摘要:對泵送混凝土施工機械的組合方案進行了評價分析,給出了其優(yōu)化方案的目標,提出用系統(tǒng)模擬方法,建立混凝土運輸系統(tǒng)模型并求解確定泵送混凝土施工機械的優(yōu)化組合方案。
關鍵詞:系統(tǒng)模擬;泵送混凝土;施工機械;混凝土運輸系統(tǒng);優(yōu)化組合
中圖分類號: TU602 文獻標識碼: B 文章編號: 1007 - 0834 (2007) 04 - 0045 - 02
混凝土施工方法是混凝土泵、攪拌運輸車、攪拌機、振搗機械的綜合作業(yè),其技術性強,機械化程度高。 對于這種綜合機械化的作業(yè)方式,如何合理的配套組合各施工機械,以提高泵送混凝土的生產率及各機械的作業(yè)效率,降低混凝土施工成本就成為泵送混凝土所要重點解決的問題。 施工機械合理組合的原則是:以主作業(yè)機械為基準,其他從屬機械都應以確保主作業(yè)機械充分發(fā)揮效率為選配標準。 對于泵送混凝土施工,其主作業(yè)機械為混凝土泵,其他為從屬作業(yè)機械。 因此,在混凝土施工方案中首要確定的就是泵機類型及數(shù)量。本文嘗試通過建立混凝土運輸系統(tǒng)的模型,用系統(tǒng)模擬的方法求解不同機械組合下的混凝土生產率及各機械的利用率指標,在此基礎上選擇出最優(yōu)方案。
1 泵送混凝土施工機械配套方案的評價及影響因素
泵送混凝土施工機械方案的評價主要包括技術性評價和經濟性評價。 在此,提出以下兩項評價指標———工期和費用,同時,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為泵機數(shù)量(臺) ;戶為泵機生產率(ma /h·臺)?？梢?對于特定工程,其混凝土施工工期主要取決于所用泵機的數(shù)量及生產率。 生產率又取決于泵機的型號。 同時,混凝土的供應情況也直接影響施工工期,混凝土的供應情況主要取決于運輸車的容量、數(shù)量、運輸時間,攪拌站的供應能力及出料口個數(shù)。 在此需要說明,因為考慮到施工實際情況,振搗、養(yǎng)護對工期的影響在此不做考慮。
1. 2 費用及影響因素
施工費用包括直接費和間接費。 直接費由人工、材料和機械費組成。 對于泵送混凝土施工,根據實際情況,人工費,材料費僅與混凝土量有關。 一般情況下,混凝土攪拌運輸車由商品混凝土攪拌站提供,所以,對于特定工程,混凝土施工費主要受泵機費用、布料機等輔助機械費用和間接費的影響。
1. 3 泵送混凝土施工機械配套選擇的最優(yōu)化數(shù)學模型
泵送混凝土施工機械配套組合的目標是:在滿足工期要求條件下,使施工費用最小。 其數(shù)學模型如下:
目標函數(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類型泵機的施工單價(元/h) ; Sj為方案j的泵機數(shù)量(臺) ; k0 為間接費單價(元/h) ; Pj 為方案j的泵機生產率(m3 /h·臺) ;M j為方案j的攪拌運輸車數(shù)量(臺) ;M 為攪拌站可提供的攪拌運輸車數(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)的機械組合方案,就是要確定泵機型號、數(shù)量,運輸車容量、數(shù)量及攪拌站出料口個數(shù),使在此機械組合下,既滿足工期要求,同時使施工費最低。
2 混凝土運輸系統(tǒng)模擬
為了求得最優(yōu)的機械組合配套方案,建立了混凝土運輸系統(tǒng)模型,并用VB語言編制了模擬程序。 通過計算機模擬,求得不同機械配套組合下的泵機生產率、泵機數(shù)量及攪拌運輸車的數(shù)量、利用率及攪拌站出料口個數(shù)、攪拌站的利用率等指標,以便通過前述施工機械組合方案的優(yōu)化模型求得實際系統(tǒng)機械組合的最優(yōu)解。
2. 1 混凝土運輸系統(tǒng)模型
此模型為四級有限源服務系統(tǒng)。 在系統(tǒng)中,假定:
(1)服務規(guī)則為等待制,先到先服務。
(2)系統(tǒng)中所有車輛依次接受各級服務,接受服務后,馬上進入下一級服務系統(tǒng),一直持續(xù)下去,構成一個閉合循環(huán)回路,直到規(guī)定時間為止。 其中,對于重車運行系統(tǒng),需根據具體施工溫度等確定其上限。 一旦時間超過此上限,則此車輛不得進入泵送系統(tǒng),而是立即倒掉,然后進入空車返回系統(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)中的車輛在每一循環(huán)中所經過的服務機構的次序及數(shù)量一定。
(4)裝車系統(tǒng)和泵送系統(tǒng)為單隊多服務臺,其中顧客為攪拌運輸車,服務臺為攪拌站出料口和混凝土泵;重車運行和空車返回可視為有無窮多個服務臺,但需考慮交通阻塞等的影響。 根據歷史統(tǒng)計資料,用數(shù)理統(tǒng)計方法求得運行時間的分布,對于裝車和壓送系統(tǒng)的服務時間也同樣求得其分布。
2. 2 運輸系統(tǒng)模擬方法
上述混凝土運輸系統(tǒng)屬于離散系統(tǒng),因此采用“最小時鐘值”的時間步長法進行模擬。 其基本思想是:在系統(tǒng)中若存在一系列性質不同的事件,其中發(fā)生的時刻距模擬鐘初始點最近的事件即為“最小時鐘值”事件。 以最小時鐘值事件的時間為補償,按時間的進展,一步步地對系統(tǒng)行為進行模擬。 因為是隨機模擬,應著重解決隨機變量的生成和模擬精度的控制問題。
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果可信。 在本系統(tǒng)中,因許多輸入變量為隨機變量,而輸出結果也屬于隨機變量。 每次模擬運行得到的結果,就是抽樣所得的樣本值及抽樣數(shù)據的統(tǒng)計結果,它與總體統(tǒng)計特性間會存在誤差。 為保證模擬輸出結果的可靠性,需對其進行適當?shù)慕y(tǒng)計分析與估計。 設N 為運行次數(shù), X為輸出變量,可求得N次運行的樣本均值、方差、區(qū)間估計,以此作為模擬結果[ 1 ]。
2. 2. 2 隨機變量的生成
利用計算機提供的偽隨機數(shù)R, 根據隨機變量X 的分布,確定相應的隨機變量的產生辦法。 本系統(tǒng)涉及的主要為正態(tài)分布和負指數(shù)分布,具體生成方法如下:
(1)負指數(shù)分布的隨機變量
利用逆變換法[ 2 ] : X = 1 /λ ×log R
(2)正態(tài)分布的隨機變量
利用直接變換法[ 3 ] : X = (一2 log R ) 1 /2 ×cos ( 2πR )×σ +V
3 工程實例
某工程的混凝土施工采用泵送混凝土。 可供選擇的泵機有以下兩種: ①HBTl00,理論排量為100 m3 /h,數(shù)量為1臺;②SHC57型,理論排量為57 m3 /h,數(shù)量為3臺。 根據總工期的安排,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個攪拌站距現(xiàn)場20 km,供應能力180 m3 /h,運輸車容量為6 m3 ,車的可用數(shù)量在18臺以內。 經統(tǒng)計資料分析,攪拌站的裝車時間服從均值為6。 5 min的負指數(shù)分布;從攪拌站到現(xiàn)場的重車運行時間服從均值為32 min的正態(tài)分布;現(xiàn)場混凝土壓送時間服從均值為8 min和12 min的負指數(shù)分布;空車返回時間服從均值為28 min的正態(tài)分布。 對此工程進行了運輸系統(tǒng)的模擬試驗,采用終點模似。 模擬開始時,所有攪拌運輸車均在攪拌站排隊待裝,模擬運行100次,各機械利用率方差在0. 01,泵生產率方差在0. 5以內. 如果限定運輸車數(shù)量為16臺, SHC57、HBT100泵機的施工單價分別為35元/h、50元/h,那么最優(yōu)方案為:兩種型號泵機各1臺. 其費用經過計算為最小。
4 結語
通過建立混凝土運輸系統(tǒng)的模型,用系統(tǒng)模擬的方法求解泵送混凝土施工機械的優(yōu)化組合方案是切實可行的。
參考文獻
[ 1 ]方再根。 計算機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. 商品混凝土生產與泵送混凝土施工[M ]. 北京:中國鐵道出版社, 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
