时间：2023-05-29 17:50:43
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇空间优化方案，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】生活体验；材料；建筑
该课程广州大学华软软件学院建筑景观专业的基础必修课，于大二第一学期开设，是该专业学生初次接触设计课程。课程主要目的是为了强化大一所学的专业制图基础，重点理解方案策划与设计的整体流程，并能够把建筑概念通过一定的手法表达出来，包括：手绘、电子虚拟模型、实体比例模型。
课程设置了私密个性化空间、半开放性过渡空间、开放性公共空间三种空间类型，以生活体验来展开空间设计，在每个空间类型下设置多个小题目，让学生们能够有所选择。多样的选择必然导致多样的的结果，两年五个教学班，从教学结果来看，有助于低年级同学对整体设计过程的理解，但每个小题目的的评判标准不一。经过教研组的讨论，确定以“生活体验”为核心，以人为本的建筑设计价值取向。
一、实践教学的设计思想
实践教学的设计思想主要是有五个方面：1、强调课题的灵活性，适应时代变化需求，用不同主题，概括不同建筑空间类型，并用不同的设计策略优化实际建筑空间。体现了建筑设计过程的灵活性、计划性、整体性、前瞻性、艺术性等；2、强调学生的合作和洞察力，对作业分组的要求严格。模拟实际方案设计操作流程，理性地整理思路。培养了学生团队合作和竞争意识和负责的态度；3、强调课程的基础性和衔接性，把大一所学的《制图》、《透视学》等专业基础课，运用到课程中来。同时也为后续的方案设计课程以及毕业设计做准备；如：《建筑综合设计》。学生能整体把握设计的五个完整过程：“策划-方案设计-方案表达-模型制作-方案修改与整理”；4、强调课程的适用性。该课程可面向所有与空间设计有关方向的学生。如：室内设计方向可选用住宅方向；建筑景观方向可选用公共环境方向；其他有美术素养的同学，均可配合空间设计方向的同学，共同完成课程作业；5、强调课程学术交叉性，全面提高学生素质。如：策划过程涉及到现场测量、管理学等方面；设计过程涉及到心理学等方面；方案文本的设计设计到平面设计与传媒设计等方面。
二、教学方法与教学手段
2、强调三维空间的自由组织，适应社会发展 进展中
三、教学内容组织方式与目的
组织方式 目的
选题：选用学生熟悉的建筑景观空间场景，包括学校生活、学习、家庭住宅等。 从学生实际经验出发，通过优缺点分析，整理空间设计的要点。
教学方式：通过不同的主题，针对不同的空间如：私密空间、个性化空间、过渡性空间、公共空间等，借用不同设计策略，指导学生完成整体设计。1-2人完成调查、设计、制作、汇报等过程。 提高学生的三维空间感；提高设计的整体逻辑思维；提高组织和合作的能力；提高学生制图基本功能力；提高快速概念表达能力；提高语言组织能力和现场表达能力等。
拓展方式：组织学生整理展览文件，现场布置展览并回收；组织学生参加相关竞赛，调整方案设计文本。 用展览的方式，提高学生的总结能力以及组织能力，同时进一步优化设计方案。
四、教学条件
国内，以广美为例，强调概念的表达以及材料的综合运用能力。国外则以瑞士苏黎世联邦理工大学为例，强调概念的推敲过程。本课程在本校开设时间较短，在教学过程也参考其他院校的教学方法和思想。基础教材则以拓展学生的视野为主，现阶段采用的教材是：《建筑模型制作》.（英）尼克・邓恩著，费腾译.中国建筑工业出版社.2011。此外，借鉴欧洲顶尖建筑学院基础实践课程的教程，拓展学生思维。具体参考教程有：
1、《欧洲顶尖建筑学院基础实践教程.上下册：瑞士苏黎世联邦理工大学（ETH）建筑学院权威精品教程》.（德）马克・安吉利尔（Mack Angelil）.（德）德尔克・黑贝尔（Dirk Hebel）编著.2011年.
2、台湾淡江大学参数化课程参考
3、《建筑空间教学实验.1：触摸边际》.沈康.杨一丁.王铬编著.2011.
五、作业解析
选用住宅设计和半公共空间设计中的两个题目进行探讨，其中“九宫格住宅建筑设计”方案前期分析较好，但深入设计效果一般。而“停”与“亭”景观建筑优化设计”因选址位于学院范围内，学生的兴趣及发现问题能力较强，且能提出新颖的理念进行空间设计。
5.1 “九宫格住宅建筑设计”学生案例分析
以九宫格住宅建筑设计为例，学生以自己家庭为例，用9个3-5米的正方形格子组合（如图），寻找平面布局的可能性，通过分析功能关系，结合自身的生活体验，进行方案设计并制作模型。每个方格代表一个空间，经过组合后，挑选3个以上的组合方式，进行平面布置
该同学的方案是为一对中年夫妻还有他们的18岁大的儿子设计的，夫妻俩都是艺术类专业的教师，生活品味有比较浓的艺术氛围。通过组合三种方格形式，绘制功能气泡图，寻找最合适的平面布局进行空间深化设计。该同学能够清晰的理解住宅空间的功能组织关系，并且能够进行相应的设计，但布局尝试上略显保守。
5.2 “停”与“亭”景观建筑优化设计学生案例分析
在校园内寻找一个“可停留空间”进行“亭”的整体设计通过优缺点分析，提炼设计关键问题，并绘制优化设计方案。该同学的思路来源于深海的贝壳，选址为学院湖边的休息凉亭广场，该生认识到建筑和环境应该是整体统一的，它们是不可分割的。只有两者很好的相互衬托，建筑才是完整的。（如下图）该题的教学进展较为顺利，选址时是校园中风景最好的地方，也是学生最乐意停留的地方。
6、结论
通过教学实践，私密个性化空间、半开放性过渡空间两种空间类型的教学相对适合低年级，而开放性公共空间的教学几乎无进展。原因有三个方面：该课程既然是基础类课程，因此尺度较小，学生相对容易把握；从生活体验上来说，学生更倾向于自己熟悉的环境来进行改造设计，这对教学开展以及作业评分都有很大的帮助。从设计过程上来说，学生扮演了使用者、设计者、评价者三种身份。而开放性广场空间更多是学生穿过的空间，尽管空间现状问题较多，但要提出合理解决方案难度太大，因将此空间类型另作专题设置课程。
参考文献
[1]“建构”的一次尝试――从材料出发进行的“伞”、“门”、“亭”设计，华中建筑，2007（4）：134-136
关键词：泵站双向流道流态垂直隔板导流锥数值模拟分析
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、横江泵站设计要点
横江泵站工程位于江门市蓬江区境内，是一座通过双向流道中上、下、左、右闸门的启闭组合控制实现双向引排水功能的泵站。泵站布置6孔，中间4孔为泵室流道，2个边孔为自引水闸。泵室内安装4台型号为1200ZDB－160（φ＝+2o）的潜水泵，单机容量为250KW，总装机容量为1000KW，单机引水流量为5.1m3/s，总引水流量为20.4m3/s，单机排水流量为5.2m3/s，总排水流量为20.8m3/s。
横江泵站原设计方案在各种运行工况下，装置整体水流可以较好的从进水闸正向进入进水池，水流流态平稳，速度梯度变化均匀，且流速呈对称分布，只在局部有小范围的漩涡和回流产生。现对进水流道作进一步的优化设计，并对设计方案进行数模计算分析，进一步论证设计方案对横江泵站进水流道流态的影响，为工程设计及运行管理提供技术参考依据。
二、 优化方案的提出
横江泵站为一双向引排水功能的泵站，由于泵站本身的特点，双向进水流道中两侧水流流速不完全相同、水流转弯处过水断面的突变等因素，以及非进水流道一端有足够的空间供带有环量的水流发展成漩涡。改善流态的基本途径是设法切断漩流或将流道分割成若干小的空间,抑制漩涡的进一步发展,从而达到消涡的目的。根据设计经验，一般有两种有效的消涡设施方案，第一种是在流道内放置一块贯穿整个流道的垂直整流隔板，第二种是在水泵喇叭口下设置导流锥。
为此，对泵站进水流道提出四个优化设计方案，分别是：1.单排隔板优化方案，即在流道内设置贯穿整个流道的垂直整流隔板；2.单排隔板加导流锥优化方案，即在方案1的基础上在喇叭口下方设置一个坡面为椭圆锥形的导流锥；3.双排隔板优化方案，即在流道内设置两排等间距的贯穿整个流道的垂直整流隔板，隔板尺寸与方案1相同； 4.双排隔板加导流锥优化方案，即在优化方案3的基础上加装优化方案二的导流锥。各方案在流道内的布置见图1。
三、进水流道内消涡效果（数值模拟结果）对比
现对上述4个方案分别进行三维流场数值模拟，通过截取泵站进水流道1/2高程处横截面，其数值模拟成果（速度矢量及流线图）见图2。
分析数值模拟成果速度矢量及流线图可知，单排隔板的优化方案流道内流态顺畅，漩涡及回流范围小。双排隔板的优化方案通过在进水流道内多加设了一道垂直隔板，将流道分割成小空间，进一步有效地抑制了漩涡的发展，流态顺畅，流道内的漩涡和回流范围减小，消涡效果明显；但是，加导流锥的消涡效果一般，流道内依然有大量的旋涡和回流存在。
(a)方案1进水流道横截面流线图(b)方案2进水流道横截面流线图
(c)方案3进水流道横截面流线图(d)方案4进水流道横截面流线图
图2 各方案喇叭口水平截面流线图
四、喇叭口的偏流问题对比
（a）单排隔板优化方案（b）双隔板优化方案
（c）单隔板加导流锥优化方案 （d）双隔板加导流锥优化方案
图3 各方案喇叭口水平截面流线图
由于双向流道总是一端进水，所以喇叭口处的进水多有偏流现象，从上面四个方案的喇叭口水平截面流线图，观察汇流点的偏移状况可以看出，各个优化方案对吸水管喇叭口下方流态都有较好的矫正作用，交汇点在容许偏移区域内，其中，尤以双隔板加导流锥的优化方案四效果最明显。但是综合考虑图2和图3的对比效果，而且考虑施工及经济因素，单排垂直隔板方案可行性最高，因此排除在流道内加设导流锥的优化方案。
下面着重对单排垂直隔板优化方案和双排垂直隔板优化方案进行对比分析。
五、机组整体流态对比
通过截取单排隔板优化方案以及双排隔板优化方案一号泵中部截面，通过三维数值模拟作出截面速度矢量及流线图（见图4），从流线图分析可知，单排隔板优化方案的出水流道流态顺畅，天沙河侧基本无回流和漩涡现象出现，但若在进水流道内再加设一道垂直隔板，恶化了出水流道的流态，在天沙河侧管道垂直交叉处有较大的旋涡出现，且整体流速降低。出水流道流态是机组段流态的间接反映，在一定意义上将会增加泵站的扬程。
（a）单隔板泵中部截面流线图（b）双隔板泵中部截面流线图
六、总结
横江泵站为一双向引排水功能的泵站，由于泵站本身的特点，双向进水流道中两侧水流流速不完全相同、水流转弯处过水断面的突变等因素，以及非进水流道一端有足够的空间供带有环量的水流发展成漩涡，因此，在非进水流道一侧内存在漩涡和回流的现象避免不了。
目前，改善流态的基本途径是设法切断漩流或将流道分割成若干小的空间,抑制漩涡的进一步发展,从而达到消涡的目的。基于以上消涡基本方法，本设计拟定了四种优方案，数值模拟计算结论如下：
（1）在流道内设置贯穿整个流道的垂直整流隔板情况下，再设置导流锥，消涡效果不明显，考虑施工及经济因素，因此在流道内不宜加设导流锥。
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%.
关键词：火电厂；综合管线；管架；规划布置
中图分类号：TM62 文献标识码：A
1 前言
火力发电厂（以下简称火电厂）综合管线规划布置是一项较为复杂的综合性工作，且根据管道的用途不同、介质不同、敷设方式不同等情况相互影响。因此，要做好火电厂综合管线的规划布置工作，需要设计人员对电厂工艺要有比较充分的解，加强与各专业之间的密切配合，掌握并熟悉各管线工艺特性，才能做出布局合理、安全可靠、操作性强的火电厂综合管线布置施工图。
本文结合邹平高新铝电有限公司魏桥一电 4x330MW 机组工程（以下简称本工程），对本人在该工程综合管线规划布置过程中所采取的设计思路和方法进行了总结，希望能对类似工程有所帮助，也希望通过探讨能进一步促进专业技术的发展。
2 准备工作
2.1 分析总平面布置图。本工程总装机容量为4台亚临界参数自然循环煤粉锅炉，4台330MW亚临界参数抽汽式汽轮机，4台330MW空冷发电机，一次设计，一次建成，不考虑扩建。电厂总布置情况详。
由图1可以看出，本工程用地较小且不规则，总平面布置紧凑但稍显拥挤。熟悉电厂设计的人应该能看出，本电厂总图在设计过程中对厂区综合管线的走廊用地预留明显不足，特别是环主厂房四周。为了更清楚的说明存在的问题并提出解决的方法和方案。需要先了解下厂区管道的数量和种类。
2.2资料收集并分类。火电厂主要管线资料主要由水工、电气、汽机、锅炉、除灰、运煤、化水、暖通等专业提供。
根据各专业提供的管线资料，首先对每条管线的工艺要求、介质特性、管径大小、其它特殊要求等进行分析，归纳整理，本工程主要管道种类见表1。
3 厂区综合管线初步规划
3.1建立框架。经过准备期对厂区管道的分析和分类。设计人员基本上能够达到对厂区的总平面布置和各专业管道要求的基本了解，即可开展厂区综合管线规划布置的初期工作。
首先应对各专业管道一一进行核对，主要核对各专业管道是否齐全并合理选择管道路径，将每一条管线按照最合理、最经济的敷设路径进行初步的平面规划，以便尽快建立起厂区管线规划布置的初步框架。
3.2确定初步布置方案。根据本工程厂区管线初步布置框架显示结果，环主厂房四周管线较为密集，交叉重叠，管道通廊严重不足。设计人员采取对厂区密集段管线逐条进行梳理。本工程在设计过程中将厂区管线密集段分为5个区间段，分别为主厂房A排外区间段、固定端区间段、扩建端区间段、炉后区间段、烟囱后区间段。
主厂房A排外区间段：根据机务司令图布置情况，主厂房A排各种管道接口有56个，管道种类21种，且A排外6kV共箱封闭母线构架基础、变压器基础密布，管道走廊严重不足。设计人员应根据规范要求和管道性质、用途：先将循环水管、雨水管、汽机事故油管、主变事故油管、酸碱废水管（无压）、工业废水管（无压）、电缆隧道等必须直埋的管道埋地布置，剩余管道考虑全部采用架空布置方式。综合管架根据A排外空间利用情况紧贴主厂房平A排柱平行布置。
按照主厂房A排外区间段的设计思路和方法，整理出主厂房固定端区间段管道数量为23条；扩建端区间段管道数量为16条；烟囱后管道数量为19条。各区间段管道走廊均表现为严重不足。沿用A排外区间段管道布置原则，先将循环水管、雨水管、生活污水管、电缆隧道等必须直埋的管道进行埋地布置。剩余管道暂时考虑采用架空布置方式。特别注意，各密集管道区间在进行选择性的直埋布置中，要保证预留足够的综合管架基础用地。
4 厂区综合管线详细规划
4.1首先确定A排外区间的管道布置。根据前一阶段初步规划布置方案结果显示，A排外区间已无可利用管道走廊，仅1#、2#、3#主变与A排之间剩余约1.65m宽的可利用空间。根据总平面布置情况，化水专业的凝结水废水池、酸碱储罐和凝结水补水箱布置在A排外，且两条管道均与主厂房相连接，综合比较空间需求和可利用空间后将两条管道直埋布置在1#、2#、3#主变与A排之间可利用的1.65m管道空间内。剩余管道全部采用架空布置方式，如图2所示。
4.2主厂房扩建端区间管道布置。根据前一阶段初步规划布置方案结果，为了在满足规范要求的前提下尽量优化布置方案和降低综合管架的荷载，采取将两条较大管道SD、SW1和两条小管道SE、DW直埋布置在优化后的可利用空间内和循环水管之间的空隙。既不影响管道检修维护的要求，又大大降低了综合管架的工程量。剩余管道全部采用架空方式，综合管架结合油管架走向统筹考虑南北向布置在主厂房扩建端。
4.3主厂房固定端区间管道布置。根据初期固定端综合管线规划布置方案，结合前面两个区间段管道的优化方法和经验。首先将除灰渣管道支架与其它综合管道支架考虑合并为一个综合管道支架，再根据直埋管道优化布置后的结果将管径较大MW、MW1、SD和管径较小的DW1、DW直埋布置在优化后的可利用空间和循环水管之间间隙。综合管架靠近主厂房固定端南北向平行布置。
4.4烟囱后区间管道布置。本工程炉后用地空间仅24.5m（含道路），而管道数量达19条，且大部分管道管径较大，水工专业建议DN600以上的管道不要采取架空方式，而炉后DN600以上管道数量达6条。按照该要求，则炉后区间段管道将形成双层布置型式，也难以满足规范布置要求。经与各相关专业协商讨论，最总确定将循环水管布置在下层，将管径较大的MW、MW1、SD和较小管径的FW、DW直埋布置在上层。剩余管道全部采用架空布置方式，综合管架东西向布置在炉后冷却塔北侧。
通过以上各阶段和各分区管线布置的深入工作，经过方案的反复设计和反复比较以及采取的相关优化措施基本上确定了厂区综合管线的最终布置方案。
结语
火电厂综合管线布置虽然复杂，但通过整理，分析、分类后，能够较大程度的清晰设计思路，提高工作效率，也使得方案在较大程度上能够体现出设计的合理性和经济性。综合管线的最终布置成果是多专业参与配合的结果，也是团队精神的集中体现。合理完整、清晰美观的图纸能够有效的指导施工，也是每个设计人员价值的体现。
本文仅代表的是本人在实际工作中所采取的方法和思路，也存在不足和缺陷之处。但希望能对相关专业技术人员在以后的相关工作中有所帮助和参考价值。
参考文献
关键词：高容积率、舒适度、户型优化及配比
Abstract: a can meet the demand of buyers for living comfort and at the same time developers profit maximization of the planning and design scheme of test planning consultant company's planning ability and creativity of the grasp of the market and design units.
Key words: high plot ratio, comfort, model optimization and matching
中图分类号：F292] 文献标识码：A文章编号：
光明花苑东区项目位于枣庄市高新区光明西路北侧，占地总用地约92509.2平方米（约120亩），经初步概念设计方案讨论，将进入优化方案阶段，在把握“以最少的成本投入获得最大的投资收益”的经济前提下，尽量考虑风险性，增强抗风险能力，通过进一步优化设计方案，形成项目可操作实施性。
如何在高容积率的压力下争取居住的舒适度
建设资源节约型、环境友好型社会是国家“十一五”规划中提出的重大战略。在建筑领域，落实这一战略的重要举措就是大力发展节能省地型住宅。为了达到节能省地的目的，必须提高地块的容积率已是不争的事实。那么如何在高容积率的同时又保证一定的居住舒适度呢？
提高容积率最为直接的办法就是增加楼层数，但层数过高的住宅带给人们心理上的感受并不舒适。同时，超过18层的住宅由于消防避难、管线布置等要求，使得公共交通空间面积较大，土建造价提高。而增加的造价最终会由住户来分摊，也加重了住户的负担，因此建议规划设计方案中板式楼最高的楼层数控制在18层，点式楼控制在25层。11层-18层的高层住宅如果楼体过长，也会让人觉得楼栋体量过大，给人以压抑感。建议方案中利用绿化、水景、小广场、行道等元素，将楼栋划分成几处高低错落的板塔和短板,降低了建筑密度，同时也保证了大多数户型的通风、采光，居住的舒适度就得到了有力的保障。
在现行政策日照间距一定的条件下，小面宽大进深的户型是最利于节地的，若要想做到紧凑舒适，单个户型很难做到大进深，势必会采取一梯多户的住栋形式。与一梯两户的住栋形式相比，一梯多户存在朝向均好性差，对视问题严重，每户外墙面占用少，通风差、内部暗空间多，特别容易产生日照自挡现象。目前从光明花苑西区点式高层住户反馈的情况来看，购房者对点式楼并不太认可，并且还存在抵抗的现象。针对此种情况，如何在保证容积率的前提下，规避决策定位风险？遵照国家对日照间距的规定，将设计方案中点式楼调整为板塔+短板的形式，东边短板部分的朝向由正南正北向改为向东偏转30度，这样的角度很适合北方地区阳光照射的方向和时段。既保证了楼栋中每一户型都能获得充足的日照，又能有效地缩小楼栋间距，提高容积率。短板东转的另一大好处在于，东边的板楼与西边的厢楼一起，在小区里形成了“东开西合”的建筑群形态，这样一来，春夏季的东南风就能被引入居住区，从而降低空调能耗；而冬季冷酷的西北风则被挡住，又降低了暖气的消耗，为节约能源创造了条件。
二、规划整体建筑形态配比
在产品构筑方向考虑利润最优化及有利于促进销售速度的原则，整体建筑形态建议以小高层、高层、商业等为主，小高层考虑占住宅总建筑面积的40%，高层考虑占住宅总建筑面积的60%。结合商业销售价格对整体利润的有效提升及整体均衡，商业建筑面积考虑47000平米左右。幼儿园作为作为项目形象支撑点之一，建筑面积考虑在2500平米左右，建筑位置考虑在地块中心位置。
上海九歌设计公司提供的5套方案中均在小区西侧考虑步行商业街，此商业街的存在不仅提高小区升值空间，并且还完善小区配套，符合当地人群的生活习惯（特别是矿区职工的生活习惯）。光明路作为城市主要交通要道，人流量非常大，但驻足停留人员很少，商业价值并不是太高。通过设置小区商业带能够吸引大部分流动人群，对提高商业价值非常大，并且还能带动北侧商业，使商业形成规模。
毕竟住宅占整个项目地比例较大，规划方案别注意商业区与住宅区要划清界线，住宅区封闭保证居民的居住生活优越感，封闭式小区当然重要考虑的是安全因素，此外加以封闭的另一原因是为了尽量避免小区内提供的绿化及园林环境、休憩及居民会所等设施被外来居民占用或破坏。光明西区及东区可以开往商业街的次入口，提高商业区人气。
户型方案优化和配比
户型方案优化及配比对项目成功的起着决定性作用。尤其在光明花苑东区高容积率情况下进行户型细部设计显得特别重要。此项工作应该做规划方案前期首要考虑的内容，因户型方案决定着平面楼栋形式和建筑立面形式。
户型方案优化，注重细节设计
户型设计在经济舒适的同时，强调其健康品质，良好的朝向和面宽可以保持有大量的阳光直射入室。在总体布局，房型设计，结构选型上做到节约造价，客厅争取良好景观及尽可能向阳，做到明厨、明卫、得房率尽可能高。在控制成本的前提下可考虑设计部分不计入建筑面积的形态，如露台等。可作为营销推广的卖点。储藏、洗漱、晾晒、炊事之类是不同住宅都必备的基本功能，不论是别墅豪宅还是小家小户都需要为此安排适当的空间。小户型住宅中这部分功能空间所占的比重相对更大一些，是住宅设计的重点所在。在卫生间设计上，尽可能做到干湿分区。对于空间较小的卫生间，可将洗手盆外置，既避免了开门与洗漱的冲突，又方便了餐起使用。
2、户型配比
通过市场调查，光明花苑东区购买的人群主要是矿区职工、企事业单位、个体商户。综合考虑我国目前人口结构形式，当地购房人群的消费水平。加之项目区域位置，建议建筑面积以120—130平方米为主打户型，比例考虑占总建筑面积60%；建筑面积90平米以下户型比例考虑占总建筑面积15%，考虑做两房；90—120平方米小三室比例考虑占总建筑面积10%；建筑面积以130—150平方米比例考虑占总建筑面积8%，考虑做三房两厅；建筑面积以150平方米以上比例考虑占总建筑面积7%，主要是顶层复式。
小结
综上所述，规划设计工作应"以人为本"出发，建筑与环境并重，现实与适度超前结合。不断优化设计方案，使项目达到预定的社会效益、经济效益，实现最终价值。
参考文献：
作者：李智炯 单位：中国神华神东煤炭集团地测公司
矿山测量理论发展
随着电子计算机的软硬件发展，以及各种测量计算分析软件的推出，计算机已成为测量控制网优化设计、测量数据处理、自动化成图最有效和必不可少的工具。相对于以前测量工作人员在小型计算器上编程进行简单的数据处理或者进行简单的平差数据处理，现在的测量数据处理则体现出智能化、自动化和可视化，且数据处理理论得到了更深入的发展。灰色理论、小波分析、人工神经网络模型等新的理论大量应用于矿山工程测量数据处理中，单一模型的变形预测与组合模型的变形预测均得到了发展。以公路勘测数据处理系统为例，这个数据处理系统主要包括3部分:1)数据获取和处理模块;2)数字地面模型模块;3)绘图与设计应用模块。矿山测量控制网优化设计测量方案的设计以前都是凭经验进行的。随着计算机技术的应用，设计正在向着更科学的方向发展。优化设计是在现有人力、物力和财力条件下，使矿山工程控制网具有较高的精度。而在满足控制网的精度和可靠性的前提下，使成本最低。网的优化设计是一个迭代求解过程，它包括以下内容:1)提出设计任务。由测量人员与应用单位共同拟定，通常是后者提出要求，前者对其具体化，每一个优化任务都必须表示为数值上的要求。2)制定设计方案。包括网的图形和观测方案，观测方案指每个点上所有可能的观测，通过室内设计和野外踏勘来制定。3)进行方案评价。按精度和可靠性准则进行，同时考虑费用和灵敏度。4)进行方案优化。对网的设计进行修改，以期得到一个接近理想的优化设计方案。矿山测量信息管理随着矿山测量数据采集和数据处理的逐步自动化、数字化，测量工作者更好地使用和管理海量矿山测量信息的最有效途径是建立矿山测量数据库或与GIS技术结合建立各种矿山信息系统。目前，矿山测量部门已经建立了各种用途的数据库和信息系统，为矿山管理部门进行信息、数据检索与使用管理的科学化、实时化和现代化创造了条件。目前，矿山测量人员对这个问题都很重视，并且正在参与和从事各种信息的收集、传递和管理工作，建立矿山信息系统、矿山生活区信息系统、矿区信息系统以及土地信息系统等。煤矿开采沉陷预计理论开采沉陷预计理论按采用方法的基础可分为:经验方法、分布函数、理论模型法三大类。而常用的预计方法主要有:概率积分法、负指数函数法、典型曲线法、威布尔分布法、样条函数法、皮尔森函数法、山区地表移动变形预计法、基于托板理论的条带开采的预计法、力学预计法和有限元法。近年来，随着变形理论的深入发展，灰色系统理论预计法和神将网络预计法被应用到了沉陷预计领域，并有了一定的实践进展。同时，基于地质观点的沉陷预计方法也有相应报道。
3S技术在采煤地质灾害监测中的应用
以计算机技术为核心，结合数据库技术、地图可视化技术和空间分析技术，建立对包含空间定位和属性关联的问题进行计算机化处理，进而提供辅助决策的功能系统。目前，GIS已经广泛应用于地质灾害数据管理、地质灾害风险性分析和地质灾害预警等防灾减灾工作当中。由于GIS系统具有强大的空间分析能力，因此，其不再局限于某种地质灾害的分布显示，而可提供综合多种地质灾害，并能进行区域划分的功能。RS技术的应用RS(遥感技术)作为一门新兴的高新技术手段，近几年迅速在众多领域得到了广泛的使用，而应用遥感技术进行地质灾害监测的文章也多不胜数。总结归纳，遥感技术用于地质灾害监测是可行的，也是必要、可推广的。从地质灾害监测与防治的角度来看，遥感技术贯穿地质灾害调查、监测、预警、评估的全过程，为地质灾害防治提供了很好的决策参考。随着遥感技术在理论上、技术上和实际应用上的逐步发展，遥感数据源向着高分辨率遥感影像过渡，其不仅具有精确的空间分辨率，更重要的是拥有丰富的光谱信息，使具有特殊光谱特征的地物探测成为可能。这也必将使得遥感技术在地质灾害宏观调查、灾体动态监测和灾情评估中大显身手，成为地质灾害监测与防治的重要手段之一。GPS技术的应用煤炭开采中，大量的采空区随之出现，给采煤区居民的生活带来了很大的影响，而因此诱发的大量的地面塌陷灾害更给采煤区的经济带来了巨大损失。以采空区为变形体所进行的沉陷观测，受采空区自身沉陷影响，很难找到稳定的地点埋设监测基点。同时，在对沉陷引起的地裂缝进行监测时，需掌握其空间位置，针对上述工作，如果采用传统测量方法，必将面临诸多不便与不利因素。作为新一代空间定位技术的代表—GPS技术，经众多技术人员从实践角度和众多学者从理论角度的验证，其不仅可以满足沉陷观测的精度要求，而且可以实现监测工作的自动化与实时化。目前，GPS技术已广泛应用于各类变形监测项目中。而动态差分GPS技术的出现，更为地质调查、灾害地点确定等实时、高精度定位工作提供了有力支持。
【关键词】光缆网 管道光缆敷设 集中接续 定点盘留
1 引言
随着光纤通信的规模化普及，光缆需求迅猛增多，而在城市道路上，通信管道已成为十分宝贵的稀缺资源。一方面，管道建设成本居高不下，一经建设后期再扩容的难度很高；另一方面，城市道路下方需容纳设施增多，可用于建设通信管道的空间较为狭小。如何充分有效地利用通信管道，提供更多光纤资源，已成为光缆工程建设的突出问题。在现有管道光缆敷设过程中，接头和盘留占用了大量管井空间。基于此，本文提出集中接续和定点盘留的方案，管道只用于纯光缆敷设，可以减少空间占用、净化管道用途并提高利用率，从而解决管道与光缆日益突出的供需矛盾。
2 管道光缆敷设现状
目前在管道光缆敷设过程中，为满足光缆接续、分歧、割接及维护要求，需要沿途设置光缆接头和光缆盘留（平均每个盘留10～15 m），占用的管井空间不容小觑。城市区域由于光缆接续频繁，基本每隔300～500 m需设置1个光缆接头或盘留，随着光缆条数的不断增多，光缆接头和盘留的数量急剧增加，占用了大量管井空间，远超光缆敷设本身所需空间，从而造成管井拥塞，可放光缆的条数大打折扣，极大降低了空间利用率。
现有管道光缆敷设示意图如图1所示：
随着管井内光缆条数增多，光缆接头和盘留拥塞管井，除了影响后期光缆扩容，对于已有光缆的维护，在拥挤不堪的管井内想要将其厘清也变得十分困难，极大降低了光缆网的可扩展性和可维护性。
另外，管道光缆敷设后，大量的光缆盘留置于管井内，光缆接续和维护均要在管井内操作，施工条件恶劣。同时由于城市交通繁忙，光缆施工会给交通造成影响，并且容易出现交通及井下施工事故，安全生产风险较高。
现有管井光缆敷设实拍图如图2所示：
3 管道光缆敷设优化方案
现有管道光缆敷设方案将光缆接头和盘留沿途设置于管井中，可称之为“分散设置”方案。为解决上文所分析的弊端，笔者提出了“集中接续和定点盘留”新方案。
该方案结合光缆交接箱（简称光交）布点选址，将光缆接续集中在光交内实现，以摆脱井下作业；同时将光缆盘留定点设置于光交前管井内，而其余管井纯用于光缆敷设，空间利用率大大提高，可容纳光缆条数增多或敷设同样数量光缆占用空间大大减少，这样既降低了管井建设需求，又节约了工程投资，切实达到了“降本增效”的目的。
优化后的管道光缆敷设示意图如图3所示：
管道光缆的接头主要有以下用途：
（1）割接引出分支光缆，平均350 m设置1个（占85%以上）；
（2）光缆分段敷设接续，平均3 km设置1个（占10%以内）；
（3）断缆抢修接续（占5%以内）。
在现有敷设方案中，光缆接头均设置于管井中；而采用新方案后，除断缆抢修的光缆接头仍需设置在管井外，绝大部分光缆接头均可取消，相应接续功能转由光交实现。
光缆盘留主要有以下用途：
（1）预留以后制作光缆接头，一般每个盘留15 m；
（2）光缆接头维护余长，每个接头两边各盘留10 m。
采用新方案后，光缆盘留的数量也将随着光缆接头相应减少，从而节省管井占用空间。
随着光缆网建设规模加大，光交应用数量渐趋庞大，布点密度越来越高，不少城市区域光交覆盖范围已控制在300～400 m，与现有光缆接头的覆盖范围和光缆盘留的预留间隔基本相当。因此，笔者认为光交布点设置完全可以包含现有的光缆接头和盘留功能，将光缆接续和盘留收纳起来，可以净化管道布缆空间、提高管井利用率、简化光缆维护，起到一举多得的效果。
在光交里配置“直熔单元”用于光缆纤芯熔接，可替代常规光缆接头的作用。光交箱立于路面，直熔单元在光交里摆放有序，纤芯走向标识清晰，施工便利性较井下光缆接头大大提高。光交靠近人井设置，其与人井之间设置操作手井，三者之间采用通道连接，人井与手井均可用于定点放置光缆盘留，其中人井主要放置主干光缆盘留，手井主要放置分支光缆盘留。手井与光交一一对应，其空间大小按满足光交终局分支光缆需求为宜。对于市政合建通信管道，不同运营商的光交采用各自独立的手井接入合建人井。由于光缆接续均在光交内完成，且随着布点加密，分支光缆距离缩短，其盘留主要用于箱内熔接需求，因此盘留长度可由原先的15 m缩短为3 m之内，对手井的空间需求进一步减小。
（1）对于分支光缆，由于光缆只需单向进入光交，人井与手井及光交之间采用管孔连接，每条光缆占用1个小孔；
（2）对于主干光缆，由于光缆进入光交熔接后需再次引出至下一个光交，故主干光缆为双向进入光交，为便于光缆不中断出入，要求人井与手井及光交之间采用较宽的通道连接。
为满足上述两种光缆出入需求，人井与手井及光交之间的通道需同时设置大小两种孔洞：一个大孔用于主干光缆双向出入；若干小孔用于分支光缆单向进入。
混合连接通道结构示意图如图4所示：
4 光缆网结构优化
新方案光交选址需要满足一定条件，即所服务区域潜在光纤需求高、引出光缆长度短且靠近主干路由。在多数情况下，这些条件难以兼顾：主干管道建设成本高，不宜敷设过多分支光缆；交接箱离用户近势必离主干远，造成主干光缆迂回。
因此，笔者提出光缆网应采用分层结构，即主干路由上仅设置主干光交，用户需求所在区域另设置配线光交，由配光交将光缆需求收敛后再上联至主干光交，这样既减少了主干路由上分支光缆条数，又缩短了用户光缆长度。
配线光交上联光缆初期配置纤芯可直接与主干光交内的主干光缆纤芯直熔对接，后续扩容纤芯可灵活选用直熔或跳接方式接入主干光缆纤芯。主干光缆交接箱纤芯接续示意图如图5所示：
（1）对于新建城区，管道与光交可以全新统一规划，按新方案实施较为容易；
（2）对于现有城区，新建光交和新敷设光缆可视条件按新方案实施，伴随铜缆退网，腾出管井空间，ο钟泄饨恢鸩郊右愿脑欤以破解光缆需求增加而引起的管井拥塞问题，使“缆满井塞”处于可控范围之内。
5 结束语
随着光纤需求的增长，城市通信管道紧张的问题日趋明显，且井下作业条件恶劣、施工及维护难度大，对本文提出的“集中接续和定点盘留”方案另辟蹊径加以优化改善，主要思路总结如下：
（1）现有方案中光缆接头和盘留数量庞大，已成为现有管井空间消耗主体，导致城市管井拥塞；并且位于人井中，施工条件恶劣，线缆敷设混乱，工程及维护难度高、效率低。
（2）新方案将光缆接续集中于光交、盘留定点于交前井，可大幅减少井下作业；同时减少管井空间占用，管井可在现有基础上小型化，以降低管道建设成本。
（3）现有方案中光缆接头和盘留设置较为随意，缺少规律性，在施工及维护时会查找不便；而新方案中改为定点集中的路面光交内作业，便利性将会大大改观。
（4）新建城区的管道与光交可采用“新方案”全新统一规划建设；现有城区可结合铜缆退网分步加以改造，新建光交按“新方案”先行实施，而现有光交可视条件逐个改造。
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[关键词] 虚拟；仿真；穹顶；悬索预应力；玻璃幕墙
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
（一）工程概况
全国组织干部学院E区结构设计复杂，采用型钢混凝土框架-剪力墙混合结构、钢桁架结构、预应力悬索钢结构和穹顶钢结构等多种结构形式。
1屋面穹顶钢结构采用全隐框玻璃幕墙，共约3000 m2，幕墙玻璃采用8+1.52PVB+8mm和10+1.52PVB+10mm两种钢化夹胶玻璃，穹顶最顶部水平位置采用10+1.52PVB+10mm玻璃，共计32块；开启扇玻璃共3排，即第8排、第9排和最底部1排，共计144块；其它玻璃共计476块，合计穹顶夹胶玻璃为652块，每块玻璃面积约4.0m2至5.3 m2不等，玻璃自重约250/块。
2 屋面穹顶高42.3m，施工中设计图纸变更，在E区钢桁架层与屋面穹顶之间增加一层悬索预应力钢结构层，即多功能厅（二层）上增加屋面花园平台（五层）。
悬索预应力钢结构平台（图4中红色虚线部分）整体形状为圆环形，由24榀钢桁架以15°角度成放射状均匀布置，圆环直径28.90m，内圆环镂空，直径7.30m，桁架高1.80m，上下弦为焊接H型钢，中间为三根无缝钢管与之焊接相连，每榀重量为6.1t，长10.7m。结构的下层由环向拉索和径向拉索组成，构成稳定的空间结构受力体系。
3、E区屋面造型独特，穹顶钢结构及玻璃幕墙、悬索预应力钢结构层施工复杂，需利用虚拟仿真施工技术，对其施工及各阶段受力情况、安装精度、构件尺寸等进行详细的分析研究，并优化设计、施工方案，以达到最好的工程效果。
3.1 为达到屋面穹顶完美的半球体效果，利用仿真技术，通过建立三维模型，确定玻璃幕墙空间分格尺寸，逐一确定每块玻璃的具体加工、安装尺寸；
3.2 施工前，为确保悬索预应力钢结构质量安全可靠，对空间张弦结构施工进行仿真计算，模拟悬索预应力张拉，确保整个钢平台的施工万无一失；
3.3 为确保原竣工日期的实现，项目部成立QC小组进行现场攻关，利用虚拟仿真施工技术，对比模拟钢桁架层、悬索预应力钢结构平台层、屋面穹顶施工工序，比选、优化施工方案，从而确保了最终竣工工期目标的实现。
（二）施工难点
1 本工程E区复杂的建筑造型和钢结构大跨度空间的设计，给穹顶玻璃幕墙的施工带来很大难度。
1.1 屋面穹顶半球体造型，采用平面幕墙玻璃达到曲面圆弧效果，确定空间分格位置、大小难度大。
1.2 玻璃规格形状多样，加工难度大。
穹顶全部为钢结构，弧形钢梁放射性设计致使幕墙玻璃成梯形规格，玻璃尺寸由上至下逐层递变。同时，考虑钢结构施工偏差，幕墙玻璃无法提前批量加工，必须在钢构件焊接完对每个位置的玻璃尺寸现场实量、定位编号，加工周期长。
1.3 幕墙玻璃吊装难度大
本工程穹顶位于建筑物的中心位置，且幕墙玻璃单片面积最大的为5.3m2，施工时既要考虑汽车吊吊臂倾斜角度，又要保证玻璃本身不被损坏。同时，汽车吊无法覆盖的区域还要由人工进行二次倒运。
1.4 穹顶打胶质量要求高
五层屋面花园平台位于穹顶以内，雨水和积雪会完全淋洒在穹顶上，所以玻璃缝隙及遮阳铝板打胶质量要求高，任何一点质量隐患都会造成穹顶漏水。
2 模拟仿真受力计算多。
本工程悬索预应力钢结构造型新颖独特、受力复杂，预应力钢结构从结构的拼装，到预应力张拉完成以及最后支撑架的拆除，其间经历很多受力状态，为了保证工程质量能够符合设计要求，必须进行大量的施工模拟计算。
3 工程量大，工期紧张
3.1 本工程穹顶竖向弧梁为放射形布置，需高空拼装焊接，对接角度、位置确定困难，吊装、定位、焊接完成一榀完整的竖向弧梁需要6个小时，24榀共需15天时间；支撑体系及吊装焊接操作平台构造复杂，搭设困难，搭设架体至少需要15天时间，严重影响施工速度。
3.2 钢桁架层标高为13.05m，共有大小桁架梁112榀，从单榀重量从0.304t至9.691t不等，长度超过10m的钢桁架梁，单段重量最大达到5.017t，需分成两至三段运送至进场。桁架梁采用分段吊装，起吊次数多，严重制约施工速度。
（三）虚拟仿真技术的应用
1 空间张弦结构施工仿真计算
施工过程会使结构经历不同的初始几何态和预应力态，两个状态的分析理论和方法都不同的，加载方式、加载次序及加载量级都对结构受力具有很大影响，因此，施工仿真计算是预应力钢结构施工方案中极其重要的工作。实际施工过程必须和结构设计初衷吻合，施工中必须严格组织施工顺序，确定加载、提升方式，准确实施加载量、提升量等。施工仿真具体项目如下：
（1）验证张拉方案的可行性，确保张拉过程的安全；
（2）给出每张拉步钢索张拉力的大小，为实际张拉时的张拉力值的确定提供理论依据；
（3）给出每张拉步结构的变形及应力分布，为张拉过程中变形及应力监测提供理论依据；
（4）根据计算出来的张拉力的大小，选择合适的张拉机具、设备，并设计合理的张拉工装；
（5）确定合理的张拉顺序，具体张拉步骤如下所示：
第1步：结构全部安装完成后
第2步：第1批拉索张拉到设计初张力的30％
第3步：第2批拉索张拉到设计初张力的30％
第4步：第3批拉索张拉到设计初张力的30％
第5步：第4批拉索张拉到设计初张力的30％
第6步：第4批拉索张拉到设计初张力的70％
第7步：第3批拉索张拉到设计初张力的70％
第8步：第2批拉索张拉到设计初张力的70％
第9步：第1批拉索张拉到设计初张力的70％
第10步：支撑塔架拆除后
第11步：第1批拉索张拉到设计初张力的100％
第12步：第2批拉索张拉到设计初张力的100％
第13步：第3批拉索张拉到设计初张力的100％
第14步：第4批拉索张拉到设计初张力的100％
2 虚拟仿真优化施工工序
方案经优化后，悬索预应力平台层与穹顶钢构两大施工区域间，由原来的顺序施工，改为平行立体穿插施工，大大缩短了E区钢结构施工关键线路的总用时，大大缩短了工期。
我们运用虚拟仿真技术，融合了计算机图形学、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术等高新技术，对悬索平台层、屋面穹顶施工过程建立仿真模型，虚拟、对比原方案施工过程及优化方案，利用计算机硬件、软件及各种传感器创造出一个四维空间虚拟环境， 使所需解决的问题得到清晰和直观的认识。
（四）实施效益
1全国组织干部学院E区钢平台悬索预应力在实际施工过程中，通过详实的理论计算和周密的施工部署，将困难考虑充分、问题解决在施工之前，最终施工质量和装修效果得到各方一致好评。平台预应力钢索张拉检测全部符合设计要求。
许继中压开关厂是许继集团根据“五年成为国内一流，十年成为国际一流公司”的发展目标，整合许继中压开关设计和生产资源，新建立起来的全亚洲最大的中压开关生产基地。目前已根据发展规划设计好生产工艺线以及各区域的划分，其中仓库的设计通过“需求与供应能力管理”理论的应用得到了显著优化。
一、需求与供应能力管理
需求管理是认识和管理对产品的全部需求，并确保主生产计划反映这些需求的功能。需求管理包括：预测、订单录入、订单承诺、分库需求、非独立需求、厂际订单及维修件需求等。在更广泛的意义上，需求管理包括筹划仓库地址、从制造源到仓库的替代运输方法、仓库布局、物料搬运与作业。供应链理论发展到今天，需求链管理的理论出现了，需求链管理更是强调了需求在整个链条中的重要地位，提出了供应能力必须与需求相匹配的要求。
需求与供应能力的匹配管理，突出了需求的内容，需求链所包含的与供应链逆向的内容和功能越来越多，国内一些著名学者也在一致强调需求与供应的对应。企业是市场供需的平衡机体，其经济目的是实现开源节流，并要保持源流的有机平衡。那么供应与需求链，则是一个双向的信息、资金、物流的回路。供应和需求所关注的要点也不相同，供应链强调的是在既定／预定的需求下，如何更好地满足需求，而需求链侧重的是客户需求的分析和需求信息的有效传递，如何将两者很好地结合起来，即是需求与供应能力的匹配管理。本文关注于中压开关厂仓库设计因素中仓储流量与生产的匹配，其中包括物流设计、各类仓储面积、吞吐量和收发频率等。
二、需求介绍（以2009年为例）
1、仓储空间需求
仓储空间按照货架总容量以及地面存储占用的空间折合成1000?鄢1200?鄢1000的托盘空间以及大型物料所需占用的地面面积计算而成。
2、吞吐量需求
三、原设计
中压开关厂区内仓储物流原规划为三个单位各设重型立体货架式的仓库，库房总面积3240平方米（不含一楼办公场地），计划设置1000 1200 1000托盘货位4704个。位置设在厂区东端南排第2―4跨，东数1―5间隔并列布局（如图1所示）。
四、设计的改进
1、需求与供应能力分析
2、原设计的不足之处
第一，无地面存储空间，造成大型物料无法存放，需在生产区域另外划分位置进行摆放。
第二，要满足未来三年吞吐量的需求，需再购买叉车来补充吞吐量，但叉车的使用成本以及带来的安全风险较高，且仓库的通道设计仅能满足三辆叉车的投运。
3、二次设计（方案二）
为充分利用厂房高度，进而实施综合立体仓库的建设，经研究进行二次设计，取消原第二跨延长第三跨的方式，调整了库房规划（如图2所示）。
在库房总占地面积不变的情况下，在第三跨加长的巷道上建巷道式立体仓库，设计5个巷道、10列货架，货架高8层，1000?鄢1200?鄢1000托盘货位4200个。堆垛机立体货架旁边可摆放重型立体货架609个货位（1000?鄢1200?鄢1000），同时留有近600平方米的地面区域为重型物件存放区域（如图3所示）。
4、第二次设计的需求与供应能力分析（如表5所示）
5、方案二的不足之处
第一，地面存储空间较原方案显著增加，为大型物料提供了900平的存放计划，但仍需在生产区域另外划分约300平面积进行摆放。
第二，货架存放量超出需求30%，意味着近四分之一的货位闲置。
第三，虽然满足了未来三年吞吐量的需求，但超出需求量67%，造成大量供应能力的闲置和浪费。
6、第三次优化设计――需求与供应能力管理的应用
结合需求与供应能力管理理论，在满足需求的前提下，创造具有调整功能的供应能力，尽可能减少因超量供应造成的浪费，并创造可调整的供应能力。我们将方案二中的堆垛式立体仓库的设计进行了优化。
将5个巷道、10列货架、5个堆垛机调整为4个巷道、8列货架、3个堆垛机（弯轨设计，1个堆垛机可对4列货架进行操作），1000?鄢1200?鄢1000托盘货位3200个。堆垛机立体货架旁边可摆放德利施尔原仓库使用的重型立体货架609个托盘货位，同时留有近860平方米的地面区域为重型物件存放区域（具体细节如图4所示）。
7、第三次设计的需求与供应能力分析
8、结论
第一，方案三的需求与供应能力基本匹配，能保证中压开关厂未来三年的发展需要。
第二，方案三通过调整堆垛机的数量，不仅减少了设备投入的成本，也为日后中压开关厂跨越发展留有扩展空间，如3台堆垛机无法满足，可将弯轨改成直轨，增加堆垛机的数量，从而提高吞吐能力。
五、需求与供应能力管理应用前后各方案的对比
1、库容面积
综合立体库（方案三）可以充分利用厂房的立体空间，不仅提高了物流仓储收发存的自动化程度，同时在保证满足生产需求的基础上优化了存储结构，适当减少了货架数量，增加了860平方米的地面存放区域，解决了特种大件物料的存放问题，也为生产经营的后续发展在仓储方面争取到了相应的空间储备（预留两列货道，可再建堆垛机式立体货位800个）。
2、仓库流量
立体货架式方案能满足目前日常生产配套物资节拍流量的需求，但对生产突发期的配套需求较为吃力，更无法满足三年发展需要，其流量的不足只能通过再增加叉车设备来弥补。考虑电气城整体物流配套规划（通用物资集中采购配套管理），日流量将增加到574―860托盘需求量，原方案无法满足生产拍节流量的需求，综合立体库（方案三）供应能力能保证每天出750个托盘数量，可以保障未来生产发展的需要。
关键词：独塔斜拉桥；跨径布置；优化分析； 受力性能；
Abstract: taking the huaihe river in anhui province under the five new bengbu highway (xuzhou to bright light the highway) bridge as the background, the span to be optimized arrangement proposes five different project. For each scheme adopts the space finite element software are calculated. The different scheme in the overall structure of the influence on the performance of the force, and the advantages and disadvantages of each method; A comparative study of each scheme structural deformation, stress, and the component cable force state, etc. Comprehensive site construction condition, at this stage of the overall construction engineering plan and other factors, put forward the most reasonable arrangement for bridge spans.
Keywords: a single pylon cable-stayed bridge; Span decorate; Optimization analysis; Force performance;
中图分类号：U442.5文献编识码：A
0引言
随着交通事业的大发展，我国的桥梁建设已达到一个高峰。各种桥梁结构形式均已有了较大的发展，尤其是斜拉桥在近年的桥梁建设中更是备受工程师青睐。斜拉桥是一种由索、梁、塔组成的缆索承重桥梁体系。斜拉桥由桥面系承担自重和外荷载，通过斜拉索将荷载传递至桥塔，再由桥塔传递至基础。主梁一般处于压弯状态，拉索处于受拉状态，主塔处于受压状态。斜拉桥为高次超静定结构，桥跨的布置对结构体系的总体受力影响极大，因此跨径的合理布置对斜拉桥的设计十分重要。
一般斜拉桥的桥塔由于受到索塔锚固区的影响其结构尺寸较大，对于跨径较小的斜拉桥桥塔往往是结构美学设计的控制要点。对于跨径不大的斜拉桥，桥塔一般较矮，当低矮的桥塔截面过大时便显得十分笨拙，缺乏美感。本文的背景桥梁通过采用一种新的索塔锚固方式有效的降低了桥塔截面尺寸，使得桥塔挺拔优美，成为当地一个新地标性建筑。因此本桥的桥塔刚度较一般斜拉桥桥塔的刚度小很大，更像是一根柱子，该体系被设计者称之为柱、索、梁组合体系斜拉桥，结构体系的受力也与常见斜拉桥略有差别。有必要对其合理跨径展开研究。
1背景工程
1.1背景工程简介
本桥为徐州至明光高速公路跨越安徽省蚌埠市五河县淮河的主桥，采用柱式独塔空间双索面混合梁斜拉桥，支撑方式为塔梁固结体系，跨径布置为246+125m，分别跨越淮河主通航区域和淮河南大堤。桥梁总体布置图如图1所示。
图1桥梁总体布置（单位：cm）
拉索为扇形空间双索面，通过鞍座单向锚于上塔柱。全桥共32对拉索，支承着中跨钢箱梁段和边跨混凝土梁段，主跨拉索纵向布置为14m，边跨拉索纵向布置为7m，拉索均锚固在箱梁外侧腹板处，锚固方式为锚拉板式锚固。主梁采用钢混组合梁结构，边跨为预应力混凝土主梁，采用体外预应力方案；主跨采用钢箱梁方案，钢混结合段设置在主跨第一对拉索和第二队拉索之间。边跨与中跨均采用分离式双主梁结构，两高均为3.2m。主桥按高速公路标准在每个方向设计有两个3.75m车道及一个3.5m路肩。桥下净高超过10m，净宽超过现有航道规定的150m标准。
图2边跨主梁断面（单位：cm）
图3主跨主梁断面（单位：cm）
1.2问题的提出
背景桥梁在施工图设计中选取的边中跨之比为0.508。边跨跨越淮河大堤，过渡墩为陆上基础；中跨跨越主航道，过渡墩为深水基础。在施工图优化设计阶段为了减小一个水中基础，降低工程造价。现对主跨侧取消一孔引桥（一孔引桥为40m），主桥主跨侧跨径增加40m的方案进行研究。由于在优化阶段边跨与主桥基础均已开始施工，因此本次方案优化的过程中要求尽量保持主桥以外原结构不改变。
2优化方案介绍
2.1有限元模型介绍
结构的计算分析采用商业有限元软件MIDAS CIVIL，利用空间杆系单元完成。主梁和主塔采用空间梁单元模拟，拉索采用索单元模拟。有限元模型如图4所示。
图4结构有限元模型示意图
同时为了准确模拟桥梁结构的空间受力特性，在结构计算分析中，边跨混凝土主梁的预应力线形均按照其实际的竖弯数据和平弯数据进行分析。
图5边跨预应力示意图
在结构计算分析的过程模拟了实际施工工序。该桥边跨混凝土分段之间浇筑，中跨测钢梁采用悬臂拼装方案施工。在主梁拼装完成后拆除支架，进行最后一轮调索，最后施工铺装成桥。
2.2主要计算方案
本次跨径布置优化分析中主要分析了五种方案，这五种方案均为主跨侧主梁增加40m，但拉索的布置方案个不行同。各方案的具体情况如下所示。
方案一：主跨箱梁增加40m，边跨跨径及拉索布置均不改变，对调整后的方案重新进行调整索计算，并对边跨施加压重，压重的总重为10830kN（和增加的40m钢梁的重量相近），压重的范围为边跨靠近支座的11.4m。
方案二：主跨箱梁增加40m，边跨跨径不变。主跨侧拉索的布置进行调整。对主跨侧尾部三对拉索的索距进行了调整，斜拉索的索距由14m调整为17.5m。调整后的拉索布置为12×14+3×17.5m。同时对边跨施加压重，压重方式于方案一相同。
方案三：主跨箱梁增加40m，边跨跨径不变。主跨测拉索布置进行调整，将主跨侧的拉索索距由原来的14m调整为16.5m。边跨斜拉索布置不改变，同时对边跨施加压重，压重方式于方案一相同。
方案四：主跨箱梁增加40m，边跨跨径不变。主跨测拉索布置进行调整，主跨的索距由原设计调整为16m，最后两对索的间距调整为3.5m。调整后主跨索距为15×16m，边跨索距为13×7.5+2×3.5m。同时对边跨施加压重，压重方式于方案一相同。
方案五：主跨箱梁增加40m，边跨跨径不变。主跨测拉索布置进行调整，主跨的索距由原设计调整为16m，最后两对索的间距调整为3.5m。调整后主跨索距为15×16m，边跨索距为13×7.5+2×3.5m，并将尾部两对拉索采用地锚。同时对边跨施加压重，压重方式于方案一相同。
3结构受力性能分析
3.1结构位移分析
由于斜拉桥在恒载作用下一般可通过设置预拱度进行消除，在《公路斜拉桥设计细则》中也没有对恒载下结构的变形没有明确规定。因此在本次研究中主要关注在汽车荷载作用下结构的变形。
图6汽车荷载作用下模型一主梁变形图（单位：mm）
在汽车荷载作用下模型一主跨主梁竖向位移如图6所示，其他各模型在汽车荷载作用下中跨主梁位移值如表1所示。经计算可知各方案在汽车荷载作用下主梁的竖向位移均大于570mm，塔顶水平位移均大于155mm（见表2）。这是由边跨的拉索无法较好的限制塔柱的水平位移，使得结构变形较大，通过不同拉索布置方案的调整能够对主梁的变形有一定的改善，但由于结构体系总体刚度较小，只调整拉索的布置无法有效的降低结构主梁竖向位移。在汽车荷载作用下主梁的变形较大，不利于主梁桥面铺装的耐久性，同时对结构各构件的疲劳性能也有较大的影响。
表6汽车荷载作用下主梁中跨变形 （mm）
方案一 方案二 方案三 方案四 方案五
578 587 641 609 579
表7汽车荷载作用下主塔水平变形 （mm）
方案一 方案二 方案三 方案四 方案五
196 198 186 171 155
3.2主梁应力分析
随着主跨跨径的增加，主跨侧的荷载明显增加，而边跨侧的荷载不变，因此主塔在荷载作用下会向中跨侧产生较大的水平位移，如3.1节所述。桥塔的变为会引起边跨侧拉索索力的被动增加，使得边跨混凝土主梁出现上拱现象，在混凝土上缘产生拉应力效应。在各方案比选中，通过调索消除边跨混凝土的拉应力，这也是本次分析中的调索原则。中跨钢梁在跨中和边支点附近处于上缘受压，下缘受拉的压弯状态。由于拉索对主梁提供的支撑较弱使得主梁变形较大，主梁承担荷载的比例较原方案增加很多，因此主梁应力较大。
图7荷载标准值组合下主梁下缘应力图（单位：MPa）
图7不同方案钢梁应力图（单位：MPa）
不同方案下主跨钢箱梁下缘拉应力和上缘应力图如图7所示。钢梁的应力可以通过调整拉索的布置方式进行改善。当无索区与有索区之比大于0.212时，无索区由于缺少拉索的支撑效应，应力过大，最大拉应力可达282MPa。通过前三种方案的比较可知缩短无索区的长度可以有效的改善钢梁的受力性能。通过后三种方案的比较可知，提高边跨刚度，限制桥塔的水平位移也可以改善钢梁的受力状态。这是因为减小桥塔的水平位移可以改变主梁和拉索的荷载分配关系，当结构的变位越小则主梁承担的荷载就越小。经过计算分析可知后三种方案均可满足主梁的受力要求。
3.3主塔应力分析
随着跨径的增加主塔所承受的荷载也有所增大。由于主跨单侧跨径增大，而且边跨刚度较小，使得桥塔承受的弯矩增加较大，呈压弯受力状态。主跨侧的压应力远大于边跨侧压应力；在荷载短期效应组合下各方案的桥塔截面均可满足抗裂性要求。通过不同方案的计算分析发现，随着拉索布置的调整和边跨尾索刚度的增加，这种弯曲效应有所减弱。后两种方案桥塔的受力更合理。各方案在荷载标准值组合下桥塔的最大压应力如表2所示。
表2荷载标准值组合下桥塔最大压应力 （MPa）
方案一 方案二 方案三 方案四 方案五
18.6 17.9 17.7 14.9 14.8
3.4拉索索力分析
各模型调索的原则是使得边跨混凝土梁的受力满足要求的条件下降低中跨钢梁的应力。跨径的增加会增大主跨的索力，当边跨的控制张拉索力不调整时，在荷载作用下桥塔会产生很大的水平位移，使得边跨索力被动增加。为了限制桥塔的水平位移和钢梁的竖向位移，采用主动提高边跨拉索的控制张拉应力以平衡中跨侧索力增量的方案进行调索。前两种方案拉索索力与原设计相比所要增加的量值较小。第三种方案拉索索力需要在原设计索力的基础上提高约20%，各拉索的型号均需要进行调整。最后两种方案的边跨侧3对尾索需要采用型号较大的拉索，索力需要在原设计的基础上提高25%～35%。但随着拉索索力的增大，鞍座结构尺寸也会加大，会对索塔锚固区的设计提出新的空间要求。
4结论
当主跨跨径增加40m后，边跨与主跨的跨进比值达到了1：2.28，一般独塔双跨斜拉桥的边跨与主跨跨径比不小于1:2，调整后的跨径布置已超出了常见跨径的范围。在荷载作用下主跨侧荷载对主塔位置的弯矩效应大于边跨侧荷载产生的弯矩效应。结构的变形特点是，主跨侧主梁将产生向下的位移，并通过拉索的索力带动桥塔下主跨侧变位，桥塔的变位将会引起边跨侧拉索索力的增加，从而带动了边跨侧主梁产生向上的位移。
几种不同方案的分析比较表明，通过拉索布置方式的调整能够在一定程度上改善结构的受力性能，但由于体系整体刚度较小，结构的总体变形较大。后三种方案都能满足结构总体受力性能的要求。其中后两种方案结构的受力更加合理，但方案五会引起工程造价的大幅增加，因此方案四位最优方案。
但是，调整后结构各构件的安全储备较低，且结构总体刚度较小，变形较大，不利于结构的耐久性。同时考虑到优化方案需要对原施工图做出大幅修改，会对桥梁的建设周期产生较大的影响。综合多方便因素考虑，最后采用维持原施工图方案进行施工。
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摘要：本文以某工业厂房为研究背景，利用计算流体力学软件模拟该不同空调送风方案，并比较不同方案的空调送风效果。通过模拟结果表明，优化后方案空调送风温度分布均匀，速度合理，并且满足设计要求，从而为暖通空调节能设计提供依据。
关键词：大空间气流组织厂房建筑
前言
工业厂房属大空间建筑具有以下特点：
1）厂房空间高大，高度高设备多，发热量大；
2）厂房内空调一般只要求人们活动区，即满足1.5-2米高范围内满足人员舒适要求；
3）厂房内垂直和水平温度分布较难控制，容易造成室内温度分布不均匀现象。
由于厂房的上述特点，在空调设计时往往很难达到预期效果，如果方案不合理会导致建筑能耗高，同时空调效果差。目前，计算机模拟技术广泛应用于暖通空调设计，可快速通过模拟结果验证空调方案的合理性。因此，本文通过计算流体力学软件，模拟某工业厂房不同空调方案指导设计。
常见的气流组织方式：
1 侧送风方式
侧送风方式是厂房常用的最广泛的一种空调送风方式，其中采用喷口送风方式最为常见。
2 上送风方式
上送风方式是指将送风口安装在厂房顶棚，回风口设在周边侧墙或顶棚。由于厂房空间高大，使用的风口主要有喷口和旋流风口旋流风口具有风量大、送风深度广、噪音低、送风流型可调、人员区风速易控制、阻力特性稳定等特点，因此，广泛应用于厂房。
另一方面，从使用效果讲，上送风方式是比较好的，它能将处理好的空气均匀送到各个部位，以满足不同区域所需的空调参数。但也有一定缺点，将悬浮于上部的热和污浊空气带入人员去，比其他方式更耗费能源。
3 下送风方式
下送风方式是指将送分口安装在地面上，直接向室内人员送风，回风口设在顶棚或侧墙上部。其优点是：空气直接送至人员区，空气品质好，避免了将灯光和屋面负荷的对流部分带入空调区域，减少了设计负荷和空间设备，节省了能耗；人员区温度和速度场均匀，舒适感强。其缺点是：风口数量多，地下管道布置较为困难；室内清洁工作较难处理；风口占用地面面积。
1 模拟工况
厂房一
工况1： 送风为高位喷口（30°向下），回风为高位百叶下回风
工况2： 送风为高位喷口（30°向下）+低位置换送风，回风为高位百叶下回风。
厂房二
工况1：送风为高位喷口（30°向下）+低位置换风口（地标高1m），回风为高
工况2： 送风为高位喷口（30°向下）+低位置换风口（地标高1m），回风为低位百叶侧回风。
2 数学模型
目前采用比较多的模型是RANS模型，而在RANS模型中，应用最多的是两方程模型。包括，标准k-ε两方程、RNGk-ε两方程模型，Realizablek-ε两方程模型。其中标准两方程模型在工程应用中最为广泛。因此，本文采用标准k-ε两方程模型。由温差引起的密度变化可以用Boussinesq近似来表示浮力项。
对于壁面区域处理，通常情况有两种方法，其中“壁面方程”采用半经验公式，“壁面方程”的运用能很好地修正湍流模型，从而解决壁面的存在对流动的影响。另一种是湍流模型被修正，从而使壁面处受到粘性理影响的区域也能用网格划分来解决，这种方式被成为“近壁面模型”。本文壁面采用标准壁面函数法。
3 物理模型
模型选取以及简化过程，应在不影响结果准确性的前提下以消耗最小计算时间的原则进行简化。
4 边界条件
外墙内表面和内墙内表面按第一类边界条件，即给定温度，分别设置为30℃和24℃；屋顶由于考虑太阳辐射及灯光负荷的影响，给定综合计算温度40℃。设备负荷按照15W/m均匀分布在地面；喷口及置换通风条件具体见表3。
表3 风口边界条件
5 模拟结果
5.1 厂房一模拟结果
图3方案一1.5高温度分布（℃） 图4方案二1.5高温度分布（m/s）
比较方案一和方案二，从图中可以看出，方案一中喷口送风无法达到厂房中部，方案二增加了低位置换送风，使得在1.5米高温度和速度分布都有所改善，分布更均匀，有利于厂房内工作条件。
5.2 厂房二模拟结果
图7方案一1.5高温度分布（℃）图8方案一1.5高速度分布（m/s）
从图中可以看出，方案一中，1.5米高温度分布在均高于33度，方案二中，排风口位于底部，由于底部排风口负压的作用，送风气流可达到底部，厂房内温度分布均低于29度，局部可达28度，送风速度明显更均匀。因此，本厂房采用优化后方案设计。
6 结论
关键词：KVM；显卡；虚拟化；直传
DOIDOI：10.11907/rjdk.162148
中图分类号：TP319
文献标识码：A文章编号：16727800（2016）010014202
0引言
随着虚拟化技术的发展，桌面虚拟化方案已经在X86硬件架构上取得了显著成果，并且逐渐成为当前云计算发展和研究的一个热点方向，在并行计算、大数据存储、虚拟云桌面方面得到了广泛应用[1]。
虚拟化技术针对底层硬件资源实现资源的虚拟、共享和隔离，具有安全性高和对上层用户透明的特性。目前，虚拟化技术在视频显卡访问方面还面临很大挑战，很多研究人员采用基于远程应用编程接口的方法开发出针对视频显卡的虚拟化框架，从而实现虚拟机对于显卡的访问，但是这种方法在应用中需要虚拟机与宿主机之间进行大量的图像数据传输，严重影响了物理显卡使用性能。如何通过改进和优化虚拟化方案提升虚拟机内部访问硬件显卡的性能是本文研究的重点[2]。
本文针对视频显卡在虚拟化环境中的应用需求和存在的问题，从图像数据传输量和传输机制方面入手，提出一种基于KVM虚拟化的显卡直传技术，解决虚拟机共享物理显卡的性能问题。
1KVM虚拟机技术概述
KVM全称是Kernel Virtual Machine，即基于内核的虚拟机，是一个开源的虚拟化模块。KVM是由以色列的名为Qumran的开源组织提出的基于硬件虚拟化的实现方案。KVM虚拟化方案包括内核模块和处理器模块两个部分。其中，内核模块由kvm.ko文件来提供核心的虚拟化实现；处理器模块由kvm-intel.ko和kvm-amd.ko文件分别提供对Intel处理器和AMD处理器的虚拟化技术支持。Linux内核通过加载KVM模块成为VMM即虚拟机监控器，而KVM模块借助Linux内核完成程序的调度、内存管理等。
1.1KVM虚拟化实现
KVM虚拟化技术作为VMM的实现方案，有两种模式：Kernel模式和User模式，分别对应VMX模式下的特权级0和特权级3。Kernel模式下运行的是KVM内核模块，User模式下运行的是QEMU模块。而KVM虚拟机运行在VMX的非根模式即Guest模式。KVM虚拟化技术的工作模式如图1所示。
利用硬件虚拟化VT-x技术，KVM为每一台虚拟机分配多个vCPU即虚拟处理器，其中一个vCPU对应QEMU的一个线程，KVM虚拟机的生命周期主要是vCPU的创建、初始化、运行以及推出处理，这些都是在QEMU的上下文环境中完成的，需要KVM的Kernel、User和Guest三种模式配合实现，Kernel模式与User模式之间以系统调用ioctl的方式进行交互和通信，而内核模块与虚拟机内部进程之间通过VM Entry和VM Exit指令操作完成切换[34]。
1.2KVM虚拟化的特点
作为基于Linux内核的全虚拟化解决方案，不同于半虚拟化方案，KVM能够提供基于X86架构的完整硬件平台，包括处理器、硬盘、内存、网络适配器以及设备等，同时虚拟机操作系统不需要作任何的修改便可运行X86平台上的应用软件。因此KVM虚拟化技术的主要优势有：①KVM是开源的虚拟化解决方案，虚拟机开发成本低；②KVM模块整合在Linux系统内核中，可以兼容内核中的硬件驱动；③KVM具有优良的系统性能和稳定性[56]。
2虚拟化中的显卡直传技术
KVM虚拟化实现架构中，虚拟机需要访问QEMU模拟仿真出来的设备，而这个处理过程需要通过虚拟化中间层传递和处理，才能将真实数据发送给物理硬件设备来处理。对于低速设备来说，这种实现方案能够满足其数据传输和处理的要求的，但是对于显卡虚拟化来说，对于性能要求极为严格，因此本文采用显卡直传方式将物理显卡地址直接、隔离地分配给每一台虚拟机独占式访问，虚拟机内部操作系统可以直接驱动底层物理显卡，进行内存映射输入输出访问或者直接内存访问操作。图2为显卡直传处理与QEMU模拟仿真显卡实现架构对比，可以看出，直传技术能够满足虚拟机调用物理显卡驱动实现图像显示，最大化发挥显卡性能。
2.1显卡直传技术原理
KVM虚拟机要实现PCI设备直传，需要考虑以下问题：
①如何对PCI设备的配置空间进行映射；
②如何映射PCI设备的内存和I/O资源；
③如何实现PCI设备中断请求的映射；
④如何实现设备的直接内存访问。
KVM虚拟化方案可以通过软件映射机制很好地实现PCI设备的前3个问题，而对于物理显卡的DMA操作，由于DMA本身的技术机制，KVM虚拟化难以用软件实现。
DMA可以实现外设与系统之间的高速数据传输，外设绕过中央处理器对内存进行直接内存读写访问，传输前申请一个能够被DMA访问的地址空间，然后发送传输指令进行DMA操作。DMA的传输机制对于物理机来说是可行的，因为操作系统会为驱动分配一段独立的地址空间，但是在KVM虚拟化环境中，采用影子页表实现虚拟机物理地址到宿主机物理地址的映射，驱动申请获取的地址不是宿主机的物理地址，这样DMA操作必然会引发系统崩溃。
利用硬件辅助虚拟化技术，比如Intel的VT-d和AMD的IOMMU技术来实现DMA操作在KVM虚拟化中的运用，借助北桥中内置的DMA虚拟化和IRQ虚拟化硬件来维护一张DMA重映射表，当外设需要进行DMA操作时，查询DMA重映射表，映射成虚拟机物理地址对应的宿主机真实物理地址，从而实现DMA虚拟化。
2.2显卡直传技术实现
KVM虚拟机直接访问物理显卡前，需要通过QEMU注册一个pci-assign的特殊qdev虚拟设备。这类虚拟设备专门用来进行PCI设备直接访问，这里将显卡注册为pci-assign虚拟设备，在虚拟机内部所有对此类设备的MMIO访问都会被映射到真实物理设备上，当KVM启动时，将显卡的BDF号作为参数传递给KVM，完成显卡设备到虚拟机的注册。
要实现物理显卡的直传需要将显卡挂接到独立的PCI总线上，而QEMU默认只虚拟一根PCI总线。这根总线上挂接有网卡、硬盘、CD-ROM驱动器等设备。为保证显卡独占式使用PCI总线，修改QEMU源码，在初始化虚拟机系统总线是，注册2个QEMU虚拟PCI桥设备，即总线1和2，然后修改显卡设备的实现，直接将显卡的BDF 号注册到总线上，实现虚拟机内部显卡驱动直接访问物理显卡的目的。
实现显卡直传的关键是将宿主机的预留内存和输入输出地址空间映射到虚拟机对应的地址空间中，利用Linux系统中的设备文件/dev/men，在QEMU为虚拟机分配完内存后，将宿主机特殊的预留内存使用mmap方法直接映射到虚拟机的内存空间偏移处，而输入输出端口地址空间的映射，通过注册I/O读写函数，函数向宿主机的I/O端口发送读写操作的指令。
3结语
本文介绍了虚拟化技术在视频显卡应用方面的现状，当前主要采用远程调用编程接口的方式实现对物理显卡的访问，但是由于需要虚拟化中间层的传递严重影响了图像显示效率。针对此问题，本文从图像数据传输量和传输机制方面入手，基于KVM虚拟化进行了二次开发和优化，提出一种显卡直传技术。首先给出KVM虚拟化的原理和实现，然后提出解决显卡虚拟化需要解决的几个问题，显卡直传技术利用直接地址映射将物理显卡地址空间映射到虚拟机内存空间，虚拟机内部实现驱动直接访问物理显卡的要求，虚拟机运行表明显卡直传提升了视频图像显示的性能。
参考文献参考文献：
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[2]周平，马捷中.基于开源虚拟机的模拟设备的设计与实现[J].电子设计工程，2011，18（19）：4356.
[3].MJPEG视频编解码的SOC设计[D].济南：山东大学，2007.
[4]陈婉.云计算环境下虚拟化数据中心融合技术[J].软件导刊 ，2016，15（4）：166168.
