CN108932371B - 拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真计算方法 - Google Patents

拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真计算方法，考虑了多种环境影响条件的综合影响，能够更好的反映施工活动受复杂环境因素影响的情况。该仿真计算方法的特征在于包括：步骤1.系统运行环境初始化；步骤2.停工影响标志设定；步骤3.根据停工影响标志，筛选可备仓仓位；步骤4.根据停工影响标志，筛选可浇筑仓位；步骤5.根据停工影响标志，筛选可用的机械设备；步骤6.根据停工影响标志，处理当前正在执行的备仓任务；步骤7.根据停工影响标志，处理当前正在执行的浇筑任务；步骤8.更新停工影响标志。通过不断推进时间进展并更新停工影响标志，反映动态变化的停工影响对于施工仓位和浇筑机械的影响。

Description

拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真计算方法
技术领域
本发明属于水工建筑物计算方法领域，具体涉及一种拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真算法。
技术背景
计算机的出现使虚拟模型得以实现，计算机仿真技术作为虚拟模型主要实现手段，具有经济、安全、灵活、可重复等优点，已成为许多复杂系统分析、设计、试验、评估等不可缺少的预测手段。
一般高拱坝浇筑仿真需要建立浇筑系统的对象包括：浇筑机械和浇筑仓两大类。混凝土浇筑活动可以看作是浇筑机械资源和浇筑仓资源匹配的结果。但是这种匹配受到环境条件影响明显。例如：大风影响缆机的运行安全，因此在大风时段，缆机需要停运；大雨会影响浇筑仓面活动，因此大雨时段施工需要暂停。一般混凝土浇筑施工较为关注的环境条件包括：大风、大雨、高温等，其他施工组织方面的影响，在本申请书中称为施工综合影响。
上述条件直接影响混凝土浇筑活动，该方面的研究可以分为择仓优化和施工过程约束两个层次。择仓是浇筑过程的控制性因素，目前的主要方法包括基于粗集的多层次递阶结构择仓模型和基于Markov随机过程理论的择仓模型等，同时高拱坝浇筑还受温度应力、自重应力、导流度汛等条件约束。目前研究对于施工环境的混凝土浇筑影响考虑较为简单，一般是在影响时段就不能施工，不在影响时段就不可以施工，但是实际情况并没有那么简单。
首先，上述环境影响因素，可能相互复合叠加，如高温季节还可能出现大风。
其次，混凝土浇筑资源对于环境影响因素的响应存在较大差异。如，高温对于缆机本身影响不大，而对于混凝土浇筑活动影响明显，对于备仓活动影响不显著，显然浇筑资源对于环境影响因素的响应差异是很大的。
再次，对于正在执行的浇筑活动和准备开始的浇筑活动，对于不利的施工条件的响应也是不一样的。如，已经开仓的混凝土浇筑仓即使遇到高温时段，往往也只有等到浇筑完成后才收仓；但是在高温时段内，一般不开启新的浇筑仓。
为此，需要针对影响因素建立影响模型分别考虑拱坝浇筑施工资源对于环境影响的响应。本发明引入影响标志，记录环境的多重影响状态，根据标记状态判断缆机浇筑系统对于环境影响的响应，反映多因素综合影响条件下的施工系统特征。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真算法，考虑了多种环境影响条件的综合影响，能够更好的反映施工活动受复杂环境因素影响的情况。
本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
首先介绍一下本发明涉及的概念和定义。使用缆机浇筑的混凝土拱坝，缆机对于混凝土浇筑仓的服务活动包括：浇筑和备仓两类。它们受到大风、高温、大雨、综合(反映施工组织等因素)等多种环境因素的影响，并且这些影响因素的效应不尽相同。其中浇筑活动为缆机从岸边的混凝土供料点取料，将其转运到混凝土浇筑仓，卸入混凝土浇筑仓中。显然浇筑活动受到高温、降水等因素影响较大，如遇大雨，必须停工。而备仓活动为缆机协助浇筑仓在混凝土的待凝间隙，绑扎钢筋、架设模板等活动。备仓活动相对浇筑活动而言，对环境的敏感性较低。主要环境条件对工程活动影响的因素分析见下表1；工程活动对影响大坝施工的环境条件响应分类情况见下表2。
表1主要环境条件对工程活动影响的因素分析
Figure GDA0002371061050000021
Figure GDA0002371061050000031
表2工程活动对影响大坝施工的环境条件响应分类
Figure GDA0002371061050000032
本发明旨在将上述活动和影响因素分类，并建立它们之间的影响关系，进而使用仿真算法表现，在拱坝浇筑进度仿真中反映施工进度特征。
本发明所提供的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真算法，包括以下步骤：
步骤1.系统运行环境初始化。系统仿真运行涉及众多信息和对象，需要将这些对象从数据库中加载到内存中，建立系统运行环境。
步骤2.停工影响标志设定。采用分位标志法来记录各影响因素的叠加情况，如式(1)，具体标志数值如下
表3所示。
Figure GDA0002371061050000042
式中，
Figure GDA0002371061050000043
为计入影响后的停工影响标志；
Figure GDA0002371061050000044
为计入影响前的停工影响标志，初始值为 0；Ii为计入影响因素的影响贡献值，针对大风、高温、大雨、综合等影响因素，包括了影响开始和影响结束两种情况类别，如下
表3。仿真系统任意时刻的
Figure GDA0002371061050000045
即表达了当前系统施工受到的环境影响条件组合。
表3影响大坝施工的环境条件影响贡献值
Figure GDA0002371061050000041
步骤3.根据停工影响标志，筛选可备仓仓位。在本步骤中，从资源的角度看待备仓仓位，认为满足自身备仓条件的浇筑仓位，称为备仓仓位资源{Po}。需要根据环境条件的影响进一步筛选。根据前述分析，处理流程可见图1。
进一步可以将其表达为环境条件影响备仓仓位筛选处理函数，如式(2)所示。
Figure GDA0002371061050000051
式中，{Ps}为筛选后的可备仓仓位集合；{Po}为备仓仓位资源；
Figure GDA0002371061050000053
为环境条件影响备仓筛选函数，返回1表示当前环境条件对于备仓无影响，返回0表示当前环境条件对于备仓有影响不能开仓施工。同时，如果存在多种影响因素，显然有影响的因素优先，即如果
Figure GDA0002371061050000054
的各分量返回值不一样，
Figure GDA0002371061050000055
优先返回0。
Figure GDA0002371061050000056
为取
Figure GDA0002371061050000057
第i位的函数，如某时刻
Figure GDA0002371061050000058
则
Figure GDA0002371061050000059
其含义为系统正在受第三位(大雨)因素影响。式(2)中1,
Figure GDA00023710610500000510
为缺省值项，即如果没有环境影响，那么返回1，表示可以备仓。
步骤4.根据停工影响标志，筛选可浇筑仓位。从资源的角度看待浇筑仓位，认为满足自身浇筑条件的浇筑仓位，称为浇筑仓位资源{Ro}。需要根据环境条件的影响进一步筛选。根据前述分析，处理流程可见图2。
进一步可将其表达为环境条件影响浇筑仓位筛选处理函数，如式(3)所示。
Figure GDA0002371061050000052
式中，{Rs}为筛选后的可浇筑仓位集合；{Ro}为浇筑仓位资源；
Figure GDA00023710610500000511
为环境条件影响浇筑筛选函数，返回1表示当前环境条件对于浇筑无影响，返回0表示当前环境条件对于浇筑有影响不能开仓浇筑。同时，如果存在多种影响因素，显然有影响的因素优先。
步骤5.根据停工影响标志，筛选可用的机械设备。从资源的角度看待浇筑缆机，认为满足自身空闲条件的缆机，称为缆机资源{Co}。需要根据环境条件的影响进一步筛选。根据前述分析，处理流程见图3。
进一步可以将其表达为环境条件影响可用缆机筛选处理函数，如式(4)所示。
Figure GDA0002371061050000061
式中，{Cs}为筛选后的可用缆机集合；{Co}为缆机资源；
Figure GDA0002371061050000063
为环境条件影响缆机筛选函数，返回1表示当前环境条件对于缆机运行无影响，返回0表示当前环境条件对于缆机运行有影响，不能使用。同时，如果存在多种影响因素，显然有影响的因素优先。
步骤6.根据停工影响标志，处理当前正在执行的备仓任务。对于当前正在执行的浇筑和备仓任务，停工影响标志的变化会带来两类情况：一类是由于不利的环境条件，正在执行的任务必须暂停；一类是由于环境条件已经改变，原暂停的服务已经满足复工条件了。由于备仓任务没有时效性，因此情况较为简单，停工复工条件较为简单。根据前述分析，处理流程见图4。
即当前备仓任务的影响是停工条件对参与施工的缆机和备仓仓位资源影响的综合，可表达为式(5)。
Figure GDA0002371061050000062
式中，
Figure GDA0002371061050000064
为当前备仓任务处理结果，0表示要暂停施工，1表示不受影响。
对于暂停的任务，如果停工影响已经过去，利用
Figure GDA0002371061050000065
判断条件后，随即可以恢复。
步骤7.根据停工影响标志，处理当前正在执行的浇筑任务。由于浇筑任务具有时效性，暂停时间过长，会导致混凝土初凝，任务无法继续。因此浇筑任务受影响情况较为复杂，暂停任务后需要考虑暂停的历时情况，判断复工的影响。根据前述分析，处理流程见图5。
即当前浇筑任务的影响是停工条件对参与施工的缆机和浇筑仓位资源影响的综合，可表达为式(6)。
Figure GDA0002371061050000071
式中，
Figure GDA0002371061050000073
为当前备仓任务处理结果，0表示要暂停施工，1表示不受影响。
对于暂停的任务，如果停工影响已经过去，利用
Figure GDA0002371061050000074
判断条件后，如果可以复工，此时需要判断影响中断的历时情况，如果停工超过2小时，那么收仓、等待下次浇筑；如果停工短于2小时，则对层面清理1小时后恢复浇筑。
步骤8.停工影响标志更新。
当系统时间从t推进到t+Δt时，系统环境影响条件发生变化，同样根据变化情况，利用上述
表3影响大坝施工的环境条件影响贡献值和式(1)，计算t+Δt时的停工影响标志
Figure GDA0002371061050000072
不断根据新的时间状态，重复上述步骤2至步骤7，反映系统的动态变化。
以此根据系统时间不断更新停工影响标志和停工影响，实现考虑多因素停工影响的仿真算法。
发明的作用与效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1、采用影响标志记录当前系统所处的受影响状态，可以应对多种影响条件复合影响的情况；
2、将笼统的受影响就停工的考虑方法，细化为多种影响因素对于多种施工资源的影响，通过影响效应的综合判断环境条件对于施工活动的影响结果。
附图说明
图1为本发明涉及的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真算法中步骤3的流程图；
图2为本发明涉及的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真算法中步骤4的流程图；
图3为本发明涉及的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真算法中步骤5的流程图；
图4为本发明涉及的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真算法中步骤6的流程图；
图5为本发明涉及的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真算法中步骤7的流程图；
图6为本发明实施例涉及的自然条件复合影响案例说明示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明涉及的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真算法的具体实施方案进行详细地说明。
<实施例>
下面以自然条件复合影响案例分步骤说明，复杂的施工影响因素叠加对于浇筑和备仓活动的暂停和恢复的影响仿真算法，其处理结果如图6所示。
步骤1.系统环境初始化，某仿真系统的某时刻中存在两种相互重叠的停工影响因素：高温影响，其时段区间为[t1,t4]；大风影响，其时段区间为[t2,t3]。系统任务包括：当前备仓任务PC1；当前浇筑RC1；新备仓PC2；新浇筑RC2。其中PC1和RC1持续时间较长将会跨越影响时段，而PC2和RC2则可能在影响时段内完成施工准备工作。涉及的浇筑设备包括C1～C7七台缆机。
步骤2.设停工影响标志。根据上述式(1)和
表3，可以计算各时间点的停工影响标志值。
Figure GDA0002371061050000091
步骤3.根据停工影响标志，筛选可备仓仓位。在t1时刻，当前无新的可备仓仓位；
步骤4.根据停工影响标志，筛选可浇筑仓位。在t1时刻，当前无新的可浇筑仓位；
步骤5.根据停工影响标志，筛选可用的机械设备。在t1时刻
Figure GDA0002371061050000092
由于缆机运行不受高温影响，根据上述式(4)影响的结果是
Figure GDA0002371061050000093
均为1。
步骤6.根据停工影响标志，处理当前正在执行的备仓任务。在t1时刻
Figure GDA0002371061050000094
由于当前的备仓任务不受高温影响，根据上述式(5)影响的结果是
Figure GDA0002371061050000095
均为1。
步骤7.根据停工影响标志，处理当前正在执行的浇筑任务。在t1时刻
Figure GDA0002371061050000096
由于当前的浇筑任务不受高温影响，根据上述式(6)影响的结果是
Figure GDA0002371061050000097
均为1。
t1时刻的影响处理已经全部完成，推进系统时间到t2重复上述过程。以下仅列出有变化的步骤：
步骤2.设停工影响标志。
Figure GDA0002371061050000098
大风影响开始。
步骤5.根据停工影响标志，筛选可用的机械设备。
Figure GDA0002371061050000099
由于缆机运行受大风影响，根据上述式(4)计算
Figure GDA00023710610500000914
为0，缆机停运。
步骤6.根据停工影响标志，处理当前正在执行的备仓任务。根据上述式(5)计算
Figure GDA00023710610500000910
备仓暂停。
步骤7.根据停工影响标志，处理当前正在执行的浇筑任务。根据上述式(6)计算
Figure GDA00023710610500000911
浇筑暂停。
推进系统时间到tr，新浇筑RC2的准备工作完成了。
步骤4.
Figure GDA00023710610500000912
根据上述式(3)，
Figure GDA00023710610500000913
返回0，禁止开始。
推进系统时间到tp，新备仓PC2的准备工作完成了。
步骤3.
Figure GDA0002371061050000101
根据上述式(2)，
Figure GDA0002371061050000102
返回0，禁止开始。
推进系统时间到t3，大风影响结束了。
步骤2.设停工影响标志。
Figure GDA0002371061050000103
大风影响结束，高温影响持续。
步骤3.
Figure GDA0002371061050000104
根据上述式(2)，
Figure GDA0002371061050000105
返回1，可以开始PC2备仓。
步骤6.根据停工影响标志，处理当前正在暂停的备仓任务。根据上述式(5)计算
Figure GDA0002371061050000106
为1，PC1备仓恢复。
步骤7.根据停工影响标志，处理当前正在执行的浇筑任务。根据上述式(6)计算
Figure GDA0002371061050000107
为1，RC1浇筑恢复。通过判断大风影响历时，本例假设为1.5小时，认为进行 1小时的混凝土层面处理后，才能开始浇筑。
推进系统时间到t4，高温影响结束了。
步骤2.设停工影响标志。
Figure GDA0002371061050000108
大风影响结束，高温影响结束。
步骤4.
Figure GDA0002371061050000109
根据上述式(3)，
Figure GDA00023710610500001010
返回1，新浇筑RC2的可以开始了。
以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真算法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (7)

1.一种拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.系统运行环境初始化；
步骤2.停工影响标志设定：
步骤2-1.判断当前停工影响因素；
步骤2-2.根据影响因素贡献值，判断停工影响贡献变化值；
步骤2-3.将影响因素贡献变化与原停工影响贡献值叠加；
步骤2-4.累计得到新的停工影响值作为停工影响标志；
步骤3.根据停工影响标志，筛选可备仓仓位，包括以下子步骤：
步骤3-1.判断具备备仓条件的仓位；
步骤3-2.根据当前的停工影响标志，过滤可备仓仓位；
步骤3-3.得到考虑影响筛选后的可备仓仓位；
采用如下公式筛选可备仓仓位：
Figure FDA0002371061040000011
式中，{Ps}为筛选后的可备仓仓位集合；{Po}为备仓仓位资源；
Figure FDA0002371061040000012
为取
Figure FDA0002371061040000013
第i位的函数；
Figure FDA0002371061040000014
为环境条件影响备仓筛选函数，返回1表示当前环境条件对于备仓无影响，返回0表示当前环境条件对于备仓有影响不能开仓施工；
步骤4.根据停工影响标志，筛选可浇筑仓位，包括以下子步骤：
步骤4-1.判断具备浇筑条件的仓位；
步骤4-2.根据当前的停工影响标志，过滤可浇筑仓位；
步骤4-3.得到考虑影响筛选后的可浇筑仓位；
步骤5.根据停工影响标志，筛选可用的机械设备，包括以下子步骤：
步骤5-1.判断具备施工活动条件的机械，施工活动主要指浇筑和备仓活动；
步骤5-2.根据当前的停工影响标志，过滤可活动机械；
步骤5-3.得到考虑影响筛选后的可活动机械；
步骤6.根据停工影响标志，处理当前正在执行的备仓任务；
步骤7.根据停工影响标志，处理当前正在执行的浇筑任务；
步骤8.更新停工影响标志。
2.根据权利要求1所述的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真计算方法，其特征在于：
其中，在步骤1中，将系统运行涉及的仿真对象从数据库中加载到内存中，建立系统运行环境，
仿真对象包含：混凝土拌和系统、缆机和浇筑仓位，
浇筑仓位为拱坝在施工过程中各个坝段的顶部位置。
3.根据权利要求1所述的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真计算方法，其特征在于：
其中，在步骤2中，采用分位标志法来记录各影响因素的叠加情况，如下式：
Figure FDA0002371061040000021
式中，
Figure FDA0002371061040000022
为计入影响后的停工影响标志；
Figure FDA0002371061040000023
为计入影响前的停工影响标志，初始值为0；Ii为计入影响因素的影响贡献值，针对大风、高温、大雨、综合影响因素，并且每个影响因素都包括影响开始和影响结束两种情况类别。
4.根据权利要求1所述的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真计算方法，其特征在于：
其中，步骤6包括以下子步骤：
步骤6-1.将当前施工活动分为当前备仓活动和当前浇筑活动；
步骤6-2.根据备仓活动的特点，判断当前备仓活动受到停工因素的影响情况；
步骤6-3.对于受影响的当前备仓活动，采取措施：暂停备仓或者恢复备仓。
5.根据权利要求1所述的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真计算方法，其特征在于：
其中，在步骤6中，采用如下公式获得当前正在执行的备仓任务的处理结果：
Figure FDA0002371061040000031
式中，
Figure FDA0002371061040000032
为当前备仓任务处理结果，0表示要暂停施工，1表示不受影响可以施工；
Figure FDA0002371061040000033
为环境条件影响备仓筛选函数，返回1表示当前环境条件对于备仓无影响，返回0表示当前环境条件对于备仓有影响不能开仓施工；
Figure FDA0002371061040000034
为环境条件影响缆机筛选函数，返回1表示当前环境条件对于缆机运行无影响，返回0表示当前环境条件对于缆机运行有影响，不能使用；
根据处理结果采取相应的措施：暂停备仓或者恢复备仓；
对于已暂停的任务，若当前的处理结果
Figure FDA0002371061040000035
表明停工影响已经过去，随即可以恢复备仓。
6.根据权利要求1所述的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真计算方法，其特征在于：
其中，在步骤7中，采用如下公式获得当前正在执行的浇筑任务的处理结果：
Figure FDA0002371061040000041
其中，
Figure FDA0002371061040000042
为当前备仓任务处理结果，0表示要暂停施工，1表示不受影响，
Figure FDA0002371061040000043
为环境条件影响浇筑筛选函数，返回1表示当前环境条件对于浇筑无影响，返回0表示当前环境条件对于浇筑有影响不能开仓浇筑；
Figure FDA0002371061040000044
为环境条件影响缆机筛选函数，返回1表示当前环境条件对于缆机运行无影响，返回0表示当前环境条件对于缆机运行有影响，不能使用；
对于已暂停的任务，若当前的处理结果
Figure FDA0002371061040000045
表明停工影响已经过去，此时需要进一步判断影响中断的历时情况：如果停工超过2小时，那么收仓、等待下次浇筑；如果停工短于2小时，则对层面清理1小时后恢复浇筑。
7.根据权利要求1所述的拱坝缆机浇筑的多因素停工影响的仿真计算方法，其特征在于：
其中，在步骤1中，更新指的是：当系统时间从t推进到t+Δt时，系统环境影响条件发生变化，不断根据新的时间状态，重复步骤2至步骤7，可反映系统环境条件的动态变化。
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