摘要:對(duì)泵送混凝土施工機(jī)械的組合方案進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析,給出了其優(yōu)化方案的目標(biāo),提出用系統(tǒng)模擬方法,建立混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)模型并求解確定泵送混凝土施工機(jī)械的優(yōu)化組合方案。
關(guān)鍵詞:系統(tǒng)模擬;泵送混凝土;施工機(jī)械;混凝土運(yùn)輸系統(tǒng);優(yōu)化組合
中圖分類(lèi)號(hào): TU602 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B 文章編號(hào): 1007 - 0834 (2007) 04 - 0045 - 02
混凝土施工方法是混凝土泵、攪拌運(yùn)輸車(chē)、攪拌機(jī)、振搗機(jī)械的綜合作業(yè),其技術(shù)性強(qiáng),機(jī)械化程度高。 對(duì)于這種綜合機(jī)械化的作業(yè)方式,如何合理的配套組合各施工機(jī)械,以提高泵送混凝土的生產(chǎn)率及各機(jī)械的作業(yè)效率,降低混凝土施工成本就成為泵送混凝土所要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。 施工機(jī)械合理組合的原則是:以主作業(yè)機(jī)械為基準(zhǔn),其他從屬機(jī)械都應(yīng)以確保主作業(yè)機(jī)械充分發(fā)揮效率為選配標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于泵送混凝土施工,其主作業(yè)機(jī)械為混凝土泵,其他為從屬作業(yè)機(jī)械。 因此,在混凝土施工方案中首要確定的就是泵機(jī)類(lèi)型及數(shù)量。本文嘗試通過(guò)建立混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)的模型,用系統(tǒng)模擬的方法求解不同機(jī)械組合下的混凝土生產(chǎn)率及各機(jī)械的利用率指標(biāo),在此基礎(chǔ)上選擇出最優(yōu)方案。
1 泵送混凝土施工機(jī)械配套方案的評(píng)價(jià)及影響因素
泵送混凝土施工機(jī)械方案的評(píng)價(jià)主要包括技術(shù)性評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。 在此,提出以下兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)———工期和費(fèi)用,同時(shí),給出方案最優(yōu)化的模型。
1. 1 工期及影響因素
T = V /R (1)
式中, T為工期( h) ; V 為混凝土量(m3 ) ; R 為混凝土澆筑速度(m3 /h)。
R = S ×P (2)
式中, S為泵機(jī)數(shù)量(臺(tái)) ;戶(hù)為泵機(jī)生產(chǎn)率(ma /h·臺(tái))?？梢?jiàn),對(duì)于特定工程,其混凝土施工工期主要取決于所用泵機(jī)的數(shù)量及生產(chǎn)率。 生產(chǎn)率又取決于泵機(jī)的型號(hào)。 同時(shí),混凝土的供應(yīng)情況也直接影響施工工期,混凝土的供應(yīng)情況主要取決于運(yùn)輸車(chē)的容量、數(shù)量、運(yùn)輸時(shí)間,攪拌站的供應(yīng)能力及出料口個(gè)數(shù)。 在此需要說(shuō)明,因?yàn)榭紤]到施工實(shí)際情況,振搗、養(yǎng)護(hù)對(duì)工期的影響在此不做考慮。
1. 2 費(fèi)用及影響因素
施工費(fèi)用包括直接費(fèi)和間接費(fèi)。 直接費(fèi)由人工、材料和機(jī)械費(fèi)組成。 對(duì)于泵送混凝土施工,根據(jù)實(shí)際情況,人工費(fèi),材料費(fèi)僅與混凝土量有關(guān)。 一般情況下,混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)由商品混凝土攪拌站提供,所以,對(duì)于特定工程,混凝土施工費(fèi)主要受泵機(jī)費(fèi)用、布料機(jī)等輔助機(jī)械費(fèi)用和間接費(fèi)的影響。
1. 3 泵送混凝土施工機(jī)械配套選擇的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
泵送混凝土施工機(jī)械配套組合的目標(biāo)是:在滿(mǎn)足工期要求條件下,使施工費(fèi)用最小。 其數(shù)學(xué)模型如下:
目標(biāo)函數(shù)
Z = min C = min ( Σki / Tj ×Sj + k0 ×Tj )
約束條件
Tj = (Sj, Pj ,M j , N j ) ≤ T0
M j < M0
N j < N0
式中, ki 為第i類(lèi)型泵機(jī)的施工單價(jià)(元/h) ; Sj為方案j的泵機(jī)數(shù)量(臺(tái)) ; k0 為間接費(fèi)單價(jià)(元/h) ; Pj 為方案j的泵機(jī)生產(chǎn)率(m3 /h·臺(tái)) ;M j為方案j的攪拌運(yùn)輸車(chē)數(shù)量(臺(tái)) ;M 為攪拌站可提供的攪拌運(yùn)輸車(chē)數(shù)量; Tj 為方案/的工期( h) ; N j為方案j的攪拌站出料口個(gè)數(shù); N0 為攪拌站出料口的最大值; T0 為要求的工期( h)。
綜上分析,要得到最優(yōu)的機(jī)械組合方案,就是要確定泵機(jī)型號(hào)、數(shù)量,運(yùn)輸車(chē)容量、數(shù)量及攪拌站出料口個(gè)數(shù),使在此機(jī)械組合下,既滿(mǎn)足工期要求,同時(shí)使施工費(fèi)最低。
2 混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)模擬
為了求得最優(yōu)的機(jī)械組合配套方案,建立了混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)模型,并用VB語(yǔ)言編制了模擬程序。 通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬,求得不同機(jī)械配套組合下的泵機(jī)生產(chǎn)率、泵機(jī)數(shù)量及攪拌運(yùn)輸車(chē)的數(shù)量、利用率及攪拌站出料口個(gè)數(shù)、攪拌站的利用率等指標(biāo),以便通過(guò)前述施工機(jī)械組合方案的優(yōu)化模型求得實(shí)際系統(tǒng)機(jī)械組合的最優(yōu)解。
2. 1 混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)模型
此模型為四級(jí)有限源服務(wù)系統(tǒng)。 在系統(tǒng)中,假定:
(1)服務(wù)規(guī)則為等待制,先到先服務(wù)。
(2)系統(tǒng)中所有車(chē)輛依次接受各級(jí)服務(wù),接受服務(wù)后,馬上進(jìn)入下一級(jí)服務(wù)系統(tǒng),一直持續(xù)下去,構(gòu)成一個(gè)閉合循環(huán)回路,直到規(guī)定時(shí)間為止。 其中,對(duì)于重車(chē)運(yùn)行系統(tǒng),需根據(jù)具體施工溫度等確定其上限。 一旦時(shí)間超過(guò)此上限,則此車(chē)輛不得進(jìn)入泵送系統(tǒng),而是立即倒掉,然后進(jìn)入空車(chē)返回系統(tǒng)。
(3)如果將前述倒掉混凝土視為泵送系統(tǒng)的特例,則系統(tǒng)中的車(chē)輛在每一循環(huán)中所經(jīng)過(guò)的服務(wù)機(jī)構(gòu)的次序及數(shù)量一定。
(4)裝車(chē)系統(tǒng)和泵送系統(tǒng)為單隊(duì)多服務(wù)臺(tái),其中顧客為攪拌運(yùn)輸車(chē),服務(wù)臺(tái)為攪拌站出料口和混凝土泵;重車(chē)運(yùn)行和空車(chē)返回可視為有無(wú)窮多個(gè)服務(wù)臺(tái),但需考慮交通阻塞等的影響。 根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)資料,用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法求得運(yùn)行時(shí)間的分布,對(duì)于裝車(chē)和壓送系統(tǒng)的服務(wù)時(shí)間也同樣求得其分布。
2. 2 運(yùn)輸系統(tǒng)模擬方法
上述混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)屬于離散系統(tǒng),因此采用“最小時(shí)鐘值”的時(shí)間步長(zhǎng)法進(jìn)行模擬。 其基本思想是:在系統(tǒng)中若存在一系列性質(zhì)不同的事件,其中發(fā)生的時(shí)刻距模擬鐘初始點(diǎn)最近的事件即為“最小時(shí)鐘值”事件。 以最小時(shí)鐘值事件的時(shí)間為補(bǔ)償,按時(shí)間的進(jìn)展,一步步地對(duì)系統(tǒng)行為進(jìn)行模擬。 因?yàn)槭请S機(jī)模擬,應(yīng)著重解決隨機(jī)變量的生成和模擬精度的控制問(wèn)題。
2. 2. 1 模擬精度的控制
有了正確的模擬模型和程序,并不一定能保證模擬結(jié)果可信。 在本系統(tǒng)中,因許多輸入變量為隨機(jī)變量,而輸出結(jié)果也屬于隨機(jī)變量。 每次模擬運(yùn)行得到的結(jié)果,就是抽樣所得的樣本值及抽樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,它與總體統(tǒng)計(jì)特性間會(huì)存在誤差。 為保證模擬輸出結(jié)果的可靠性,需對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)分析與估計(jì)。 設(shè)N 為運(yùn)行次數(shù), X為輸出變量,可求得N次運(yùn)行的樣本均值、方差、區(qū)間估計(jì),以此作為模擬結(jié)果[ 1 ]。
2. 2. 2 隨機(jī)變量的生成
利用計(jì)算機(jī)提供的偽隨機(jī)數(shù)R, 根據(jù)隨機(jī)變量X 的分布,確定相應(yīng)的隨機(jī)變量的產(chǎn)生辦法。 本系統(tǒng)涉及的主要為正態(tài)分布和負(fù)指數(shù)分布,具體生成方法如下:
(1)負(fù)指數(shù)分布的隨機(jī)變量
利用逆變換法[ 2 ] : X = 1 /λ ×log R
(2)正態(tài)分布的隨機(jī)變量
利用直接變換法[ 3 ] : X = (一2 log R ) 1 /2 ×cos ( 2πR )×σ +V
3 工程實(shí)例
某工程的混凝土施工采用泵送混凝土。 可供選擇的泵機(jī)有以下兩種: ①HBTl00,理論排量為100 m3 /h,數(shù)量為1臺(tái);②SHC57型,理論排量為57 m3 /h,數(shù)量為3臺(tái)。 根據(jù)總工期的安排,本工程各施工段混凝土用量小于600 m3 ,澆筑時(shí)間控制在10 h～12 h之間,也就是要求澆筑速度為( 50～60)m3 /h。 選擇1個(gè)攪拌站距現(xiàn)場(chǎng)20 km,供應(yīng)能力180 m3 /h,運(yùn)輸車(chē)容量為6 m3 ,車(chē)的可用數(shù)量在18臺(tái)以?xún)?nèi)。 經(jīng)統(tǒng)計(jì)資料分析,攪拌站的裝車(chē)時(shí)間服從均值為6。 5 min的負(fù)指數(shù)分布;從攪拌站到現(xiàn)場(chǎng)的重車(chē)運(yùn)行時(shí)間服從均值為32 min的正態(tài)分布;現(xiàn)場(chǎng)混凝土壓送時(shí)間服從均值為8 min和12 min的負(fù)指數(shù)分布;空車(chē)返回時(shí)間服從均值為28 min的正態(tài)分布。 對(duì)此工程進(jìn)行了運(yùn)輸系統(tǒng)的模擬試驗(yàn),采用終點(diǎn)模似。 模擬開(kāi)始時(shí),所有攪拌運(yùn)輸車(chē)均在攪拌站排隊(duì)待裝,模擬運(yùn)行100次,各機(jī)械利用率方差在0. 01,泵生產(chǎn)率方差在0. 5以?xún)?nèi). 如果限定運(yùn)輸車(chē)數(shù)量為16臺(tái), SHC57、HBT100泵機(jī)的施工單價(jià)分別為35元/h、50元/h,那么最優(yōu)方案為:兩種型號(hào)泵機(jī)各1臺(tái). 其費(fèi)用經(jīng)過(guò)計(jì)算為最小。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)建立混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)的模型,用系統(tǒng)模擬的方法求解泵送混凝土施工機(jī)械的優(yōu)化組合方案是切實(shí)可行的。
參考文獻(xiàn)
[ 1 ]方再根。 計(jì)算機(jī)模擬和蒙特卡羅方法[M ]。 北京:北京工業(yè)出版社, 1988.
[ 2 ]齊東海. 港口工程系統(tǒng)分析方法[M ]. 北京: 人民交通出版社, 1990.
[ 3 ]牟宏遠(yuǎn). 商品混凝土生產(chǎn)與泵送混凝土施工[M ]. 北京:中國(guó)鐵道出版社, 1987.
Research on Optimum Reorgan ization in Pumped Concrete ConstructionMachinery
MA Shuyin, GUO Bing
(Supervisal S tation of B uild Engineering Quality of X inx iang City in Henan Province, X inx iang 453003,China)
Abstract: The essay app raises and analyzes the reorganization scheme of construction machinery for pumped com2 crete and sets up the aim of op timum scheme. It is also advanced that the op timum reorganization scheme of con2 struction machinery for pumped concrete can be determined by using the system simulation method and establishing the model of concrete transporting system. Key words: system simulation; pumped concrete; construction machinery; concrete transporting system;op timum reorganization
