时间:2023-03-22 17:47:03
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1管理意识较为淡薄
因思想认识方面的原因,一些高校的领导对高校图书馆管理中的资源配置与优化工作重视不够,而有的图书馆管理人员也没有认识到图书馆管理资源配置与优化的重要意义。他们总认为,搞好图书馆管理工作不够重要,因而普遍缺乏搜集、整理和研究图书管理工作的积极主动性,更不重视图书馆管理资源配置与优化工作。存在这种观念,是非常错误的。这是因为,高校图书馆管理作为其内部管理内容之一,也是完整保存高校有关资料的重要载体,更是高校各项工作及成果的全面体现。所以,需要我们切实转变思想,提高认识,全面推进高校图书馆管理中资源配置与优化。
2体制机制不够健全
长期以来,由于受过去那种传统落后体制机制的影响,一些高校图书馆管理的思想、观念及意识较为薄弱,因而体制机制相对不够健全完善。当前,很多高校还没有把图书馆管理工作作为基础性工作来抓,相应的收集、管理等制度也不够健全完善,必然导致高校图书管理资料存在残缺不全、管理混乱等不良现象。比如在一些高校,有的重要图书管理存在断档、缺档,甚至没有的现象,且图书管理资料存放混乱,根本谈不上系统性、完整性和准确性了,必然大大降低了高校图书管理资源配置与优化的效率。
3管理人员素质不高
当前,一些高校的图书馆管理人员多为兼职,加之整体素质不高,不仅没有系统、专业的图书馆管理知识,也没有计算机、网络和信息等方面的知识。一般情况下,他们往往只是做好图书管理资料的登记、搜集、整理、归档和保管等基础性的日常工作。因而不能适应图书的信息化、现代化管理工作需要。所以,高校图书馆管理人员的整体素质和业务水平已越来越不能满足图书管理现代化、信息化管理的基本要求了。
4图书结构不尽合理
以一些高校的实际而言,其图书馆的结构普遍不尽合理。诸如工具类图书资料所占的比重比较大,而一些以教育教学业务为主的特色图书资料相对比较少,有待进一步完善与丰富。而以图书馆管理的载体而言,纸质图书资料比较多,其他如电子图书资料的种类、数量相对较少。目前,从图书馆管理信息化和现代化的发展趋势来看,高校图书馆管理的结构已经不能很好地适应经济社会发展的客观需要。
高校图书馆管理中资源配置与优化的策略
1健全图书管理制度
与馆藏文献资源一样,图书管理资料是高校的宝贵资源和信息之一。对此,需要我们健全完善高校图书馆管理中资源配置与优化的体制机制。通常情况下,高校图书馆管理工作,主要包括图书管理资料的收集、整理、分析、分类、保管、检索、研究及利用等具体方面。面对如此众多的流程和环节,如果不研究制定出科学合理的规章制度来进行管理与规范,那么就会不利于高校图书馆管理工作开展。可见,为有序开展高校图书馆管理工作,我们就必须健全完善一整套科学有效的管理体制机制,这是做好新形势下高校图书馆管理工作的前提和基础。
2提升管理人员素质
提升高校图书馆管理人员的素质,需要我们选择高素质、高能力的优秀人才。特别是要选用那些事业心强、学历层次高的管理人才。当然,如果具有图书馆管理或者信息方面专业知识的人才则更好。一经落实高校图书馆管理人员以后,一般应当相对保持稳定,不能随意变换。这样,有利于保持高校图书馆管理的稳定和延续。此外,要定期或不定期地对高校图书馆管理人员进行专业技能培训,让他们学习新知识、新技术,不断适应高校图书馆管理工作新的发展与变化。值得一提的是,高校图书馆管理是一项严肃性的工作,因而不能忽视对高校图书馆管理人员的思想政治教育,要进一步提高他们的政治觉悟和思想观念,全面提升他们的综合能力与素质。
3优化图书管理结构
优化高校图书馆管理的结构,一方面,要求高校应高度重视收集、整理与归档那些具有历史意义的图书管理资料。因为这些图书管理资料本身就是以文字的形式,直接记录着高校的重要活动、重大事件的,故对于优化高校图书馆管理的结构具有十分重要的意义和作用。但这些资料,却通常是比较零碎、分散的,很难收集、整理与归档,因而不易引起人们的重视。另一方面,做好高校图书馆管理中的资源配置与优化,我们必须重视一些非文字资料,如音像、实物、电子等资料的收集、整理及归档。一般而言,这些图书管理资料比文字资料更为生动、具体和真实,佐证价值比较高。当前,我们要根据多媒体的特征,积极把电子文字、音像、照片、光盘等形式的资料作为高校图书馆管理与优化的重点来抓好落实。此外,对于那些归档的图书管理资料要进行统一的科学鉴定,正确区别其性质、价值,尽量使高校图书馆管理科学、存档合理,既节省存放空间,又节约管理成本,同时更便于图书管理资料的查找、开发和利用。
4开发利用图书资源
实践证明,重视问题情境的创设和思维动机的激发是优化实验教学的一条有效途径。
一、创设问题情境,展现实验的设计思想
对于课本上大量的演示实验和学生实验,我们不能采取简单的“拿来主义”,照方抓药,机械操作,而应该通过创设问题情境,如:“应该怎样设计?”“为什么要这样设计?”“换一种方法能不能做?”等,有意识地创造一种探索的氛围,尽量展现实验的过程,使之成为师生共同参与的“亚研究”过程,以此来渗透化学思想,启迪学生运用科学的研究方法对待化学实验。例如,气体的制备实验,在学完氧气和氢气的实验室制法之后,实验室制取二氧化碳气体的设计过程就可由学生自己来完成。我们可提出如下问题,引导学生思考。
问题1:要设计一个制备气体的实验,你要考虑哪些方面?
问题2:设计怎样的装置可使实验操作简便易行?
问题3:你能否设计一个随用随制的气体发生装置?
这时学生可能会设计出各种各样的方案,然后教师引导学生进一步考究哪些方案是科学合理的?哪些是存在缺陷需要改进的?鼓励学生开动脑筋大胆设想,积极主动地参与实验设计过程,充分展示实验的设计思想。
对于课本上的研究性实验,我们也应积极创设问题情境,引导学生去追溯科学家思考研究的源头,他们那精巧的设计,独到的方法,深刻的分析,都是值得我们继承和发扬的。例如,法国化学家拉瓦锡对研究空气成分的装置设计,英国物理学家雷利在实验中不放过几毫克这么微小的差异,发现了稀有气体等,把科学家的思想融入课堂教学,使学生从中汲取化学思想的营养。
二、创设问题情境,拓展实验内容
化学变化规律的表现形式是多层次、多侧面的,但教材为我们提供的实验方案却往往着眼于单层次、单侧面的实验内容,因而有着较大的局限性或单调性。为此,我们有必要对原有的实验内容进行适当的拓展和补充,积极创设问题情境,尽量让学生能从多层次、全方位地去认识化学原理。例如氯化氢一节,教材为了说明氯化氢极易溶于水而设计了一个喷泉实验,由于实验内容单一,很难使学生对喷泉实验有一个全面的认识,为了充分展示喷泉实验的原理,我们可以在上述实验的基础上,丰富实验内容,补充了二氧化碳气体的喷泉实验,并提出如下问题让学生思考。
问题1:二氧化碳是极易溶于水的气体吗?为什么也能做出喷泉?
问题2:形成喷泉的原理是什么?
教学实践让明,通过增加这个实验内容就能使学生对喷泉实验有一个全面而深刻的认识,不只是停留在表面现象上,不仅知其然,而且知其所以然,培养了学生分析问题和解决问题的能力。
三、创设问题情境,优化实验的演示过程
传统的演示实验教学只让学生看看表演,先是“教师做、学生看”,后是“教师讲、学生听”,而忽视了学生主体的思维动机的激发,这样实验得出的结论教师认为是“显然”,可是对学生来说,有时候却是“茫然”。因此,有的演示实验之所以未能起到很好的作用,往往不是演示实验本身失败了,而是教师不能为演示过程创设良好的问题情境所致。如在讲氢氧化亚铁的制取时,一位教师在实验前事先作了结论性说明:“FeSO4溶液中滴入NaOH溶液将生成白色的Fe(OH)2沉淀。”可照此操作,实验结果几乎看不到白色沉淀,而是看到灰绿色沉淀,慢慢变成红褐色沉淀。这一现象与事先的说明不符合,学生不以为然。若事先提出如下问题,有意识地引导学生从侧面思考,就会得到较好的教学效果。
问题1:实验室里是如何保存易被氧化药品的?
问题2:该实验过程中生成的Fe(OH)2易被氧化,采取怎样的措施可避免其被氧化?
此时学生想到钠、钾、白磷等容易被氧化的药品的保存是用液封的原理,所以,可在盛FeSO4溶液的试管中先加入与水不相溶的且比水轻的有机物,如苯、汽油等来隔绝空气,然后再将滴管伸入液面以下滴加NaOH溶液,这样得到的白色沉淀现象就十分明显了,既优化了演示实验过程,又强化了学生对易被氧化药品的保存意识。
四、创设问题情境,加大对实验的分析力度
化学实验的演示不但要演示操作、演示观察,更要对实验现象进行深入细致的分析。许多教师急于用实验现象、实验事实建立概念与归纳规律,而忽视了对实验现象的观察与结论的分析,没有充分拓展实验现象的本质属性和现象之间的因果关系,导致性质及规律的得出较为生硬,实验教学效果不理想。
因此,演示实验完毕后,我们要以实验现象为依据,创设问题情境,启发学生学知识。例如,在讲氯气的化学性质时,教师演示完氯气分别通过干燥有色布条和湿润有色布条的实验后,学生观察到的现象是湿润的有色布条退色,
而干燥的有色布条却不退色。此时,教师不要忙于下结论,而应不失时机地利用这一现象,创设问题情境,加大分析力度,激活学生的思维。
问题1:湿润的有色布条退色,这一现象说明哪种物质起了关键作用?
问题2:Cl2和H2O两者同时存在时可使有色布条退色,你能推断其可能的原因吗?由此问题情境,引导学生展开讨论、猜测,逐步分析得出Cl2和H2O反应这一化学性质。
问题3:真正起漂白作用的是Cl2?还是Cl2与H2O反应后的生成物?层层深入,调动学生的思维,把学生由对现象的感性认识逐步引向对本质的理性认识。
五、创设问题情境,扩大实验成果
实验完成之后,不但要引导学生对实验进行分析、总结,并且要对实验进行恰当的延伸,通过创设问题情境来借题发挥,促进知识的迁移和运用,进一步完善认知结构。
例如,实验室制取氯气的实验完成后,除了要求学生掌握整套装置的安装顺序及注意事项之外,可再设计如下两个问题予以延伸。
问题1:这样制得的氯气纯净吗?
问题2:氯气能与水反应,能否用水来处理尾气?
在学生观察完教师的演示之后,通过这两个问题,可再次激起学生思维的波澜,克服因满足于对实验现象的观察而表现出的涣散状态。再如,Al(OH)3的制取,教材中用了两个演示实验说明了Al(OH)3的制取方法和Al(OH)3的两性,许多教师讲到这里都强调说:“Al(OH)3必须用铝盐和弱碱氨水反应来制取,不可用强碱。”其实,这种说法是错误的,我们可继续创设问题情境进行变式实验加以证明。
问题1:在分别盛有少量Al2(SO4)3溶液的两支试管中,分别滴入氨水和NaOH溶液,继续滴加,会出现什么现象?
财务管理制度是开展财务管理工作的基础和依据。在企业内部,还没有建立完善的财务管理制度体系,不能有效的指导和约束具体的企业财务管理工作,从而使得财务管理部门在开展财务管理工作的时候没有按照具体的规章制度来实行,出现工作职责不清的问题,这会严重影响企业中的财务管理工作。
2.财务机构设置不科学
企业财务机构是实行财务管理工作的具体机构,承担着具体的企业财务管理工作,关系到企业财务管理的质量和效率。随着市场经济的发展,行业竞争也日趋激烈,企业想要取得更好更大的发展,势必要对财务机构的设置提出更高的要求。只有科学、合理的设置财务机构,才能更好、更快、更准的为企业决策层提供有效的财务信息。然而在现阶段的一些企业财务部门中,却没有科学、合理的设置财务机构,很多企业的财务机构都是一个金字塔形状的多层次的财务管理机构,企业财务管理权利没有独立,相互交叉,财务管理工作人员的业务能力较弱,综合素质较低,财务信息的传递需要经过很多层级才能到达决策层,从而导致不能较快、较准的传递有效的财务信息,严重影响企业的财务管理工作。
3.财务管理意识薄弱
财务管理意识关系到企业财务管理工作的质量,只有高度重视企业中的财务管理工作,才能保证企业财务管理工作的顺利开展。在现阶段的企业财务管理工作中,存在着企业上级邻导对于财务管理工作不重视,没有制定完善的财务管理制度,也没有建立科学的财务管理机构,企业内的财务管理工作只是由财务部门兼职完成,权利存在交叉现象,职责不清,导致具体的财务管理工作无法有效的达到目的,甚至出现企业财务严重混乱的现象,严重限制了企业内部的财务管理工作。
4.财务监管能力有待提高
财务管理工作是需要相应的监督部门对其进行监督和管控的,但在现阶段的企业财务管理工作中,却缺少财务管理监督岗位,即使有财务管理监督部门,但其财务监管能力也还有待提高。没有对企业财务管理工作进行监督和管控,或者监督和管控能力不足,会造成企业资金回收周期长,资金周转缓慢,给企业的良性发展带来一系列的不好影响,甚至会严重阻碍企业的发展壮大。
5.财务部门职责不清
企业的财务管理工作是需要很多部门相互配合才能完成的,因此,各职能部门要履行好自己的职责,才能做好企业的财务管理工作。但在现阶段的企业中,与财务管理有关的部门有很多,但各个职能部门的责任和义务不清楚,存在着有权无责、有责无权的现象,这种责权分离的情况会造成企业资金的大量流失。在企业中,当发生重大的经济损失的时候,因为各个财务管理部门的职责不明确,没有相应的追究制度对其进行制约,难以追究是谁的责任。总的来说,财务部门职责不清的问题会使得企业财务管理工作缺乏科学性和先进性。6.财务风险涉及面广企业的发展壮大有时候需要其他企业对其投入大量的资金,对外部企业具有一定的依赖性,这就增加了企业的资金短缺、归还融资的风险。此外,在企业施工的全过程,都需要大量的资金,因此,财务风险贯穿于企业发展的全过程,涉及面非常广。
二、优化企业财务管理的具体措施
1.完善企业财务管理制度
在企业中,制定能够有效指导和约束具体的企业财务管理工作的企业财务管理制度,为企业中的具体的财务管理工作提供规范和依据,使得具体的财务管理工作能够有序的进行。要依据国家有关企业财务管理的法律法规,建立健全相关的财务管理及核算体系,例如内部审计、财产清查、原始记录管理、会计档案管理等财务制度,使企业财务管理工作人员能够依照规章制度,循序渐进的做好企业财务管理工作。要建立健全财务管理体系,有效避免建筑企业存在的经营风险,切实发挥企业财务管理工作。
2.科学设置财务机构
随着市场经济的发展,在建筑行业中,对财务机构的设置提出了更高的要求。只有科学、合理的设置财务机构,才能更好、更快、更准的为企业决策层提供有效的财务信息。在企业财务管理部门中,要设置相关的财务组织机构,并明确各个机构的职责,例如审计机构、资金成本核算机构、财务机构等等,各个机构的权利和职责要划分明确,均衡分配财务管理各部门中的各个环节,从而为顺利完成企业财务管理工作提供保障,使得企业财务管理工作朝着规范化、有序化及制度化的方向发展。
3.转变财务管理理念
财务管理意识和管理理念对于具体的财务管理工作具有着重要的影响。在企业中,要想做好财务管理工作,首先要确立正确的财务管理理念。企业上级领导要加强对企业财务管理工作的认识,转变财务管理理念,高度重视企业内的财务管理工作,设立科学的财务管理机构,完善财务管理体系,建立健全财务管理监控体系。此外,企业还要转变之前的财务管理模式,根据自身实际的特点,引进其他企业先进的管理理念,创新财务管理流程,提高财务管理水平。
4.提高财务监管能力
财务管理工作的顺利开展需要财务监管部门的相互配合,因此我们要加强企业财务管理工作。首先要建立财务监督管理岗位,在财务管理部门中选拔一些高素质的企业财务管理人员来担任,对企业财务管理工作的各个流程进行监督、控制,确保各个环节的财务管理工作都按照相关的规定做好了。其次,要加强财务监督和控制的力度,对财务管理各个环节的工作,严格的按照相关的规定进行监督、控制,要把责任落实到实处,对于一些资金账款可以通过法律仲裁、司法等法律形式保护资金企业应有的资金流情况,更好的维护企业项目资金来源。
5.分清各部门的职责
在企业财务管理工作中,对于与财务管理工作相关的部门,要明确各自的职责和权利,如果发生财务问题,要能够快速的找到相关的责任人。要建立财务控制中心,实行权、责、利相结合的责任制度,对财务管理工作流程进行全方位的控制、管理,把责任落实到实处。
1.1缺乏较高的施工技术管理
从工程施工的角度来讲,其涉及的项目较多、技术复杂,整体呈现综合性较强的特点,尤其是不同的施工项目需要多种施工专业相互配合,这也难免会产生较多的交叉工程。因此,在实际的施工现场管理中,会出现很多施工技术共同作用,多个施工团队交叉作业的情况,这也给施工现场管理带来了挑战。很多施工单位不能很好地处理这种协调配合,使得施工现场的局面更加混乱,严重影响着施工技术的实施。再加上工程中各个项目实行的是分包政策,施工人员整体的基本素质较低,更是给现场技术管理工作增添了难度。
1.2缺乏严格的员工管理
对于施工单位来讲,员工不仅是实施施工活动的主要动力,更是保障施工质量和进度的重要因素。因此,在施工现场管理中,严格的员工管理不仅能调动生产积极性,更是保障施工质量的前提条件,加快施工进度的主要措施。而目前来讲,因实际施工过程中,因工程施工危险性较大,且施工人员接触的施工材料等可能具有会影响身体健康的病变物质。如果施工单位没有按照相关规范实施安全保护措施,很可能影响职工的生命安全,从而影响到施工的效率,因此,制定完善可靠的施工现场员工管理制度非常重要。
1.3施工工序检查存在问题
在实际的建筑施工时期,建筑施工工序检查是非常有必要的,工程施工本身涉及的项目较多,所以每一个环节的施工都与整个工程的最终质量有着密切的关系。但就当前我国的情况来看,目前很多施工单位都不能按照施工图纸的要求来进行,甚至存在随意更改图纸的情况,最终导致工程施工不达标。需要特别注意的是,有的施工单位处于利益的趋势,在施工现场管理中还存在偷工减料、随意使用劣质施工材料的情况,这不仅严重损害了工程的质量,更可能产生安全隐患,造成不必要的损失。
2优化施工现场管理遵循的原则
2.1经济效益原则
施工单位实施工程的目的就是获得经济效益,而随着市场经济的发展,施工企业的经济效益也成为现代衡量建筑施工活动的综合指标,反映的是施工单位总产值与生产成本之间的比例关系。所以说,现场施工管理作为施工管理流程中非常重要的环节,要对其进行优化,就必须将经济效益作为中心,以制定出相关的施工现场管理措施,保障施工现场管理顺利进行。
2.2规范化原则
规范化不仅是施工现场管理的重要目标,更是现代化施工过程的基本要求。前面提到,工程施工所涉及到的项目较多,其交叉作业情况也较多,因此在实际的施工过程中,还需要对施工现场的管理进行优化,坚持规范化的原则,必须严格按照已有的相关标准进行管理,加强各团队之间的协调,进一步保证建筑施工质量和安全性。
3优化施工现场管理的具体措施
3.1加强施工现场相关人员的综合素质
首先,加强并优化工程施工现场管理必须坚持以人为本的核心,以充分调动施工企业的现场管理意识,积极鼓励全体员工主动参与到施工现场管理中。一方面,挖掘员工的个人潜质,培养并提高其创造性和创新性,通过建立相应的奖惩措施和激励措施,强化员工的主人翁精神,以提高员工的意识。另一方面,对于施工现场的管理人员来说,应选择具有良好专业知识、优秀业务能力、爱岗敬业并有强烈社会责任感的优秀人才。要保证施工质量,就应加强对人才的管理,制定并不断完善责任制度,将施工现场事务落实到人员身上,提高其责任感的同时,能够有效减少安全事故的发生。因此,加强对施工现场相关人员综合素质的培养和提高,是保障整个施工工程质量的重要措施。
3.2优化施工现场管理组织
施工现场管理是一项综合性较高的项目,涉及到的人、物、技术以及机械等方面的内容较多,包括工程质量、安全生产以及文明施工等管理。因此,完善、有效且严密的施工组织体系是保障施工安全、确保施工质量的重要手段。施工单位应建立从企业负责人、项目经理到各施工班组上的施工现场管理网络体系,保障健全的机构和人员到位,明确好人员的分工和责任,保证整个施工过程现场的纵向到底、横向到边的管理。另外,还应掌握各个施工单位的协调工作,保证每一个施工环节的有序到位,通过严格的责任制度,认真审查每一个环节的施工内容,一旦发现问题必须及时进行处理,以保障施工的顺利进行。
3.3加强和施工人员之间的交流沟通
在实际的施工过程中,项目管理组织应充分认识到与施工人员沟通的重要性。因施工过程中涉及到的团队较多,在进行技术交底工作时,一旦缺少沟通,很可能使得工程项目处于风险中。因此,沟通成为了保障施工质量和效率的有效途径,只有有效的沟通交流,才能确保技术交底详细,按照一定的规则和规范进行。除此之外,施工技术管理还必须贯彻国家相关的政策,从工程的现实情况出发,发展科学技术,从而提高生产力。以科学技术为突破口,带动施工现场管理可持续发展,依靠科技的力量,采用现代化的施工现场管理办法,有效提高管理效率。
水库优化调度是一典型的多维非线性函数优化问题,目前常用的方法有模拟法、动态规划及其系列算法、非线性规划等等。这些方法各具特色,但应用中也常有一些问题,模拟法不能对问题直接寻优,动态规划(DP)随着状态数目的增加会出现所谓“维数灾”问题,增量动态规划(IDP)可能收敛到非最优解,逐步优化算法(POA)需要一个好的初始轨迹才能收敛到最优解[1]。因此,这些方法还有待进一步的完善。
遗传算法(GA)作为一种借鉴生物界自然选择思想和自然基因机制的全局随机搜索算法,可模拟自然界中生物从低级向高级的进化过程,GA在优化计算时从多个初始点开始寻优,对所求问题没有太多的数学约束,而且优化求解过程与梯度信息无关[2],因此在多个不同领域得到了广泛应用。而GA在水库优化调度方面GA应用相对较少[3],马光文等[4]使用基于二进制编码的遗传算法对水库优化调度进行了研究。由于二进制编码存在的编码过长、效率低及需要反复的数据转换等问题,畅建霞、王大刚分别提出了基于整数编码的遗传算法[5-6],并将GA与动态规划的计算结果进行了比较。
自适应遗传算法(AdaptiveGA,AGA)使得交叉概率Pc和变异概率Pm能够随个体适应度的大小以及群体适应度的分散程度进行自适应的调整,因而AGA能够在保持群体多样性的同时,保证遗传算法的收敛性。本文根据黑河金盆水库的具体情况,建立了水库长期优化调度的自适应遗传算法模型,并将其与动态规划的计算结果进行了比较。
2.水库优化调度数学模型的建立
金盆水库为多功能水库,其优化调度应使其达到城市供水量最大、灌溉缺水量最小、年发电量最大和弃水量最小等目标要求。但此多目标优化模型如果直接采用多维多目标动态规划或其它方法求解,则可能因为目标、状态、和决策变量较多的占用计算机内存和时间,因而有必要先做适当处理,将多目标问题转化为单目标,再进行求解。考虑到城市供水和灌溉用水要求保证率高,因此将水库优化调度目标定为年发电量最大,而将城市与灌溉供水当作约束条件进行处理。
这样,金盆水库优化调度的目标函数就可以描述为:在满足水库城市供水、灌溉用水和蓄水要求条件下,使水库年发电量最大。
目标函数:F=max(1)
上式中,N(k)为各时段的发电量。
约束条件:
①水量平衡约束:(2)
②水库蓄水量约束:(3)
③电站水头约束:(4)
④水轮机最大过流量约束:(5)
⑤电站出力约束;(6)
⑥城市供水约束:(7)
⑦灌溉供水约束:(8)
⑧非负约束。
其中,Nmin与Nmax分别为电站允许的最小及最大机组出力,Hmin与Hmax分别为电站最小及最大工作水头,qmax为机组过水能力,WCt、WIt分别为第t时段城市和灌溉供水量。DIt为第t时段灌溉需水量,DCt,max与DCt,min分别为第t时段城市需水上下限。
3.自适应遗传算法的实现
在水库优化调度中,水库的运行策列一般用发电引用流量序列来表示,而该序列又可以转换为水库水位或库容变化序列。对于水库优化调度的遗传算法可以理解为:在水位的可行变化范围内,随机生成m组水位变化序列,,…,,其中,m为群体规模,n为时段数,再通过一定的编码形式分别将其表示为称作染色体(个体)的数字串,在满足一定的约束条件下,按预定的目标函数评价其优劣,通过一定的遗传操作(选择、交叉和变异),适应度低的个体将被淘汰,只有适应度高的个体才有机会被遗传至下一代,如此反复,直至满足一定的收敛准则。
3.1个体编码
为简化计算,本文采用实数编码。个体的每一向量(基因)即为水库水位的真值。表示
为:(9)
式中,分别为时段t水库水位的最大值和最小值。m为控制精度的整数,Nrand为小于m的随机数。
3.2适应度函数
在遗传算法中,用适应度函数来标识个体的优劣。通过实践,采用如下适应度函数,效果更好。
(10)
式中为目标函数值,c为目标函数界值的保守估计,并且≥0,≥0。水库优化调度为约束优化问题,关于约束条件的处理,本文采用罚函数法,
(11)
式中,为原优化问题的目标函数值,M为罚因子,Wi为与第i个约束有关的违约值,p为违约数目。
3.3遗传操作
交叉运算交叉的目的是寻找父代双亲已有的但未能合理利用的基因信息。设x和y是两父代个体,则交叉产生的后代为=ax+(1-a)y和=ay+(1-a)x,这里,a为[0,1]内均匀分布的一个随机数。
变异运算通过变异可引入新的基因以保持种群的多样性,它在一定程度上可以防成熟前收敛的发生。具体方法为:个体Z的每一个分量Zi,i=0,1…,n以概率1/n被选择进行变异。设对分量ZK进行变异,其定义区间为(ZK,min,ZK,max),则
=(12)
式中,Rand为0到1之间的随机数,rand(u)函数产生最大值为u的正整数。
3.3参数的自适应调整
遗传算法的参数中交叉概率Pc和变异概率Pm的选择是影响遗传算法行为和性能的关键所在,直接影响算法的收敛性,Pc越大,新个体产生的速度就越快。然而,Pc过大,遗传模式被破坏的可能性越大。对于变异概率Pm,如果Pm过小,不易形成新的个体;如果Pm过大,则遗传算法就成了纯粹的随机搜索算法。自适应遗传算法(AGA)使得Pc和Pm能够随适应度按如下公式自动调整:
Pc=(13)
Pm=(14)
式中,为群体中最大的适应度值;为每代群体的平均适应度值;为要交叉的两个个体中较大的适应度值;为要变异的的个体的适应度值。,,,为自适应控制参数,其变化区间为(0,1)。
综上所述,算法的运算步骤为:
(1)初始化,设置控制参数,产生初始群体;
(2)计算各个体的目标函数,应用(5)式进行适应度变换;
(3)按随机余数选择法对母体进行选择;
(4)对群体进行交叉和变异操作pc和pm分别按式(2)与(3)计算,得到新一代群体;
(5)检验新一代群体是否满足收敛准则,若满足,输出最优解,否则转向步骤2。
4.模型求解及成果分析
金盆水库坝高130米,总库容2亿方。该水库是以给西安供水为主(按照设计年均向西安供水3.05亿方),兼顾周至、户县共37万亩农田灌溉(年均灌溉供水1.23亿方),还有发电、防洪等多功能的大型综合利用水利工程。水库的特征参数为:正常蓄水位594m,死水位520m,电站出力系数8.0,装机容量2万KW,保证出力4611KW,水轮机过流能力32.6m3/s,汛限水位591米,汛期7-9月,以某中水年为例,入库径流已知,用上述算法按年发电量最大求解水库优化调度,结果见表一。
表一自适应遗传算法计算结果
Table1.Resultsbyadaptivegeneticalgorithm
月份
入库水量(108m3)
月末水位(m)
城市需水(108m3)
城市供水(108m3)
灌溉需水(108m3)
灌溉供水(108m3)
弃水(m3/s)
发电流量(m3/s)
水头(m)
出力
(KW)
7
1.5160
572.63
0.3050
0.3050
0.2301
0.2301
20.10
40.04
6437.88
8
1.3178
591.00
0.2898
0.2898
0.2196
0.2196
24.75
68.87
13637.35
9
0.6973
591.00
0.2593
0.2593
0.1342
0.1342
26.90
77.50
16679.24
10
0.8464
594.00
0.2410
0.2410
0.0000
0.0000
30.05
78.69
18918.95
11
0.2063
589.33
0.2349
0.2349
0.0879
0.0879
12.47
76.88
7667.76
12
0.1963
587.96
0.2257
0.2257
0.0440
0.0440
10.08
75.26
6069.95
1
0.1513
585.61
0.2257
0.2257
0.0000
0.0000
8.43
73.38
4947.77
2
0.1260
582.23
0.2349
0.2349
0.0000
0.0000
9.72
70.31
5467.50
3
0.3000
581.54
0.2410
0.2410
0.0810
0.0810
12.20
68.38
6673.10
4
0.3732
581.75
0.2440
0.2440
0.1206
0.1206
14.07
68.14
7671.54
5
0.2373
561.68
0.2593
0.2593
0.0226
0.0226
31.83
59.00
15023.79
6
0.1776
520.00
0.2898
0.2898
0.2900
0.2900
32.56
32.06
8350.21
注:年发电量E=8608.3万KW·h;POP=100;Gen=200;==0.85;==0.01。
作为比较,本文又使用了基本遗传算法(SGA)、动态规划法(DP)进行计算,其目标函数、约束条件完全相同。对应的计算结果见表二,其中,DP的离散点为300。
表二动态规划及基本遗传算法计算结果比较
parisonofResultsofDPandSGA
月份
动态规划(DP)计算结果
基本遗传算法(SGA)计算结果
月末水位(m)
弃水(m3/s)
发电流量(m3/s)
水头(m)
出力
(KW)
月末水位(m)
弃水(m3/s)
发电流量(m3/s)
水头
(m)
出力
(KW)
7
572.5
20.23
39.95
6466.38
572.65
20.08
40.05
6433.56
8
591
24.62
68.82
13553.20
591.00
24.77
68.88
13650.11
9
591
26.90
77.50
16679.20
591.00
26.90
77.50
16679.24
10
593.5
30.02
78.72
18905.40
594.00
30.05
78.69
18918.97
11
588.5
13.10
76.68
8037.72
589.33
12.46
76.88
7663.79
12
586.5
10.53
74.83
6303.83
587.96
10.09
75.26
6075.39
1
584.5
8.79
72.28
5084.92
585.21
8.85
73.20
5180.34
2
581.5
9.82
69.17
5434.83
581.83
9.88
69.90
5524.98
3
580.5
12.46
67.30
6706.82
581.04
12.39
67.93
6733.84
4
580.5
14.40
66.90
7705.63
580.87
14.66
67.46
7911.34
5
562
29.42
58.24
13706.00
561.62
30.56
58.38
14273.88
6
520
0.32
32.60
32.31
8426.54
520.00
32.50
32.02
8323.96
注:DP年发电量8568.9万KW·h;SGA年发电量8581.3万KW·h,POP=100,Gen=200。
比较表一和表二可见,动态规划在控制精度为0.5m时,优化结果为8568.9万KW·h,低于SGA的8581.3万KW·h和改进本文算法的8608.3万KW·h,主要是因为DP的离散点数较后两类算法少。为了说明本文算法的优越性,将其与SGA在不同的进化代数时分别进行10次计算,结果列于表三。
表三不同进化代数的两类算法年发电量比较比较
parisonofResultsoftheTwoAlgorithmsinDifferentGeneration
编号
本文算法(AGA)
基本遗传算法(SGA)
Gen=200
Gen=500
Gen=200
Gen=500
1
8607.1
8596.8
8374.1
8594.2
2
8597.5
8607.2
8581.6
8571.9
3
8604.7
8612.7
7957.2
8433.1
4
8601.2
8603.5
8593.4
8475.3
5
8596.6
8595.4
8599.1
8596.2
6
8606.8
8607.2
7837.2
8608.4
7
8608.3
8608.4
8365.9
7892.1
8
8525.4
8611.3
8521.5
8592.6
9
8605.9
8551.6
8575.3
8610.3
10
8603.4
8603.7
8121.6
8441.2
注:表中年发电量单位为万KW·h。
从上表可以看出,随着进化代数的增加,两算法计算结果都越接近最优解;无论是自适应遗传算法还是基本遗传算法,其计算结果明显优于动态规划;在进化代数相同时,AGA的计算结果优于SGA,并且未收敛次数也有明显减少,表明AGA能够有效加快收敛速度。
5.结论
本文建立了水库优化调度的自适应遗传算法模型,并将其用于黑河金盆水库优化调度。与动态规划相比,遗传算法能够从多个初始点开始寻优,能有效的探测整个解空间,通过个体间的优胜劣汰,因而能更有把握达到全局最优或准全局最优;自适应遗传算法通过参数的自适应调整,能更有效的反映群体的分散程度以及个体的优劣性,从而能够在保持群体多样性的同时,加快算法的收敛速度。
ApplicationofAdaptiveGeneticAlgorithmstotheoptimaldispatchingofJinpenreservoir
FuYongfeng1ShenBing1LiZhilu1ZhangXiqian1
(1Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,
2HeadquartersofHeiheWaterDiversionProject,Xi’an,710061)
AbstractBasedontheanalysisofthecharacteristicsituationofJinpenreservoir,acomprehensiveoptimaloperationmodelisdevelopedwithconsiderationofitsmulti-objectiveandnonlinearfeatures.Themodelissolvedbythethreemethodsofdynamicprogram,thesimplegeneticalgorithmandtheadaptivegeneticalgorithm.Itisshowedthattheadaptivegeneticalgorithm,withthecharacterofitsparametercanbeadjustedadaptivelyaccordingtothedispersiondegreeofpopulationandthefitnessvalueofindividuals,hasthefastestconvergencevelocityandthebestresultcomparedtoothertwoalgorithms.
Keywords:optimaloperation;geneticalgorithms;dynamicprogram
参考文献
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[2]潘正君,康立山,陈毓屏.演化计算[M].北京:清华大学出版社,1998.
[3]RobinWardlawandmohdSharif.Evaluationofgeneticalgorithmsforoptimalreservoirsystemoperation[J].WaterResour.Plng.andMgmt.,1999,125(1):25-33.
为建设黄壁庄水库副坝防渗墙,拟在副坝下游侧桩号2+000和3+750处的压坡平台上兴建2座产量200m3/h的大型混凝土生产系统,该系统含2个长×宽×高为60×60×8.4m一次储量7000m3的储料场和2座2×1.5m3的强制式机组的拌和楼见图1。由于副坝是整个水库工程存在隐患最多的部位,水库主管单位对在压坡平台上兴建工程严加限制:一不得深挖;二不得宽挖。保证在除险加固完成前副坝的安全度汛。在地形条件受限制的情况下,如何确保储料场按计划完成,关键在挡土墙设计。
如何在众多形式的挡土墙中选择一种适合现场条件的档土墙结构是当前必须研究的课题。档土墙作为一般拦土结构物,常用在闸坝的翼墙和渡槽、倒虹吸的进出口边墙及其他路堤挡土部位等。对这类工程的优化设计问题往往易被忽视。我们的实践表明,各类挡土墙的技术经济效益有着相当大的差别。本项研究,从工程实际出发,意图在如减压式挡土墙、重力式挡土墙、悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙等四种结构中进行双向优选,即进行本类的优选设计和各类之间的优选比较,最后确定一种技术、经济状况最优、现场适应性最好的挡土墙方案用于本工程。现将研究过程介绍如下。
1.2课题研究思路
该课题的研究思路分三步的研究思路。
第一步,首先确定方案比选的统一标准。过去人们的观点认为挡土墙形状各异,结构不同,各有优缺点,要比较相当困难。实际上任何形式的挡土墙功能都是挡土拦土,因此研究认为,它们的正常挡土状态就应当是一个统一标准,而这个正常的挡土状态正是现行的规范状态,在规范状态下这些参与比选的各类挡土墙是处在同一个设计水平上,因而可以比较。
第二步,确定优化设计的风险决策方法。众所周知,任何挡土墙的稳定性特征值都是挡土墙背填土物理力学特性的函数,同时又受地基结构特性的约束;对于挡土墙的经济造价,又与结构特征相关的工程量及市场物价相关的分析单价密不可分。显然,这些都是描述挡土墙特征的随机变量。鉴于挡土墙具有上述特点,因此可以认为每类挡土墙也是离散随机变量,采用数学期望准则和优势比较准则完全能够将含离散随机变量的各个方案进行优劣比较,按照定义,离散随机变量的一切可能值Xi与对应的概率P(ζ=Xi)的乘积之和称为数学期望,记为Mζ。如果随机变量只取得有限个值:X1、X2、X3、……Xi,而取得这些值的概率分别是P(x1)、P(x2)、P(x3)……P(xi)则
Mζ=X1P(x1)+X2P(x2)+X3P(x3)……XiP(xi)
运用到风险决策中来,以Mζ值最小为最优方案。
优势比较准则实际是将方案的技术效益或造价进行比较。当方案Ⅰ的随机变量S1、S2、S3、……Si与方案Ⅱ的随机变量S1、S2、S3、……Si对应相减,其值为“0”或“+”值,则方案Ⅰ有优势;若相减后其值为“0”“0”“+”“-”或“0”“0”“-”“-”,则方案Ⅰ不存在优势。
第三步,选取拟比较的能反映方案特性的随机变量可能值。研究认为,方案的规范状态,挡土墙的墙基应力,墙基对围岩的扰动度参数——挡土墙的宽高比B/H和相对避扰度、工程造价及相对效益A等值,基本能描述挡土墙的特征,而且这些变量在分析过程中都能一一取得。故以它们作为研究比较的随机变量是合理的。
第四步,搜索各类挡土墙的规范状态并按数学期望准则和优势比较准则分别考核各个待选方案。选出最优秀方案。
2各类挡土墙的设计指标
2.1确定计算挡土墙的土压力理论
目前计算土压力的理论有多种,而各种理论又用各自不同的假设分析方法来求算土压力。根据初步筛选,除减压式挡土墙外,其余重力式挡土墙,悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙背墙顶与墙踵连线倾角均大于临界角εer,本工程εer=45-ψ/2。尽管一些方案的墙背可能出现第二滑裂面,尽管采用的计算公式可能出现误差,为方便起见确定统一采用郎肯主动土压力理论来计算各类挡土墙的主动±压力。初步分析估算,计算误差不会导致大方案比较结果出现错位。
有关郎肯主动土压力计算公式详见图2。
2.2现行规范(SD133-84)指标与现场地质的物理力学特性。
现行规范(SD133-84)指标与现场地质的物理力学特性见表1。
2.3四种挡土墙的现行规范状态的计算成果
根据前述2.1和2.2节确定的数学模型和物理力学指标,无论用手算方式还是计算机搜索都可得到现行规范状态下的挡土墙计算成果。详见图2、表2和表3。
表2中的“GF”是“规范”二字的汉语拼音缩写;“围岩相对避扰度”意思指“围岩避免扰动的相对程度”,此相对值越大表明围岩受扰动越小,反之则越大。
3挡土墙优化设计的风险决策
3.1按数学期望准则的风险决策
采用数学期望准则风险决策之前先将表2中的第(2)项和第(5)项、表3中的第(12)项集中到表4来,并认为表中所有随机变量X1、X2、X3的概率P(x1)、P(x2)、P(x3)值均为0.333,则可算出a、b、c、d各方案的数学期望Mζ值,详见表4。
由表4可见,减压式挡土墙Mζ值较小,而悬臂式挡土墙的Mζ值较大。比较结果表明,减压式挡土墙在这四种挡土墙方案中为最优方案。
3.2按优势比较准则的风险决策
在进行优势比较准则决策之前,先将表2中的第(3)项第(6)项和表5中的第(13)项集列成表5并进行优势比较。详见表5。
将表5中各个随机变量相互比较发现,减压式挡土墙对其他三类挡土墙比较均得到“0”“0”“+”“+”,表明减压式挡土墙方案比较优秀,为首选方案。重力式挡土墙和扶臂式挡土墙方案对悬臂式挡土墙,比较结果也显示“0”“0”“+”“+”,表明该两者也有一定优势,可作为备选方案。
总之,无论采用数学期望准则还是采用优势比较准则分别对减压式挡土墙,重力式挡土墙、悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙进行分析,结果基本一致。在规范状态下,减压式挡土墙方案对围岩土扰动较小、较好地适应现场受限制的地形条件、工程量及造价较低,是被考核的四个挡土墙方案最具优势者。
4减压式挡土墙在黄壁庄水库除险加固工程混凝土生产系统中的应用。
4.1减压式挡土墙设计应注意事项
混凝土标号应为C20以上。进行配筋计算时宜取安全系数K≥1.4。并且墙底不得有虚土。
4.2减压式挡土墙的施工
注意墙体分段施工程序:先浇筑Ⅰ墙基底板——Ⅱ垂直墙体下半部分——Ⅲ减压平台以下的土方回填夯实——Ⅳ浇筑减压平台——Ⅴ浇筑垂直墙体上半部——Ⅵ减压平台以上回填。
4.3减压式挡土墙应用效果
在储料场的两端,总长4×40m=160m,墙高8.4m,墙基宽2.51m的减压式挡土墙于1998年11月建成投入运用。当储料7000m3时,减压平台以上储料高度h>4m,墙顶变形2mm,墙基变形为0,运行正常。此种结构应用在储料场工程,减压平台可以代替部分混凝土硬化地面的工程量,一举两得,技术和经济效益明显。
5结语
本项研究采用数学期望准则和优势比较准则对不同类型挡土墙方案进行风险决策获得满意的效果,使工程实际中提出的问题得到解决,是对挡土墙结构优化设计的有益尝试。
减压式挡土墙是本项风险决策研究比选的出的优秀挡土墙方案。在黄壁庄水库工程应用结果表明,它的挡土效果与其他重力式挡土墙、悬臂挡土墙和扶壁式挡土墙相当,而工程造价仅为其他三类挡土墙的57%—81%、对围岩的扰动影响仅为其他三类挡土墙的41%—44%,对受限制的土基条件适应性较好,技术和经济效益明显。宜作闸坝翼墙及一般渠系建筑物进出口过渡段工程的选择方案。
本项研究的思路可供同类工程建设参考。
参考文献
现代企业的工业化生产将产品的生产过程划分为很多独立的生产工序,每道生产工序的成本包括材料、人工以及间接费用。因为工业化生产的复杂性,仅仅一种产品的一道工序可能就需要投入几百种甚至上千种材料,同时人工以及间接费用涉及到的成本数据也相当广泛可想而知,对于产品众多的工业化企业,生产工序纷繁复杂,每道生产工序涉及的材料、人工、费用等成本数据是多么庞大。
(二)数据存储分散
成本管理的相关数据分散在企业的各个部门,比如生产投领料数据在仓库,人工投入在生产部门,折旧费在财务部门,不同部门分别掌握一部分成本数据,这就造成了企业在生产过程中无法及时宏观上核算产品的实际成本。只有当生产结束后,所有部门掌握的数据集中起来,才能够计算产品实际成本,但此时生产已经结束,浪费已经发生。
二、信息系统进行成本管理的优势
(一)准确、快速的数据计算能力
信息系统采用计算机进行成本管理,计算机的优点在于计算准确、快速。一方面,信息系统能够精确到小数点后五位,这对于高科技企业的材料投放量管理尤为重要;另外一方面,信息系统数据计算速度已经进入云时代,快速的成本计算使企业能够掌握实时的成本资料。
(二)数据共享,及时发现偏差
信息系统通过网络将企业所有部门的数据联结起来。成本项目发生后,企业不同部门的工作人员将分散的零散成本数据及时录入信息系统。信息系统对生产材料领用、车间工序加工、产品完工入库等业务进行动态的反映,实现数据共享。企业能够及时得对生产过程中偏离计划成本的材料、人工等成本支出实时地进行揭示,及时发现超过标准成本的消耗,有利于企业迅速制定改进措施,纠正偏差,以达到降低成本的目的。
三、企业运用信息系统进行成本管理的有效途径
(一)事前计划
事前计划是整个成本管理的起点。在生产开始前,制定一套符合企业生产经营状况的计划成本体系。合理有效的计划成本体系是企业在各个部门密切配合、反复研究和测算制定出未来某个时期内各种生产条件(如生产规模、技术水平、能力等)处于正常状态下的计划成本。信息系统成本管理与传统成本管理相比,其优势就是计划成本的实时更新。信息系统由于高速的数据运算能力,可以根据最新的技术水平以及材料价格对计划成本进行快速更新,更新频率能够达到每五天,甚至每天更新。而传统成本管理中计划成本的更新频率为每年或者每三年。在技术飞快发展的今天,计划成本的高速且准确更新对于成本管理是非常重要的。
(二)事中控制
首先,原材料成本管理。事前计划阶段,信息系统已经制了详细的物料清单。生产任务下达后,生产部门必须严格按照物料清单领料。在生产过程中,如果发生领用的原材料不够用,需要再次领料,必须由生产人员登录信息系统,向信息系统发出增加投料的申请,信息系统再次核算产品的成本并与售价比较,将比较的结果反馈企业管理人员,当管理人员许可后,信息系统才可以打印新的领料单。其次,人工成本管理。与原材料成本管理类似,当企业需要增加生产产品的人工投入时,必须取得管理人员的许可。因为不同熟练程度的技术工人做相同工作所需要的时间差别很大,获取的报酬也不相同,信息系统可以通过复杂的计算,直接计算得出使用哪位技术工人生产某种产品的成本最低,为企业节约成本。第三,间接费用管理。间接费用包括修理费、水电费、车间管理人员薪资等。当企业维持一定的生产规模时,间接费用浮动相对较小。信息系统进行间接费用管理时采取鼓励节约的方法,即当间接费用降低时,信息系统向管理层发出奖励相关人员的提示。第四,售价管理。信息系统根据原材料、人工以及相关费用的投入量,计算单位产品的成本,当发现产品的成本有超过售价的迹象时,马上向相关负责人发出预警。企业需要采取一系列措施避免亏损,包括的进一步控制成本、提高售价以及放弃订单等。
符号说明
B----煤耗量吨/小时Z----目标函数值
C----电能价值当量元/kw.ha、b、g、q、w、j、a、b---公式系数
C;----定压热容KJ/°C下标
G----热网水流量吨/小时g---供水
I----阶数或采暖期一天的时段数h----回水
J----阶数或目标函数选取的天数n----室内
t----温度°Cw----室外
p----发电功率千瓦t----当前时段
q----供热流量吉焦/小时max----最大
DT----时段长度小时min----最小
q----供热流量吉焦/小时其它
V----燃料的价格元/吨(k)---第k时段
一.前言
热电厂在电力系统中占有举足轻重的地位。到1997年底,我国单机6000千瓦以上的供热机组总容量已达2197.1万千瓦,占同容量火电装机容量的12.12%[1],而北方热电联产的热负荷大部分用于冬季采暖。这种热电厂的运行方式主要是以热定电,其发电在电网中主要承担基荷,其不同时间发电量的多少受供热量的影响。在传统的热网供热运行中,供热量在一天内一般不做大的调整,因而造成供热机组不能实现最优的电力调峰运行。
如果在不影响供热采暖效果的同时,改变一天之中不同时段的热网供热量,会使热电厂参与电力调峰的优化运行成为可能,从而会减少电网中其他调峰电站的高额投资,提高电力负荷低谷期电网系统的发电效率,进而产生巨大的经济效益和社会效益。
文献[3]针对热网和采暖建筑物热惯性大的特点,对供热系统的热力工况进行了定量分析,并对以抽凝机组为例,研究了承担采暖负荷的热电厂参与电力调峰优化运行方式。本文将研究背压机组的电力调峰优化运行问题。
二.供热系统热力工况分析
目前集中供热系统热力工况调节大都是从稳态出发,根据当天的室外温度,给出当天的日平均供、回水温度来指导运行。这种静态调节方法无法反映热网和建筑物的动态特性,一天中热网的供热负荷很少变化,使得热电厂背压机组的发电功率在一天之中变化幅度很小。这是承担采暖负荷的背压供热机组无法参与电力调峰的主要原因。
事实上,一天中某一时段供热量的改变对室温的影响并不显著。热网实时运行数据表明,随着室外温度的下降,热网供热量并不立刻随之升高,外温升高时供热量也不立刻随之下降。如果利用这种特性,通过动态方法获得小时级而不是以天为单位的采暖建筑物室温与热网供热量、外温之间的关系,则在室温被控制在允许的范围内前提下,可以改变一天之中不同时段的热网供热量,从而使热电厂参与电力调峰成为可能。
对于一个以质调节方式运行的热网供热系统,从系统辩识的角度看,其输入参数为热网供水温度tg和室外温度tw,输出参数为热网回水温度th和建筑物室温tn,现以AMRA时间序列模型表示输出参数与输入参数之间的关系:
以上两式中各项系数及阶次I、J取决于供热系统的特性,可由实际热网运行数据确定。现以沈阳某热网一采暖期逐时运行数据为基础利用公式(1a)、公式(1b)确定该热网输入输出参数之间的定量关系。选取时间长度4小时为一个时段,对进行预处理,并采用最小二乘法由实际运行数据获得公式(2a)、公式(2b)的各项系数[3],见表1。
公式(1b)中系数j1、w1远小于系数q1,说明瞬时热网供水温度对室温的作用并不十分显著,采暖建筑物室温主要取决于前一时段的室温。这反映出,某时段采暖建筑物室温是过去多个时段热网供热量共同作用的结果。因此,可以改变过去各时段供热负荷的比例,而不影响当前时段建筑物的采暖效果。这就为在不影响采暖效果的前提下调整热电厂不同时段的热负荷,进而优化供热机组的运行方式、参与电力系统的调峰创造了条件。
三.热电厂的调峰优化运行
热电厂的运行,首先要保证用户对热负荷的需要。对于承担采暖热负荷的热电厂,应保证采暖建筑物室温在允许的范围内。由本文第二部分对热网系统供热工况的分析可知,在不影响采暖效果的前提下,热电厂的供热负荷分配在一天中是可以改变的。热电厂在不同时段该如何发电和供热才是最优运行方式?当然,目前许多热电厂发电量的多少受电力部门统一调度,不能任意多发。但是,如果将电力系统、热电厂和供热系统作为一整体研究,必然有一个最优的热电厂运行方式。
1.分时电价
如果仅研究某个热电厂的运行,那么将该热电厂与电力系统的其他电站统一进行运行规划的研究方法是不合适的,因为某一热电厂发电量在电网中的比例是很微小的。因此,需要有一联系热电厂和电网的纽带,作为衡量热电厂不同时间发电量对包括热电厂在内的整个电力系统贡献大小的尺度。本文采用文献[4]所提出的基于电能价值当量理论的分时电价作为这一尺度。
电能价值当量理论给出了小时级的单位电能生产和消费的价值,即小时级的分时电价。电力负荷高峰期和低谷期电能的分时电价不同,因而可衡量热电厂不同时段发电量的价值,指导热电厂的调峰运行。将小时级分时电价平均折算至各时段(4小时)中,某电网典型日各时段分时电价分布见表2,作为本文计算的依据。
2.建立数学模型
本文对由背压机组组成的热电联产系统加以研究。汽轮机背压排汽通过汽-水换热器与热网水换热,并由热网向采暖建筑物供热。热网采取质调节方式运行。热电厂发电直接输送至电网。
热电厂运行目标应是在保证热用户采暖要求和电厂安全运行的前提下,尽量增大总发电量的价值,即电能价值当量与发电量之积,同时尽量减小燃料消耗量。将一天分为I个时段,每个时段为DT小时,考虑J天的热电厂运行,于是目标函数选为:
k时段机组燃料消耗量B(k)是该时段供热流量q(k)的函数,采用下式表达:
背压机组的供热流量q和发电功率p的关系可简单地认为是成正比关系:
热电厂抽汽供热流量与热网供回水之间的关系用下式表示:
对于供热系统,热力工况参数之间的关系除了要满足式(2a)、式(2b)外,同时要满足以下条件:
在第四部分的实例中,最大允许供水温度取为120°C,最大室温取为19°C,最小室温取为17°C。
系统的决策变量为:
由式(2)、式(1a)、式(1b)及式(3a)~(3e)共同组成热电厂优化运行的数学模型。该数学模型属于给定初始条件的最优控制问题。其中控制变量为第k时段的供热机组供热量q(k)。由目标函数式(2)可以看出,为了尽量增大总发电量的价值,电能价值当量高的时段尽可能多发电,这时就会减小热电厂的供热流量,而电能价值当量低的时段尽可能少发电,并增加供热量,以弥补高电能价值当量时段供热量的不足。由于电能价值当量的高低反映出电力负荷的变化,因此由本数学模型所确定的热电厂优化运行方式又同时起到了电力调峰的作用。
3.模型的求解算法
热电厂电力调峰优化运行数学模型是给定初始条件的最优控制问题。该模型包含离散时间差分方程(式(1a)、(1b)),每一时段供热系统输出参数不仅取决于该时段系统的输入参数,而且是前若干时段输入输出参数的函数。当采暖期内所研究的天数I较大时,决策变量数目较多,本文采用动态规划法进行求解。
将时间序列方程,即式(1a)、式(1b)用状态空间方程表达,决策变量为而室外温度为非控量,可由已有的预测模型给出。
动态规划法将N个时段的总体最优控制转化为以单个时段为单位的多阶段决策过程。目标函数式(2)的每一时段分量是该时段状态量和决策量的函数,对于第k时段,根据约束条件确定的范围将状态变量X(K)离散成L个确定量。对于每一离散的状态量,将决策变量离散成M个确定量。根据最优性原理,从N时段起逐时段向前进行优化计算。完成逐时段向前直至零时段的递推计算后,再根据初始条件,向后递推确定各时段的最优决策序列:k=0,1,...N。本文数学模型算法的流程如图1所示。
四.应用举例
在本例中,选取的热电厂由三台型号为B6-50/5的背压机组组成,各机组以单元制方式运行。并做以下设定:
1热电厂单元制机组锅炉出力范围在50~100%之间。单台汽轮机最大排汽供热量为56吨/小时。当采暖负荷超过三台汽轮机最大供汽量,由尖峰锅炉参与供热。
2将采暖期中的每天等分为6时段,对整个采暖期(当年11月16日至第二年3月31日)的热电厂运行进行优化计算,于是目标函数式(2)中J=136,I=6。在初寒期的开始5天和末寒期的最后20天一台汽轮机停运。
3热网及采暖用户的选取沈阳某热网为例,热网流量为1800t/h。于是,反映供热系统输入输出参数关系的式(1a)、式(1b)各项系数仍为表1的值。
由于一天内不同时间发电的单位电量价值有很大差别,热电厂发电量在一天中也要改变。图2为本例整个采暖期发电功率的优化计算结果,图3为相应的供热流量的分布。分时电价高的时段发电多,这时背压机组的供热流量也相应增加,而分时电价低的时段发电少,其供热量也相应减少。在尖峰供热期,供热机组在最大排汽供热工况点附近运行,此时机组供热量已达到最大(170t/h),以满足这一时段在整个采暖负荷的需要,而机组的发电功率也达到最大,即维持在18.8MW附近。由于全天在一个工况下运行,热电厂没有电力调峰能力。在尖峰期附近的采暖时段,机组具备一定的调峰能力,但调峰幅度不大,在这一期间,随着外温的增长,开始是分时电价最低的时段发电量和供热量减小,直至达到最低。随着外温进一步升高,即采暖负荷进一步降低,一天中分时电价处于中间值的时段发电功率和供热量开始降低,直至到达最小。在初寒期的5天和末寒期20天,虽然此时采暖热负荷明显减小了,但由于仅有两台机组运行,热电厂仍有调峰能力,只是发电量在一天内的变化幅度减小了。
由此看来,由于热网在一天中采取了脉冲式的供热方式,使得机组的发电功率可以根据不同时段电能价值当量的不同而改变,从整个电力系统上看,热电厂起到了调峰作用。
由图4可以看出,一天内采暖建筑物的室温变化幅度在0.5oC以内,并在整个采暖期内维持在17oC~19oC的范围内,可见这种热电厂的运行方式并没有影响供热采暖效果。采暖期热网供回水温度最高为108.2°C,最低为46.4°C,而回水温度变化幅度较小,在51.9°C至30.6°C之间。
本文还将本运行方案与一参考运行方案进行了比较(见表2)。在参考运行方案中,一天中供热总量与优化运行方案相同,而热网供水温度保持不变。表2给出两种运行方式一个采暖季发电量和供热量在一天中的六个时段的累加分布。可以看出,对于优化运行方式,随着电能价值当量不同,各时段发电量与参考运行方式相比有明显差别,这使得优化运行方式发电的平均电能价值当量高于参考运行方式。表中的总电能价值是六个时段的发电量与相应分时电价乘积之和,而平均电能价值是指总电能价值与总发电量之比。它反映单位发电量的经济学价值。可以看出,优化运行方式的平均电能价值比参考运行方式高出约9.7%,定义式
(2)的目标函数值Z为系统的总电量效益,并定义该值与总发电量之比为系统单位电量效益,它可以表示在满足采暖负荷的前提下热电厂单位发电量的经济学效益。由表2看出,优化运行方式的单位电量效益比参考运行方式提高了约16.5%。
表2热电厂优化运行方式和参考运行方式比较
Table2Comparisonoftheoptimaloperationandareferenceoperation
最优运行方式参考运行方式
时段分时电价(元/kWh)供热量(GJ)发电量(MW.h)供热量(GJ)发电量(MW.h)
0:00~4:000.20131507.275859.26186685.608372.40
4:00~8:000.20141099.806296.13187429.258406.27
8:00~12.001.00213474.489592.53184339.738265.56
12:00~16:000.50205896.999247.45180938.258110.63
16:00~20:000.50202894.349110.75183831.708242.42
20:00~24:001.00213344.769586.59184994.918295.40
合计1108217.649692.71108217.649692.7
总电能价值当量(万元)3078.92809.3
平均电能当量价值(元/kw.h)0.6200.565
总电量效益(万元)1900.01630.3
单位电量效益(元/kw.h)0.3820.328
五.结语
背压机组的发电量取决于供热量的大小,对于以采暖为主的热电厂,可以充分利用采暖建筑物和热网的巨大蓄能能力而进行调峰运行。如果这一运行方式得以实现并加以推广,对于缓解电网负荷出现的峰谷差具有非常积极的作用。计算数据表明,采用本模型优化的热电厂运行方式在满足采暖效果的同时,单位发电量的经济学效益明显高于一般运行方式。
实施并推广这种运行方式需要一定的有效措施做保证,如电力系统对热电厂的合理调度及对热电厂发电采取分时电价上网等,使得在采用电力调峰的优化运行方式的同时,热电厂自身获得一定的经济效益。
由于背压机组在改变发电量的同时,主蒸汽量也改变。考虑到锅炉的安全运行,主蒸汽的改变量不宜过大。本文给出锅炉出力的变化范围为100%~50%,而从燃煤锅炉实际运行情况看,一般要比这一范围小。
参考文献
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知识一词,在日常生活中的使用频率较高,但对其基本涵义目前仍有争议,不同的学科解释不尽一致,即使在同一学科看法也不尽相同。完整的知识应当包括人类知识和个体知识,知识可分为广义与狭义两种理解。广义的知识是指人类认识客观世界及其自然实践经验的总结,它可以通过语言文字、各种媒体长期贮存,供后人学习和借鉴。狭义知识是指个体通过与客观外界环境相互作用所获取的各种信息及其技能。
就知识与教学的关系而言,教学从一开始存在,就总是与一定知识紧密联系在一起的。传统教学主要是向学生传授系统文化知识,而比较忽视学生能力培养;现代教学论主张把传授知识和能力培养结合起来,尤其强调学生能力的培养。但从本质上说,知识与能力是互为条件、相互促进的,教学既要重视知识传授,又要重视能力培养。教学具有较强的目的性、组织性和较高的效率,它是知识传授和能力培养的重要手段和基本途径,虽然并不就是唯一途径。当今社会是信息社会,知识更新周期越来越短,要在有限的生命之内亲身实践去获取无限的知识,更是不可能的了。因此,教学更成了学生获取知识和能力的一条重要途径。如何才能提高教学效率,使学生高效率地获取高质量的知识,关键在于教师怎样教。高中政治课具有理论性强和比较抽象的特点(特别是《哲学常识》部分),如果教学方法不当,学生很容易把政治课当成空洞的说教。因此,政治教师要上好一堂课,在进行教学设计时,必然要涉及到如何看待高中政治的知识和对知识进行分类的问题。在此基础上,以培养学生的知识运用能力为出发点,精心进行高中政治的教学设计,创新课堂的教学模式,才能得到良好的教学效果。
二、高中政治知识的分类
对知识进行科学合理的分类,有助于进行合理的教学设计,并在很大程度上影响着教学的成败。知识的分类由于依据的标准不同而往往产生不同的结果。按照现代心理学的理解,知识可以分为陈述性知识与程序性知识。
㈠陈述性知识,指个人具有的有关“世界是什么”的知识。从行为表现的角度看,凡是需要学生有意识地回忆出来的知识称为陈述性知识。在高中政治课教学中陈述性知识主要指概念和命题。命题主要有两种形式:一是简单命题知识或事实知识。如学习“市场”、“市场主体”、“市场体系”、“世界市场”等概念这样的单个命题所获得的知识就是这类知识。二是有意义命题的组合知识,即经过组织的言语信息。如陈述“发展第三产业的意义”所需要的就是这类知识。陈述性知识的教学设计的重点是如何帮助学生去理解这种知识。在高中政治课教学中,对这类知识的教学过分强调了学生死记硬背,教只做粗略、原则、机械的命题解释,目的只是给一个标准式的答案,严重忽视了学生对陈述性知识中符号或词语意义的获取。
㈡程序性知识是个人具有的有关“怎么办”的知识。是在掌握概念和命题形式表达的规则的基础上,将已知的概念和规则运用于与原先学习情境相似或完全不同的新情境中解决实际问题的能力。如:“税收”的基本含义,可利用图表将其含义与基本特征联系起来统一理解,既可以让学生明确税收是国家为实现其职能,凭借政治权力,依法无偿取得财政收入的基本形式,又可以将学生从学习概念引向掌握税收的强制性、无偿性、固定性3个基本特征。还可以使学生懂得,税收的含义体现了其基本特征。其基本特征又是概念的延伸和具体化。甚至还可以使学生从思想上明白:每个公民都应维护税收的权威性,应增强依法治税、依法纳税的意识。从而使有关税收的知识不断迁移,形成一个知识系统。
三、运用分类进行高中政治课教学策略优化的对策
课堂教学要优质高效地达到目的,完成预期任务,需要进行细致的安排和周密的设计。教学设计是指根据教学对象和教学内容确定合适的教学起点与终点,将教学诸要素有序、优化地安排,形成教学方案的过程。任何教学设计都必须以一定的知识分类理论为基础,由于知识类型的不同,教学的策略也应有所变化.如果置知识类型不顾,都采取同一种形式、同一模式进行教学,则其教学效果就不会好。
㈠高中政治陈述性知识教学
一般而言,高中政治陈述性知识教学主要以教师系统讲授为主,学生一般采取有意义的接受学习。陈述性知识的教学设计的重点是如何帮助学生去理解这种知识。在思想政治课教学中,对这类知识的教学过分强调了学生死记硬背,教只做粗略、原则、机械的命题解释,目的只是给一个标准式的答案,严重忽视了学生对陈述性知识中符号或词语意义的获取。陈述性知识的教学设计过程,一定要注重意义学习的过程,也就是我们常说的知识的理解过程。一些教师强调学生的“理解”,更多的要求学生的“自悟”,而不是通过千方百计地教,更好地激发学生的这种“悟性”。为了解决好地这个问题,就要按照认知结构理论要求做到以下几点:1f3dsaf12zcvK:JFD:L()$#_首先,找到新知识与原有相关知识的结合点,并讲清二者发生相互作用的过程。乐ewioK:JFD:L(其次,陈述性知识的储存和提取的关键是编码,教学设计以知识理解为核心,才能有利于按意义进行编码、组织、从而形成良好的认知结构。根据陈述性知识的特征进行教学设计,有利于知识储存,也便于知识的提取和回忆。确定的教学目标是培养学生回忆知识的能力。检查这种能力的方法是要求学生口头或书面陈述学到的知识。我们反对死记硬背,但并不反对建立在知识理解和认知结构形成基础上的知识记忆。
㈡高中政治程序性知识的教学
程序性知识学习的目的,主要是使学生获得应用概念、规则、原理和解决问题的能力。这类知识的学习,首先要学生理解并掌握相关的概念与规则(陈述性知识),然后对学生进行变式联系,以使学生能够熟练地运用这些规则解决问题。程序性知识学习的前身是陈述性知识,所以程序性知识的教学设计首先应让学生理解有关概念和规则,这一点同陈述性知识的教学设计相同。程序性知识主要涉及概念和规则的应用,教学设计中的一个关键问题,是如何使学生的部分陈述性知识转化为程序性知识,也就是如何将储存在头脑中的原理等命题知识转化为技能。实现由静态向动态、由储存知识向转换信息、由缓慢的再现知识向自动激活转化,从而实现学习的发展。尤其值得注意的是并非所有的陈述性知识都要转化为程序性知识,我们在进行教学设计时,首先要搞清哪些陈述性知识是必须转化为程序性知识的,从而进行有针对性的教学设计。对学生的这类学习要有一个过程的指导。现在老师在课堂教学设计时,有这种培养和训练意识,但缺乏对这个过程的周密分析和步骤排列,使学生不能全面地实现上述发展。程序性知识的教学设计应确立的教学目标,是解决学生应用概念和规则解决问题的能力。检验这种能力的行为指标,是能否将学过的概念与规则应用到与原先学习情境相似或完全不同的情境中解决实际问题,从而检验掌握程序性知识的程度。
一般而言,陈述性知识适用于讲授式教学,程序性知识则较适合以活动教学的形式进行教学。讲授式教学和活动式教学在尊重学生、重视学生学习的主体性方面能各得其所,各显其能,在取长补短、协同配合的过程中能够实现整体教学的最佳效益。因此,教师重视学习、了解知识的分类理论,对搞好高中政治教学会有重大助益。
[参考文献]
二、集团总部投资管理职能
定位集团总部作为最终投资主体,在分级审批管理模式下,是重大投资项目最终审批机构,是投资管理链条上最为重要的部分,是整个集团战略投资中心。集团企业由于一般具有涉及产业多,地域分布广,下属单位层级多的特点。集团总部作为整个投资管理的枢纽,最为重要的管理职能认为主要有以下三点。其一,服务于集团战略目标,打造核心竞争力。集团总部基于其拥有的投资决策权,根据集团战略目标,应通过投资活动的安排来实现调整集团公司产业、产品结构,优化集团的资源配置,保障并强化集团的核心产业竞争优势,从而打造和提高企业集团核心竞争力。其二,建立完善投资管理体系,调控投资活动。集团总部从集团管控模式,战略实现需要情况下,建立一套适合集团管控需要的投资管控体系,对投资活动的领导机制、管理职责、决策权限及程序、年度投资预算、项目实施与监控,责任监督与考核,以及风险管理等环节予以相对详细的规定,形成一个多层级参谋、决策、管理的投资管理体系,并从集团高度调动相应人力、物理、财力及技术力量为投资活动创造更优条件。其三,实现投资项目经济上保值、增值。投资的根本目的是为提高企业综合经济实力或经济技术水平,集团总部作为重大投资项目的最终决策机构,其决策结果是否合适,对企业经营活动将产生重大影响。
三、当前集团企业投资管理存在的不足
尽管当前集团企业投资管理体系包含了“投资决策”、“投资实施”、“投资评价”及“投资风险控制”等内容,但由于我国大多大型集团企业具有“行政撮合”色彩,存在企业层级多,业务分布广特点。在这种审批制下投资风险认识不够、存在审批流程长,决策效率不高、投资后验收及后评价执行不到位、实施过程监管困难的问题。
1.投资风险认识不够投资项目在编制项目可行性研究报告或投资决策时,往往根据自己的主观判断或者投资产品介绍等二手资料进行,没有深入进行市场、营运、技术、法律等风险评估,风险类型分析考虑不全面,影响投资行为的其他因素却很少涉及,增加投资风险。部分投资项目,跟随政府发展政策或招商引资进行,有可能存在因为政府政策变更而出现的投资收益突变情形。
2.审批流程长,决策效率不高在审批权限的投资管理模式下,限额以上的项目决策及项目调整,均需要从项目承担单位到集团总部,层层调研、汇报,审批流程冗长,缺乏市场敏锐性及灵动性。同时,由于集团总部的投资管理人员对下属单位业务具体情况不清楚,存在项目审批单位与项目承担单位信息上不对称,需要花不少时间去沟通了解,导致决策效率不高。
3.验收及后评价工作落实不到位项目的验收是投资管理的最后一环,是检验投资完成,督促项目资料归档及权证办理的重要手段。投资后评价更是检验投资是否得当、投资管理是否有效的事后总结,是集团进行战略修订的基础。在目前投资管理模式下,项目承担单位更为重视对项目前期审批,而对投资后的项目验收和后评价缺乏积极性,导致部分项目验收和后评价工作上没有真正得到落实,投资效益也得不到保障。如,株洲所“十一五”来,实施并完工重大投资项目几十项,而完成投资项目验收及后评价的确不足十项。
4.项目实施过程监管困难由于大多数项目不直接由集团总部提出、实施,项目实施过程中,集团总部投资管理部门也往往缺乏积极有效的监管措施、信息反馈机制,使得投资管理信息易断流、投资控制链易中断,进而有导致风险失控的可能。如,企业投资活动一般引入预算管理,但实际情况是投资预算管理流于形式,项目安排时对投资的领域、方向、金额及项目运营等问题没有深入研究测算,未建立定性与定量、刚性与弹性的预算管理体系,导致项目实际执行情况与预算安排情况差异大,预算过程控制也疲于应付,甚至“救火”状况,没有达到预期目标。
四、优化集团企业投资管理的思考
在现有投资审批管理模式下,集团企业总部自上而下的探索建立一套适用现代市场经济需要的投资管理体系并进行完善是十分必要的。基于集团企业总部的战略实现管理价值考虑,个人认为可从如下方面优化集团投资管理活动。
1.制定合理的投资战略投资战略是根据企业总体发展战略要求,为实现总体发展战略而对投资活动制定的全局性谋划,是企业较长时间内投资管理活动指南。合理的投资战略,需要集团总部投资管理部门结合企业发展战略,在对包括国内外经济形势、行业状况、企业自身情况等因素进行综合考虑基础上,比较和选择投资方案或项目,制定获取最佳投资效果、切合企业实际的投资战略。合理的投资战略可以避免只考虑眼前状况和短期利益,简单满足生存与积累的项目,确保投资项目的实施是符合公司战略发展需要。
2.建立内部投资项目风险管理机制建立投资项目风险预警、识别、评估和报告机制,并根据种子期、创立期、成长期、扩张期和成熟期的分类方法将投资项目产品进行合理定位,对不同投资时期的不同投资产品全面进行风险控制点分析,制定有效的风险防范措施,最大限度的规避风险、转移风险。如,针对新产业的投资,设立专业的新产业投资委员会,进行投资项目选择,风险评估。同时,落实投资责任,建立合理的投资激励和约束机制,将项目投资责任及投资收益落实到项目具体实施单位及项目负责人,有效强化投资风险责任意识,降低投资风险。
3.优化投资项目审批流程针对不同业务板块、下属单位业务规模及投资性质,可以制定差异化的审批额度或流程。如,对于业务规模较大,且管理能力较强的单位,可以赋予较大的决策权;对于已纳入企业投资战略的项目或实施内容简单的限额以上项目,简化项目审批流程。
4.建立合理的投资评价体系合理的投资评价系统应包括投资前评估和投资后评价两部分。投资前评估主要依靠项目可行性分析研究报告,对于投资金额大,新进入的行业,应聘请专业的咨询机构进行项目可行性研究报告的编制工作。集团总部在投资前评估上,需更多注重投资项目是否符合集团发展战略、集团是否有能力和资源实施该项目、如何解决项目实施中的障碍与风险,进而调配集团内外资源支持项目。投资后评价工作要全面分析总结项目实施过程的经验教训、评价项目是否实现预期确定的战略目标、财务效益目标等情况,为未来投资管理提供参考和投资战略的修正提供支持。
5.建立投资管理信息化监控手段由于集团总部在手管理的项目数量多,实施周期长,且大部分投资项目实施单位为下属主体单位承担,依靠传统的简单统计表格及简报或财务会计系统已很难满足投资管理需要,存在对项目信息收集难、投资数据汇总难、投资控制及分析难、资料共享难等问题,也影响投资决策效率及投资效益的提高。因此,建立投资管理信息化系统,对投资项目实施情况进行实时管控,将投资管理制度流程化、流程表单化、表单信息化,实现投资管理的流程规范及管控到位。
1引言
洁净室空调系统经典的方案是采用中央空调和三级过滤器集中送风,通过大型风道将已经处理的空气送至过滤器的接联管道,然后经高效空气过滤器(HEPAFilter)或者超高效空气过滤器(ULPAFilter)送到洁净室。而另一种方案是采用室内循环风就地冷却,利用干冷却盘管解决新风不能提供全部冷负荷的问题,同时利用风机过滤器单元来进行空气循环。每种方式各有一定的适用范围,风机过滤器单元(FFU)因其灵活性大,即可通过置换盲板来提高局部区域的洁净度、占用空间较少等优点得到越来越多的应用,尤其适合于旧厂房的改造及技术更新较快的工程。虽然FFU系统成本较高,而从综合投资角度,分析认为采用FFU方式在末端过滤器铺设率为25%-30%时较为有利【1】。
ISO5级(百级)洁净室属于洁净室用暖通空调系统耗能大户,通常采用吊顶满布高效过滤器的送风方式,运行能耗较大。有关洁净室运行费用的文献指出,在某些欧洲国家,能源消耗的费用已占洁净室运行、维护年度总费用的65%~75%【2】,其主要影响因素是洁净室的空气流量和采暖通风空调系统如何有效地向洁净室分布经过净化和温湿度调节的空气,所以在保证洁净污染控制的条件下,合理选择送风速度,布置末端过滤器、回风口、减少送风量以便节能是人们关注的焦点。
另外国外对一些ISO5级洁净室实测数据表明,大部分换气次数远低于建议的下限值【2】,而在设计中存在系统风量过大的倾向,这可能与对气流缺乏了解,担心系统运行可靠性的保守思想有关,说明提高节省能源的机会确实存在。随着计算流体动力学(CFD)技术自身的发展,已广泛应用于暖通空调和洁净室等工程领域,通过计算机求解流体所遵循的控制方程,可以获得流动区域的流速、温度、浓度等物理量的详细分布情况,是一种较好的优化设计工具。其优势在于利用CFD技术对设计方案进行模拟可以在施工前发现失误并及时更正,避免经济损失;可以迅速发现提高系统运行效率的可能性;另外,通过模拟可以得到一系列运行的备选方案,以便在寻找最经济方案时有所依据。
本文利用CFD软件,对拟采用FFU净化空调系统的某微电子洁净厂房的ISO5级洁净室进行计算机模拟,通过几个设计方案相比较,利用所得到的速度场,分析评价其性能,利用理论计算验证其平衡态的洁净度,并提出一些应用中的注意事项,为实际工程应用提供参考。
2数值模拟及分析
2.1数学模型
从流动的雷诺数Re来考虑,洁净室的气流均为紊流【3】,空气的流动满足连续性方程,动量方程和能量方程。对于工程问题,我们不需要关心紊流的精细结构及其瞬时变化,而只关心紊流随机变量的有关平均值,因此,本文采用数值计算三类方法中雷诺时均方程中的紊流粘性系数法,流动模型采用暖通空调广泛采用的标准k-ε二方程模型,k-ε模型通过求解紊流动能与紊流动能耗散率的输运方程得到紊流粘性系数。
控制方程的通用形式为【4】:
式中:ρ为空气密度(kg/m3),V为气流速度矢量(m/s),Γφ,eff为有效扩散系数(kg/ms),Sφ是源项,Φ代表1,u,v,w,k,ε中的一项,u,v,w为三个方向的速度分量(m/s),k为紊流动能(m2/s2),ε为紊流动能耗散率(m2/s3),Φ=1时通用方程变为连续性方程。
边界条件:墙体边界设为无滑移边界条件。送风边界条件,送风速度取过滤器面风速平均值,速度方向竖直向下。回风边界条件,回风口满足充分发展段紊流出口模型。由于室内热负荷较小,不考虑温度浮升效应对气流的影响。采用混合迎风差分格式对偏微分方程进行离散,基于有限容积法的SIMPLEST算法进行求解。
2.2物理模型及计算结果分析
方案一将风机过滤器单元(规格为1.2m×1.2m)成条型居中布置于天花板,满布比在25%,回风采用全地面均匀散布穿孔板作为回风口。物理模型平面图如图1。经模拟计算得到气流流场示于图3,由于送风口在Y方向呈对称布置,图中只给出一半流场。从图中可见,在送风口下方流线垂直向下,流线平行较好,而在送风口至墙体范围内有较大的涡流区,则主流区范围减少,不能使全室工作区达到较高级别。同时粒子也会被卷吸进入主流区,排除污染物的路径增长,增加污染的可能性。
图1FFU布置平面示意图(条型)图2FFU布置平面示意图(均匀)
图3FFU条型布置YZ截面流场图
图4FFU均匀布置YZ截面流场图
方案二将FFU(规格为1.2m×1.2m)散布于天花板,满布比仍为25%,过滤器面风速在0.45m/s,回风采用全地面均匀散布高架格栅地板作为回风口。物理模型平面示意图如图2,气流流场分布如图4。模拟计算显示,对于均匀布置FFU方案,工作区1.2m及0.8m高度断面平均风速分别为0.1545m/s、0.1516m/s,可见散布末端过滤器送风口可以减小速度的衰减。虽然在送风口之间上部存在反向气流,形成小的涡流区,但在工作区0.8m-1.2m范围内已形成竖直向下的流线,时均流线平行较好,由于此洁净室产热量较小,热气流对流线影响可忽略,不会产生逆向污染,因此上部的涡流不会对主流区产生影响。空气中的微粒在重力、惯性和扩散三种作用力下运动速度和位移是微小的,直径在1μm时,微粒跟随气流运动的速度和气流速度相差不会大于10-3【3】。此设计中新风处理机组设三级过滤器,FFU中过滤器为U15≥99.9995%@MPPS,直径>1μm的微粒可视为零,因此,工作区产生的微粒能完全跟随气流一起运动,直接排出洁净室。
当进一步减小满布比时模拟计算可知,除送风口正下方—定区域外,其余部分已根本不能保证气流接近垂直向下,过滤器之间存在一个从天花板到地面贯通的巨大涡流区,污染物极易被卷吸进入涡流区内而不易排出。
经过模拟计算及分析,我们认为在送风口满布比为25%,均匀分布FFU,采用全地面均匀散布穿孔板回风,过滤器面风速在0.45m/s,相应换气次数为147次/小时,由于FFU可达到较大的送风面风速,以及均匀散布穿孔地板回风口的均流作用,因为如果采用侧墙下侧回风,就会在洁净室中间下部区域形成较大的涡流三角区【5】,因此,洁净室内能够形成比较合理的气流流形,在主流区内能形成基本垂直向下的流线,但在靠近四周墙壁处,由于形成受限射流,出现涡旋,因此在布置设备时,应避免将设备靠墙壁布置,而应留有一定距离,这是洁净室施工完毕,开始投入使用时应加以注意的。另外,此设计中虽然不能形成如传统满布高效过滤器送风口而形成的全室平行气流,但美国标准IES-RP-CC012.1【6】中已认为ISO5级洁净室也可采用非单向流流型或混合流型。
3理论计算洁净度
洁净室的洁净度级别由通风系统和室内污染源所决定。可以通过数学公式对其进行计算。根据粒子平衡理论,进入洁净室的粒子有室外新风带入、循环空气带入及室内污染源。对于电子厂房室内污染源主要是工作人员的产尘,而设备产尘很小可忽略不计。从洁净室排出的粒子有回风带出及由于室内正压而渗出的粒子。可得如下方程【7】:
达到平衡状态时,浓度方程变为:
其中
以上式中:Q,送风量,m3/sq,渗出的空气量,m3/s;V,洁净室的容积,m3;x,循环风的比例,此处为1;c,洁净室的浓度,粒/m3;c0,洁净室的初始浓度,粒/m3;c∞,洁净室的平衡浓度,粒/m3;c1,渗出空气的浓度,粒/m3;cout,室外新风的浓度,粒/m3;t,时间;ηout,新风过滤器效率;ηrec,回风过滤器效率;S,室内污染源,粒/秒;ε,通风效率。
新风预过滤器为F5(η=55%),中效过滤器为F9(η=95%),高效过滤器为H12(η=99.5%),FFU中过滤器为U15(η≥99.9995%@MPPS);新风含尘浓度天津地区取为3×107粒/m3(≥0.5μm);身着洁净服的工作人员走动时的产尘量为1×104粒/秒·人(≥0.5μm);设同时有3人在工作;通风效率取为90%;新风比为4.42%。计算得出此设计的洁净室稳定含尘浓度为2857粒/m3(即81粒/ft3),达到ISO5级100粒/ft3的设计要求。
4结论
通过本文的研究可得到如下结论:
1)针对电子厂房洁净室发尘量较低,室内人员较少,热负荷较小的情况,通过选择级别较高的过滤器,合理布置末端高效过滤器的位置,回风方式后,即使设计的室内换气次数、断面平均风速低于规范建议的下限值,仍可有效地滤除粒子,满足空气洁净度要求。
2)CFD是一种较好的优化设计工具,结合工程实际情况,借助模拟工具进行辅助设计是必然趋势。
参考文献
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3.许钟麟.空气洁净技术原理.上海:同济大学出版社,1998
4.陶文铨.数值传热学(第二版).西安:西安交通大学出版社,2001
数据主要运用SPSS巧.0统计软件进行数据运算和分析。量表信度采用克朗巴哈系数进行检验,结果显示Crnobach’S。为0.923,说明问卷信度极佳。描述性统计结果表明(表)l,学生对班集体满意度水平比较低,期望值却比较高,说明学生对班集体管理要素的期望值比较高。学生在与室友关系、与同学关系教师教学态度方面有较高的满意度,在寝室环境、教室设施、寝室设施方面的满意度较低,对教室与学生交流、与室友关系、教师教学方法、班级凝聚力、学习风气的期望值较高,对班级网络交流、班级口号班徽班歌、三会活动的期望值较低。对32组测量指标中重要性评价值(I值)和满意度评价值P(值)配对样本T检验(PairedSopleSTTest)结果表明(见表1),测量指标的实际表现均值均小于重要性均值,由双尾P值(2一atiled519.)<0.05,可判断二者存在显著差异,说明学生对班级的实际感受劣于他们对班级的期望,班级管理有改进的必要。
1.2IAP定位分析
32个变量重要性的均值工为4.26,实际表现的总均值P等于3.21。即重要性轴(工轴)和实际表现轴(P轴)的垂直相交点(I,P)为(4.26,3.21),基于该相交点可画出垂直相交的工轴和P轴,将32对变量归入四个象限中(图)l。继续保持区有10对变量,在四个象限中变量最多,分别是学习风气、同学关系、老师关系、与室友关系、课堂秩序、班风、班级目标、教学态度、教学方法、教学内容。这10对变量实际表现好,学生的期望值也高,需要继续保持优势。根据PIA分析步骤,对继续努力区变量进一步定位分析发现,与同学关系、与室友关系、教学态度为继续保持要素;与老师关系、课堂秩序、班风、班级目标、教学内容实际表现相对不好,但重要性也相对较低,为需要适度改进要素;学习风气、教学方法实际表现相对不好,但学生期望值相对高,需要重点改进。努力过头区有8对变量,分别是教室环境、班委会工作、团支部工作、班级规章制度、班级信息透明度、班级舆论、班级口号班徽班歌、网络交流;这些项目学生满意度高,但学生并不太看重,说明管理者在这些项目上努力有些过头,以后可不必花费过多时间和精力。对努力过头区变量进一步定位分析发现,班委会工作、班级规章制度重要性和实际表现的得分都相对较高,为继续保持要素;网络交流重要性低,实际表现好,是需要提升关注度的要素;团支部工作、班级口号、班徽和班歌、班级舆论重要性和满意度都相对较低,需进一步提升关注度和满意度;教室环境、班级信息透明度需重点改进。说明:(1)a.位于第I象限变量:1、8、9、10、15、19、23、25、26、28;b.位于第11象限变量:5、12、13、14、18、20、21、24;e.位于第111象限变量:2、3、4、11、17、30、31、32;d.位于第W象限变量:6、7、16、22、27、29。(2)1一32变量所代表的含义参见表1。低优先级区有8对变量,分别是课程设置、学时安排、教室设施、休息娱乐、辅导员工作、心理咨询、三会活动、班级活动。这些项目学生满意度低,学生不太看重,但也需要适度改进,相关部门不应忽视。对低优先级区变量进一步定位发现,课程设置、学时安排、辅导员工作、心理咨询为需要继续努力的要素;三会活动、班级活动为努力过头要素;教室设施、休息娱乐为重点改进要素。重点改进区有6对变量,分别是寝室环境、寝室设施、思想引导、班级凝聚力、教学手段、教师与学生交流。这些项目重要性高,满意度低,为班级发展的主要劣势,函须改进。对重点改进区要素的进一步定位发现,班级凝聚力、教师与学生交流重要性高,实际表现相对较好,经过适当努力就可保持优势;思想引导、教学手段重要性低,实际表现好,需要继续提升其关注度,以达到进一步改进的目的;寝室环境重要性和满意度都相对较低,为低优先级事项;寝室设施的重要性评价很高,而实际表现相对较差,是重点改进事项。
2班级管理优化策略
分析表明,班级满意度总体偏低,表明班级管理绩效不高。班级管理需要及时优化,根据以上工队分析结果,形成如下班级管理优化策略。第一,在学习风气、与同学关系、与老师关系、与室友关系、课堂秩序、班风、班级目标、教学态度、教学方法、教学内容10个方面保住优势,再创佳绩。细致的优先次序是:与同学关系、与室友关系、教学态度继续保持优势;与老师关系、课堂秩序、班风、班级目标、教学内容适度改进;学习风气、教学方法为相对需要重点改进的要素。具体措施有:学校相关部门应进一步巩固和整治学习风气、班级风气、课堂秩序,进一步提升学生的人际关系处理能力,培养良好的交友意识,使学生人际关系更加和谐;相关部门和教师要合力在教学态度、教学方法、教学内容的改进方面有进一步突破,以继续发挥这些要素的优势。辅导员和班委会要引导学生树立合理的班级目标,形成奋斗的动力。第二,在教室环境、班委会工作、团支部工作、班级规章制度、班级信息透明度、班级舆论、班级口号班徽班歌、网络交流8个方面适宜顺其自然,不必灌入更多精力。更细致的优化策略是:班委会工作、班级规章制度要继续保持优势;网络交流为需要提升关注度;团支部工作、班级口号、班徽和班歌、班级舆论需要进一步提升关注度和满意度;教室环境、班级信息透明度为需要重点改进的要素。值得注意的是,班委会工作、团支部工作、网络交流等事项虽不为学生所重视,但是是班级管理的重要事项,需要提升学生对其的关注度。第三,在课程设置、学时安排、教室设施、休息娱乐、辅导员工作、心理咨询、三会活动、班级活动8个方面适度改良。更细致的优先次序为:课程设置、学时安排、辅导员工作、心理咨询为需要继续保持;三会活动、班级活动为努力过头要素,可不作重点关注;教室设施、休息娱乐相对需要重点改进,相关部门需要对教室设施予以更新改造,对休息娱乐的项目和时间予以合理安排。第四,在寝室环境、寝室设施、思想引导、班级凝聚力、教学手段、教师与学生交流6个方面必须重点提升。更细致的优先次序为:班级凝聚力、教师与学生交流为经过适当努力就可以保持优势;思想引导、教学手段需要提升其关注度;寝室环境重要性和满意度为适度改进事项;寝室设施是重中之重的改进事项。具体措施有:学生在寝室设施和寝室环境方面表现得尤其不满,学校相关部门需投入财力和物力对寝室环境、寝室设施进行改造;教师与学生急切需要开展更加广泛、更深入、更频繁的交流;心理职能部门、辅导员等需要加强对学生思想引导与心理辅导,为学生答疑解惑,帮助学生树立正确的人生观和价值观;用科学的干部管理方式、共同的奋斗目标、更好的班级声誉和荣誉、民主宽松的班级环境加强班级凝聚力;与教学内容、教学方法相比,学生对教学手段期望值更高,教师必须在教学手段方面花费更多的精力。