學(xué)士河口村面板堆石壩土石方調(diào)配系統(tǒng)仿真研究

目錄摘要 1前言 31 緒論 41.1 課題研究的目的和意義 41.2 研究現(xiàn)狀及存在的問題 61.2.1 研究現(xiàn)狀 61.2.2 存在的問題 71.3 研究內(nèi)容及手段 82 計算機仿真基本原理 92.1 概述 92.1.1 仿真基本要素及活動 92.1.2 仿真試驗的工作流程 92.2 離散事件仿真系統(tǒng) 102.2.1 仿真鐘推進方法 122.2.2 事件步長法流程圖 122.2.3 時間步長法流程圖 132.3 仿真建模 132.3.1 仿真建模的基本要求 132.3.2 建模方法 143 面板堆石壩土石方調(diào)配系統(tǒng)概述 143.1 土石方調(diào)配的前提 143.2 土石方調(diào)配的原則 153.3 土石方調(diào)配系統(tǒng)概述 163.3.1 系統(tǒng)組成要素及特性 173.3.2 系統(tǒng)組成要素的聯(lián)系 173.4 土石方調(diào)配數(shù)學(xué)優(yōu)化模型概述 183.4.1 目標(biāo)函數(shù) 183.4.2 約束條件 183.4.3 土石方調(diào)配模型求解方法 213.5 土石方調(diào)配建模思路 233.6 土石方調(diào)配建?；静襟E 234 面板堆石壩土石方調(diào)配軟件設(shè)計 254.1 仿真開發(fā)語言 254.1.1 編程語言的發(fā)展 254.1.2 Delphi編程語言簡介 264.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 274.3 數(shù)據(jù)庫管理 274.3.1 Access數(shù)據(jù)庫 284.3.2 ODBC接口 294.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計 294.5 軟件功能的實現(xiàn) 305 面板堆石壩土石方調(diào)配仿真軟件開發(fā)實例 315.1 工程概述 315.2 參與土石方調(diào)配的數(shù)據(jù)分類 325.2.1 場地特征數(shù)據(jù) 335.2.2 進度計劃數(shù)據(jù) 345.2.3 關(guān)系描述數(shù)據(jù) 375.2.4 生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù) 375.3 其他數(shù)據(jù)分類 375.3.1 調(diào)運單價表 375.3.2 主要道路表 395.3.3 折算系數(shù)表 395.3.4 利用方式表 405.3.5 填筑特性表 405.4 土石方調(diào)配仿真建模功能 415.5 土石方調(diào)配結(jié)果及分析 445.5.1 調(diào)配結(jié)果 445.5.2 結(jié)果分析 466 總結(jié)與展望 516.1 主要研究成果 516.2 展望 51致謝 53參考文獻 54河口村面板堆石壩土石方調(diào)配系統(tǒng)仿真研究學(xué)生：李倩指導(dǎo)老師：周宜紅、趙春菊教學(xué)單位：水利與環(huán)境學(xué)院摘要：面板堆石壩是土石壩中最有代表性的一種，因其具有良好的安全性、適應(yīng)性和經(jīng)濟性，使其逐漸成為壩工建設(shè)之首選。土石方調(diào)配是面板堆石壩施工中關(guān)系全局的核心問題，牽涉到工程的施工進度計劃、施工總布置、料場規(guī)劃、施工機械配置等諸多方面。因此，如何優(yōu)質(zhì)高效地調(diào)配土石方并使之能夠順利地實施，關(guān)系到工程的成敗。計算機仿真技術(shù)在面板堆石壩領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展日益廣泛，從最初把仿真成果僅僅作為一種決策參考，逐漸發(fā)展成面板堆石壩工程規(guī)劃、設(shè)計和施工管理中不可缺少的技術(shù)手段,并對實現(xiàn)土石方的高效調(diào)配起著重要作用。計算機技術(shù)應(yīng)用于水電工程施工近30年，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，仿真技術(shù)在面板堆石壩的應(yīng)用與發(fā)展也日益廣泛，其應(yīng)用范圍從輔助施工組織設(shè)計發(fā)展到三維動態(tài)顯示。面板堆石壩的計算機仿真就是運用系統(tǒng)工程的方法，建立面板堆石壩施工過程的數(shù)學(xué)模型，通過計算機模擬其施工過程，進行仿真計算，快速地求出施工過程各時期的開挖、填筑進度情況和各種需要的定量技術(shù)指標(biāo)。本文運用計算機仿真技術(shù)和系統(tǒng)工程的分析方法，研究了河口村面板堆石壩的土石方調(diào)配系統(tǒng)，開發(fā)了相應(yīng)的仿真軟件。鑒于該工程的實際特點，建立了一個比較完備的數(shù)據(jù)庫，為優(yōu)化計算提供數(shù)據(jù)支持。本文介紹了國內(nèi)外比較流行的土石方調(diào)配方法，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫分類情況提出了離散時間的仿真調(diào)度模型，利用調(diào)度規(guī)則：1）優(yōu)先考慮資源需求量大的項目；2）優(yōu)先利用建筑物開挖料，盡量提高直接上壩率，然后從中轉(zhuǎn)場中取料，最后如果仍未滿足該階段壩體填筑需求時，從料場取料；3）優(yōu)先選用調(diào)配單價小的供料源。最后，結(jié)合土石方調(diào)配計算模塊的特點和河口村工程施工情況，開發(fā)了其土石方調(diào)配仿真系統(tǒng)，得出了土石方調(diào)配方案。Abstract:TheconcretefaceRockfilldamisoneofthemosttypicalearthrockfilldams.Becauseofitssecurity,adaptabilityandeconomization,theconcretefacerockfilldamhasbecomethefirstchoicebypeopleinthedamconstructiongradually.Earthworkdeploymentisthecoreissueofthewholesituationoftheconstructionofrockfilldam.Itconcernsconstructionprogressschedule,generalconstructionarrangement,stockgroundplanningandconstructionmachineallotmentandotherissues.Therefore,howtodeploysoilefficientlyandtomakeitimplementsmoothlyisconcerningofaproject’ssuccessorfailure.Computersimulationtechnicsisappliedonthefieldoftheconcretefacerockfilldamincreasinglybydays.Computersimulationresultsasareferenceofdecision-makingfrominitialhasgraduallydevelopedtoanindispensabletechnicalmeansindamprojectplanninganddesigningorconstructionmanagement.Anditplaysanimportantroleinachievinganefficientallocationofearth.Itisabout30yearsfromthecomputerbeingusedonhydropowerconstruction.Withthedevelopmentofcomputer,computersimulationtechnicsisusedanddevelopedonconcretefacerockfilldamconstructionmoreandmorewidely.Itsapplicationrangehasdevelopedfromaidedconstructiondesigntothree-dimensionaldynamicdisplay.Thecomputersimulationforrockkfilldamistousethemethodofsystemengineering,establishesmathematicalmodeloftheconstructionprocessoftheconcretefacerockfilldam.Throughsimulationandcalculationtotheconstructionprogress,theexcavationoftheconstructionprocessinvariousperiods,constructionprogressandtherationtechnicalindexofvariousneedscanbequicklyobtained.Computersimulationtechnicsandtheanalyticmethodofthesystemengineeringareusedinthisarticle.TheauthorhasstudiedtheearthworkdeploymentsystemoftheconcretefacerockfilldamoftheHekouVillageanddevelopedcorrespondingsimulationsoftware.Theauthorhasalsobuiltupacompletedatabaseinviewoftheactualfeatureoftheprojectforsupportingtheoptimizationofcomputing.Inthisarticletheauthorhasintroducedsomepopularmethodsofearthworkdeploymentinothercountriesandaccordingtothedatabaseclassificationtheauthorhasalsomadeasimulationschedulingmodelofdiscretetime.Theauthortakesadvantageofthefollowingschedulingrules:1)Biggerdemandprojectconsidersfirst;2)Buildingsexcavationmaterialshouldbefirstusedintheconstructiondirectlyaspossibleaswecan,thentakenmaterialfromthetransitfield,andfinally,ifnotmeettheneedsofdamfilling,takenmaterialfromstockground關(guān)鍵詞：面板堆石壩計算機仿真數(shù)據(jù)庫土石方調(diào)配軟件開發(fā)Keywords:Concretefacerockfilldamcomputersimulationdatabaseearthworkdesignsoftwaredevelopment前言我國有兩千多年的水利建設(shè)歷史，大禹通過疏、排、攔、蓄等不同手段來治水，李冰修建的都江堰至今還造福子民。水利工程中的擋水建筑物主要有重力壩、拱壩和土石壩三種壩型，其中歷史最悠久的是土石壩，如今已經(jīng)成為世界壩工建設(shè)中應(yīng)用最廣，發(fā)展最快的一種壩型[1]。面板堆石壩是土石壩的主要壩型之一，具有投資省、工期短、安全性好、就地取材、施工方便、導(dǎo)流簡易、適應(yīng)性廣等優(yōu)點。面板堆石壩成為目前富有競爭力的壩型之一，也是當(dāng)前水利水電工程中重點推廣的三大新壩型之一[2]。國內(nèi)外已建成和在建的高堆石壩中中國就有三座排名于世界前五中，見表1。目前世界面板堆石壩的發(fā)展達到了一個共識：中國的經(jīng)驗和技術(shù)，代表著世界的先進水平。表1國內(nèi)外在建或已經(jīng)建成的高堆石壩表名稱壩高（m）壩型裝機容量（MW）國家建設(shè)年份水布埡233面板堆石1600中國2002～2009Bakum205面板堆石－馬來西亞1996～2003Aguamilpa187面板堆石－墨西哥1993竣工三板溪185.5面板堆石1000中國2002～2007糯扎渡261.5直心墻堆石5500中國2004開工，在建土石方調(diào)配問題是面板堆石壩施工中關(guān)系全局的核心問題，也是涉及空間和時間的復(fù)雜動態(tài)問題。其物料需求大，種類多，而且與施工進度計劃、施工機械的配置、道路系統(tǒng)的布置、施工場地的布置以及施工進度的協(xié)調(diào)等密切相關(guān)，各種因素相互影響、相互制約，需要綜合個方面考慮。施工仿真技術(shù)在水電工程建設(shè)中的推廣應(yīng)用，使得土石方調(diào)配方案的優(yōu)化更簡單易行。中國將計算機仿真技術(shù)應(yīng)用于堆石壩施過程的研究始于1980年。1988年，武漢水利電力大學(xué)史精生等人編寫程序，針對魯布革工程計算出一系列的機械配套結(jié)果，并以費用最小原則，提出了較為滿意的方案，主要解決了壩體不同高程的施工對機械配套的不同要求的問題；劉則鄒在此基礎(chǔ)上，考慮了壩面作業(yè)和運輸系統(tǒng)，還采用馬爾可夫鏈法，對施工天氣進行預(yù)報，把天氣影響的隨機干擾以接近真實狀態(tài)作用于壩面作業(yè)系統(tǒng)，同時加強壩面施工作業(yè)對物料運輸?shù)姆答?，及時調(diào)整機械配套情況；另外，一些學(xué)者對系統(tǒng)模擬模型表示和建立方法進行了較為深入的研究，提出了循環(huán)網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)、動態(tài)循環(huán)網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)、排隊網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)、Perti網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)、面向?qū)ο竽M術(shù)、自適應(yīng)控制理論等施工模擬理論與方法。計算機技術(shù)應(yīng)用于水電工程施工近30年，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，仿真技術(shù)在堆石壩的應(yīng)用與發(fā)展也日益廣泛，其應(yīng)用范圍從輔助施工組織設(shè)計發(fā)展到三維動態(tài)顯示。目前，從新疆吉林臺一級面板堆石壩、江蘇溧陽抽水蓄能電站面板堆石壩等小型項目到天生橋一級面板堆石壩、湖北清江水布埡面板堆石壩等大中型項目都廣泛地應(yīng)用了計算機仿真技術(shù)。因此，應(yīng)用計算機仿真技術(shù)對面板堆石壩的土石方調(diào)配過程進行模擬，能夠滿足檢驗土石方調(diào)配結(jié)果在技術(shù)上是否可行的要求。本文將針對河口村面板堆石壩，進行土石方動態(tài)調(diào)配仿真軟件的設(shè)計。緒論課題研究的目的和意義中國自1985年修建西北口面板堆石壩開始，用現(xiàn)代技術(shù)修建混凝土面板堆石壩，面板堆石壩在全國得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。至2004年的不完全統(tǒng)計，己建成和在建的壩高大于30m的面板堆石壩150座左右，其中壩高大于等于100m的達37座[3]，見表1-1。已建成的水布埡面板堆石壩，高233m，目前居于世界同類壩型之首。中國的面板堆石壩的數(shù)量、規(guī)模、技術(shù)難度已名列世界前茅。面板堆石壩的主體是堆石體，材料用量多、費用大。由于施工期渡汛的需要，壩體要在一個或兩個枯水期達到渡汛擋水的要求，填筑強度較高。復(fù)雜的自然條件、技術(shù)條件和施工過程中的不確定性因素致使施工組織設(shè)計更加困難。在實際施工組織過程中，常常因為料源不足、運輸能力差、施工強度跟不上進度，從而延誤工期或者增加了運輸任務(wù)致使成本增加。因此，如何優(yōu)質(zhì)高效地調(diào)配土石方并使之能夠順利地進行填筑施工是影響整個工程質(zhì)量、造價和工期的重要問題，關(guān)系著工程的成敗[4]。表1-1中國混凝土面板堆石壩（壩高大于等于100m）序號壩名地點河流壩高（m）裝機容量（MW）完成年份1水布埡湖北巴東清江233160020092三板溪貴州錦屏清水江185.5100020073洪家渡貴州黔西六沖河179.5600在建4天生橋一級貴州、廣西紅水河178120020005灘坑浙江青田小溪162600在建6紫平鋪四川都江堰岷江158760在建7吉林臺新疆尼勒克喀什河157460在建8馬鹿塘云南麻栗坡盤龍江154300在建9龍首二級甘肅張掖黑河146.5157200410瓦屋山四川洪雅周公河140240在建11九旬峽甘肅張掖洮河136.5300在建12珊溪浙江文成飛云江132.5200200113公伯峽青海循化黃河132.21500200414烏魯瓦提新疆和田喀拉喀馬云南墨江把邊江130280在建16引子渡貴州平壩三岔河129.5360200217街面福建尤溪尤溪129300在建18白溪浙江寧海白溪124.418200119鄂坪湖北竹溪匯灣河124.3114在建20黑泉青海大通寶庫河123.512200021芹山福建周寧穆陽溪12270199922白云湖南城步巫水12054199823古洞口湖北興山古夫河117.645199924芭蕉河湖北鶴峰芭蕉河115200在建25泗南江云南墨江灑南疆115200在建26高塘廣東懷集白水河111.360在建27金造橋福建屏南金造溪111.360在建28雙溝吉林撫松松江河109.7280200329那蘭云南金平藤條河108.7150在建30魚跳重慶南川大溪河10648200131鯉魚湯重慶開縣桃溪河1051.5在建32洞巴廣西田林西洋河10572在建33茄子山云南龍陵蘇帕河103.616200034思安江廣西桂林思安江103.412200335盤石頭河南鶴壁淇河102.210200336柴石灘云南宜良南盤江101.860200037白水坑浙江江山江山港101.3402003堆石壩的計算機仿真技術(shù)就是運用系統(tǒng)工程的方法，建立堆石壩施工過程計算機模擬的數(shù)學(xué)模型，對施工過程進行仿真計算，通過計算機快速地求出施工過程各時期的填筑進度情況和各種需要的定量技術(shù)指標(biāo)。依靠計算機仿真軟件，管理人員既可以時刻了解工程實際施工狀況，分析它與施工計劃的差異，了解差異產(chǎn)生的原因，預(yù)測未來施工發(fā)展趨勢，調(diào)整未來的施工計劃，又可以控制實施過程中各種因素對于施工進程的影響，為施工過程管理決策提供有效的分析手段[5]。因此，本課題的目的是：建立合理的面板堆石壩土石方調(diào)配仿真系統(tǒng)，在協(xié)調(diào)堆石壩填筑、各項開挖工程進度的前提下，規(guī)劃土石方流以達到挖、填、轉(zhuǎn)、棄、采等各種土石方的綜合平衡，提高開挖料的直接利用率，減少采、棄、轉(zhuǎn)等環(huán)節(jié)的施工費用，最終實現(xiàn)面板堆石壩土石方優(yōu)化調(diào)運的施工方案。研究現(xiàn)狀及存在的問題研究現(xiàn)狀計算機仿真技術(shù)最早應(yīng)用于20世紀70年代初，奧地利施立格混凝土壩的修建，其采用了確定性數(shù)字模擬技術(shù)對纜機澆筑混凝土方案進行優(yōu)選。實踐表明，模擬的澆筑速度和進程與實際施工情況非常吻和。目前，國內(nèi)外的面板堆石壩仿真研究現(xiàn)狀主要有以下三個方面：1）仿真建模面板堆石壩施工仿真采用循環(huán)網(wǎng)絡(luò)、Petri網(wǎng)和其他一些建模方式，其中循環(huán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是最常用的堆石壩建模方式。Halpin在1977年提出了循環(huán)網(wǎng)絡(luò)Cyclone的理論，使得模擬技術(shù)在工程界的應(yīng)用得到飛速發(fā)展[6]。循環(huán)網(wǎng)絡(luò)通過定義特定的圖示符號來描述各種狀態(tài)，根據(jù)施工作業(yè)及邏輯關(guān)系，將它們用矢線連接起來，并加入控制機制構(gòu)造出圖示模型來表達實際施工過程[7]?；谠缙诘钠胀ㄑh(huán)網(wǎng)絡(luò)模型，隨后出現(xiàn)的動態(tài)隨機循環(huán)網(wǎng)絡(luò)通過在結(jié)點中引進函數(shù)功能，使得構(gòu)造的模型能夠更好的描述實際工程施工的動態(tài)變化情況[8]。近年來，天津大學(xué)的學(xué)者將循環(huán)網(wǎng)絡(luò)模型與網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)CPM（CriticalPathMethod）相結(jié)合，提出了一種全過程動態(tài)仿真技術(shù)，一方面克服了循環(huán)網(wǎng)絡(luò)模型的復(fù)雜性，另一方面利用了CPM網(wǎng)絡(luò)的進度分析功能，得到了較廣泛的應(yīng)用[9]。2）仿真策略施工組織設(shè)計通常采用施工全過程的靜態(tài)仿真，根據(jù)給定的方案尋求合理機械配置以及進行工期和工程量的計算和論證。全過程靜態(tài)仿真建立的模型相對簡單，而且基本上可以滿足設(shè)計初期的仿真需要，這種全過程仿真技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)比較成熟，是眾多開發(fā)者選用的仿真策略。近年來，隨著工程設(shè)計界提出新的“設(shè)計革命”，水利工程逐漸向著數(shù)值化、可視化、智能化方向發(fā)展，實時仿真技術(shù)成為了施工仿真中的新趨勢[10]。在堆石壩施工過程的實時仿真領(lǐng)域中，已經(jīng)有學(xué)者取得了一些初步的成果：20世紀90年代中期，天津大學(xué)運用自適應(yīng)控制理論與方法，建立了高堆石壩施工過程管理與控制模型[11]；近來有學(xué)者研究了基于Petri網(wǎng)的施工過程的建模以及流程的仿真和分析，用層次化的方法建立了整體的施工過程模型，提出了一個施工過程管理的框架；還有一些學(xué)者則針對堆石壩施工過程中的某一個方面建立了動態(tài)模型，例如料物調(diào)配模型、交通運輸模型、壩體填筑模型等[12]。3）可視化仿真技術(shù)可視化仿真（VisualSimulation，VS）是計算機可視化技術(shù)和系統(tǒng)建模技術(shù)相結(jié)合后形成的一種新型仿真技術(shù)，其實質(zhì)是采用圖形或圖像方式對仿真計算過程的跟蹤、駕馭和結(jié)果的后處理，同時實現(xiàn)仿真軟件界面的可視化，具有迅速、高效、直觀、形象的建模特點?？梢暬到y(tǒng)以三維圖形、圖像的形式提供了壩區(qū)三維場景交互式漫游、壩體填筑和料場開挖的工程進度的查詢、施工方案和施工過程的動態(tài)仿真等功能，從而突破了傳統(tǒng)的施工仿真系統(tǒng)的二維表現(xiàn)形式的限制[13]。隨著計算機科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和工程科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展，三維動態(tài)可視化仿真理論與方法及其在水利水電工程中的應(yīng)用逐漸成為研究的重點，并獲得了一系列富有創(chuàng)新性的理論方法與應(yīng)用研究成果[14]。存在的問題堆石壩土石方調(diào)配仿真結(jié)果，為我們提供了施工期內(nèi)土石方流向、數(shù)量和時間，不僅技術(shù)上合理并且理論上最優(yōu)。但實際上由于各方面的原因，在施工過程中和我們進行堆石壩施工仿真時就會發(fā)現(xiàn)，土石方優(yōu)化調(diào)運的技術(shù)上存在一些微觀上的不可行之處，在進行優(yōu)化調(diào)度時存在下列一些問題：1）有些數(shù)學(xué)規(guī)劃模型過于復(fù)雜。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，復(fù)雜目標(biāo)函數(shù)和大量非線性約束的數(shù)學(xué)規(guī)劃都可運用計算機來解決。但如果土石方調(diào)配時段劃分的過多也導(dǎo)致計算機有無法求解的情況，并且數(shù)學(xué)模型過于復(fù)雜也會導(dǎo)致初始資料增多，降低模型的使用范圍，將很難保證模型的可行性。2）數(shù)學(xué)規(guī)劃模型不能解決所有問題。運輸系統(tǒng)是一個動態(tài)的、隨機的程，車輛在運輸過程中存在著很多隨機因素，如：在料場、卸料點的裝卸和排隊等待時間等。水電工程場內(nèi)布置受地形條件影響大，道路布置密集、道路交叉點多。岔口處同時有多個車輛通過時，就會發(fā)生并發(fā)和沖突，并且在一些地段會形成運輸“瓶頸問題”，影響運輸系統(tǒng)順利運行。傳統(tǒng)的解析方法只能計算性能指標(biāo)，可以說是一種確定性的分析方法，不能很好的解決運輸問題。3）缺乏深入完善的整體施工仿真模型。在仿真過程中，往往由于開發(fā)者對施工細節(jié)考慮的不夠全面以及對施工過程中的不確定性因素考慮不足，不能根據(jù)實際情況及時調(diào)整施工計劃和優(yōu)化施工過程，對施工現(xiàn)場的指導(dǎo)性不強。以往所做的研究大多是針對施工的某一個方面進行的，例如：道路運輸、料場規(guī)劃等，沒有一個好的系統(tǒng)能夠融和這些模型。4）需求分析不夠。開發(fā)人員在系統(tǒng)分析和設(shè)計階段花費的時間過少，往往導(dǎo)致以下昂貴的代價：不得不重新構(gòu)造代碼；由于不良的代碼結(jié)構(gòu)造成昂貴的維護代價；很難集成系統(tǒng)中各獨立成份；項目管理困難；超出預(yù)算和工期，等等[15,16]。盡管軟件工程學(xué)的理念正逐漸得到越來越多人的認可，但是在水利工程仿真中的應(yīng)用仍然不夠深入，使得開發(fā)出的仿真軟件未能盡如人意。研究內(nèi)容及手段堆石壩施工系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，本文按照系統(tǒng)工程的分析方法，將堆石壩施工系統(tǒng)分為土石方調(diào)配規(guī)劃和交通運輸兩個子系統(tǒng)，主要研究了料場規(guī)化系統(tǒng)的規(guī)劃特點和管理重點，根據(jù)面板堆石壩的土石方平衡設(shè)計特點，采用運籌學(xué)方法建立面板堆石壩土石方動態(tài)調(diào)配數(shù)學(xué)模型。本文的主要研究內(nèi)容為：1）根據(jù)面板堆石壩土石方調(diào)配特點以及施工特點，對土石方調(diào)配問題進行系統(tǒng)分析，將其分解為土石方調(diào)配規(guī)劃和施工交通運輸兩個子系統(tǒng)，本文主要研究土石方調(diào)配規(guī)劃系統(tǒng)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。2）根據(jù)面板堆石壩的土石方平衡設(shè)計特點，建立面板堆石壩土石方動態(tài)調(diào)配數(shù)學(xué)模型。該模型不僅考慮定量的約束條件，而且結(jié)合專家及工程技術(shù)人員的知識和經(jīng)驗，考慮到土石方調(diào)配過程中的定性約束條件，使調(diào)配結(jié)果更符合實際施工中的調(diào)配過程。3）通過一個工程實例，編制相應(yīng)的程序以驗證面板堆石壩土石方調(diào)配系統(tǒng)模型的合理性和適用性。計算機仿真基本原理概述仿真基本要素及活動計算機仿真也稱為系統(tǒng)仿真，是人們根據(jù)系統(tǒng)的特征，通過建立原型系統(tǒng)的計算機模擬模型來實現(xiàn)的，以計算機為主要工具，運行真實系統(tǒng)或預(yù)研系統(tǒng)的仿真模型，通過對計算機輸出信息的分析與研究，實現(xiàn)對實際系統(tǒng)運行狀態(tài)和演化規(guī)律的綜合評估與預(yù)測。計算機仿真采用數(shù)學(xué)模型，它使用數(shù)學(xué)語言描述系統(tǒng)行為子集的特性。其工作過程一般是：首先，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；然后，建立系統(tǒng)的仿真模型，主要是設(shè)計算法，并轉(zhuǎn)化為計算機的程序，使系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型能為計算機所接受并能在計算機上運行；最后，運行仿真模型，進行仿真試驗，再根據(jù)仿真試驗的結(jié)果，進一步修正系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和仿真模型[17]。計算機仿真的三個基本要素是系統(tǒng)、模型、計算機（包括硬件和軟件），聯(lián)系著它們的三項基本活動是數(shù)學(xué)模型建立（一次建模）、仿真模型建立（二次建模）、仿真試驗，見圖2-1。圖2-1計算機仿真三要素和三項基本活動仿真試驗的工作流程仿真的一般工作流程見圖2-2，具體步驟如下：第一步：系統(tǒng)建模。要針對實際系統(tǒng)建立模型。建模與形式化的任務(wù)是根據(jù)研究和分析的目的，確定模型的邊界。第二步：仿真建模。其主要任務(wù)是根據(jù)系統(tǒng)特點和仿真要求選擇合適的算法。當(dāng)采用該算法建立仿真模型時，其計算的穩(wěn)定性、計算精度、計算速度應(yīng)能滿足仿真的需要。第三步：程序設(shè)計。將仿真模型用計算機能執(zhí)行的程序來描述。程序中還要包括仿真實驗的要求，如仿真運行參數(shù)、控制參數(shù)、輸出要求等。第四步：模型運行。分析模型運行結(jié)果是否合適，從前幾步查找問題所在，并進行修改，直到結(jié)果滿意。第五步：進行仿真實驗、處理仿真結(jié)果。圖2-2仿真的工作流程離散事件仿真系統(tǒng)根據(jù)所用仿真方法的不同，通常將仿真分為連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散事件系統(tǒng)仿真。面板堆石壩仿真屬于離散事件仿真系統(tǒng)?；陔x散事件系統(tǒng)仿真技術(shù)的調(diào)度方法是仿真技術(shù)的最新應(yīng)用。其基本原理是，在調(diào)度規(guī)則的引導(dǎo)下，在仿真模型上試探性地經(jīng)歷整個加工過程，記錄該過程中系統(tǒng)的狀態(tài)變化及導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)改變的事件，產(chǎn)生調(diào)度方案并統(tǒng)計性能數(shù)據(jù)。這是一種實驗性和試探性的方法，不會出現(xiàn)無解的現(xiàn)象，而且產(chǎn)生的每一個調(diào)度都是調(diào)度問題的可行解。通常采用兩種方法對調(diào)度結(jié)果進行優(yōu)化：1）對同一問題分別給定不同的參數(shù)，多次進行仿真調(diào)度，得到多個調(diào)度方案，通過比較目標(biāo)函數(shù)值，從中選擇一個相對好的解；2）針對具體的問題，采用好的調(diào)度規(guī)則，直接得到好的調(diào)度結(jié)果，從而減少仿真調(diào)度的次數(shù)。所謂好的規(guī)則，是指經(jīng)過理論推導(dǎo)、仿真或?qū)嵺`證明有利于調(diào)度目標(biāo)的調(diào)度規(guī)則。仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)通常需要設(shè)定：1）仿真鐘。若使仿真系統(tǒng)能夠比較逼真的模擬真實生產(chǎn)系統(tǒng)，需要實現(xiàn)時間的均勻推進，在仿真系統(tǒng)中定義了仿真鐘，通過引入一個定時器，規(guī)定每產(chǎn)生一個定時器事件，對應(yīng)系統(tǒng)仿真環(huán)境中的仿真鐘推進一步。2）規(guī)則庫。規(guī)則庫涵蓋了系統(tǒng)調(diào)度的一般方法與規(guī)則。通過引入規(guī)則庫，可以有效借鑒相關(guān)的知識與方法，更加合理地調(diào)度施工系統(tǒng)。規(guī)則調(diào)度方法是指系統(tǒng)運行時，根據(jù)一定的規(guī)則或策略來決定下一步操作的調(diào)度方法。由于決策規(guī)則簡單明確、容易實現(xiàn)而被大量地用于調(diào)度的研究和實現(xiàn)中，這種方法放棄了尋找最優(yōu)解的努力，轉(zhuǎn)而尋找可行解，其結(jié)果是建議性的，可以用于指導(dǎo)實際生產(chǎn)。3）數(shù)據(jù)源。仿真初始參數(shù)可以直接從監(jiān)控系統(tǒng)中獲得實時數(shù)據(jù)，這可以滿足動態(tài)實時調(diào)度的需求。仿真系統(tǒng)需要記錄仿真過程中系統(tǒng)的狀態(tài)變化以及導(dǎo)致系統(tǒng)改變的事件，在系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中，仿真過程中的數(shù)據(jù)被保存下來。操作者可以根據(jù)需要隨時調(diào)用以往工作數(shù)據(jù)或者輸入其它數(shù)據(jù)以及通過系統(tǒng)自動生成隨機數(shù)據(jù)等進行仿真與分析。實時數(shù)據(jù)的獲得能力增加了仿真系統(tǒng)的精確性與反應(yīng)速度，而其它數(shù)據(jù)錄入方式在系統(tǒng)性能分析、安排計劃、調(diào)度培訓(xùn)功能中同樣非常重要。將系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換為一個可以在計算機上運行的仿真模型，一般需要完成下列三部分工作：設(shè)計仿真策略，即確定仿真模型的控制邏輯和仿真鐘的推進機制；構(gòu)造仿真模型，即確定模型的具體操作；仿真程序設(shè)計與實現(xiàn)，即采用某種程序設(shè)計方法及語言，實現(xiàn)仿真策略和仿真模型。仿真鐘推進方法仿真時鐘有兩種推進方式：時間步長法和事件步長法。1）時間步長法選擇適當(dāng)?shù)臅r間間隔△t作為仿真時鐘推進時的增量，時鐘每次由t推進到達t+△t后就檢查是否有事件發(fā)生。若有事件發(fā)生，相應(yīng)地改變系統(tǒng)中相關(guān)實體的狀態(tài)，并認為相應(yīng)事件發(fā)生在t+△t時刻。這種方法會因時鐘步長的精度問題而使一些發(fā)生在t至t+△t時段內(nèi)的信息不準(zhǔn)確或丟失。但隨著計算機性能和速度的提高，可以將仿真時鐘步長取得很小，使仿真達到所要求的精度。2）事件步長法在這種方式中，仿真鐘是按下一個最早發(fā)生事件的發(fā)生時間推進。即時間控制部件從事件表中始終選擇具有最早發(fā)生時間的事件記錄，然后仿真鐘修訂到該事件發(fā)生時刻。對每一類事件，仿真模型建立相應(yīng)的事件子程序，并根據(jù)最早發(fā)生事件的類型調(diào)用相應(yīng)的事件子程序，進行事件處理，然后返回事件控制部件。這樣，事件的選擇與處理不斷地進行，仿真鐘就從一個事件發(fā)生時間推進到下一個最早發(fā)生事件的時間上，直到仿真運行結(jié)束。事件步長法流程圖事件步長法流程圖如圖2-3所示。圖2-3事件步長法框圖時間步長法流程圖時間步長法流程圖如圖2-4所示。圖2-4時間步長法框圖仿真建模仿真建模的基本要求系統(tǒng)模型是對實際系統(tǒng)的一種抽象，是系統(tǒng)本質(zhì)的表述，是人們對客觀世界反復(fù)認識、分析，經(jīng)過多級轉(zhuǎn)換、整合等相似過程而形成的最終結(jié)果，它具有與系統(tǒng)相似的數(shù)學(xué)描述或物理屬性，以各種可用的形式給出研究系統(tǒng)的信息[18]。正確建立的模型，能更深刻、更集中地反映實體的主要特征和運動規(guī)律，從而達到對實體的抽象。歸納起來，仿真建模必須滿足以下幾個要求：清晰性。一個大的系統(tǒng)往往由許多子系統(tǒng)組成，因此對應(yīng)的系統(tǒng)模型也由許多子模型組成。在子模型與子模型間，除了為實現(xiàn)研究目的所必需的信息聯(lián)系以外，相互耦合要盡量少，結(jié)構(gòu)盡可能清晰。切題性。系統(tǒng)模型只應(yīng)該包括與研究項目有關(guān)的方面，也就是與研究目的有關(guān)的系統(tǒng)行為子集的特性的描述。對于同一個系統(tǒng)，模型不是唯一的，研究的目的不同，模型也不同。準(zhǔn)確性。同一個系統(tǒng)的模型按其精確程度要求可分為許多級。對不同的工程，精確度要求不一樣。集合性。是指把一些個別的實體能組成更大實體的程度，有時要盡量從能合并成一個大的實體的角度考慮對一個系統(tǒng)的分割。建模方法離散事件系統(tǒng)研究和仿真中最基本的問題是系統(tǒng)的建模。根據(jù)事件發(fā)生時間對所考察對象演變過程的分析而言是否有必要納入研究范圍，可劃分為：不帶時標(biāo)的DEDS模型：有限狀態(tài)自動機模型、Petri網(wǎng)絡(luò)模型、過程代數(shù)模型、時序邏輯模型等；帶時標(biāo)的DEDS模型：賦時Petri網(wǎng)絡(luò)模型、TIM/RTIL模型、雙子代數(shù)模型、排隊網(wǎng)絡(luò)模型、Markov鏈與GSMP模型等。根據(jù)系統(tǒng)輸入信息及狀態(tài)演變的確定或不確定性，分成確定性DEDS模型和隨機性DEDS模型；也可根據(jù)狀態(tài)變化的量化特征，分成邏輯（定性）模型與數(shù)量（定量）模型等。從現(xiàn)有模型的形成過程看，DEDS建模的常用方法主要有排隊論方法、網(wǎng)絡(luò)圖或事件圖法、形式語言與自動機方法、隨機過程描述法和抽象代數(shù)方法等。面板堆石壩土石方調(diào)配系統(tǒng)概述面板堆石壩土石方調(diào)配過程是一個復(fù)雜的客觀過程。由于面板堆石壩物料需求量大，常常是多料源、多料種上壩，而且與施工進度計劃密切相關(guān)，是涉及空間和時間的復(fù)雜動態(tài)問題，并且與施工機械的配置、道路系統(tǒng)的布置、施工場地的布置以及施工進度的協(xié)調(diào)等諸多方面，相互影響、相互制約。因此，面板堆石壩的土石方調(diào)配過程是一個從宏觀到微觀，逐步細化的過程，需要綜合而全面的考慮，才能制定出切實可行的優(yōu)化調(diào)配方案。土石方調(diào)配的前提和基礎(chǔ)面板堆石壩土石方調(diào)配問題的影響因素主要有施工進度計劃、施工總布置、料場規(guī)劃等，它們相互聯(lián)系，相互制約。因此，這些影響因素必須從工程的規(guī)劃階段就開始考慮，是具體土石方調(diào)配活動的前提和基礎(chǔ)。其相互關(guān)系如圖3-1所示。1）施工進度計劃是面板堆石壩施工組織設(shè)計中研究的主要內(nèi)容。施工進度計劃規(guī)定了各項工程施工的順序和速度，是控制工程施工的依據(jù)。對于面板堆石壩來說，壩體填筑和建筑物開挖進度一般是其施工的控制性進度計劃。在設(shè)計中主要根據(jù)工程總工期和攔洪渡汛標(biāo)準(zhǔn)，以施工導(dǎo)流為主導(dǎo)對壩體施工進行分期，同時也需要與土石方挖填平衡相協(xié)調(diào)。由于樞紐建筑物開挖料與壩體填筑開挖料在供需的質(zhì)量上、數(shù)量上和時間上往往存在一定的矛盾，為滿足開挖料直接上壩的要求，需擬定控制時段的施工強度，經(jīng)反復(fù)協(xié)調(diào)論證后確定。2）施工總布置主要包括樞紐布置和施工道路布置，其布置是否合理也關(guān)系到面板堆石壩土石方調(diào)配的方案優(yōu)化。3）料場規(guī)劃是施工組織設(shè)計的重要內(nèi)容之一，也是指導(dǎo)和組織上石方動態(tài)調(diào)配的具體依據(jù)。料場規(guī)劃應(yīng)包括料場的空間規(guī)劃和時間規(guī)劃。圖3-1土石方調(diào)配活動關(guān)系圖土石方調(diào)配的原則料場規(guī)劃在面板堆石壩施工中是極為重要的，然而，料場卻往往容易出現(xiàn)問題，不少工程都經(jīng)歷過一些挫折，主要表現(xiàn)在料源選取不合適，導(dǎo)致料場施工道路布置困難、開采條件差、開采強度低、開采成本高和施工碾壓困難等，個別工程甚至出現(xiàn)料源質(zhì)量和數(shù)量均不能滿足工程需要的情況，從而使工程造價大幅度增加或拖延工期。因此，如何根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)特點和一般要求，選取最優(yōu)料源，以提高上壩料的開采強度，縮短工期和降低工程造價，是一項非常重要的研究工作[19]。面板堆石壩的施工，要在較短時期內(nèi)將料場大量的土、砂、石料，有計劃、有次序的分期分批開采出來，以填筑大壩，并達到一定的質(zhì)量要求，這就必須做好料場規(guī)劃，其基本原則如下[20]：優(yōu)先使用建筑物開挖料所謂開挖料，即溢洪道、導(dǎo)流洞、泄洪洞、引水發(fā)電洞等樞紐建筑物開挖所得到的有效料。開挖料的利用在國內(nèi)外堆石壩施工中放在優(yōu)先考慮的位置，并力求建筑物開挖料與壩體填筑料平衡。料源質(zhì)量要符合要求，并且料源充足規(guī)劃料場的實際可開采總量，應(yīng)考慮料場的調(diào)查勘探精度、料物天然容重與壩面壓實容重的差值，以及料場開采、加工、運輸?shù)雀鞣N損失量，按有關(guān)規(guī)定留有足夠的儲備。就地取料就地、就近取材；先上游、后下游，或優(yōu)先采用上游料場，最宜將上游料場填筑在壩體上游部分，下游料場填筑在壩體下游，以減少干擾；其次，要“高料高用、低料低用”，盡量減少運輸過程中的坡度，特別在使用大型載重汽車運輸時，為避免重車上坡，也可采用“高料低用”。有利于直接上壩，即施工道路網(wǎng)要暢通、施工機械要配套料盡其用，并有利于高強度施工充分考慮當(dāng)?shù)貙嶋H情況，盡量少占農(nóng)田，充分利用代替料力爭少占農(nóng)田耕地，更應(yīng)少占好地，充分利用代替料，以及其他水工建筑物開挖渣料，這些均為國內(nèi)外填筑堆石壩一致的經(jīng)驗。代替料的種類很多，如樞紐建筑物的各種棄渣、風(fēng)化料、各種坡積料等，特別是各種建筑物的開挖棄料，應(yīng)該仔細研究其性質(zhì)，如能作為筑壩材料，不僅解決了料源問題，還解決了棄渣場地，節(jié)約了運輸、開挖等工序，降低了造價，縮短了工期，否則棄渣將會堵塞下游河道，造成發(fā)電尾水抬高，后患很難處理。土石方調(diào)配系統(tǒng)概述面板堆石壩土石方調(diào)配系統(tǒng)研究的目的是在協(xié)調(diào)堆石壩填筑、開挖各項進度的前提下，達到挖、填、轉(zhuǎn)、棄、采等各種料物的綜合平衡，提高開挖料的直接利用率，減少采、棄、轉(zhuǎn)等環(huán)節(jié)的費用，最終實現(xiàn)面板堆石壩土石方的優(yōu)化調(diào)運。土石方調(diào)配系統(tǒng)中包含著各要素以及各要素之間存在的相互關(guān)系。系統(tǒng)組成要素有：開挖項目、填筑項目、中轉(zhuǎn)場、棄渣場、料場、道路及施工機械等。各要素之間的相互關(guān)系主要是指各要素在時間和空間上的相互聯(lián)系。系統(tǒng)組成要素及特性開挖項目：是指因工程建設(shè)需要而進行開挖的施工項目，如壩基、壩肩、電站廠房、導(dǎo)流工程等。填筑項目：是指工程建設(shè)中所有需要進行填筑的項目，如大壩、上下游圍堰以及場地回填等。中轉(zhuǎn)場：是指由于開挖項目與填筑項目在施工進度上存在著不一致，而用于臨時存放能滿足設(shè)計參數(shù)要求的開挖料備用場所。中轉(zhuǎn)場要求將具有不同物理性質(zhì)的料物分開存放，它既是能提供料物的場所又是能接受料物的場所。棄渣場：即開挖料棄料的場所，存放不能滿足填筑項目要求的開挖料，或存放雖能滿足要求，但因暫時無處需要填筑且無中轉(zhuǎn)場存放而棄渣。料場：是指專門用于開采填筑料物的場所。料場主要用于補充壩體填筑中各建筑物供料不足部分或局部填筑區(qū)特殊的質(zhì)量要求。系統(tǒng)組成要素的聯(lián)系各組成要素的時間聯(lián)系土石方調(diào)配系統(tǒng)中各組成要素的時間聯(lián)系，主要是指在整個的施工期內(nèi)，開挖項目和填筑項目分別會受到各自施工進度的制約，中轉(zhuǎn)場、棄渣場以及開采料場在每個時段內(nèi)的物料調(diào)配情況，會對下一時段的土石方調(diào)配產(chǎn)生影響。因此，在土石方動態(tài)調(diào)配平衡中，必須考慮各要素之間的時間聯(lián)系。各組成要素的空間聯(lián)系土石方調(diào)配系統(tǒng)中各組成要素的空間聯(lián)系實質(zhì)上表現(xiàn)為施工過程中各要素之間的物料流動，而物料的流動是通過運輸?shù)缆返倪x擇來實現(xiàn)的。在土石方調(diào)配系統(tǒng)中，開挖項目、料場以及中轉(zhuǎn)場為供料源，填筑項目、中轉(zhuǎn)場以及棄渣場為受料源。可以看出，中轉(zhuǎn)場既為供料源，又是受料源。因此，土石方調(diào)配系統(tǒng)的料物流向（見圖3-2）可以分為六類：從開挖部位運到填筑部位，意味著開挖料可以直接利用于填筑部位；從開挖部位運至中轉(zhuǎn)場，意味著暫時未被利用的開挖料轉(zhuǎn)運到中轉(zhuǎn)場備用；從開挖部位運至棄渣場，意味著將不能使用或無處中轉(zhuǎn)的料物丟棄；從料場運至中轉(zhuǎn)場，意味著受施工中各種因素制約，料場需提前開采，轉(zhuǎn)運至中轉(zhuǎn)場以供下期填筑備用；從料場運至填筑部位，意味著將料場開采料直接利用于填筑部位；從中轉(zhuǎn)場運至填筑部位，意味著將存放于中轉(zhuǎn)場的料物運至填筑部位利用。圖3-2土石方流向圖土石方調(diào)配數(shù)學(xué)優(yōu)化模型概述根據(jù)土石方調(diào)配系統(tǒng)分析，此問題的線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型主要通過開挖項目、填筑項目、中轉(zhuǎn)場、棄渣場、料場、施工道路等各系統(tǒng)要素的屬性以及相互關(guān)系來進行表述，建立以全過程調(diào)配費用最低為目標(biāo)函數(shù)，綜合考慮影響動態(tài)調(diào)配平衡的定量和定性因素為約束條件的數(shù)學(xué)模型。本數(shù)學(xué)模型假定施工布置規(guī)劃以及開挖和填筑施工進度等前期工作已經(jīng)完成。因此，土石方動態(tài)調(diào)配平衡問題的數(shù)學(xué)模型可簡述如下：目標(biāo)函數(shù)土石方調(diào)配系統(tǒng)的目標(biāo)是土石方調(diào)配系統(tǒng)的總費用最低，因此目標(biāo)函數(shù)為所有調(diào)配活動費用的總和。經(jīng)系統(tǒng)分析，有六部分組成，設(shè)調(diào)配系統(tǒng)總費用函數(shù)為F，則目標(biāo)函數(shù)如下：F=Min是t時段由供料源i調(diào)配到受料源j的土石料的調(diào)運單價；為t時段由供料源i調(diào)配到受料源j的土石方調(diào)配量；i為供料源編號，j為受料源編號，t為調(diào)配時段。約束條件開挖項目供料約束各時段從某開挖項目到所有受料源的調(diào)配量之和應(yīng)等于此開挖項目該時段內(nèi)的開挖量總和。++＝——時段開挖項目到填筑項目的料物調(diào)配量；——時段開挖項目到中轉(zhuǎn)場的料物調(diào)配量；——時段開挖項目到棄渣場的料物調(diào)配量；——時段開挖項目的開挖工程量。填筑項目受料約束各時段所有供料源到某填筑項目的調(diào)配量之和應(yīng)等于此填筑項目該時段內(nèi)的填筑總量。++＝——時段中轉(zhuǎn)場到填筑項目的料物調(diào)配量；——時段料場到填筑項目的料物調(diào)配量；——時段填筑項目的填筑工程量。料場開采量約束整個施工過程中，某料場運至填筑項目和中轉(zhuǎn)場的料物總量應(yīng)小于該料場的料物儲量?！獣r段料場到中轉(zhuǎn)場的料物調(diào)配量；——料場儲量。料場開采強度約束——料場在時段的最大開采量各時段內(nèi)，某料場運至填筑項目和中轉(zhuǎn)場的料物總量應(yīng)小于該時段內(nèi)料場最大開采量?！獣r段料場的最大開采量。中轉(zhuǎn)場容量約束在各時段內(nèi)，置于中轉(zhuǎn)場的料物總量不應(yīng)超過中轉(zhuǎn)場的容量。++-——時段初中轉(zhuǎn)場的料物堆存量；——中轉(zhuǎn)場的容量。中轉(zhuǎn)場出料約束中轉(zhuǎn)場在某時段初已有供料源轉(zhuǎn)存料量應(yīng)大于該時段中轉(zhuǎn)場需提供給填筑項目的料物量。其中，——時段初中轉(zhuǎn)場庫存開挖項目的開挖料量；——時段中轉(zhuǎn)場需將庫存開挖項目的開挖料運至填筑項目的料物量；——時段初中轉(zhuǎn)場庫存料場的開采料量；——時段中轉(zhuǎn)場需將庫存料場的開采料運至填筑項目的料物量。中轉(zhuǎn)場平衡約束（時空轉(zhuǎn)移條件）中轉(zhuǎn)場此時段初始堆存量應(yīng)為此中轉(zhuǎn)場上一段初始堆存量與上一時段進出此中轉(zhuǎn)場的土石料的代數(shù)和。++-＝中轉(zhuǎn)場調(diào)配結(jié)束的零約束所有中轉(zhuǎn)料場在土石方調(diào)配的最后時段內(nèi)，其中可利用中轉(zhuǎn)料量為零。-+-＝0棄渣場容量約束各個棄渣場的總堆存量小于各個場的容量?！獥壴鼒鋈萘?。運輸路徑約束運輸路徑約束反映了開挖項目、填筑項目、中轉(zhuǎn)場、棄渣場、料場的使用規(guī)劃，這其中包括質(zhì)量規(guī)劃、空間規(guī)劃、時間規(guī)劃等定性因素的描述，以及各自相互的空間關(guān)系。因此，運輸路徑約束是進行土石方動態(tài)調(diào)配最重要也是最基本的數(shù)據(jù)。根據(jù)土石方調(diào)配系統(tǒng)分析，可建立起二維矩陣，其中在某時段內(nèi)，對于不可能運輸路徑取值為0，表示該時段通過此運輸路徑進行料物調(diào)配的調(diào)配量為0，即=0。優(yōu)先料源約束優(yōu)先料源約束是指某些開挖項目或者料場的料物在優(yōu)先滿足壩體相應(yīng)顆粒級配的部位填筑要求下，多余的料物在其它受料源進行統(tǒng)一調(diào)配。如有多個優(yōu)先選擇的料源，則按照選定的優(yōu)先級別進行調(diào)配。 ＝＝非負約束要求線性規(guī)劃的所有變量為非負數(shù)。；綜合上述，便構(gòu)成了土石方動態(tài)調(diào)配系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。土石方調(diào)配模型求解方法土石方動態(tài)調(diào)配模型是典型的線性規(guī)劃問題。常用的解法有單純形法、大M法和多項式算法等。1）單純形法。單純形法是典型的運籌學(xué)方法，是美國運籌學(xué)家Dnaztgi于1947年首創(chuàng)的，它給出了一種在可行解集的極點中搜索最優(yōu)解的準(zhǔn)則，使得我們不必枚舉出所有極點便能較快找到最優(yōu)解，單純形法可以不受變量多少或約束條件多少的限制，是求解線性規(guī)劃問題的一種十分有效的方法，其計算過程如圖3-2所示。圖3-2單純形法計算過程本文采用單純形法求解，可歸納為以下幾步計算過程：第一步：除非負性條件為不等式外，其它約束條件為不等式時，引入變量，使其變?yōu)榈仁?。第二步：選擇初始基本可行解，即迭代法的起點。初始可行解是假定的，初始基本可行解的變量為基本變量，其余為非基本變量。令其基本變量不等于零，一般選擇引入變量作為初始基本變量，得到初始基本可行解。由引入變量可以看出，基本變量具有正單位系數(shù)，約束條件方程中只出現(xiàn)一個，而且目標(biāo)函數(shù)中不含基本變量。第三步：確定新的基本變量。選擇非基本變量進入基本變量。一般選擇在目標(biāo)函數(shù)中影響目標(biāo)函數(shù)最大的那個系數(shù)的變量。該變量所在的列為基準(zhǔn)列。新的基本變量進入后，原基本變量應(yīng)退出一個變量。這個變量稱為退出變量。一般基準(zhǔn)列中各約束條件方程的系數(shù)除其右邊常數(shù)項的最小值變量作為退出變量。退出變量所在的行稱為基準(zhǔn)行。確定新的基本變量后，經(jīng)加減消元。求出一組新的基本可行解。第四步：確定最優(yōu)解。求極大值時，目標(biāo)函數(shù)的系數(shù)均不為正時，為最優(yōu)解。求極小值時，目標(biāo)函數(shù)的系數(shù)均不為負時，為最優(yōu)解。2）大M法。大M法是對單純形法的改進，當(dāng)線性規(guī)劃的初始基本可行解不容易判斷時，人工的添加一個單位子塊，并在目標(biāo)函數(shù)里面給這些人工變量前面都乘上一個足夠大的正數(shù)，這樣就迫使人工變量的取值只能為0。土石方調(diào)配建模思路土石方調(diào)配系統(tǒng)是一個受空間、時間約束限制的復(fù)雜系統(tǒng)，其思路為：以全過程調(diào)配費用最低為目標(biāo)函數(shù)，綜合考慮調(diào)配過程中定量和定性化的約束條件。將整個施工過程劃分為若干時段進行規(guī)劃，并將狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系引入到中轉(zhuǎn)料場的平衡約束，從而表達時空轉(zhuǎn)移條件，通過時空轉(zhuǎn)移將動態(tài)問題靜態(tài)化。再采用運籌學(xué)方法（單純形法）求解，進行調(diào)配系統(tǒng)的綜合平衡規(guī)劃，最終求出最優(yōu)的調(diào)配方案。土石方調(diào)配建?；静襟E根據(jù)前述所建立的土石方動態(tài)調(diào)配數(shù)學(xué)模型和面板堆石壩特點，就可以對其進行動態(tài)調(diào)配。土石方動態(tài)調(diào)配的主要目的是：得出調(diào)用以及調(diào)配后土石方流的詳細信息，包括土石方流的流向、所經(jīng)道路量等；為確定土石方調(diào)配優(yōu)化方案提供決策依據(jù)，并為下一步進行施工邊界條件。土石方動態(tài)調(diào)配建模基本步驟如下：確定調(diào)配單價表3-1單位物質(zhì)運價表調(diào)配單價是對調(diào)配成本影響最直接的參數(shù)，可以按照國家規(guī)定的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)確定，它由三部分組成：運輸費、裝車費、開采費。運輸費用是指每單位方量的土石料運輸所需費用；裝車費是指單位方量的土石料裝運所需采費是指單位方量土石料開采所需費用。當(dāng)開挖項目開挖料直接上壩時以裝車費計算；當(dāng)由中轉(zhuǎn)場供料上壩時，調(diào)配單價則以運輸費加裝車費計算；當(dāng)由開采料場供料時，調(diào)配單價以開采費加運輸費及裝車費計算。在線性規(guī)劃中，某種物質(zhì)需要調(diào)運時，其計量單位可以是重量、包裝單位或其它。已知有m個地點可以供應(yīng)該種物質(zhì)（以后通稱產(chǎn)地，用i=1,……,m表示），有n個地點需要該種物質(zhì)（以后通稱銷地，用j=1,……,n表示），從第i個產(chǎn)地到第j個銷地的單位物質(zhì)運價為Cij，見表3-1。料場整體規(guī)劃土石方調(diào)配系統(tǒng)整體規(guī)劃是指對系統(tǒng)內(nèi)各個要素進行確定和劃分。開挖項目、填筑項目、料場、中轉(zhuǎn)場、棄渣場以及道路等各個要素及其相互關(guān)系。它們是進行土石方調(diào)配最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，進行調(diào)配規(guī)劃的前開挖項目、料場的確定是根據(jù)料物性能的不同來進行分解的，例如開挖項目中的覆蓋層和深層開挖的用途不同，就分解為兩個項目。開挖項參數(shù)有開挖總量、自然容重、開挖損失系數(shù)等；料場的主要參數(shù)有總儲容重、開采損失系數(shù)等。填筑項目的確定也是根據(jù)不同料性來進行分解。例如面板堆石壩壩料性不同，一般可分解為墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)等。其主要參數(shù)為填筑項目總填筑量、壓實容重、壩面損失系數(shù)等。棄渣場由于沒有料性的要求，其劃分是由不同的施工布置位置來確要參數(shù)為棄渣場容量、堆積容重等；中轉(zhuǎn)場是指同一類型料物所中轉(zhuǎn)的場地，當(dāng)同一個中轉(zhuǎn)場同時承擔(dān)幾種料物時，則分解為多個中轉(zhuǎn)場分別進行堆存。其主要參數(shù)為中轉(zhuǎn)場容量、回采率等。施工道路是指在面板堆石壩施工過程期間所用到的場內(nèi)施工道路，其主要參數(shù)為道路編號和道路名稱等。劃分調(diào)配時段時段劃分的粗細對調(diào)配成果有一定的影響。一方面，時段內(nèi)各開挖項目的開挖方量和各填筑項目的填筑方量和進度是調(diào)配過程中的約束條件。另一方面，由于任一時段內(nèi)的調(diào)配進料不允許在本時段內(nèi)調(diào)出，則在劃分時段內(nèi)的中轉(zhuǎn)量就會受到限制。因此，時段劃分越細則對中轉(zhuǎn)場調(diào)配進出料的限制配過程就越接近實際。面板堆石壩土石方調(diào)配的主要作用是從宏觀的角度來研究施工期最佳流向及數(shù)量，而壩體的填筑進度一般為控制性進度。因此，根據(jù)壩期來進行時段劃分就可以滿足宏觀控制的要求。分期規(guī)劃土石方調(diào)配系統(tǒng)分期規(guī)劃是指對各時期內(nèi)的調(diào)配約束條件確定括開挖項目、開挖量約束和填筑項目、填筑量約束，它們是依據(jù)施工總進度、開采強度約束和開采料場的施工條件來確定；棄渣場受料是根據(jù)具體施工過程中的施工要求來確定的；道路運輸路徑約束，是調(diào)配過程中最重要的參數(shù)，主要依據(jù)土石方調(diào)配的質(zhì)量規(guī)劃、空間規(guī)劃、時間協(xié)調(diào)等因素來確定，其運距的取值由該分期的實際情況而定。如果道路坡度較大或者曲折，則應(yīng)乘以一定的折算系數(shù)放距。綜上所述，完成以上土石方動態(tài)調(diào)配建模的基本步驟后，就可以建立數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。通過程序求解即可得出優(yōu)化后的調(diào)配方案。再根據(jù)料場情況和壩體填筑分區(qū)的特點，就可以對各種可行的情況加以組合，得出調(diào)配方案。最后，通過比較分析從中選擇較優(yōu)的方案。面板堆石壩土石方調(diào)配軟件設(shè)計土石方動態(tài)調(diào)配系統(tǒng)較為復(fù)雜，其軟件的分析、設(shè)計、實現(xiàn)和維護是一項艱巨的任務(wù)。在軟件開發(fā)時，采用軟件工程的思想和方法可以提高軟件開發(fā)的工作效率，保證程序的可靠性和維護性，本文采用此方法對面板堆石壩土石方動態(tài)調(diào)配系統(tǒng)進行了分析、設(shè)計與實現(xiàn)。仿真開發(fā)語言編程語言的發(fā)展開發(fā)人員對問題域的認識是人類的一種思維活動，人類的任何思維活動都是借助于他們所熟悉的某種自然語言進行的。而系統(tǒng)的最終實現(xiàn)必須用一種計算機能夠閱讀和理解的語言來對系統(tǒng)進行描述，這種語言就是編程語言。編程語言的發(fā)展經(jīng)歷了機器語言、匯編語言、高級語言、面向?qū)ο蟮恼Z言（OOPL）四個階段，目前，OOPL被廣泛應(yīng)用于程序開發(fā)。面向?qū)ο蟮木幊陶Z言（Object-orientedProgramLanguage）與以往各種語言的根本不同是，它的設(shè)計出發(fā)點就是為了能更直接地描述問題域中客觀存在的事物（即對象）以及它們之間的關(guān)系。OOPL使程序能夠比較直接地反映客觀世界的本來面目，而且使軟件開發(fā)人員能夠運用人類認識事物所采用的一般思維方法來進行軟件開發(fā)。在一個比較理想的OOPL程序中，問題域有哪些值得注意的事物，程序中就有哪些對象；問題域中的事物之間是什么關(guān)系，程序中的對象之間就具有什么關(guān)系。這樣程序與問題域具有很緊密的對應(yīng)關(guān)系。面向?qū)ο蟮恼Z言和人類認識、理解客觀世界所使用的自然語言之間的距離是比較小的。現(xiàn)在，程序開發(fā)者采用的編程語言有VisualBasic語言、VisualC++語言、VisualFoxPro語言、Java語言、Delphi語言等。本文開發(fā)Delphi編程語言簡介Delphi是全新的可視化編程環(huán)境，為我們提供了一種方便、快捷的Windows應(yīng)用程序開發(fā)工具。它使用了MicrosoftWindows圖形用戶界面的許多先進特性和設(shè)計思想，采用了彈性可重復(fù)利用的完整的面向?qū)ο蟪绦蛘Z言(Object-OrientedLanguage)、當(dāng)今世界上最快的編輯器、最為領(lǐng)先的數(shù)據(jù)庫技術(shù)。Delphi擁有一個可視化的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），采用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言O(shè)bjectPascal和基于部件的開發(fā)結(jié)構(gòu)框架。Delphi它提供了500多個可供使用的部件，利用這些部件，開發(fā)人員可以快速地構(gòu)造出應(yīng)用系統(tǒng)。開發(fā)人員也可以根據(jù)自己的需要修改部件或用Delphi本身編寫自己的部件。主要特點如下：1）直接編譯生成可執(zhí)行代碼，編譯速度快。由于Delphi編譯器采用了條件編譯和選擇鏈接技術(shù)，使用它生成的執(zhí)行文件更加精煉，運行速度更快。在處理速度和存取服務(wù)器方面，Delphi的性能遠遠高于其他同類產(chǎn)品。2）支持將存取規(guī)則分別交給客戶機或服務(wù)器處理的兩種方案，而且允許開發(fā)人員建立一個簡單的部件或部件集合，封裝起所有的規(guī)則，并獨立于服務(wù)器和客戶機，所有的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移通過這些部件來完成。這樣，大大減少了對服務(wù)器的請求和網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸量，提高了應(yīng)用處理的速度。3）提供了許多快速方便的開發(fā)方法，使開發(fā)人員能用盡可能少的重復(fù)性工作完成各種不同的應(yīng)用。利用項目模板和專家生成器可以很快建立項目的構(gòu)架，然后根據(jù)用戶的實際需要逐步完善。4）具有可重用性和可擴展性。開發(fā)人員不必再對諸如標(biāo)簽、按鈕及對話框等Windows的常見部件進行編程。Delphi包含許多可以重復(fù)使用的部件，允許用戶控制Windows的開發(fā)效果。5）具有強大的數(shù)據(jù)存取功能。它的數(shù)據(jù)處理工具BDE(BorlandDatabaseEngine)是一個標(biāo)準(zhǔn)的中介軟件層，可以用來處理當(dāng)前流行的數(shù)據(jù)格式，如Xbase、Paradox等，也可以通過BDE的SQLLink直接與Sybase、SQLServer、Informix、Oracle等大型數(shù)據(jù)庫連接。Delphi既可用于開發(fā)系統(tǒng)軟件，也適合于應(yīng)用軟件的開發(fā)。6）強大的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)能力，能夠快速的開發(fā)B/S應(yīng)用，內(nèi)置的IntraWeb和ExpressWeb使得對于網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)效率超過了其他任何的開發(fā)工具。7）Delphi使用獨特的VCL類庫，使得編寫出的程序顯得條理清晰，VCL是現(xiàn)在最優(yōu)秀的類庫，它使得Delphi在軟件開發(fā)行業(yè)處于一個絕對領(lǐng)先的地位。用戶可以按自己的需要，任意的構(gòu)建、擴充、甚至是刪減VCL，以滿足不同的需要。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖4-1土石方調(diào)配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖土石方動態(tài)調(diào)配系統(tǒng)軟件的總體目標(biāo)是：能夠高效、簡便地進行面板堆石壩的土石方動態(tài)調(diào)配優(yōu)化，為施工組織設(shè)計人員提供信息和決策支持。為確保實現(xiàn)目標(biāo)，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計時遵循以下原則[21]：1）階段性。軟件設(shè)計首先從總體到局部的步驟進行全面規(guī)劃，然后再按由分到總的步驟分期實施，做到既有總體結(jié)構(gòu)的描述，又有子系統(tǒng)的詳細劃分。2）實用性。注重軟件的實用性，而且要考慮大量數(shù)據(jù)的存貯、維護與更新的方法，使軟件在一個相當(dāng)長的生命期內(nèi)能正常的運行以及簡便的維護。3）開放性。軟件應(yīng)具備較友好的人機界面，便于用戶使用?；谝陨系脑瓌t以及對面板堆石壩土石方調(diào)配系統(tǒng)的分析，將其分解為土石方調(diào)配規(guī)劃模塊和交通運輸系統(tǒng)仿真模塊，為使兩模塊之間能夠有效的藕合，通過共享工程數(shù)據(jù)庫的方式來實現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)傳遞，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖4-1。本文只開發(fā)土石方調(diào)配規(guī)劃模塊。數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)管理是程序設(shè)計中的一個很重要的方面，如果數(shù)據(jù)管理得當(dāng)，會給程序設(shè)計帶來很大的方便，而且還可以提高程序的運行效率。因此，在程序設(shè)計之前，確定適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是十分有必要的[22,23]。本文在錄入數(shù)據(jù)時采用MicrosoftAccess，建立ODBC數(shù)據(jù)源，再通過Delphi的BDE訪問ODBC數(shù)據(jù)源對象。數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖如圖4-2所示。圖4-2仿真調(diào)度數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖Access數(shù)據(jù)庫Access是一種功能強大、使用靈活方便、目前比較流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫也就是把相互聯(lián)系的數(shù)據(jù)存放在一個個單獨的表內(nèi)以后，需要在這些表之間定義表間的關(guān)系，Access就是使用這種關(guān)系，對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行組織的。在Access中，允許用戶生成多個表，表的數(shù)目取決于用戶的需要。各表之間相關(guān)的關(guān)系一般有三種形式：一對一關(guān)系、一對多關(guān)系和多對多關(guān)系。要使表間建立關(guān)系，需要對每一個表選擇一個主關(guān)鍵字字段，并要求該字段對于表中的每一個記錄都是唯一的。在用Access關(guān)系數(shù)據(jù)庫開發(fā)一個應(yīng)用程序之前，首先必須對數(shù)據(jù)庫理論有一個基本的理解，其次應(yīng)充分理解如何把數(shù)據(jù)庫分為不同的表，每個表間的關(guān)系是什么樣的類型，然后才能歸一化數(shù)據(jù)，即用關(guān)鍵字段把這些表聯(lián)系起來。ODBC接口MicrosoftOpenDatabaseConnectivity(ODBC)是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的一個標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它向訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的Windows(R)應(yīng)用程序提供了一種通用的語言?？梢詫Χ喾N數(shù)據(jù)庫安裝ODBC驅(qū)動程序，用來連接數(shù)據(jù)庫并訪問它們的數(shù)據(jù)。ODBC接口允許應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)中的數(shù)據(jù)，并使用結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)作為訪問數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。ODBC接口的優(yōu)勢之一是開放的互操作性。程序員可以不關(guān)心數(shù)據(jù)源跟哪種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相連(可以是單層，如FoxPro，access，excel，dbase等，也可以是多層，如SQLServer，Sybase，Oracle等)，只要知道數(shù)據(jù)源的名字，以及該數(shù)據(jù)源包含哪些表，視圖和它們的域構(gòu)成，然后就可以用ODBCAPI和ODBCSQL語句來編寫應(yīng)用程序。對表可以進行記錄項滾動、更新(增加、編輯、刪除)、排序、計算等操作[24,25]，ODBC的體系結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。圖4-2ODBC體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫設(shè)計工程數(shù)據(jù)庫的建立主要是為調(diào)配規(guī)劃和仿真計算服務(wù)的。數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)錄入原始數(shù)據(jù)的基本工具，同樣也是軟件進行中間運算、統(tǒng)計功能等的中間媒介。所以，在建立工程數(shù)據(jù)庫時，應(yīng)注意的原則有：1）盡量避免用戶重復(fù)輸入、避免或減少數(shù)據(jù)空間的占用；2）方便編程、查詢與統(tǒng)計運算；3）符合工程中數(shù)據(jù)組織的一般習(xí)慣。基于工程數(shù)據(jù)庫的設(shè)計原則以及本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點，土石方調(diào)配系統(tǒng)軟件的工程數(shù)據(jù)庫設(shè)計思路為：將全部運行資源存儲在數(shù)據(jù)庫中，其數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有兩個接口：一個是數(shù)據(jù)維護接口，數(shù)據(jù)庫管理員或仿真人員通過此接口管理仿真資源，執(zhí)行對工程、模型、數(shù)據(jù)等工程資源和對象的定義、修改和刪除等操作；另一個是運行接口，系統(tǒng)仿真人員通過此接口進行仿真資源配置，構(gòu)成實驗框架和運行仿真工程。數(shù)據(jù)庫既是仿真過程的信息載體，又是仿真功能模塊間數(shù)據(jù)交換的橋梁紐帶，在仿真運行中，除個別全局變量外，模塊之間的數(shù)據(jù)和控制信息傳遞、交換以及交互操作都通過數(shù)據(jù)庫來進行。根據(jù)土石方調(diào)配系統(tǒng)的特點，工程數(shù)據(jù)庫可分為兩類，即原始資料數(shù)據(jù)庫，用于存儲調(diào)配規(guī)劃和仿真邊界的初始條件數(shù)據(jù)；結(jié)果數(shù)據(jù)庫，用于存儲調(diào)配優(yōu)化和仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫各表內(nèi)字段定義的基本形式如表4-1所示。表4-1填筑項目表字段字段名稱字段類型中文含義NumString填筑項目編號NameString填筑項目名稱AmountSingle填筑總量DensitySingle自然容重軟件功能的實現(xiàn)面板堆石壩土石方調(diào)配系統(tǒng)由土石方調(diào)配規(guī)劃和交通運輸系統(tǒng)兩個子模塊組成，兩者既互相獨立又相互聯(lián)系。針對土石方調(diào)配規(guī)劃系統(tǒng)的特點，本文開發(fā)了相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，其實現(xiàn)的軟件功能分別為建模功能、模型計算功能、成果輸出和分析功能，流程圖見圖4-3。其軟件功能的實現(xiàn)將在下一章結(jié)合工程實例具體說明。圖4-3河口村面板堆石壩土石方調(diào)配流程圖面板堆石壩土石方調(diào)配仿真軟件開發(fā)實例工程概述河口村水庫工程是一座以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發(fā)電、改善河道基流等綜合利用的大（2）型水利樞紐，沿壩軸線從右往左依次為混凝土面板堆石壩、溢洪道、引水發(fā)電洞、1#泄洪洞及2#泄洪洞。電站廠房位于壩下游400m的左岸，布置有上、下廠房。大壩為1級建筑物；泄洪洞、溢洪道、發(fā)電洞進口為2級建筑物；發(fā)電洞、電站廠房為3級建筑物；臨時建筑物級別為4級。水庫大壩壩線位于余鐵溝口上游約350m處，混凝土面板堆石壩趾板建基面最低高程為165.00m，壩頂高程288.5m，相應(yīng)最大壩高123.50m，防浪墻高3.7m，壩頂長度530.0m，壩頂寬9.0m，上游壩坡1：1.5，并設(shè)6.0m寬的“之”字形上壩公路，下游綜合邊坡溢洪道布置在左壩肩龜頭山南鞍部地帶，為3孔凈寬15.0m的開敞式溢洪道，由引渠、控制閘、泄槽和挑流鼻坎四部分組成。進口引渠底板高程259.7m，堰頂高程267.50m，溢洪道總長度174.0m泄洪洞在壩址左岸的溢洪道左側(cè)附近，由引渠段、進口閘室、洞身和出口段組成，設(shè)高位和低位兩條。低位洞為1#泄洪洞，進口高程為195.00m（設(shè)兩個事故檢修門和二個弧型工作門），洞身長600m，斷面9.0m×13.5m，出口采用挑流消能，該洞施工期參與導(dǎo)流；高位洞為2#泄洪洞，由導(dǎo)流洞經(jīng)龍?zhí)ь^改建而成，進口高程為210.00m（設(shè)一個事故檢修門和一個弧型工作門），洞身長61發(fā)電引水建筑物由引渠、攔污柵、喇叭口、事故檢修門及門井、主洞、上、下廠房、岔管等組成，裝機4臺，總裝機容量11.6MW（2×5.0MW和2×0.8MW）。根據(jù)樞紐的地形、地質(zhì)條件，布置一條發(fā)電洞，進口底板高程216.00m，主洞洞徑3.5m，洞身長692.88m；岔洞洞徑1.70m，洞身長75.39m。小電站岔洞洞徑為1.7m，支管管徑1.2m，考慮供水的需求，小電站機組配合旁通管布置。岔洞均采用壓力鋼管。主洞引水流量為20.40m3/s，大電站2臺大機組額定流量均為8.10m3/s，小電站2參與土石方調(diào)配的數(shù)據(jù)分類表5-1河口村面板堆石壩分期表在料物調(diào)配問題解決中，對分期施工進度的考慮主要有三點：一是分期分區(qū)的填筑工程量；二是不同建筑物的分期開挖工程量；三是在不同施工期內(nèi)料場、中轉(zhuǎn)場、棄渣場的動態(tài)特性。在錄入數(shù)據(jù)時應(yīng)該考慮自然方、堆方和壩上方（堰方）之間的折算系數(shù)，折算系數(shù)的具體信息將在后面的折算系數(shù)表中進行說明。圖5-1河口村面板堆石壩壩體分期填筑剖面圖根據(jù)大壩填筑施工分區(qū)及進度規(guī)劃，圍堰從2009年10月初開始填筑，2010年1月底完工，壩體分四期填筑，從2010年2月初開始填筑，2012年3月底完工。壩體填筑分期分區(qū)規(guī)劃見圖5-1，大壩分期見表5-1。場地特征數(shù)據(jù)料場特征信息表5-2料場特征表料場特征信息表包括料場的編號、名稱、儲量等信息，如表5-2，料場特性指具有不同料場空間位置、不同類型的料物儲量的特征。在調(diào)配中要滿足料場開采料與壩體分區(qū)填筑料的一致性。在調(diào)配關(guān)系中，選用松樹灘土料場作為大壩鋪蓋土料場，謝莊土料場作為圍堰防滲土料場，河口村土料場南區(qū)土料作為備用料場，。其中，料場儲量按自然方錄入。臨時堆料場特征信息臨時堆料場特征信息表包括臨時堆料場的編號、名稱和容量等信息，如表5-3所示。臨時堆料場容量在一般情況下作為堆方量錄入。本工程共設(shè)棄渣場特征信息棄渣場特征信息表包括棄渣場的編號、名稱和容量等，如表5-4所示，其容量一般情況下也按堆方量錄入。本工程表5-4棄渣場特征表進度計劃數(shù)據(jù)開挖項目信息本工程最主要的開挖項目有大壩土建工程、溢洪道開挖、泄洪洞開挖、導(dǎo)流洞開挖、發(fā)電洞開挖、廠房開挖等開挖項目。大壩土建工程開挖見表5-5，其他開挖項目見表5-6。對于壩體的不同施工分區(qū)，重點應(yīng)考慮兩個問題：一是分區(qū)料物種類特性，在考慮料場開采料、建筑物開挖料利用時考慮；二是分期施工的填筑工程量，在料物數(shù)量平衡規(guī)劃中考慮。一個開挖項目必須具有同樣的料物性能，只能用于壩體的某一分區(qū)。如果一個開挖項目的料物性能不同（如一部分用于大壩次堆石區(qū)，一部分用于下游堆石區(qū)）時，其用途不同，則須分解為不同的項目。開挖項目信息表包括開挖項目編號、名稱、開挖量、開挖時間等信息。其中，開挖量如未經(jīng)注明均按自然方錄入。表5-5大壩土建工程開挖列表表5-6其他開挖項目列表填筑項目信息填筑項目主要按照壩體分期（四期）、分區(qū)（主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、墊層區(qū)、過渡區(qū)）和上下游圍堰劃分。所有的填筑量均按壩上方計算。填筑項目信息主要包括填筑項目編號、名稱、填筑量、填筑時間等信息，填筑量均按壩上方或堰方錄入。圍堰填筑從2009年10月初開始至2010年1月底完成，填筑工程量為20.85萬m3，歷時4個月，平均填筑強度為5.84萬m3/月。2009年11月初河床截流，2011年3月份拆除下游圍堰防滲部分填筑量，共3.46萬m3。壩體填筑共分四期進行，一期為臨時斷面，設(shè)兩個臺階，臨時斷面頂高程為225.5m，臺階高程分別為195.5m和172m，二期全斷面填筑至238.5m高程，三期全斷面填筑至286m高程，四期為壩頂部分填筑，頂高程為288.5m。表5-7填筑項目列表壩體一期填筑工程量為138.73萬m3，從2010年2月初開始至6月底完成，歷時5個月，平均填筑強度25.22萬m3/月，壩體臨時斷面達到225.5m高程，滿足度汛要求，臨時斷面平均上升速度為11m/月。壩體二期填筑工程量為229.68萬m3，從2010年7月初開始至2011年2月底完成，歷時8個月，平均填筑強度28.71萬m3/月，壩體全斷面上升到238.5m高程，具備一期面板施工條件，壩體全斷面平均上升速度為8m/月。壩體三期填筑工程量為197.17萬m3，從2011年3月初開始至9月底完成，歷時7個月，平均填筑強度28.17萬m3/月，壩體填筑至286m高程，壩體全斷面平均上升高度為7m/月。壩體四期填筑工程量為1.04萬m3，在壩頂防浪墻施工完成后進行，安排在2012年3月份進行，歷時1個月。根據(jù)以上工期安排，填筑項目分類信息如表5-7所示。關(guān)系描述數(shù)據(jù)調(diào)配關(guān)系表中列出了所有的供料區(qū)（建筑物開挖、中轉(zhuǎn)場、料場）與受料區(qū)（大壩和圍堰、中轉(zhuǎn)場）以及供料區(qū)與棄渣場之間的匹配關(guān)系，匹配關(guān)系只針對巖性，而不考慮時間上是否同步。所以，當(dāng)開挖工期和填筑工期發(fā)生改變時也能夠重新進行匹配。調(diào)配關(guān)系表中包括運距、松散系數(shù)、棄渣系數(shù)、路徑和調(diào)配單價等信息，它是仿真與建模的基礎(chǔ)。實際施工中，路徑、棄渣系數(shù)和調(diào)配單價通常會發(fā)生改變，用戶可以先修改表中的相關(guān)數(shù)據(jù)，再通過土石方計算模塊生成新的調(diào)配方案。生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)建筑物開挖生產(chǎn)信息、料場開采生產(chǎn)信息和填筑生產(chǎn)信息分別記錄了每天的開挖、開采和填筑情況，應(yīng)該由施工方當(dāng)天錄入；而中轉(zhuǎn)場和棄渣場生產(chǎn)信息則依據(jù)前面三表的信息，分別統(tǒng)計了每天各自的容量變化。其他數(shù)據(jù)分類調(diào)運單價表表5-8調(diào)運單價表產(chǎn)地i銷地j大壩上游圍堰下游圍堰1號棄渣場2號棄渣場3號棄渣場4號棄渣場1號臨時堆料場2號臨時堆料場123456789左岸覆蓋層1000010.570000右岸覆蓋層200010.5700000河床覆蓋層300000010.57010.57左岸石方4000031.880031.880右岸石方500031.88000031.88河床石方600031.8800031.880右岸灌漿洞明挖700036.4900000右岸灌漿洞洞挖800048.3800000左岸F11斷層石方9000030.8300008號路拆除1000000010.5700石料場覆蓋層11000000.89000石料場石方12000002.03000左岸防滲覆蓋層13000011.490000左岸防滲石方14000033.170000左岸防滲滑坡體15000033.170000溢洪道覆蓋層16000010.57010.5700溢洪道可利用石方17000024.730000溢洪道石方18000024.73024.73001號泄洪洞進口覆蓋層19000010.5700001號泄洪洞進口明挖石方20000000028.3501號泄洪洞出口口覆蓋層2100000010.57001號泄洪洞