置精度来看，初步调查污染区面积预测的准确度为79.35%，分别有12.45%的区域污染程度被低估，8.20%的区域污染程度被高估.加密详查后，污染区面积预测的准确度提高到86.10%，污染程度被低估和被高估的面积分别降至9.00%和4.90%.

土壤Cd平均值估计结果表明，在初步调查阶段，其估计精度就已达到94.00%以上，而污染区的估计精度仅为79.35%.表明在土壤污染调查过程中，平均值或土壤污染统计特征的估计精度，并不能反映污染区范围的估计精度.土壤污染治理过程中，污染区空间分布信息比平均值更重要，直接影响到修复成本的估计.本研究提出的土壤污染详查加密布点方法，在保证土壤污染总体平均含量估计精度的前提下，显著提高了污染区面积的估计精度；加密详查后，污染区面积的估计误差为4.10%，空间位置精度为86.10%，比初步调查精度提高了6.75%；土壤污染调查的样本量显著降低，初步调查和加密详查的样本量仅为总体的42.90%.

本研究的样点优化思路是在不确定性较大的区域内增加样点，不确定性区域的界定标准为条件模拟的污染概率和局部变异系数.从图2可知，不确定性区域主要分布在污染区边缘，在这些区域增加样点密度，能显著提高污染区空间位置精度.初步调查过程中，污染程度被低估时，污染区域被误判为清洁区域(见图4左下角和左上角的绿色区域)；样点优化过程中，清洁区域不会补充调查样点，因此，优化后的结果仍然是被低估.污染程度被低估与初步调查布点、污染概率阈值选择有关.由于没有污染物分布相关的背景信息，网格随机采样布点法对总体平均含量和变异程度的预测精度较高，对局部污染信息的预测精度较低.在初步调查前，收集场地污染源排放、土地利用方式、土壤理化性质、水文地质条件等影响污染物空间分布的相关信息，辅助调查样点设计，可以提高对污染区识别的精度(Falketal.，2011).污染概率阈值选择对加密点的空间分布有较大影响，如果选择的污染概率阈值过低，就会导致被高估的区域不能被识别；概率阈值过高，则会导致不确定性区域增大，需加密的样本过多，从而降低加密效率.本研究为了获取较大的不确定性区域，选择了较高的污染概率阈值和较低的清洁概率阈值，用于检验样点优化方案的效率.在具体应用中，应结合研究区的特点和调查目标，选择适宜的污染概率阈值，进一步提高样点优化方案的效率.加密详查样点优化过程中，基于污染概率和局部变异系数筛选出不确定性较大的区域，该研究并没有在这些区域增加样点，而是根据已有的样点数据，基于距离邻近原则，用邻近样点替代最佳位置的样点.增加的样点在空间位置上并不是最优化的，这可能会降低样点优化的效率.实际应用中在最佳的空间位置补充样点，应该会取得更好的调查效果.

本研究提出的加密布点方法的核心是在污染预测结果不确定性的区域，根据污染物空间分布规律补充调查样点.如图1所示，在污染物空间分布、污染概率预测、预测结果不确定性评价等阶段都应用了地统计学方法.根据地统计学方法的基本假设，应用该方法时要求污染物空间分布具有显著的空间自相关性.大量的研究结果表明，重金属、多环芳烃等污染物在土壤中的空间分布都表现出明显的空间相关性(胡克林，2004；郑一等，2003).因此，地统计学方法是适用的.对某些污染物，如化工场地的氯代烃污染等，这类污染物主要是通过泄漏释放到土壤中，然后通过土壤孔隙进一步向下迁移.在水平空间上，存在泄漏的区域就会检出污染物，没有泄漏的区域就不存在污染(韩春梅等，2009)，因此，这类污染物在空间上自相关性较差，本研究提出的加密布点方法就不适用.土壤中污染物空间分布受污染源分布及释放特征、区域环境条件、污染物性质及环境行为特点等多种因素的综合影响，在不同尺度上会表现出不同的空间分布规律.针对具体区域开展污染调查时，需综合考虑污染物空间分布的影响因素，同时可借鉴前期研究和其它类似研究的成果，初步分析土壤中污染物的空间分布特征，在此基础上，进行初步调查布点.基于初步调查结果，应用地统计学方法研究污染物空间分布规律，如果污染物具有较好的空间自相关性，就可以采用本研究的方法进行加密布点优化，否则，本研究的方法就不适用.加密布点是在初步调查结果的基础上，通过辨识污染物的空间分布规律，结合污染调查的要求，开展详查布点优化.因此，初步调查的可靠性会直接影响加密布点的效果.地统计学应用半方差分析研究污染物的空间自相关性.相关研究表明，样点数量和空间分布会直接影响半方差分析结果的准确性(Goovaerts，1999).从样点数量来看，由于污染物类型、研究区域条件的差异，不同研究的结论不太一致，通常认为样点数小于60时，难以获得较准确的半方差(秦耀东，1998).在具体应用时，可根据半方差函数的拟合效果，评估样点数是否足够.从样点空间分布来看，为评估污染物在不同距离和不同方向上的空间分异规律，初步调查样点应尽可能在研究区域内均匀分布，在不同距离和方向上都有足够的样点数用于分析污染物的空间分布规律，可帮助提高加密布点优化的效率.

4结论(Conclusions)

1)土壤污染调查布点方法对土壤污染物含量的估计精度较高，案例场地土壤中Cd平均值的预测误差为5.40%，变异系数的预测误差为6.71%.

初步设计和设计的区别范文第2篇

根据上述结构形式、材料以及初步估算的结构尺寸，建立分析模型。依据机翼结构的对称性及载荷对称性可得边界：机翼与机身连接处的节点有节点位移δx=0、δy=0、δz=0。整个模型共500个节点，1643个单元，4套外载荷，10个气动分区，205个气动小块。分析模型见图2。

满应力优化设计

满应力设计是通过划分结构设计区和选择关键元的方法实现的。设计区中包括若干个有限元件，从诸元中选出有代表性的元件作为关键元，只对关键元进行强度比再设计。计算时可将结构分为设计区和非设计区。每个设计区受一个变量控制，通过再设计得出各设计区中诸关键元新的尺寸A（k）ij后，再从中选出最大的作为该区的统一变量D（k+1）ij（i∈某区，j∈该区的关键元），然后考虑最大、最小变量约束，再进行下一轮迭代，这就是通常所说的结构元件尺寸（A）与设计变量（D）之间的耦合关系。对非设计区，将不指定关键元，在设计中该区元件尺寸不作改变。

满应力设计的初始设计值取工程估算法估算的初步值，设76个设计区、646个关键元、164个设计变量。表1给出了满应力设计结果。结果表明，经7次迭代收敛，结构质量明显下降，结构减质量24.478kg（14.3%）。经过满应力设计后，各设计区尺寸得到调整，主要体现在缘条面积下降（有的还退回最小限），蒙皮局部厚度增加，总体分布合理。

数学规划法优化设计剪裁

在满应力设计的基础上，用数学规划法进行多约束优化设计，获取满足各种设计要求的最终设计，具体来说是将优化设计归结为求解下述数学规划问题：寻找一组设计变量其中：（fX）为依赖于设计变量向量X的目标函数；gj（X）为性状约束函数；xLi和xUi分别为设计变量xi的下限与上限；m表示设计变量数；n表示约束数。进行数学规划法设计首先要确定约束限，需要把满应力设计结果值返回分析模型，根据再分析结果确定约束限。这里考虑把主翼盒设计成强缘条薄蒙皮的结构形式，初始141.23kg的结构质量也可以接受，因此将满应力设计结果值返回时，局部调整设计变量的下限，使缘条面积不再下降。结构进行再分析，计算结果为：U245653mm，f16.8Hz，η0.81，vF252.3m/s，W141.23kg。

从满应力设计结果，结合结构质量要求、强度要求、以及颤振包线，最终规定出数学规划法设计的约束限为：1）位移约束1个，翼尖后缘点的Y向位移值U245≤628mm；2）振动约束1个，f1≥6.9Hz；3）静弹约束1个，内、外副翼俯仰效率η≥0.815（Ma=0.8，13km）；4）颤振约束1个，vF≥300m/s（海平面）。

数学规划法设计设有50个设计区、122个设计变量（设计区为主翼盒段的上下蒙皮、纵向梁缘条和梁腹板）。表2给出了在位移、振动、颤振约束下的最小结构质量设计结果。可见，经4次迭代后，全部满足约束条件，结构质量仅增加10kg左右，而位移降低72.3mm，颤振速度提高了47.66m/s（占18.9％），充分表明优化设计后结构效率明显提高。多约束优化变量收敛后，从优化尺寸分析看，内外翼转折部蒙皮的±45°和0°铺层厚度都明显增加，这种尺寸分布可以提高结构的弯曲和扭转刚度，对综合满足多种约束条件有利。为进一步说明±45°、0°和90°铺层比例对结构弯曲和扭转频率的影响，详细分析了在相同铺层厚度的情况下，机翼振动、颤振特性随蒙皮不同铺层比变化情况，见表3。

表3中f1、f2、f3、vF分别对应结构的一弯、二弯、一扭频率和颤振发散速度，可以看出，在相同铺层厚度的情况下提高±45°铺层比例，可有效提高结构的扭转频率，从而提高结构的颤振速度。

结论

初步设计和设计的区别范文第3篇

空调通风系统在正常运行时,应向乘客提供一个过渡性舒适环境,最大限度的吸引客流。

当列车发生事故阻塞在区间隧道时,空调通风系统应向阻塞区间提供有效通风,保证列车空调的正常工作。

车站或区间隧道内发生火灾事故时,空调通风系统应具备有效防灾排烟、通风功能,保证乘客安全疏散,并为消防人员灭火创造条件。

空调通风系统应满足地铁车站内各种设备及管理用房的温度和湿度要求,为地铁工作人员创造一个良好的工作环境,并保证设备正常运行。排风系统应兼具排烟功能,如无法兼用,应考虑单独的排烟系统。同一条线路按同一时间内发生1次火灾考虑[1]。

系统按远期2034年夏季晚高峰运营条件进行车站公共区空调负荷计算;按远期2034年夏季早高峰运营条件进行车站公共区人员新风量校核计算。

在确保空调通风系统功能的前提下,设备选型应按照安全可靠、技术先进、经济合理的原则,充分考虑设备国产化,并综合比较,择优选用[4]。

2两种空调通风系统的比较

2.1两种空调通风系统的原理

2.1.1屏蔽门系统

屏蔽门系统就是通过在地铁车站的站台候车区与行车轨道之间设置屏蔽门装置,将地铁车站与区间隧道从空间上分隔开来,将车站和区间分隔成两个不同的空气环境区域。

车站站台设置屏蔽门系统不仅提高服务水平、改善地铁乘车环境、保证乘客安全及满足列车正常运营的需要。同时,可以减少列车活塞风对车站站台环境的影响,列车运行产生的热量大部分通过设置在车站端部的活塞风道及车站行车道顶部和站台下排热风道直接排放到地面,因而可以阻止大部分的列车散热量进入车站,从而减少车站通风与空调系统的冷负荷及用电负荷,降低车站空调通风系统及供电系统的设备初投资,节省通风空调系统的运行费用。同时也能起到一定的消音、降噪作用,并且屏蔽门可以充分体现地下车站的现代化特色、提升城市整体形象[3]。

2.1.2开闭式系统(站台设置安全门)

车站站台设置安全门主要起到一种隔离的作用,提高了站台候车乘客的安全性。安全门在结构组成及控制原理上与屏蔽门类似,但高度上及其他功能上不同于屏蔽门,并不能完全将车站和区间分隔开,站台的候车区与轨道区仍然是一个公共的空间。因此,空调通风系统形式仍为开闭式系统。

2.2两种空调通风系统的构成

屏蔽门系统与开闭式系统在空调通风系统构成方面是有差别的,具体内容详见表1。

从表1可以看出,在空调通风系统构成方面,屏蔽门系统比开闭式系统多一个系统,即车站屏蔽门外车轨区域排热和排烟系统(简称排热系统)。这是两种空调通风系统构成的主要区别。

3车站公共区空调通风系统计算结果的比较

两种空调通风系统在计算结果上有很大差异,其中屏蔽门系统在站台层通风量和空调冷量上明显要少于开闭式系统,具体内容详见表2。

从表2可以看出,在这两种空调通风系统的计算结果中,在站台送风量、回/排风量、空调冷量方面,屏蔽门系统比开闭式系统明显地减少。站台送风量减少了约50000m3/h,回/排风量减少了将近90000m3/h;空调冷量减少了将近500kW,这足以显示出屏蔽门系统节能效果的优越性。

4空调通风机房及设备布置的比较

4.1开闭式系统机房及设备的布置

站厅层两端分别设置一座空调通风机房,各负担一半车站公共区负荷。每端机房内设有风量为5×104m3/h的组合式空调机组、回/排风机各2台,风量为10309m3/h的空调新风机各1台。

在车站两端分别设置车站排风道一个(兼作区间机械风道)、车站新风道一个,每端机械风道内设置2台TVF风机,对应每条线路分别设置一个面积20m2的风孔,用于区间隧道的事故通风、排烟。在车站两端的站台层端部对应每条线路分别设喷嘴一个,用于区间事故送风;站台层每端的迂回风道处设电动防火卷帘一扇,净面积不小于30m2。在站台轨顶上、站台板下设置结构风道,用于站台公共区正常工况下的回/排风,站台轨顶风道兼作火灾工况下的排烟风道。空调通风机房布置图详见图1[5]。

4.2屏蔽门系统机房及设备的布置

站厅层两端分别设置一座空调通风机房。每端机房内设有风量为35000m3/h的组合式空调机组2台、风量为35000/25000m3/h的回/排风机2台、风量为6000m3/h的空调新风机1台,各负担一半车站公共区负荷。

站厅层两端分别设置一座排热风机房,每端机房内设有风量为178200m3/h的排热风机1台,用于站台下及轨顶上排热风。

站厅层两端分别设置一座活塞/机械风机房,每端机房内设有风量为237600m3/h的隧道通风机2台,用于区间隧道通风及排烟。

车站两端分别设置活塞/机械风道一个,排风道一个,新风道一个。在车站两端风井出地面处分别设置活塞/机械风亭一座,排风亭一座,新风亭一座。通风机房布置图详见图2[2]。

5两种空调通风系统在土建规模上的比较

屏蔽门系统与开闭式系统在风井、机房、机房面积及车站长度方面存在一定的差异,为了更好地了解两种空调通风系统对土建规模的影响,详见表3。

从表3的比较结果中可以看出,屏蔽门系统比开闭式系统要多两座排热风井及相应的排热机房,占用机房面积比开闭式系统多约284m2。但车站的整体规模即车站长度却缩短11m。综合考虑,采用屏蔽门系统对土建的整体影响相对于开闭式系统要小一些。

6经济分析

6.1两种空调通风系统在运行费用上的比较

屏蔽门系统与开闭式系统运行费用的比较,主要在空调季、非空调季及排热风机三方面进行考虑的,其中,设备的运行费用按1年计算,根据空调通风设备的运行时间不同,对空调系统设备、排热风机、TVF风机三类设备分别计算。其中据调查,电费0.56元/度。

空调通风系统设备运行时间,根据天津的气候条件,空调季运行时间按3个月90d计算,4班3运转,每天运行时间为18h。非空调季运行时间按6个月180d计算,4班3运转,每天运行时间为18h。

排热风机运行时间根据列车的运行时间一年按360d计算,每天运行时间为8h。

TVF风机的运行,因TVF风机在两种空调通风系统中的运行模式相同,均为事故工况下运转,因此该项设备运行费用不在比较之内。

6.1.1空调季运行费用的比较

空调通风系统空调季的运行模式:当室外空气焓值高于回风焓值时,系统采用最小新风空调工况;当室外空气焓值小于等于车站回风焓值时,系统转为全新风运行状态,车站空调进入全新风运行状态。空调水系统运行。

两种空调通风系统空调季运行所需电量见表4。

由表4可知,开闭式系统空调季电量合计为

645kW,其运行费用为:

645(kW)×18(h)×90(d)×0.56(元/kW)=585144(元)

屏蔽门系统空调季电量合计为347kW,其运行费用为:

347(kW)×18(h)×90(d)×0.56(元/kW)=314798(元)

6.1.2非空调季运行费用的比较

通风空调系统非空调季的运行模式有2种,即过渡季通风运行模式和冬季通风运行模式。

(1)过渡季通风运行模式:当进入过渡季节,此时地铁转为通风运行工况,空调水系统关闭。可仅开启车站送风机(即组合式空气处理机组),采用机械进风、自然排风。

(2)冬季通风运行模式:当进入严寒冬季之后,室外气温降至约3℃以下时。地铁转入自然通风运作状态。

两种空调通风系统非空调季运行所需电量见表5。

由表5可知,开闭式系统非空调季电量合计为120kW,其运行费用为:

120(kW)×18(h)×180(d)×0.56(元/kW)=217728(元)

屏蔽门系统非空调季电量合计为74kW,其运行费用为:

74(kW)×18(h)×180(d)×0.56(元/kW)=134266(元)

6.1.3排热风机运行费用的比较

排热风机的运行是屏蔽门系统与开闭式系统的主要差别,是屏蔽门系统所独有。所以,排热风机功率55kW,共2台,总功率为110kW,其运行费用为:110(kW)×8(h)×360(d)×0.56(元/kW)=177408(元)

两种空调通风系统在空调季、非空调季及排热风机三方面的运行费用的比较,详见表6。

由表6可知,屏蔽门系统一年运行费用为626472元;开闭式系统一年运行费用为802872元,显然,屏蔽门系统比开闭式系统一年节省运行费用为:802872(元)-626472(元)=17.64(万元)

6.2两种空调通风系统在土建和设备初投资上的比较

开闭式系统和屏蔽门系统在设备初投资及对土建造价的影响上给予比较,详见表7。

由表7可知,屏蔽门系统总初投资为11179万元,开闭式系统总初投资为11300万元,由此可以看出,屏蔽门系统比开闭式系统节省初投资为:11300-11179=121(万元)

7结论

从上述比较的结果可以看出:在一年的运行费用上,屏蔽门系统比开闭式系统节省费用17.64万元,而且屏蔽门系统空调用电量减少近300kW,不难看出,屏蔽门系统具有一定的节能效果。

在初投资上,尽管屏蔽门系统增加了排热通风系统,与开闭式系统相比,使设备初投资增加429万元,但屏蔽门系统比开闭式系统节省土建投资550万元。因此,在总初投资上,屏蔽门系统比开闭式系统节省费用121万元。

总之,仅对于空调通风系统而言,在天津地区,无论在初投资上还是在运行费用上,屏蔽门系统较开闭式系统具有一定优势。它不仅满足人们对地铁乘车环境的舒适性和安全性的要求,同时也提升了天津市的国际形象和城市经济发展水平。

在地铁工程设计中,空调通风系统是采用屏蔽门系统还是开闭式系统,还需根据工程的实际情况,如投资规模、保证乘客安全、管理水平以及屏蔽门设备投资比较等多方面因素,综合进行考虑。

参考文献:

[1]GB50157-2003,地铁设计规范[S].

[2]侯桂敏.天津市地下铁道二期工程设计·通风、空调与采暖[R].天津:铁道第三勘察设计院,2005.

[3]施仲衡.地下铁道设计与施工[M].陕西:科学技术出版社,1997.

[4]天津市地下铁道总公司.天津市地下铁道二期工程初步设计技术要求[R].天津:铁道第三勘察设计院,2003.

[5]侯桂敏.天津市地下铁道二期工程2、3号线初步设计·通风、空调与采暖[R].天津:铁道第三勘察设计院,2004.

摘要:研究目的:通过对同一地铁车站2种空调通风系统形式的比较和分析,了解开闭式系统和屏蔽门系统的主要差别和各自的特点。针对空调通风系统专业而言,在工程造价及土建影响方面,明确屏蔽门系统较之开闭式系统的优势。

研究方法:采用对比的方法对开闭式系统和屏蔽门系统在系统构成、计算结果、空调通风机房及设备布置方面进行比较,并且就这两种空调通风系统在运行费用、土建造价和环控设备初投资等方面进行技术经济比较和分析。

研究结果:由比较结果得出,在设备运行费用上,屏蔽门系统要低于开闭式系统;在初投资上,包括环控系统设备初投资和影响土建造价的投资,屏蔽门系统比开闭式系统节省投资100多万元。

初步设计和设计的区别范文第4篇

一、项目的安排阶段

（一）立项的依据及原则

1、立项的依据

（1）依据区区域规划纲要、“三区一线”及各镇总体规划。

（2）依据《市区国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》。

2、立项的原则

（1）符合建设国际化工城，打造绿色的原则。

（2）符合区委、区政府提出的“三区一线”发展战略重点建设项目的原则。

（3）符合国民经济和社会和谐发展，保障基础设施先行建设的原则。

（4）符合广大人民群众生产生活需要，解决热点、难点的原则。

（5）符合集中财力，聚焦城市开发建设的原则。

（二）项目的提出

1、列入年度区实事重大工程的建设项目。

（1）通过媒体公开征集实事项目。

（2）向区各职能部门、各镇、街道及各管委会征集重点建设项目。

（3）向区人大常委会、区政协以及区人大代表、政协委员征集实事、重大建设项目。

2、根据发展需要区领导适时提出的建设项目或职能部门提出的建设项目。

（三）项目确定办法

1、综合平衡资金，落实建设资金。

2、选择对区国民经济和社会发展必须投资建设的项目。

3、广泛征求和多次论证听取全区各方面的意见。

4、区发展和改革委员会（以下简称区发展改革委）编制项目建议讨论稿报区领导审阅、区政府常务会议讨论确定。

二、项目建议书审批阶段

（一）建设项目的建议在区政府主要领导批准后，由项目建设主管单位负责编制项目建议书，进行预可研究，做好预可报告(或方案)。政府投资项目总投资匡算低于3000万元（含3000万元）的项目可以由建设单位自行编制项目建议书，超出3000万元的项目，需由有资质的单位编制项目建议书。

项目建议书的审批，上报资料应包括如下内容：

1、项目建议书的上报文件。

2、项目建议书。

3、符合机构（设施）设置的标准。

4、基本具备土地使用、市政配套等建设条件。

5、各级财力安排的可能。

6、有较好的社会经济效益。

7、其它需要说明的情况。

（二）区发展改革委对项目建议书进行研究。区发展改革委针对建设单位提出的项目建议书，对符合投资导向的项目，会同区有关部门对项目选址、规模、投资匡算等提出初步意见，并对重点、大型项目进行项目建议书评估后报区政府分管领导、主要领导审阅。

（三）项目建议书审批手续。区政府分管领导、主要领导审阅后，区发展改革委对建设单位上报的项目建议书进行报批（含项目匡算）。总投资在3000万元以下（含3000万元）的政府投资项目由区发展改革委审批，超过3000万元以上的项目由区发展改革委初审后报市发展和改革委员会审批。

三、可行性研究报告审批阶段

（一）项目建设主管单位依据区发展改革委的项目建议书批文，委托有资质单位编制项目可行性研究报告。项目可行性研究报告中的建设内容、规模、标准、估算等一般不得超过批准的项目建议书，总投资超出项目建议书20％的，应重新编制项目建议书报原审批部门审批。区发展改革委在征得区分管领导及主要领导同意后调整批复。

（二）工程可行性研究报告要进行多方案比较。项目可行性研究报告编制完成后，应进行专家论证。对总投资在1000万元以上的项目由区发展改革委委托具有相应资质的投资咨询公司组织专家评估，并出具评审报告，进一步确定项目的选址、建设规模及项目投资等内容。区发展改革委根据项目可行性研究报告和评审意见，形成书面材料提交区政府常务会议讨论。

项目可行性研究报告的审批，上报资料应包括如下内容：

1、项目可行性研究报告的上报文件。

2、有资质单位编制的项目可行性研究报告，及项目可行性研究报告、估算的评估意见。

3、有效期内项目建议书的批文。

4、规划部门核发的选址意见书。

5、土地管理部门的用地预审报告。

6、资本金承诺，资金落实。

7、市政配套部门征询意见（含环评意见）。

8、总平面图等。

9、其它需要说明的情况。

（三）区发展改革委对项目可行性研究报告进行审批。项目可行性研究报告区政府常务会议讨论通过后，由区发展改革委对项目进行报批（含项目投资估算）。总投资在3000万元以下（含3000万元）的政府投资项目，由区发展改革委直接审批；超过3000万元以上的由区发展改革委初审后报市发展和改革委员会审批。

四、初步设计审批阶段

（一）项目建设主管单位根据区发展改革委工程可行性研究报告批文，委托有资质单位编制初步设计文件，报区发展改革委审批。设计单位必须严格按照批准的投资规模、建设内容，并根据国家规定的设计规范、规程和技术标准进行设计与优化，合理编制初步设计文件。初步设计的建设内容、投资规模等不得超出批准的可行性研究报告的范围。凡工程概算超过批准的可行性研究报告投资额10％的，应重新编报可行性研究报告，报原审批部门进行审批，区发展改革委在报区政府常务会议讨论通过后调整批复。

（二）初步设计文件（含工程投资概算）审批。需区政府审批的项目由区发展改革委组织有关职能部门及专家会审后给予批复，需要市政府审批的项目由市相关部门组织专家进行初步设计审核后给予批复。

初步设计文件的审批，上报资料应包括如下内容：

1、项目初步设计文件审批的上报文件。

2、有资质单位编制的项目初步设计文件，包括初步设计文件说明、设计图纸及项目概算书。

3、有效期内项目可行性研究报告的批文。

初步设计和设计的区别范文第5篇

【关键词】扭转弹簧；穷举法；设计方法；工程算法

0 引言

扭转弹簧是各圈紧密或分开围绕，能适任扭转负荷（与弹簧轴线成直角）的一种弹簧。工程上最常见的弹簧为外臂单扭弹簧，相应的工程算法也是基于外臂单扭弹簧进行的。由于工程算法在计算过程中需要查阅大量的材料参数，同时还需要对一些参数进行近似、圆整，导致在工程计算时存在工作量大、设计弹簧非最优弹簧等问题。本文提出了一种基于穷举法的扭转弹簧设计方法，并通过程序将其实现自动化，解决了工程算法中存在的问题。

1 工程设计方法与基于穷举法的方法介绍

某一典型的扭簧初始输入参数如表1所示，表中规定了扭簧的最大、最小工作扭矩、工作扭转角、类别及自由角度。

自由角度是扭簧两个伸臂之间的夹角，根据表1中的外伸臂自由角度120°，对应扭簧圈数的小数位为0.167。

1.1 工程设计方法介绍

传统的工程设计算法首先根据对扭簧工作次数要求选定扭簧的类别及材料，接着初选钢丝直径及旋绕比，计算初选扭簧参数对应的许用弯曲应力及曲度系数，从而得到钢丝直径标准值及实际许用弯曲应力，若实际许用弯曲应力大于初选材料弯曲应力，则该直径为可行直径，否则重复上述步骤。得到合适的钢丝直径以后，进一步确定扭簧中径及旋绕比。接下来再根据给定最大/最小工作扭矩得到弹簧圈数及刚度，确定实际工作时最大/最小扭转角及扭转力矩以及极限工作参数。由极限工作参数验证扭簧的最小稳定性指标。若符合要求则该扭簧满足设计要求。

由上述流程可发现通用的工程算法存在3个问题：

1）初选值需要充分的工程经验，一旦选偏就会导致计算过程反复，甚至无法找到符合要求的扭簧值区间；

2）一次计算只能得到一个满足条件的解，且不一定是最优解；

3）本文选取的算例给定的输入是扭转力矩及扭转角，有时扭簧设计会给定不同的输入条件，如空间约束时输入可能是扭簧内外径等其他参数，此时扭簧计算又需采用另一套流程。

为解决上述问题，本文提出一种基于穷举法的扭转弹簧设计方法，该方法的具体过程将在下一小节具体阐述。

1.2 基于穷举法的扭转弹簧设计方法介绍

基于穷举法的扭簧设计方法流程图如图1所示。

首先，根据工作周期确定弹簧的类别，接着确定弹簧遍历参数（弹簧丝径、圈数、中径以及节距）的遍历区间及步长。然后确定约束条件，如最大工作角度、最大工作角度状态对应的内径要求、自由状态长度、旋绕比、弹簧刚度等。在确定遍历区间和步长后进行遍历，计算出每一个在遍历区间的弹簧性能性能参数，与约束条件进行对比，若该弹簧满足约束条件则进行输出，否则进行排除。由此便确定了在遍历区间内所有满足约束条件的弹簧。

2 工程设计方法与穷举法计算结果对比

2.1 工程设计方法的计算

1）初选钢丝直径及旋绕比

选用碳素钢丝C级，丝径，对应抗拉极限强度，许用弯曲应力。初定旋绕比，对应曲度系数。

2）确定实际钢丝直径

取标准丝径4mm，对应，大于初选值1500Mpa，该直径可行。

3）扭簧中径D及旋绕比C，取标准中径25mm，实际旋绕比

4）确定扭簧圈数及扭簧刚度

根据表1规定实际圈数为6.167，刚度。

5）极限工况参数确定及稳定性分析

极限应力，对应的极限扭矩及扭转角为，。最小稳定性指标nmin=（）4=0.1

6）其它参数

最大工作扭转角，最小工作扭转角，从而实际最小工作扭矩。

2.2 基于穷举法的扭转弹簧设计过程

基于穷举法的扭簧设计输入如图2所示。

弹簧类别选用Ⅲ类，根据表1可知扭簧刚度：。最大工作角度需大于最大工作扭矩扭转角60°。

扭簧材料选用碳素弹簧钢丝C级，直径范围取1-8mm，步长0.1；圈数范围取1.167到8.167，步长1；扭簧的中径范围取1到40mm，步长1；扭簧的间距取0.5mm。

判断条件需满足理论最大工作角度大于实际最大工作角度以及稳定性要求，旋绕比在4-16。刚度范围在98-102。

通过计算，满足上述输入条件，遍历条件和判断条件的扭簧共9个，这里选取理论最大工作扭转角（极限扭转角）最大的扭簧，其基本设计参数如表2所示

表2 穷举法解扭簧基本参数

对应扭簧的极限扭转角为94.43°，极限扭矩为，刚度为100.74N.mm/°，最终得到的扭簧最大扭转角为，最小扭转角为，最小工作扭转力矩为。

2.3 工程设计方法与穷举法计算结果对比

工程算法计算结果与穷举法计算结果如表3所示。从表中可以看出与工程算法计算的扭簧刚度相比，穷举法计算出的扭簧的输出值（刚度，最大最小扭矩等）更接近于设计要求。

通过穷举法计算出的扭簧极限扭矩为9512.406N.mm，其远远大于工程计算结果计算出的极限扭矩6640.4N.mm。即当扭簧在最大工作扭矩状态时，穷举法计算出的扭簧的工作应力将远远小于工程算法计算出的扭簧的工作应力，因此穷举法计算出的扭簧的蠕变将会大幅减小，工作寿命也将大幅提高。

表3 工程算法与穷举法计算结果对比

从计算过程中也可以看出，工程算法需要进行繁琐的计算，对设计者的经验要求较高。与之相比基于穷举法的扭簧设计思路只需设计者了解输入要求及约束条件即可，能大大简化扭簧的设计过程，提高扭簧的设计效率。

3 小结

本文首先就典型的扭簧设计工程计算方法进行说明，接着提出一种基于穷举法的扭簧设计方法并对该方法的流程进行详细阐述。然后分别采用工程计算方法和基于穷举法的扭簧设计方法对典型的工程输入条件进行了扭簧设计。最后通过对两种设计方法计算出的扭簧相关参数进行对比分析，证明了基于穷举法的扭簧设计方法的优越性。得到的结论如下：

（1）扭簧的工程算法对设计者经验要求较高，公式较为复杂，同时过程较为繁琐。

（2）基于穷举法的扭簧设计方法可以使设计者无需了解详细的设计过程，仅需对输入条件和约束条件进行了解，即可完成扭簧的设计。

（3）与工程算法计算出的扭簧相比，基于穷举法的扭簧设计方法设计出的扭簧在扭簧的性能和寿命上有较大的优势。

【参考文献】

[1]成大先.机械设计手册.单行本.弹簧・起重运输件・五金件.化学工业出版社.2004.1.