朱秀斌 王曉霞

1.山東華偉銀凱建材科技股份有限公司 山東淄博 255000

2.山東華度檢測(cè)有限公司 山東淄博 255000

對(duì)泵送混凝土施工機(jī)械組合方案進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析，給出了其優(yōu)化方案的目標(biāo)。提出了一種系統(tǒng)仿真方法，以建立混凝土輸送系統(tǒng)模型，求解泵送混凝土施工機(jī)械的最優(yōu)組合方案[1]。

1 泵送混凝土施工機(jī)械支護(hù)方案的評(píng)價(jià)及影響因素

泵送混凝土工程機(jī)械的評(píng)價(jià)主要包括技術(shù)評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。提出了工期和成本兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并給出了方案優(yōu)化模型。

（1）工期與影響因素。

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×P

式中：S 為泵的數(shù)量（臺(tái)）；P 是泵的產(chǎn)能（m3/h·臺(tái)）?？梢钥闯?，對(duì)于一個(gè)具體的項(xiàng)目，其混凝土施工周期主要取決于泵的使用和產(chǎn)能。生產(chǎn)效率取決于泵的類(lèi)型。同時(shí)，混凝土的供應(yīng)也直接影響到施工周期，混凝土的供應(yīng)主要取決于運(yùn)輸車(chē)輛的能力、數(shù)量、運(yùn)輸時(shí)間、攪拌站的供應(yīng)能力和出口數(shù)量。這里需要說(shuō)明，因?yàn)榭紤]到實(shí)際施工情況，這里不考慮振動(dòng)和維修對(duì)工期的影響。

（2）泵送混凝土施工機(jī)械輔助設(shè)備選型的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。泵送混凝土施工機(jī)械組合的目標(biāo)是在滿(mǎn)足工期要求的前提下使施工成本最小化。簡(jiǎn)而言之，得到最佳的機(jī)械組合方案，是確定泵的類(lèi)型，數(shù)量，運(yùn)輸車(chē)輛的能力，數(shù)量和混合站卸貨港數(shù)量，所以在這種機(jī)械組合，不僅滿(mǎn)足工期的要求，但也使工程造價(jià)最低。

2 混凝土輸送系統(tǒng)模擬

為了得到最優(yōu)的力學(xué)組合支護(hù)方案，建立了混凝土輸送系統(tǒng)模型，并用VB 語(yǔ)言編寫(xiě)了仿真程序。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，泵的效率，泵的數(shù)量，數(shù)量的混合卡車(chē)、利用率、卸貨港口的數(shù)量的混合站和攪拌站的利用率在不同機(jī)械組合，以獲得最優(yōu)解的實(shí)際系統(tǒng)機(jī)械組合通過(guò)上述施工機(jī)械組合方案的優(yōu)化模型。

（1）混凝土輸送系統(tǒng)模型。該模型是一個(gè)四層有限源服務(wù)系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，假設(shè)：①服務(wù)規(guī)則是一個(gè)等待系統(tǒng)，先到先得[2]。②系統(tǒng)內(nèi)所有車(chē)輛依次接受各級(jí)服務(wù)。接受服務(wù)后，立即進(jìn)入下一級(jí)服務(wù)系統(tǒng)，并繼續(xù)這樣做，形成一個(gè)閉環(huán)，直到指定的時(shí)間。其中，對(duì)于重型車(chē)輛操作系統(tǒng)，根據(jù)具體的施工溫度來(lái)確定其上限。一旦超過(guò)這個(gè)限制，車(chē)輛就不允許進(jìn)入泵系統(tǒng)，而是立即倒轉(zhuǎn)然后進(jìn)入空車(chē)輛返回系統(tǒng)。③如果將上述澆筑的混凝土視為泵送系統(tǒng)的特例，則系統(tǒng)中的車(chē)輛在每個(gè)循環(huán)中將經(jīng)過(guò)一定數(shù)量和順序的服務(wù)機(jī)構(gòu)。④裝載系統(tǒng)和泵送系統(tǒng)是單隊(duì)和多個(gè)服務(wù)站，其中客戶(hù)是攪拌車(chē)，服務(wù)站是攪拌站出口和混凝土泵。重型車(chē)輛作業(yè)和空車(chē)返回可以考慮為無(wú)限個(gè)服務(wù)站，但交通擁堵等影響需要考慮。根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法得到了運(yùn)行時(shí)間的分布，并得到了加載和壓緊系統(tǒng)的使用時(shí)間。

（2）交通系統(tǒng)仿真方法。上述混凝土輸送系統(tǒng)為離散系統(tǒng)，因此采用“最小時(shí)鐘值”時(shí)間步長(zhǎng)法對(duì)其進(jìn)行模擬。其基本思想是，如果系統(tǒng)中有一系列具有不同屬性的事件，那么在最接近模擬時(shí)鐘初始點(diǎn)的時(shí)間發(fā)生的事件就是“最小時(shí)鐘值”事件。根據(jù)最小時(shí)鐘值事件的時(shí)間補(bǔ)償?shù)臅r(shí)間進(jìn)度，逐步模擬系統(tǒng)行為。由于是隨機(jī)仿真，因此要重視隨機(jī)變量的產(chǎn)生和仿真精度的控制。①隨機(jī)變量的生成。利用計(jì)算機(jī)提供的偽隨機(jī)數(shù)R，根據(jù)隨機(jī)變量X 的分布，確定相應(yīng)的隨機(jī)變量生成方法。系統(tǒng)主要涉及正態(tài)分布和負(fù)指數(shù)分布，具體生成方法如下：

1．對(duì)負(fù)指數(shù)分布的隨機(jī)變量采用逆變換法：

2．正態(tài)分布的隨機(jī)變量采用直接變換法。

（2）仿真精度控制。即使有正確的仿真模型和程序，也不能保證仿真結(jié)果的可靠性。在這個(gè)系統(tǒng)中，由于很多輸入變量都是隨機(jī)變量，所以輸出結(jié)果也屬于隨機(jī)變量。每次模擬運(yùn)行的結(jié)果都是抽樣得到的樣本值和抽樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，與總體統(tǒng)計(jì)特性存在誤差。為了保證仿真輸出的可靠性，有必要進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)分析和估計(jì)。設(shè)N 為運(yùn)行次數(shù)，X 為輸出變量，得到N 次運(yùn)行的樣本均值、方差和區(qū)間估計(jì)作為仿真結(jié)果。

3 工程案例分析

泵送混凝土用于工程的混凝土施工。有兩種類(lèi)型的泵可供選擇：（1）HBT100，理論排量為100m3/h，數(shù)量為1 臺(tái)；（2）SHC57 模型，理論排量57m3/h，數(shù)量3 臺(tái)。根據(jù)總工期安排，本工程各施工工段混凝土用量不超過(guò)600m3，澆筑時(shí)間控制在10～12h 之間，即要求澆筑速度為50～60m3/h。攪拌站選址在距現(xiàn)場(chǎng)20km 處，攪拌站供料能力180m3/h，輸送能力6m3。可供使用的車(chē)輛數(shù)量在18 輛以?xún)?nèi)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，攪拌站上料時(shí)間呈負(fù)指數(shù)分布，平均值為6．5min。重型卡車(chē)從攪拌站到現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行時(shí)間服從正態(tài)分布，平均值為32min?，F(xiàn)場(chǎng)混凝土受壓時(shí)間呈負(fù)指數(shù)分布，平均值為8min 和12min。空車(chē)返回時(shí)間服從正態(tài)分布，均值為28min。本項(xiàng)目對(duì)交通系統(tǒng)進(jìn)行仿真，采用終端仿真。在模擬開(kāi)始時(shí)，所有運(yùn)輸車(chē)輛在攪拌站排隊(duì)裝貨，模擬運(yùn)行100 次。各機(jī)械利用率的方差為0．01，泵產(chǎn)率的方差在0．5 以?xún)?nèi)。在限定運(yùn)輸車(chē)輛數(shù)量為16 輛的情況下，S HC57 和HBT 100 泵施工單價(jià)分別為35 元/h 和50 元/h[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之。通過(guò)建立混凝土輸送系統(tǒng)模型，通過(guò)系統(tǒng)仿真求解泵送混凝土施工機(jī)械的最優(yōu)組合方案是可行的。在仿真中，需要確定各種工作時(shí)間。因此，統(tǒng)計(jì)工作越深入、越細(xì)致，各種服務(wù)時(shí)間的分布越接近實(shí)際，所得到的方案的可信度越高。與此同時(shí)，借助vb 的可視化編程技術(shù)，工程師可以輕松地從輸入界面輸入工程相關(guān)信息，計(jì)算機(jī)可以快速模擬并獲得各種方案下的指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。