試論泵送混凝土施工機械的優(yōu)化組合

1、試論泵送混凝土施工機械的優(yōu)化組合 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(biāo),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。 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(shù)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(chǎn)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(zhǔn)，其他從屬機械都應(yīng)以確保主作業(yè)機械充分發(fā)揮效率為選配標(biāo) 準(zhǔn)。對于泵送混凝土施工，其主作業(yè)機械為混凝土泵

2、，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(chǎn)率及 各機械的利用率指標(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(shù)性評價和經(jīng)濟性評價。在此, 提出以下兩項評價指標(biāo)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 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 X P (2) 式中,S為泵機數(shù)量(臺);戶為泵機生產(chǎn)率(ma

3、 /h 臺。可見，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(chǎn)率。生產(chǎn)率又取決于泵機的型號 同時，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)情況主要取決于運輸 車的容量、數(shù)量、運輸時間，攪拌站的供應(yīng)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(jù)實際情況，人工費,材料費僅與混凝土量有關(guān)。 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

4、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(xué)模型 泵送混凝土施工機械配套組合的目標(biāo)是：在滿足工期要求條件下，使施工費用 最小。其數(shù)學(xué)模型如下： 目標(biāo)函數(shù) Z = min C = min （2ki / Tj x Sj + k0 x Tj ） 約束條件 Tj = （Sj, Pj ,M j , N j ） T0 M j MO N j NO 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）;kO為 間接費單價（元/h） ; Pj為方案j的泵機生產(chǎn)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

5、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(chǎn)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(biāo),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

6、 此模型為四級有限源服務(wù)系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，假定： 服務(wù)規(guī)則為等待制，先到先服務(wù)。 (2) 系統(tǒng)中所有車輛依次接受各級服務(wù)，接受服務(wù)后，馬上進入下一級服務(wù)系統(tǒng)，一 直持續(xù)下去，構(gòu)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(jù)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(jīng)過的服務(wù)機構(gòu)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(wù)臺，其中顧客為攪拌運輸車，服務(wù)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

7、服務(wù)臺，但需考慮交 通阻塞等的影響。根據(jù)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(wù)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(zhì)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(yīng) 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(jié)果可信。在本系統(tǒng)中, 因許

8、多輸入變量為隨機變量，而輸出結(jié)果也屬于隨機變量。每次模擬運行得到的 結(jié)果，就是抽樣所得的樣本值及抽樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果，它與總體統(tǒng)計特性間會存在 誤差。為保證模擬輸出結(jié)果的可靠性，需對其進行適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計分析與估計。設(shè) 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(jié)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(jù)隨機變量X的分布，確定相應(yīng)的隨機變 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)分布的隨機變量 利用逆變換法2 : X = 1 /入xiog R (2) 正態(tài)分布的隨機變量 利用直接

9、變換法3 : X = ( 一 2 log R ) 1 /2 xcos ( 2 冗 R ) +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： HBTIOO,理論排量為100 m3 /h,數(shù)量為1臺;SHC57型，理論排量為57 m3 /h. 數(shù)量為3臺。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 筑時間控制在10 h12 h之間，也就是要求澆筑速度為（5060）m3 /h 。選擇 1個攪拌站距現(xiàn)場20 km,供應(yīng)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(nèi)。經(jīng)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(fù)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(fù)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.