CN102677635A - 高拱坝砼施工中缆机吊装钢衬与浇筑砼之间干扰仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利工程计算机仿真技术，其公开了一种高拱坝砼施工中缆机吊装钢衬与浇筑砼之间干扰仿真方法。该方法将钢衬抬吊与混凝土浇筑之间的干扰抽象为数字化参数，包括吊装占用缆机机时、吊装间隔、缆机机位干扰因子、钢衬安装仓面间歇期等，并通过这些数字化参数建立钢衬安装与混凝土浇筑之间干扰的数字化模型，从而可以通过变换参数取值、进行多方案仿真和敏感性分析，以反映真实施工系统中钢衬抬吊与混凝土浇筑之间的干扰现象，从而更准确的对钢衬施工过程进行分析与预测。本发明适用于高拱坝建设施工。

Description

高拱坝砼施工中缆机吊装钢衬与浇筑砼之间干扰仿真方法

技术领域

本发明涉及水利工程计算机仿真技术，特别涉及一种高拱坝砼施工中缆机吊装钢衬与浇筑砼之间干扰仿真方法。

背景技术

高拱坝均具有施工期长、泄洪功率大等特点；坝体布置有导流孔、泄洪深孔、泄洪表孔、坝内廊道等复杂孔洞结构，孔洞的钢衬、闸门、启闭设备等的安装施工与坝体混凝土浇筑同步施工，存在共用起重设备、空间位置冲突、工作面占用等施工干扰，因此，如何分析钢衬安装等金属结构施工对混凝土浇筑施工进度的影响，关系到坝体施工进度目标的制定与相关决策。

现有分析方法包括凭经验判断和采用仓面间歇期反映干扰的计算机仿真方法。

凭经验判断方法是根据进度计划制定人员在类似工程中的经验，估计钢衬安装对混凝土浇筑进度的影响。该方法往往受技术人员的自身经验影响，没有定量的分析数据作为决策依据；对钢衬安装与混凝土浇筑施工在相邻仓面干扰、缆机使用冲突、空间限制等复杂的干扰作用难以准确判断，影响进度计划的科学性，不利于发挥进度计划对施工的指导作用。

采用计算机仿真进行高拱坝施工进度分析是近年来逐渐推广使用的先进方法。其主要原理是通过对高拱坝施工过程进行概化和抽象，建立与现实施工过程相对应的计算机模拟模型，模仿实际系统的运行过程，分析系统状态随时间的动态变化规律。对于采用缆机为主要垂直运输设备的高拱坝，仿真系统通常以缆机为服务台、浇筑仓面为服务对象，根据排队论进行浇筑服务。当坝体仓面满足仓面间歇期、高差限制、基础处理、气候条件等要求、具备开浇条件，且空闲缆机满足待浇仓面浇筑强度要求时，即可开始仓面浇筑；对所有仓面逐一模拟浇筑过程，直到所有仓面浇筑完成，结束仿真过程，并统计浇筑过程的进度数据和主要指标。

现有计算机仿真算法仅用钢衬安装仓面间歇期反映钢衬安装对混凝土浇筑的影响，具有以下缺陷：1、未考虑钢衬安装对缆机的占用台数、时间因素；钢衬吊装占用缆机，其他仓面可能因没有空闲缆机或空闲缆机不能满足浇筑要求而不能开仓，从而影响浇筑进度；2、缆机工作时相邻缆机之间应满足足够的安全距离要求，钢衬的吊装可能对相邻仓面的浇筑造成空间限制，影响相邻仓面的开仓。现有算法未考虑钢衬吊装时使用缆机在空间上对相邻仓面混凝土浇筑的限制。3、吊装钢衬占用的缆机机时、台数与相应施工单位的组织能力、协调水平、施工技术及外部环境相关，现有算法难以模拟不同施工参数下的钢衬吊装与混凝土浇筑的施工干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种高拱坝砼施工中缆机吊装钢衬与浇筑砼之间干扰仿真方法，可在以缆机作为混凝土浇筑主要设备的高拱坝工程中，分析在不同钢衬安装施工方案下，钢衬施工与混凝土浇筑之间的干扰状况，为准确分析钢衬安装及混凝土浇筑施工进度提供理论和技术支持，从而为科学制定大坝进度目标和施工计划提供辅助决策手段。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：高拱坝砼施工中缆机吊装钢衬与浇筑砼之间干扰仿真方法，包括以下步骤：

a.扫描工程中所有缆机的空闲状态，记录空闲缆机数量与编号；

b.扫描所有仓面状态，记录满足混凝土龄期及备仓时间要求的待浇仓面序列，并按照仓面部位、高差限制进行优先级排序，选择最高优先级的仓面作为当前模拟仓面，若该仓面为钢衬安装仓面，则进入步骤c，若该仓面为非钢衬安装仓面，则进入步骤d；

c.若该仓面已处于“钢衬安装”状态，则进入步骤f；否则，判断该仓面是否满足步骤c1-c4中的条件，如果均满足，则开始钢衬安装仓面的钢衬抬吊施工，将缆机工作状态标记为“工作”，仓面状态标记为“钢衬安装”，进入步骤e；若不满足步骤c1-c4中的任意一个条件，则将该仓面从待浇仓面序列中移除，返回步骤b；

c1.空闲缆机数量大于两台且在空间上可以联合作业；

c2.钢衬安装仓面优先级最高；

c3.该仓面处于缆机覆盖范围内；

c4.正在施工的缆机运行范围与该仓面范围满足安全距离要求；

d.判断选择的非钢衬安装仓面，是否满足步骤d1-d4中的条件，如果均满足，则模拟仓面的拆模、立模、混凝土浇筑等主要工序，计算浇筑时间和机械，模拟完成后，返回步骤a：如果不满足步骤d1-d4中的任意一个条件，则将该仓面从待浇仓面序列中移除，返回步骤b；

d1.空闲缆机数量及其生产率满足混凝土初凝时间要求；

d2.仓面间歇期满足拆模、立模、埋件安装、冷却水管铺设、基础处理等备仓工作时间的要求；

d3.满足高差限制约束；

d4.与正在工作的缆机之间满足安全距离要求；

e.根据仓面拆模、立模、预埋件安装等钢衬安装前准备工作的工作量，计算准备工作历时，准备工作完毕即开始钢衬抬吊，记录准备工作时长和抬吊施工起始时间，进入步骤f；

f.模拟缆机吊装钢衬的单个施工循环，并记录吊装历时，仓面待安装钢衬数量减1，若当前仓面待安装钢衬数量为0，则将当前仓面标记为“当前层钢衬安装完成”，进入步骤g；否则进入步骤h；

g.若当前钢衬安装仓面龄期大于钢衬安装仓面的控制间歇期，且仓面状态为“当前层钢衬安装完成”，返回步骤a；否则进入步骤h；

h.判断缆机机时和吊装间隔参数是否相同，若是，则返回步骤f，否则返回步骤a。

进一步，步骤b中，按照仓面部位、高差限制进行优先级排序的具体方法是：将已经处于“钢衬安装”状态的仓面设置为最高优先级，将钢衬待安装施工的仓面设置为较高优先级，将位于大坝施工关键路线的孔洞坝段为第三优先级，将其它部位仓面优先级最低，同一优先级的各仓面中，龄期越长，排序越靠前，且与相邻坝段高差越大的仓面，排序越靠前。

进一步，步骤d4中，若该仓面与正在进行钢衬安装施工的缆机不满足安全距离要求则形成缆机机位干扰，记录干扰时间。

进一步，步骤f中，所述缆机吊装钢衬的单个施工循环为：挂钩-起吊-运输-就位-调整-定位-摘钩。

本发明的有益效果是：将钢衬抬吊与混凝土浇筑之间的干扰，抽象为数字化参数，并通过这些数字化参数建立钢衬安装与混凝土浇筑之间干扰的数字化模型，从而可以通过变换参数取值、进行多方案仿真和敏感性分析，以反映真实施工系统中钢衬抬吊与混凝土浇筑之间的干扰现象，从而更准确的对钢衬施工过程进行分析与预测。

具体实施方式

本发明将钢衬抬吊与混凝土浇筑之间的干扰抽象为数字化参数，包括吊装占用缆机机时、吊装间隔、缆机机位干扰因子、钢衬安装仓面间歇期等。其中：

吊装占用缆机机时是指单节钢衬由供料平台起吊至钢衬安装仓面并利用缆机定位所占用的缆机时间；

吊装间隔是指连续两节钢衬吊装的时间间隔；

缆机机位干扰因子指由于缆机吊装钢衬、工作缆机工作区域一定范围内的仓面因空间冲突或紧邻，造成其他缆机无法进入浇筑而形成的干扰程度；

钢衬安装仓面间歇期是指钢衬底部仓面因拆模、备仓、钢衬吊装和焊接等工作占用的时间。

本发明中的干扰仿真方法，具体包括如下步骤：

1、扫描工程中所有缆机的空闲状态，记录空闲缆机数量与编号；

2、扫描所有仓面状态，记录满足混凝土龄期及备仓时间要求的待浇仓面序列，并按照仓面部位（已经处于“钢衬安装”状态的仓面设置为最高优先级，钢衬安装施工一般为较高优先级，位于大坝施工关键路线的孔洞坝段为第三优先级，其他部位仓面优先级最低。同一优先级的各仓面中，龄期越长，排序越靠前）、高差限制（通过上述优先级排序后，部分仓面可能仍处于相同优先级。其中，与相邻坝段高差越大的仓面，优先级越高）等进行优先级排序。选中最高优先级的仓面，作为当前模拟仓面。若选中的仓面为钢衬安装仓面，进入步骤3；否则进入步骤4。

3、若选中仓面为已处于“钢衬安装”状态，则直接进入步骤6。否则，判断当前仓面是否满足以下条件：a.空闲缆机数量大于两台且在空间上可以联合作业；b.钢衬安装仓面优先级最高；c.该仓面处于缆机覆盖范围内；d.正在施工（浇筑、吊物、备仓等）的缆机运行范围与该仓面范围满足安全距离要求。判断结果为“是”，则开始钢衬安装仓面的钢衬抬吊施工，将缆机工作状态标记为“工作”，仓面状态标记为“钢衬安装”，转入步骤5）；若不满足上述条件，则将当前仓面从待浇仓面序列中移除，进入步骤2重新选择当前模拟仓面。

4、对选中的非钢衬安装仓面，判断是否满足下列条件：a.空闲缆机数量及其生产率满足混凝土初凝时间要求；b.仓面间歇期满足拆立模、埋件安装、冷却水管铺设、基础处理等备仓工作时间的要求；c.满足高差限制约束；d.与正在工作的缆机之间满足安全距离要求，若与正在进行钢衬安装施工的缆机不满足安全距离要求则形成缆机机位干扰，记录干扰时间。若满足以上条件，则模拟仓面的拆立模、混凝土浇筑等主要工序，计算浇筑时间和机械，模拟完成后，进入步骤1，继续下一循环；若不满足以上条件，将当前选中仓面从待浇序列中移除，进入步骤2，重新选择待浇仓面。

5、根据仓面拆模、立模、预埋件安装等钢衬安装前准备工作的工作量，计算准备工作历时，准备工作完毕即开始钢衬抬吊，记录准备工作时长和抬吊施工起始时间，进入步骤6。

6、以单次抬吊缆机机时为时间步长，推进缆机工作子时钟，仓面待安装钢衬数量减1。若当前仓面待安装钢衬数量为0，将当前仓面标记为“当前层钢衬安装完成”，进入步骤7；否则进入步骤8。

7、若当前钢衬安装仓面间歇期大于钢衬安装仓面间歇期，且仓面状态为“当前层钢衬安装完成”，则转入第1步；否则进行步骤8。

8、判断缆机机时和吊装间隔参数是否相同，是则直接转入步骤6（即钢衬吊装连续施工）。否则转入第1步，继续下一次循环。

通过上述各数字化参数，建立钢衬安装与混凝土浇筑之间干扰的数字化模型，从而可以通过变换参数取值、进行多方案仿真和敏感性分析，以反映真实施工系统中钢衬抬吊与混凝土浇筑之间的干扰现象，从而更准确的对钢衬等金结施工过程进行分析与预测。

Claims (4)

1.高拱坝砼施工中缆机吊装钢衬与浇筑砼之间干扰仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.扫描工程中所有缆机的空闲状态，记录空闲缆机数量与编号；

b.扫描所有仓面状态，记录满足混凝土龄期及备仓时间要求的待浇仓面序列，并按照仓面部位、高差限制进行优先级排序，选择最高优先级的仓面作为当前模拟仓面，若该仓面为钢衬安装仓面，则进入步骤c，若该仓面为非钢衬安装仓面，则进入步骤d；

c.若该仓面已处于“钢衬安装”状态，则进入步骤f；否则，判断该仓面是否满足步骤c1-c4中的条件，如果均满足，则开始钢衬安装仓面的钢衬抬吊施工，将缆机工作状态标记为“工作”，仓面状态标记为“钢衬安装”，进入步骤e；若不满足步骤c1-c4中的任意一个条件，则将该仓面从待浇仓面序列中移除，返回步骤b；

c1.空闲缆机数量大于两台且在空间上可以联合作业；

c2.钢衬安装仓面优先级最高；

c3.该仓面处于缆机覆盖范围内；

c4.正在施工的缆机运行范围与该仓面范围满足安全距离要求；

d.判断选择的非钢衬安装仓面，是否满足步骤d1-d4中的条件，如果均满足，则模拟仓面的拆模、立模、混凝土浇筑等主要工序，计算浇筑时间和机械，模拟完成后，返回步骤a：如果不满足步骤d1-d4中的任意一个条件，则将该仓面从待浇仓面序列中移除，返回步骤b；

d1.空闲缆机数量及其生产率满足混凝土初凝时间要求；

d2.仓面间歇期满足拆模、立模、埋件安装、冷却水管铺设、基础处理等备仓工作时间的要求；

d3.满足高差限制约束；

d4.与正在工作的缆机之间满足安全距离要求；

e.根据仓面拆模、立模、预埋件安装等钢衬安装前准备工作的工作量，计算准备工作历时，准备工作完毕即开始钢衬抬吊，记录准备工作时长和抬吊施工起始时间，进入步骤f；

f.模拟缆机吊装钢衬的单个施工循环，并记录吊装历时，仓面待安装钢衬数量减1，若当前仓面待安装钢衬数量为0，则将当前仓面标记为“当前层钢衬安装完成”，进入步骤g；否则进入步骤h；

g.若当前钢衬安装仓面龄期大于钢衬安装仓面的控制间歇期，且仓面状态为“当前层钢衬安装完成”，返回步骤a；否则进入步骤h；

h.判断缆机机时和吊装间隔参数是否相同，若是，则返回步骤f，否则返回步骤a。

2.如权利要求1中所述高拱坝砼施工中缆机吊装钢衬与浇筑砼之间干扰仿真方法，其特征在于，步骤b中，按照仓面部位、高差限制进行优先级排序的具体方法是：将已经处于“钢衬安装”状态的仓面设置为最高优先级，将钢衬待安装施工的仓面设置为较高优先级，将位于大坝施工关键路线的孔洞坝段为第三优先级，将其它部位仓面优先级最低，同一优先级的各仓面中，龄期越长，排序越靠前，且与相邻坝段高差越大的仓面，排序越靠前。

3.如权利要求1或2中所述高拱坝砼施工中缆机吊装钢衬与浇筑砼之间干扰仿真方法，其特征在于，步骤d4中，若该仓面与正在进行钢衬安装施工的缆机不满足安全距离要求则形成缆机机位干扰，记录干扰时间。

4.如权利要求1或2中所述高拱坝砼施工中缆机吊装钢衬与浇筑砼之间干扰仿真方法，其特征在于，步骤f中，所述缆机吊装钢衬的单个施工循环为：挂钩-起吊-运输-就位-调整-定位-摘钩。