基于Arena仿真的高拱壩混凝土施工系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行效率

1、基于Arena仿真的高拱壩混凝土施工系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行效率拱壩作為一種具有良好經(jīng)濟(jì)性和安全性的壩型在水電工程建設(shè)中占有重要地位（我國(guó)拱壩建設(shè)規(guī)模占全世界的40%1），特別是高拱壩，在我國(guó)西南地區(qū)具有良好的適應(yīng)性。自20世紀(jì)中葉以來，我國(guó)拱壩建設(shè)發(fā)展迅速。隨著白山、東江、龍羊峽、隔河巖等一批100200 m高拱壩的建設(shè)，我國(guó)拱壩的設(shè)計(jì)和施工水平得到了較快發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著我國(guó)西部大開發(fā)戰(zhàn)略和西電東送戰(zhàn)略的實(shí)施，大崗山、構(gòu)皮灘、拉西瓦、溪洛渡、小灣、錦屏一級(jí)等一批超過200 m、甚至達(dá)到300 m的特高拱壩成功建成；目前在建或擬建的還有葉巴灘（217 m）、烏東德（265 m）、龍盤（277 m）

2、、白鶴灘（289 m）、怒江橋（291 m）、馬吉（300 m）、松塔（313 m）等一大批高拱壩2，3。高拱壩大多集中在高山峽谷地區(qū)，施工環(huán)境惡劣、倉面狹窄、壩體體形單薄、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械設(shè)備布置困難、施工干擾大4，這些因素嚴(yán)重影響了施工設(shè)備運(yùn)行效率，制約了高拱壩的快速高效施工，導(dǎo)致施工進(jìn)度控制困難。因此，開展高拱壩混凝土施工系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行效率研究，對(duì)優(yōu)化施工系統(tǒng)設(shè)備配置、降低混凝土施工成本、加快高拱壩施工進(jìn)度具有重要的意義。近年來，一批國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)施工設(shè)備配套及設(shè)備運(yùn)行效率相關(guān)問題進(jìn)行了廣泛研究，并在各個(gè)領(lǐng)域取得了較大發(fā)展。20世紀(jì)6070年代日本學(xué)者佐用泰司在施工設(shè)備的經(jīng)濟(jì)選型及合理組合、施

3、工效益等方面開展了研究，并提出了相關(guān)結(jié)論性意見，為后面的學(xué)者開展機(jī)械化施工研究提供了基礎(chǔ)5。Halpin6根據(jù)施工活動(dòng)中存在的非連續(xù)性循環(huán)特點(diǎn)，提出了施工作業(yè)仿真循環(huán)作業(yè)網(wǎng)絡(luò)模型（cyclic operations network，CYCLONE），解決了對(duì)施工機(jī)械的數(shù)量、類型及作業(yè)參數(shù)優(yōu)選的問題。Ease7以機(jī)械配置對(duì)成本的影響程度為視角，建立了以單位土方量成本最低為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，并成功應(yīng)用到土方調(diào)配問題中。孫錫衡等8通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)了土石壩施工過程仿真，在假定土石料供應(yīng)滿足任意運(yùn)輸子系統(tǒng)及填筑子系統(tǒng)效率的前提下，確定了合理的施工設(shè)備配置方案，并反饋調(diào)節(jié)土石料生產(chǎn)與上壩效率。Skib

4、niewski等9利用線性規(guī)劃法（linear programming method， LP）對(duì)機(jī)械設(shè)備配置與勞動(dòng)力資源分配問題進(jìn)行了研究。鐘登華、任炳昱等10-12建立了混凝土壩施工交通運(yùn)輸系統(tǒng)，提出了基于動(dòng)態(tài)仿真的高拱壩施工進(jìn)度實(shí)時(shí)控制方法；Bozena等13利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了土方作業(yè)中設(shè)備使用率的預(yù)測(cè)，并確定時(shí)間及成本選擇下的最優(yōu)設(shè)備組合。劉全等14采用基于熵權(quán)的多目標(biāo)決策理論，解決了最優(yōu)施工方案問題；羅偉等15、王軍周等16運(yùn)用Petri網(wǎng)對(duì)混凝土壩施工系統(tǒng)耦合及施工機(jī)械配套優(yōu)化仿真問題進(jìn)行了研究，構(gòu)建了混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉面作業(yè)系統(tǒng)耦合動(dòng)態(tài)仿真模型，優(yōu)化了施工機(jī)械配套方案，能真實(shí)

5、反映施工機(jī)械狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化。宋鳳蓮等17針對(duì)錦屏一級(jí)高拱壩建立了混凝土施工機(jī)械配置優(yōu)化模型，解決了機(jī)械配置方案的優(yōu)選問題；黃建文等18根據(jù)高拱壩混凝土施工工藝流程等特性，建立了單隊(duì)、并列的多服務(wù)臺(tái)排隊(duì)模型M/M/C（第1個(gè)M表示到達(dá)時(shí)間服從負(fù)指數(shù)分布，第2個(gè)M表示服務(wù)時(shí)間服從負(fù)指數(shù)分布，C表示服務(wù)臺(tái)的數(shù)量），解決了高拱壩混凝土施工纜機(jī)組優(yōu)化配置問題。以上學(xué)者在機(jī)械化施工、施工設(shè)備配置優(yōu)化及仿真方面取得了豐碩的成果，并成功應(yīng)用于各類工程領(lǐng)域。然而，高拱壩施工是一個(gè)極其重要而又復(fù)雜的過程，其施工工期長(zhǎng)、混凝土澆筑量大、高峰期澆筑強(qiáng)度高、施工干擾大、機(jī)械設(shè)備布置困難，而且施工機(jī)械復(fù)雜多樣，貫穿于大壩

6、施工全過程（混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸、入倉、下料、平倉、振搗、養(yǎng)護(hù)等過程），因此，有必要針對(duì)高拱壩混凝土施工系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)其施工設(shè)備運(yùn)行效率開展研究，充分挖掘混凝土施工設(shè)備的協(xié)同作業(yè)能力，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，提高設(shè)備運(yùn)行效率，加快工程施工進(jìn)度17-19。高拱壩混凝土施工系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的離散系統(tǒng)17，其混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸及澆筑各子系統(tǒng)之間存在著彼此銜接和制約的關(guān)系，排隊(duì)論是解決這類問題的主要方法之一，Arena軟件在模擬仿真方面也具有較強(qiáng)的適應(yīng)性20-23。本文擬通過系統(tǒng)分析高拱壩混凝土施工系統(tǒng)構(gòu)成，考慮混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸和澆筑各子系統(tǒng)之間的前后銜接和邏輯制約關(guān)系，構(gòu)建多服務(wù)臺(tái)施工設(shè)備排隊(duì)模型，結(jié)合大壩施

7、工參數(shù)，利用Arena軟件模擬不同設(shè)備配置方案下的設(shè)備運(yùn)行效率，為現(xiàn)場(chǎng)施工管理提供決策支持。1 混凝土施工設(shè)備系統(tǒng)模型建立1.1系統(tǒng)分析高拱壩混凝土施工工藝流程較為復(fù)雜，通常將高拱壩混凝土施工系統(tǒng)分為混凝土生產(chǎn)子系統(tǒng)、運(yùn)輸子系統(tǒng)和澆筑子系統(tǒng)15，16。生產(chǎn)子系統(tǒng)中，如果拌合樓的生產(chǎn)能力大于運(yùn)輸子系統(tǒng)的運(yùn)輸能力，混凝土就會(huì)出現(xiàn)滯留現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土溫度回升，施工質(zhì)量受到影響；同理，如果拌合樓的生產(chǎn)能力小于運(yùn)輸子系統(tǒng)的運(yùn)輸能力，就會(huì)造成運(yùn)輸和澆筑設(shè)備閑置，影響大壩施工進(jìn)度。運(yùn)輸子系統(tǒng)中，按照運(yùn)輸設(shè)備的作業(yè)方式不同，可分為水平運(yùn)輸方式和垂直運(yùn)輸方式，自卸汽車擔(dān)任從拌合樓到供料平臺(tái)的水平運(yùn)輸，纜機(jī)承擔(dān)從

8、供料平臺(tái)到澆筑倉的垂直運(yùn)輸，纜機(jī)在運(yùn)輸子系統(tǒng)中起關(guān)鍵性作用，也是整個(gè)混凝土施工中的瓶頸段所在。澆筑子系統(tǒng)中，通常需要根據(jù)纜機(jī)的澆筑強(qiáng)度，匹配平倉機(jī)、振搗機(jī)等施工設(shè)備的數(shù)量，充分利用各設(shè)備的利用效率24。高拱壩混凝土施工各子系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系如圖1所示。圖1高拱壩混凝土施工系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行流程圖Fig.1Equipment operation flowchart of high arch dam concrete construction system由圖1可知，高拱壩混凝土施工各子系統(tǒng)之間相互影響，自卸汽車在拌合樓處的服務(wù)具有一定的隨機(jī)性，纜機(jī)在供料平臺(tái)處的服務(wù)受多種因素影響也具有不確定性。因此，

9、在構(gòu)建多服務(wù)臺(tái)施工設(shè)備排隊(duì)模型時(shí)，可以把拌合樓定義為1級(jí)服務(wù)臺(tái)，纜機(jī)組定義為2級(jí)服務(wù)臺(tái)，自卸汽車定義為系統(tǒng)中流動(dòng)的實(shí)體，服務(wù)于兩級(jí)服務(wù)臺(tái)之間，實(shí)體在服務(wù)臺(tái)之間遵循先到先服務(wù)（first come first service，F(xiàn)CFS）規(guī)則，服務(wù)模型如圖2所示。圖2X/Y/Z/A/B/C多服務(wù)臺(tái)排隊(duì)模型Fig.2X/Y/Z/A/B/C multi-server queuing modelX/Y/Z/A/B/C多服務(wù)臺(tái)排隊(duì)模型中：X表示系統(tǒng)中顧客到達(dá)時(shí)間間隔的分布；Y表示服務(wù)臺(tái)服務(wù)時(shí)間的分布；Z表示系統(tǒng)中并列服務(wù)臺(tái)的個(gè)數(shù)；A表示系統(tǒng)容量上限；B表示顧客源的個(gè)數(shù)；C表示系統(tǒng)的服務(wù)規(guī)則。當(dāng)系統(tǒng)中服務(wù)臺(tái)

10、個(gè)數(shù)Z=1時(shí)，即表示此時(shí)只能1次為1個(gè)顧客提供服務(wù)；當(dāng)Z1（取整數(shù)）時(shí)，即表示系統(tǒng)能為多個(gè)顧客同時(shí)提供服務(wù)。由于混凝土水平運(yùn)輸?shù)墓ぷ髁枯^大，并且自卸汽車到達(dá)拌合樓的時(shí)間以及其裝料時(shí)間具有一定的隨機(jī)性，參考類似工程的設(shè)備運(yùn)行規(guī)律和數(shù)值模擬分析后認(rèn)為，單位時(shí)間內(nèi)自卸汽車到達(dá)數(shù)量服從泊松分布，裝料時(shí)間服從三角分布，自卸汽車和纜機(jī)的運(yùn)行時(shí)間服從正態(tài)分布。1.2邊界條件為得到可靠的模型計(jì)算結(jié)果，選取經(jīng)典澆筑壩塊，其邊界條件有纜機(jī)數(shù)量、拌合樓個(gè)數(shù)、自卸汽車數(shù)量以及各種配置設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。1)纜機(jī)數(shù)量限制根據(jù)高拱壩混凝土實(shí)際澆筑情況，設(shè)單倉配備纜機(jī)數(shù)量為Ni臺(tái)，每臺(tái)纜機(jī)都有一定的輻射區(qū)域，且工作時(shí)應(yīng)保證留有

11、足夠的安全距離，單臺(tái)纜機(jī)的工作范圍以它的移動(dòng)上限Lmax（i）及下限Lmin（i）（x=1，2，N）來限定，那么纜機(jī)澆筑范圍應(yīng)滿足如下要求18：s.t.|y(ni)L(ni)/2|Lmax(i)y(ni)+L(ni)/2Lmin(i)|y(ni)L(ni)/2y(nj)L(nj)/2|SL|y(ni)+L(ni)/2y(nj)+L(nj)/2|SL（1）若纜機(jī)總數(shù)量為NX臺(tái)，則2臺(tái)相鄰纜機(jī)同時(shí)移動(dòng)時(shí)需要滿足最小安全距離為L(zhǎng)(ni)/NXSLL(ni)/NXSL（2）式中：y（ni）、y（nj）分別為澆筑塊ni、nj中心點(diǎn)y坐標(biāo)；Lmax（i）、Lmin（i）分別為纜機(jī)輻射區(qū)域的上限和下限；L（

12、ni）、L（nj）為第I號(hào)纜機(jī)在澆筑塊ni、nj中順?biāo)鞣较蛏系挠行谐涕L(zhǎng)度；SL為相鄰纜機(jī)間最小安全距離，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)一般取SL=12 m。2)拌合樓和自卸汽車數(shù)量限制設(shè)拌合樓數(shù)量為Ci座，單臺(tái)纜機(jī)配備的自卸汽車為Ri輛，則應(yīng)滿足：RiNi(i1且為正整數(shù))RiRX(i1且為正整數(shù))CiNX(i1且為正整數(shù))（3）式中：Ni為單倉配備的纜機(jī)數(shù)量；Ci為拌合樓數(shù)量；RX為自卸汽車總數(shù)；NX為纜機(jī)總臺(tái)數(shù)。3)平倉機(jī)和振搗機(jī)數(shù)量限制1臺(tái)纜機(jī)應(yīng)保證最少配備1臺(tái)平倉機(jī)和1臺(tái)振搗機(jī)，故平倉機(jī)和振搗機(jī)的數(shù)量應(yīng)根據(jù)每倉配備的纜機(jī)數(shù)來定，設(shè)平倉機(jī)的數(shù)量為Ai臺(tái)和振搗機(jī)數(shù)量為Aj臺(tái)，即AiNi(i1且為正整數(shù))

13、AjNi(j1且為正整數(shù))（4）式中：Ai、Aj為平倉機(jī)和振搗機(jī)的數(shù)量。1.3模型建立在高拱壩混凝土水平運(yùn)輸系統(tǒng)中，假設(shè)正在啟用的拌合樓數(shù)量為c，自卸汽車的總數(shù)量為n，可投入的纜機(jī)臺(tái)數(shù)為m，并且在施工現(xiàn)場(chǎng)，1座拌合樓只有1個(gè)自卸汽車入口和1個(gè)自卸汽車出口，拌合樓和供料平臺(tái)之間的距離為S，自卸汽車的速度為V。一方面，將拌合樓看作是服務(wù)臺(tái)，設(shè)單位時(shí)間自卸汽車到達(dá)拌合樓的數(shù)量為a輛（根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，一般可采用泊松分布進(jìn)行模擬），單輛自卸汽車裝料時(shí)間為a（即拌合樓被占用時(shí)間，通常服從三角分布），則拌合樓的服務(wù)強(qiáng)度可以表示為=aca（5）則該系統(tǒng)的狀態(tài)概率P0為P0=k=0c11k!(aa)k+1c!

14、(1)(aa)c1（6）系統(tǒng)中正在進(jìn)行排隊(duì)的自卸汽車數(shù)量Lq1為L(zhǎng)q1=(c)cc!(1)2P0（7）系統(tǒng)中的自卸汽車總數(shù)量Ls1為L(zhǎng)s1=Lq1+aa（8）自卸汽車平均排隊(duì)時(shí)間Wq1為Wq1=Lq1a（9）自卸汽車在系統(tǒng)內(nèi)的平均逗留時(shí)間Ws1為Ws1=Ls1a（10）故拌合樓的運(yùn)行效率P1為P1=1P0（11）另一方面，將纜機(jī)組看作是服務(wù)臺(tái)，設(shè)單位時(shí)間自卸汽車到達(dá)纜機(jī)供料平臺(tái)的數(shù)量為b輛，單臺(tái)纜機(jī)服務(wù)時(shí)間為b（通常需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析），纜機(jī)的服務(wù)強(qiáng)度可以表示為=bmb（12）則該系統(tǒng)的狀態(tài)概率P0為P0=k=0m11k!(bb)k+1m!(1)(bb)m1（13）系統(tǒng)中正在進(jìn)行

15、排隊(duì)的自卸汽車數(shù)量Lq2為L(zhǎng)q2=(m)mm!(1)2P0（14）系統(tǒng)中的自卸汽車數(shù)量Ls2為L(zhǎng)s2=Lq2+bb（15）自卸汽車平均排隊(duì)時(shí)間Wq2為Wq2=Lq2b（16）自卸汽車在該系統(tǒng)內(nèi)的平均逗留時(shí)間Ws2為Ws2=Ls2b（17）故纜機(jī)的運(yùn)行效率P2為P2=1P0（18）設(shè)拌合樓和供料平臺(tái)之間的自卸汽車的平均耗時(shí)為Ws3（自卸汽車的運(yùn)行狀態(tài)一般有加速、勻速和減速3種，參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，通?？刹捎谜龖B(tài)分布進(jìn)行模擬）：Ws3=SV（19）則自卸汽車的運(yùn)行效率為P3=1Wq1+Wq2Ws1+Ws2+Ws3（20）考慮到系統(tǒng)中設(shè)備種類較多，這里可以采用設(shè)備綜合運(yùn)行效率來衡量整個(gè)混凝土施工系統(tǒng)中

16、的設(shè)備運(yùn)行效率，根據(jù)設(shè)備在系統(tǒng)中的重要性，可以采用下式計(jì)算施工設(shè)備綜合運(yùn)行效率：=1P1+2P2+3P3（21）式中：為混凝土施工系統(tǒng)設(shè)備綜合運(yùn)行效率；1、2、3分別為拌合樓、纜機(jī)和自卸汽車的效率權(quán)數(shù)。2 基于Arena的系統(tǒng)仿真2.1仿真系統(tǒng)分析在高拱壩混凝土施工過程中，混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)和澆筑系統(tǒng)按照一定的邏輯關(guān)系緊密相連，同時(shí)各個(gè)施工活動(dòng)的狀態(tài)也具有一定的隨機(jī)性。將施工過程中的拌合樓和纜機(jī)看作“服務(wù)臺(tái)”，其中承擔(dān)水平運(yùn)輸作用的自卸汽車既要接受拌合樓的排隊(duì)等待供料服務(wù)，又要接受供料平臺(tái)處纜機(jī)的受料服務(wù)。自卸汽車到達(dá)拌合樓前，首先判斷是否有拌合樓處于空閑狀態(tài)，若有空閑，則直接進(jìn)入裝載混

17、凝土通道，準(zhǔn)備裝載。若沒有空閑拌合設(shè)備，則進(jìn)入停泊區(qū)排隊(duì)等待，直到拌合樓釋放可以進(jìn)入裝載的信號(hào)。裝載混凝土后，自卸汽車通過公路運(yùn)往供料平臺(tái)，在大壩供料平臺(tái)處重復(fù)判斷等待過程。此后，自卸汽車卸料返回，由纜機(jī)承擔(dān)水平及垂直運(yùn)輸功能，混凝土生產(chǎn)運(yùn)輸具體流程見圖3。圖3混凝土生產(chǎn)運(yùn)輸仿真模型流程圖Fig.3Flowchart of concrete production and transportation simulation model2.2仿真模型構(gòu)建在Arena軟件中，空載自卸汽車通過Create模塊被定義為“實(shí)體”進(jìn)入系統(tǒng)，經(jīng)Assign模塊賦值，仿真時(shí)鐘記錄當(dāng)前時(shí)間，再由Decide模塊來

18、判斷其能否立刻進(jìn)入拌合站接受裝載混凝土服務(wù)，若不能立刻接受服務(wù)，則進(jìn)入Hold模塊等待環(huán)節(jié)，接受服務(wù)后改變發(fā)出信號(hào)值。此后經(jīng)由一系列的Progress模塊將時(shí)間、道路等資源分配給自卸汽車，自卸汽車上壩后進(jìn)入纜機(jī)運(yùn)輸?shù)呐抨?duì)系統(tǒng)。此過程類似拌合樓處的判斷等待過程，之后通過Separate模塊自卸汽車與混凝土分離，自卸汽車返回，混凝土由纜機(jī)運(yùn)輸。最后，Record模塊記錄仿真數(shù)據(jù)，在Dispose模塊中離開系統(tǒng)。具體仿真過程如圖4所示。圖4Arena仿真模型Fig.4Arena simulation model3 工程實(shí)例分析某大壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程1 885 m，建基面設(shè)計(jì)高程1 580

19、m，最大設(shè)計(jì)壩高305 m。大壩混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)布置在右岸壩肩1 885 m高程附近，該混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)每座拌合樓配備2臺(tái)BHS公司生產(chǎn)的DKX 7.0強(qiáng)制式攪拌主機(jī)，其生產(chǎn)總量約為600萬m，混凝土月澆筑高峰強(qiáng)度為20萬m。設(shè)計(jì)安裝有6臺(tái)30 t平移式纜機(jī)，單臺(tái)纜機(jī)每次可吊運(yùn)約9.6 m3混凝土方量。纜機(jī)的覆蓋范圍如圖5所示。圖5纜機(jī)覆蓋范圍平面示意圖（單位：m)Fig.5Plane diagram of cable-crane cover range(unit: m)在7號(hào)壩段高程1 700 m、水平運(yùn)輸距離447.5 m的大壩混凝土施工中（具體施工參數(shù)見表1），初步選擇3臺(tái)纜機(jī)進(jìn)行施工，分別

20、為13號(hào)纜機(jī)。表1施工工況參數(shù)Table 1Construction condition parameters工程名稱壩段起止高程/m倉容/m運(yùn)輸距離/m澆筑量/m調(diào)用纜機(jī)上限/臺(tái)高長(zhǎng)垂直水平混凝土工程71 7001 7033.052.2200.0447.55 10753.1仿真參數(shù)本次仿真計(jì)算中，擬定啟用出機(jī)口數(shù)量為14，可調(diào)用纜機(jī)數(shù)量NA=3，自卸汽車數(shù)量為210。拌合樓占用時(shí)間根據(jù)DKX 7.0攪拌設(shè)備單次拌合周期認(rèn)為拌合樓單次出料時(shí)間服從三角分布，拌合樓拌合能力如表2所示，計(jì)算得出拌合樓出料時(shí)間分布為（1.4，1.8，2.2）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得出自卸車從供料平臺(tái)返回拌合樓前的時(shí)間服從

21、均值為2.3、標(biāo)準(zhǔn)差為0.9的正態(tài)分布，自卸汽車工作參數(shù)見表3。表2DKX 7.0拌合樓拌合能力Table 2Mixing capacity (time required, in second) of mixing plant DKX 7.0(s)進(jìn)料時(shí)間攪拌時(shí)間出料時(shí)間攪拌周期223050 (常規(guī)混凝土)4580 (預(yù)冷混凝土)2880100 (常規(guī)混凝土)95130 (預(yù)冷混凝土)表3自卸汽車工作參數(shù)Table 3Operation parameters (time required, in se-cond) of the dump truck自卸汽車類型/ m裝料時(shí)間/s卸料時(shí)間/s分布

22、類型服務(wù)時(shí)間/s均值標(biāo)準(zhǔn)差9.61218正態(tài)分布2.30.9根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，選取部分施工時(shí)段纜機(jī)組施工數(shù)據(jù)（具體見表4），分析纜機(jī)組單次從“受料運(yùn)料卸料返回”的過程，計(jì)算得出纜機(jī)組服務(wù)率服從=7次/（0.5 h）的負(fù)指數(shù)分布。表4每0.5 h纜機(jī)到達(dá)數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 4Statistics of arrival number per 0.5 h of the cable-crane歷時(shí)/h纜機(jī)到達(dá)數(shù)/臺(tái)054568987750510347689854210153565910676215202281098757720254599101287612530368101414787430353651

23、1597664354046891210667340457788131087444545.6623.2仿真結(jié)果仿真主要考慮了不同工況下的高拱壩混凝土施工設(shè)備運(yùn)行效率，并進(jìn)一步驗(yàn)證施工設(shè)備綜合運(yùn)行效率是否是決定施工設(shè)備配置方案的可信度。本次仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)置為48 h，通過控制變量法，對(duì)多種施工設(shè)備配置方案進(jìn)行模擬，施工設(shè)備配置方案如表5所示。按照實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于平倉而言，為了保證大壩在施工過程中的混凝土澆筑強(qiáng)度要求，往往1臺(tái)纜機(jī)至少要保證對(duì)應(yīng)有1臺(tái)平倉機(jī)和1臺(tái)振搗機(jī)配套施工，各方案計(jì)算結(jié)果如表6所示，同時(shí)運(yùn)用Matlab編程可以繪制設(shè)備綜合運(yùn)行效率云圖，如圖6所示，繪制不同方案下各種不同設(shè)備的運(yùn)行效

24、率變化曲線，如圖7所示。表5施工設(shè)備配置方案Table 5Construction equipment allocation schemes配置組合最大調(diào)用自卸汽車/輛出機(jī)口/個(gè)纜機(jī)/臺(tái)平倉機(jī)/臺(tái)振搗機(jī)/臺(tái)方案1101333方案2102333方案3103333方案4104333表6各方案設(shè)備運(yùn)行效率計(jì)算結(jié)果Table 6Calculation results of equipment operation efficiency of each scheme汽車數(shù)量/輛設(shè)備運(yùn)行效率/%方案1方案2方案3方案4汽車拌合樓纜機(jī)綜合汽車拌合樓纜機(jī)綜合汽車拌合樓纜機(jī)綜合汽車拌合樓纜機(jī)綜合282.068.1

25、65.867.495.061.873.371.4100.052.978.772.7100.040.985.473.8367.076.980.878.968.078.688.584.585.062.892.283.6100.046.795.582.1444.084.287.984.350.084.595.689.772.067.097.387.395.048.498.984.5537.089.090.386.738.086.598.591.557.067.799.287.980.048.399.684.0632.090.293.989.133.087.699.392.050.068.199.58

26、7.772.048.599.683.6728.091.395.390.129.087.899.592.045.068.299.687.567.048.799.683.4825.091.795.490.126.087.999.591.841.068.699.687.443.048.699.681.9922.091.695.489.923.088.799.591.933.068.899.687.035.049.199.681.61020.091.995.489.921.089.199.591.930.068.999.686.831.049.399.681.4圖6施工設(shè)備綜合運(yùn)行效率云圖Fig.6C

27、loud image of comprehensive operation efficiency for construction equipment圖7不同方案下的施工設(shè)備運(yùn)行效率變化曲線Fig.7Operation efficiency curve of construction equipment under different schemes分析以上圖表可知：1）隨著自卸汽車數(shù)量的增加，除自卸汽車自身的運(yùn)行效率呈下降趨勢(shì)之外，其他設(shè)備的運(yùn)行效率（拌合樓運(yùn)行效率、纜機(jī)運(yùn)行效率）均呈上升趨勢(shì)，因此，在實(shí)際施工過程中，在自卸汽車數(shù)量充足的條件下，可以通過適當(dāng)增加自卸汽車數(shù)量的方式來提高拌合樓

28、和纜機(jī)的運(yùn)行效率。2）隨著出機(jī)口數(shù)量的增加，自卸汽車和拌合樓的運(yùn)行效率呈下降趨勢(shì)，而纜機(jī)的運(yùn)行效率呈上升趨勢(shì)；纜機(jī)運(yùn)行效率曲線（圖7（c）顯示，自卸汽車超過5輛之后，除1個(gè)出機(jī)口方案之外，其他方案的纜機(jī)運(yùn)行效率均達(dá)到95%以上，各方案之間的差異并不顯著；而設(shè)備綜合運(yùn)行效率曲線（圖7（d）顯示，自卸汽車超過2輛之后，2個(gè)出機(jī)口方案下的設(shè)備綜合運(yùn)行效率一直優(yōu)于其他方案。3）對(duì)照表6、圖6、圖7（d）可知，本工程混凝土施工系統(tǒng)設(shè)備配置的最優(yōu)方案為方案2，即開啟2個(gè)出機(jī)口（1座拌合樓），啟用3臺(tái)纜機(jī)，投入6臺(tái)自卸汽車，該方案的施工系統(tǒng)設(shè)備綜合運(yùn)行效率達(dá)92%。3.3敏感性分析在實(shí)際工程施工中，纜機(jī)不僅

29、要負(fù)責(zé)吊運(yùn)混凝土，同時(shí)還要參與其他的吊裝運(yùn)輸作業(yè)（如吊運(yùn)壩上設(shè)備、材料、構(gòu)件等），這些吊裝運(yùn)輸作業(yè)可能會(huì)與混凝土運(yùn)輸作業(yè)產(chǎn)生沖突，從而對(duì)混凝土拌和系統(tǒng)和運(yùn)輸系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而影響到混凝土施工系統(tǒng)設(shè)備的綜合運(yùn)行效率。為了探索纜機(jī)參與其他吊裝運(yùn)輸作業(yè)對(duì)混凝土施工系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行效率的影響，本文考慮纜機(jī)在一個(gè)循環(huán)（時(shí)長(zhǎng)48 h）中分別有2 h和4 h參與其他吊運(yùn)作業(yè)，對(duì)各方案（方案14）混凝土施工系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行效率進(jìn)行仿真模擬，模擬結(jié)果如表7、8所示。表7各方案設(shè)備運(yùn)行效率計(jì)算結(jié)果(纜機(jī)參與其他吊運(yùn)作業(yè)2 h)Table 7Calculation results of equipment operat

30、ion efficiency of each scheme (the cable-crane participates in other lifting operations for 2 hours)汽車數(shù)量/輛設(shè)備運(yùn)行效率/%方案1方案2方案3方案4汽車拌合樓纜機(jī)綜合汽車拌合樓纜機(jī)綜合汽車拌合樓纜機(jī)綜合汽車拌合樓纜機(jī)綜合278.958.668.966.693.757.274.770.9100.050.778.972.3100.040.885.473.8366.674.784.080.367.073.589.083.380.060.992.783.0100.045.995.681.9440.7

31、82.192.986.848.380.195.688.465.066.797.687.089.046.299.283.8536.182.896.188.837.581.398.990.254.066.999.387.574.047.199.683.3631.486.796.489.832.183.499.390.845.067.199.687.268.047.399.883.2726.586.796.889.727.683.699.690.841.367.299.787.154.047.699.882.4824.186.796.889.624.783.999.690.739.767.499.7

32、87.140.147.299.881.5920.186.896.889.422.083.999.690.632.267.699.786.733.447.699.881.21019.086.896.889.319.184.599.690.529.667.899.786.630.648.099.881.1表8各方案設(shè)備運(yùn)行效率計(jì)算結(jié)果(纜機(jī)參與其他吊運(yùn)作業(yè)4h)Table 8Calculation results of equipment operation efficiency of each scheme (the cable-crane participates in other lifting operations for 4 hours)汽車數(shù)量/輛設(shè)備運(yùn)行效率/%方案1方案2方案3方案4汽車拌合樓纜機(jī)綜合汽車拌合樓纜機(jī)綜合汽車拌合樓纜機(jī)綜合汽車拌合樓纜機(jī)綜合276.257.669.166.390.154.775.670.699.550.279.072.210038.886.173.7362.571.6