一种风电场风机基础自动设计方法及装置与流程
1.本发明涉及风电技术领域，尤其涉及到一种风电场风机基础自动设计方法及装置。
背景技术：
2.随着风电平价上网的推进和风电大基地项目的持续发力，据2021年已开工的风电大基地项目，其中，甘肃一基地规划容量达1395万千瓦，常规的大基地项目也达到200-300万千瓦。设计院传统的风机基础设计流程，是先从风电整机厂家拿到载荷数据，然后人工逐一核算基础形式和工程量。
3.如此大规模的基地项目，风况各异，机型选择多样化，意味着机组载荷和基础多样化，靠人工逐一复核，注定无法提供一个全场lcoe最优的方案，而且设计周期长。在平价上网时代，风电场开发的各个环节成本压力巨大，结合风电行业“短平快”的特点，仍采用传统的人工复核基础的方式，已经不适应市场的需求。
技术实现要素：
4.本发明的主要目的在于提供一种风电场风机基础自动设计方法及装置，旨在解决行业内发展的痛点，克服现有设计方式的不足，提出了一种风电场风机基础自动设计及工程量计算的方法，实现了多方案快速迭代，基于lcoe最优原则，推荐工程量最优的基础方案。对于风电场设计的工程技术人员，可以快速设计匹配技术方案，提高工作效率，而且具有很强的实用性，填补了风机基础自动设计及工程量计算领域的空白。
5.为实现上述目的，本发明提供一种风电场风机基础自动设计方法，所述方法包括以下步骤：
6.s1：根据场地条件，确定目标风机基础的基础形式；
7.s2：当所述基础形式为浅基础时，确定目标风机基础的半径值r，根据半径值r，获得基础设计结果，并匹配数据库对应的基础标准工程量清单；
8.s4：根据所述标准工程量清单，获得基础工程量，并对所述基础工程量进行复核，获得最终工程量清单；
9.s5：当所述基础形式为深基础时，根据目标风机基础的基础信息，匹配对应的桩基标准工程量清单；
10.s6：根据所述桩基标准工程量清单，获得桩基工程量，并对所述桩基工程量进行复核，获得最终工程量清单。
11.可选的，所述步骤s1中：所述场地条件包括地形、地址和水文条件。
12.可选的，所述步骤s2，具体包括：
13.当所述基础形式为浅基础时，根据作用在基础顶部的正常运行工况下的弯矩荷载标准值mk和作用在基础顶部的正常运行工况下的竖向力标准值fk，迭代出目标风机基础的半径值r；
14.根据半径值r，获得基础设计结果，并匹配数据库对应的基础标准工程量清单。
15.可选的，所述迭代出目标风机基础的半径值r，具体包括：
16.获取初始的半径值，并根据所述半径值获得基础棱台高度，利用所述基础棱台高度，获得当前半径值对应的偏心距；
17.判断所述偏心距是否不超过预设阈值，若否，迭代更新所述半径值，直至所述偏心距不超过预设阈值。
18.可选的，所述偏心距的表达式为：
[0019][0020]gk
＝c+s[0021][0022]
gc＝vc×
25
[0023]vs
＝πr2×
(h1+h2+h
3-0.3)-vc[0024]gs
＝vs×
18
[0025]
e＜＜0.22
[0026][0027]
其中，e为偏心距；gk为基础自重加上覆土重载荷标准值，kn；fk为作用在基础顶部的竖向力标准值，kn；vc为基础混凝土体积，m3；gc为基础混凝土自重，kn；vs为基础上覆土体积，m3；gs为基础上覆土自重，kn；h2为基础棱台高度，经公式计算后取绝对值；mk为作用在基础顶部的弯矩荷载标准值。
[0028]
可选的，迭代更新所述半径值的表达式为：
[0029]r更新后
＝r
更新前
+0.25。
[0030]
可选的，所述步骤s5中，所述基础信息包括基础类型、基础直径、单桩直径、单桩长度和桩数量。
[0031]
可选的，所述步骤s4中，对所述基础工程量进行复核，获得最终工程量清单，具体包括：根据风场地质情况判别是否增加地基处理工程量，并做复核地基处理，获得最终工程量清单。
[0032]
可选的，所述步骤s6中，对所述桩基工程量进行复核，获得最终工程量清单，具体包括：根据载荷范围复核桩基工程量，根据地质条件匹配桩基工程量，获得最终工程量清单。
[0033]
此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种风电场风机基础自动设计装置，所述风电场风机基础自动设计装置包括：
[0034]
基础形式确定模块，用于根据场地条件，确定目标风机基础的基础形式；
[0035]
基础标准工程量清单确定模块，用于当所述基础形式为浅基础时，确定目标风机基础的半径值r，根据半径值r，获得基础设计结果，并匹配数据库对应的基础标准工程量清单；
[0036]
基础最终工程量清单确定模块，用于根据所述标准工程量清单，获得基础工程量，
并对所述基础工程量进行复核，获得最终工程量清单；
[0037]
桩基标准工程量清单确定模块，用于当所述基础形式为深基础时，根据目标风机基础的基础信息，匹配对应的桩基标准工程量清单；
[0038]
桩基最终工程量清单确定模块，用于根据所述桩基标准工程量清单，获得桩基工程量，并对所述桩基工程量进行复核，获得最终工程量清单。
[0039]
本发明实施例提出的一种风电场风机基础自动设计方法及装置，该方法对于浅埋式基础，采用多次迭代计算的方式，计算出风机基础设计结果，最终计算出风机基础设计结果及工程量。对于深基础，采用自动匹配预设基础工程量，后根据载荷范围符合设计结果，根据地质条件匹配桩基设计结果，最终计算出风机基础设计结果及工程量。本发明方法可操作性强，提高了风电场风机基础的自动化设计的程度，在满足风机基础承载力的可靠性的要求下，大大减少了风机基础设计的流程。该方法具有很强的工程适用性，同时适用于国内和国外风电行业风机基础自动设计。填补了风电场风机基础自动设计及工程量计算领域的空白。
附图说明
[0040]
图1为本发明实施例中一种风电场风机基础自动设计方法的流程示意图；
[0041]
图2为本发明实施例中浅埋式扩展基础典型断面示意图；
[0042]
图3为本发明实施例中基础承台平面示意图；
[0043]
图4为本发明实施例中断面示意图；
[0044]
图5为本发明实施例中桩基平面布置图。
[0045]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0046]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0047]
目前，在相关技术领域，现有风电场风机基础设计先从风电整机厂家拿到载荷数据，然后人工逐一核算基础形式和工程量。如此大规模的基地项目，风况各异，机型选择多样化，意味着机组载荷和基础多样化，靠人工逐一复核，注定无法提供一个全场lcoe最优的方案，而且设计周期长。在平价上网时代，风电场开发的各个环节成本压力巨大，结合风电行业“短平快”的特点，仍采用传统的人工复核基础的方式，已经不适应市场的需求。
[0048]
为了解决这一问题，提出本发明的风电场风机基础自动设计方法的各个实施例。本发明提供的风电场风机基础自动设计方法在满足设计风机基础要求分析与风电场风机基础工程量计算的准确性的要求下，减少经验依赖，提高风机基础的设计效率，满足风机基础的设计要求，根据不同机型的机组载荷及地质地形自动推荐风机基础。
[0049]
本发明实施例提供了一种风电场风机基础自动设计方法，参照图1，图1为本发明风电场风机基础自动设计方法实施例的流程示意图。
[0050]
本实施例中，所述风电场风机基础自动设计方法包括以下步骤：
[0051]
1)基础形式确定
[0052]
风机基础的形式大致可分为两类，即浅埋式基础和深基础，需根据场地地形地质条件确定基础形式。不同的基础形式在基础设计时参考的条件不同，故第一步重要性是不
言而喻的。
[0053]
2)浅埋式基础设计[2)与3)步骤二选一]
[0054]
浅埋式风机基础体型设计在本发明中是满足如下两个条件的，即：
[0055]
基础设计不考虑地基处理工程量，地基处理量单独统计。
[0056]
基础设计时地下水位均考虑在基础埋深以下，若遇水位较高情况，另行分析计算。
[0057]
浅埋式扩展基础典型断面如图2。
[0058]
涉及的计算公式如下：
[0059][0060]gk
＝gc+gs[0061][0062]
gc＝vc×
25
[0063]vs
＝πr2×
(h1+h2+h
3-0.3)-vc[0064]gs
＝vs×
18
[0065]
e＜＜0.22
[0066][0067]
式中各参数说明：
[0068]e…
偏心距；
[0069]gk
…
基础自重加上覆土重载荷标准值，kn；
[0070]fk
…
作用在基础顶部的竖向力标准值，kn；
[0071]vc
…
基础混凝土体积，m3；
[0072]go
…
基础混凝土自重，kn；
[0073]vs
…
基础上覆土体积，m3；
[0074]gs
…
基础上覆土自重，kn；
[0075]
h2…
基础棱台高度，经公式计算后取绝对值；
[0076]
mk…
作用在基础顶部的弯矩荷载标准值。
[0077]
3)深基础设计
[0078]
为方便本阶段工作开展，基础承台按照图3统一尺寸考虑。
[0079]
基桩根数：预制管桩按照30根考虑；灌注桩按照25根考虑；
[0080]
承台及桩基设计暂不考虑地下水位及场址防洪要求。
[0081]
综合考虑以下因素桩径和市场供应、运输及施工条件(成桩机械，地下水位情况等)，本阶段按照以下统一标准执行：phc桩桩径按600mm考虑，灌注桩桩径按照800mm考虑，图3、图4和图5分别表示了基础承台平面图、断面图及桩基平面布置图。
[0082]
4)设计参数确定工程量
[0083]
对于浅埋式基础，根据机组载荷迭代计算出基础设计结果，匹配出基础工程量。对于深基础，匹配预设基础工程量，根据载荷范围符合设计结果，根据地质条件匹配桩基设计
结果。
[0084]
5)输出工程量清单
[0085]
输出工程量清单，并给出相应的造价。
[0086]
本实施例提供一种风电场风机基础自动设计方法，对于浅埋式基础，采用多次迭代计算的方式，计算出风机基础设计结果，最终计算出风机基础设计结果及工程量。对于深基础，采用自动匹配预设基础工程量，后根据载荷范围符合设计结果，根据地质条件匹配桩基设计结果，最终计算出风机基础设计结果及工程量。本发明方法可操作性强，提高了风电场风机基础的自动化设计的程度，在满足风机基础承载力的可靠性的要求下，大大减少了风机基础设计的流程。该方法具有很强的工程适用性，同时适用于国内和国外风电行业风机基础自动设计。填补了风电场风机基础自动设计及工程量计算领域的空白。
[0087]
为了更清楚的解释本技术，提出一种风电场风机基础自动设计方法的具体实例。
[0088]
在本实施例中，一种风电场风机基础自动设计方法包括如下具体实现步骤：
[0089]
1)基础形式确定
[0090]
需根据场地地形地质条件确定基础形式，即浅埋式基础和深基础。根据场地条件(地形、地质、水文条件)确定基础型式(浅基础/深基础)。不同的基础形式在基础设计时参考的条件不同。承载力特征值、标贯击实数(spt)、压缩模量、压缩系数可用于判断风机基础的形式。根据其他输入参数自动确定基础形式，也可手动指定。
[0091]
承载力特征值来自地勘数据；
[0092]
标贯击实数(spt)来自地勘数据；
[0093]
压缩模量来自地勘数据；
[0094]
压缩系数来自地勘数据。
[0095]
基础形式(可选项)：
[0096]
根据其他输入参数自动确定基础形式，也可手动指定。
[0097]
2)浅埋式基础设计
[0098]
2)与3)步骤二选一由1)的结果判断，当基础形式选择为2)时：
[0099]
对于浅基础，在输入作用在基础顶部的正常运行工况下的弯矩荷载标准值mk，作用在基础顶部的正常运行工况下的竖向力标准值kn。系统迭代出风机基础的半径值r。初始为9米，每次迭代都在前一次的基础上加0.25米。
[0100]
①
给定初始值r＝m(r1＝9+0.25,r2＝r1+0.25
……
ri＝ri-1+0.25)；
[0101]
②
计算h2；
[0102]
③
根据拟定的基础尺寸分别计算gc和gs得出gk；
[0103]
④
根据已知的mk、fk和gk计算偏心距e；
[0104]
⑤
判别偏心距e≤0.22，若不满足，则返回第一步重新确定r1；
[0105]
⑥
计算偏心距满足第
⑤
条要求后，选定r值，输出基础设计结构，匹配数据库对应r值的标准化工程量清单。
[0106]
3)深基础设计
[0107]
2)与3)步骤二选一由1)的结果判断，当基础形式选择为3)时：
[0108]
为方便本阶段工作开展，基础承台按照图3统一尺寸考虑,基桩根数：预制管桩按照30根考虑；灌注桩按照25根考虑；承台及桩基设计暂不考虑地下水位及场址防洪要求。综
合考虑以下因素桩径和市场供应、运输及施工条件(成桩机械，地下水位情况等)，本阶段按照以下统一标准执行：phc桩桩径按600mm考虑，灌注桩桩径按照800mm考虑。
[0109]
系统根据基础类型、基础直径、单桩直径、单桩长度、桩数量匹配桩基础标准工程量清单。
[0110]
①
根据场址地质条件选定桩型(预制桩/灌注桩)
[0111]
②
根据选定机型极端工况下的载荷计算桩长(初步匹配桩长均选30m)；
[0112]
③
根据收集到的工程项目地质参数计算复核，并调整桩长；若无地质参数就根据邻近区域类似项目情况，对选定的30m桩长进行复核，根据需要调整桩长。
[0113]
4)设计参数确定工程量
[0114]
对于浅埋式基础，根据机组载荷迭代计算出基础设计结果，匹配出基础工程量。对于深基础，匹配预设基础工程量，根据载荷范围符合设计结果，根据地质条件匹配桩基设计结果。
[0115]
5)输出工程量清单
[0116]
输出工程量清单，并给出相应的造价。
[0117]
当基础形式为2)是根据风场地质情况判别是否增加地基处理工程量或要做复核地基处理，后输出完整工程量清单，清单包括：土方开挖、石方开挖、土石方回填、混凝土、垫层混凝土、钢筋制安、预应力锚栓、排水管、聚乙烯醇纤维、高强灌浆料、沉降观测、风机机位美化、钢丝围栏等内容。
[0118]
当基础形式为3)匹配预设基础工程量，根据载荷范围符合设计结果，根据地质条件匹配桩基设计结果。验证结果后输出完整工程量清单，清单包括：土石方开挖、土石方回填、基础混凝土c40、钢筋、500厚碎石土垫层、c20基础垫层砼、φ50pvc排水管、聚乙烯醇纤维材料、c80高强混凝土灌浆料、环氧沥青涂层、锚栓组件、风机位防护围栏、风机基础沉降观测系统、桩基础桩、桩基础检测等内容。
[0119]
本实施例提出了一种风电场风机基础自动设计及工程量计算的方法，实现了多方案快速迭代，基于lcoe最优原则，推荐工程量最优的基础方案。对于风电场设计的工程技术人员，可以快速设计匹配技术方案，提高工作效率，而且具有很强的实用性，填补了风机基础自动设计及工程量计算领域的空白。在满足设计风机基础要求分析与风电场风机基础工程量计算的准确性的要求下，减少经验依赖，提高风机基础的设计效率，满足风机基础的设计要求，根据不同机型的机组载荷及地质地形自动推荐风机基础。
[0120]
在可选的实施例中，还提供一种风电场风机基础自动设计装置，本发明实施例提出的风电场风机基础自动设计装置包括：
[0121]
基础形式确定模块，用于根据场地条件，确定目标风机基础的基础形式；
[0122]
基础标准工程量清单确定模块，用于当所述基础形式为浅基础时，确定目标风机基础的半径值r，根据半径值r，获得基础设计结果，并匹配数据库对应的基础标准工程量清单；
[0123]
基础最终工程量清单确定模块，用于根据所述标准工程量清单，获得基础工程量，并对所述基础工程量进行复核，获得最终工程量清单；
[0124]
桩基标准工程量清单确定模块，用于当所述基础形式为深基础时，根据目标风机基础的基础信息，匹配对应的桩基标准工程量清单；
[0125]
桩基最终工程量清单确定模块，用于根据所述桩基标准工程量清单，获得桩基工程量，并对所述桩基工程量进行复核，获得最终工程量清单。
[0126]
本发明风电场风机基础自动设计装置的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。
[0127]
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有风电场风机基础自动设计方法程序，所述风电场风机基础自动设计方法程序被处理器执行时实现如上文所述的风电场风机基础自动设计方法的步骤。因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本技术所涉及的计算机可读存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本技术方法实施例的描述。确定为示例，程序指令可被部署为在一个计算设备上执行，或者在位于一个地点的多个计算设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个计算设备上执行。
[0128]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，上述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
[0129]
另外需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0130]
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用cpu、专用存储器、专用元器件等来实现。一般情况下，凡由计算机程序完成的功能都可以很容易地用相应的硬件来实现，而且，用来实现同一功能的具体硬件结构也可以是多种多样的，例如模拟电路、数字电路或专用电路等。但是，对本发明而言更多情况下软件程序实现是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘、u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
技术特征：
1.一种风电场风机基础自动设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：s1：根据场地条件，确定目标风机基础的基础形式；s2：当所述基础形式为浅基础时，确定目标风机基础的半径值r，根据半径值r，获得基础设计结果，并匹配数据库对应的基础标准工程量清单；s4：根据所述标准工程量清单，获得基础工程量，并对所述基础工程量进行复核，获得最终工程量清单；s5：当所述基础形式为深基础时，根据目标风机基础的基础信息，匹配对应的桩基标准工程量清单；s6：根据所述桩基标准工程量清单，获得桩基工程量，并对所述桩基工程量进行复核，获得最终工程量清单。2.如权利要求1所述的风电场风机基础自动设计方法，其特征在于，所述步骤s1中：所述场地条件包括地形、地址和水文条件。3.如权利要求1所述的风电场风机基础自动设计方法，其特征在于，所述步骤s2，具体包括：当所述基础形式为浅基础时，根据作用在基础顶部的正常运行工况下的弯矩荷载标准值m
k
和作用在基础顶部的正常运行工况下的竖向力标准值f
k
，迭代出目标风机基础的半径值r；根据半径值r，获得基础设计结果，并匹配数据库对应的基础标准工程量清单。4.如权利要求3所述的风电场风机基础自动设计方法，其特征在于，所述迭代出目标风机基础的半径值r，具体包括：获取初始的半径值，并根据所述半径值获得基础棱台高度，利用所述基础棱台高度，获得当前半径值对应的偏心距；判断所述偏心距是否不超过预设阈值，若否，迭代更新所述半径值，直至所述偏心距不超过预设阈值。5.如权利要求4所述的风电场风机基础自动设计方法，其特征在于，所述偏心距的表达式为：g
k
＝g
c
+g
s
g
c
＝v
c
×
25v
s
＝πr2×
(h1+h2+h
3-0.3)-v
c
g
s
＝v
s
×
18e＜＜0.22其中，e为偏心距；g
k
为基础自重加上覆土重载荷标准值，kn；f
k
为作用在基础顶部的竖
向力标准值，kn；v
c
为基础混凝土体积，m3；g
c
为基础混凝土自重，kn；v
s
为基础上覆土体积，m3；g
s
为基础上覆土自重，kn；h2为基础棱台高度，经公式计算后取绝对值；m
k
为作用在基础顶部的弯矩荷载标准值。6.如权利要求4所述的风电场风机基础自动设计方法，其特征在于，迭代更新所述半径值的表达式为：r
更新后
＝r
更新前
+0.25。7.如权利要求4所述的风电场风机基础自动设计方法，其特征在于，所述步骤s5中，所述基础信息包括基础类型、基础直径、单桩直径、单桩长度和桩数量。8.如权利要求1所述的风电场风机基础自动设计方法，其特征在于，所述步骤s4中，对所述基础工程量进行复核，获得最终工程量清单，具体包括：根据风场地质情况判别是否增加地基处理工程量，并做复核地基处理，获得最终工程量清单。9.如权利要求1所述的风电场风机基础自动设计方法，其特征在于，所述步骤s6中，对所述桩基工程量进行复核，获得最终工程量清单，具体包括：根据载荷范围复核桩基工程量，根据地质条件匹配桩基工程量，获得最终工程量清单。10.一种风电场风机基础自动设计装置，其特征在于，所述风电场风机基础自动设计装置包括：基础形式确定模块，用于根据场地条件，确定目标风机基础的基础形式；基础标准工程量清单确定模块，用于当所述基础形式为浅基础时，确定目标风机基础的半径值r，根据半径值r，获得基础设计结果，并匹配数据库对应的基础标准工程量清单；基础最终工程量清单确定模块，用于根据所述标准工程量清单，获得基础工程量，并对所述基础工程量进行复核，获得最终工程量清单；桩基标准工程量清单确定模块，用于当所述基础形式为深基础时，根据目标风机基础的基础信息，匹配对应的桩基标准工程量清单；桩基最终工程量清单确定模块，用于根据所述桩基标准工程量清单，获得桩基工程量，并对所述桩基工程量进行复核，获得最终工程量清单。
技术总结
本发明公开了一种风电场风机基础自动设计方法及装置，该方法对于浅埋式基础，采用多次迭代计算的方式，计算出风机基础设计结果，最终计算出风机基础设计结果及工程量。对于深基础，采用自动匹配预设基础工程量，后根据载荷范围符合设计结果，根据地质条件匹配桩基设计结果，最终计算出风机基础设计结果及工程量。本发明方法可操作性强，提高了风电场风机基础的自动化设计的程度，在满足风机基础承载力的可靠性的要求下，大大减少了风机基础设计的流程，具有很强的工程适用性，同时适用于国内和国外风电行业风机基础自动设计，填补了风电场风机基础自动设计及工程量计算领域的空白。白。白。
