水電站工程施工中鋼筋下料優(yōu)化問(wèn)題初探

李云鵬 趙玉新

（黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080）

1 前言

本文主要是在總結(jié)國(guó)內(nèi)外的研究成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)目前成果在反映鋼筋需求與庫(kù)存的動(dòng)態(tài)性方面的不足，重點(diǎn)利用定量分析方法建立了多規(guī)格一維下料模型和單規(guī)格一維下料模型，同時(shí)，還定性地總結(jié)了水電工程施工中鋼筋配料問(wèn)題的長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)可以大大增加多規(guī)格一維下料問(wèn)題解題的邊界條件，使得問(wèn)題的解決實(shí)際意義更強(qiáng)，方法更快速實(shí)用。對(duì)工業(yè)工程生產(chǎn)過(guò)程中的線(xiàn)性原料優(yōu)化下料問(wèn)題給出了通用性的啟示和具體的方法，具有普遍的借鑒作用和較為實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，將對(duì)企業(yè)的成本工作產(chǎn)生很大的影響。

2 面向工藝的鋼筋下料優(yōu)化思想

2.1 輸變電線(xiàn)路鐵塔下料優(yōu)化的一種新思路

在電力工業(yè)輸變電線(xiàn)路鐵塔下料中，有如下實(shí)例:生產(chǎn)流程由上料員在工位5上料，工位1～工位3的操作者完成定位調(diào)整，工位4的操作者控制機(jī)床動(dòng)作，工位1的操作者將排料單上的零件，經(jīng)組合后，選定組指揮加工。堆放3通常堆放最長(zhǎng)件，也是將要清離現(xiàn)場(chǎng)的一批零件。堆放1，2的零件長(zhǎng)度一般比堆放3長(zhǎng)度短，它類(lèi)似于計(jì)算機(jī)中的堆?！，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的料頭堆，長(zhǎng)度都很小，不占場(chǎng)地。對(duì)鐵塔基數(shù)較大的，現(xiàn)場(chǎng)通常允許堆放料數(shù)一般為3～4種零件，即己開(kāi)始下料而未下完的零件材料一般為3～4種零件，料頭因其很短，不計(jì)入現(xiàn)場(chǎng)數(shù)。這個(gè)工藝條件，即為優(yōu)化排料的工藝約束條件。目前的排料工作是由工位1的工作者擔(dān)任，同時(shí)與工位2～4的操作者配合完成定位調(diào)整，由于現(xiàn)場(chǎng)的噪聲影響及沒(méi)有預(yù)先的規(guī)劃，難免會(huì)產(chǎn)生排料不合理的地方，而一旦發(fā)生，又無(wú)更改余地另一方面對(duì)材料利用率的控制顯得過(guò)于粗糙。針對(duì)這種情況，一種面向工藝的優(yōu)化下料系統(tǒng)，運(yùn)行該系統(tǒng)產(chǎn)生生產(chǎn)下料清單，操作者只要按此清單執(zhí)行即可，不需要再現(xiàn)場(chǎng)排料。

2.2 對(duì)水電工程鋼筋下料的啟發(fā)

上述優(yōu)化系統(tǒng)具有明顯的面向工藝和面向?qū)嶋H生產(chǎn)的特點(diǎn)，也為后續(xù)研究簡(jiǎn)化模型和流程提供了很好的思路啟發(fā)。

水電工程的鋼筋加工相比較鐵塔加工而言，復(fù)雜的地方在于原材料規(guī)格多，需求規(guī)格和長(zhǎng)度變化更大，考慮不同的鋼筋接頭形式則問(wèn)題更復(fù)雜。但是，二者處理下料問(wèn)題的思路是一致的。在水電鋼筋下料施工中，可以把問(wèn)題分步、分塊簡(jiǎn)化處理，只針對(duì)某一倉(cāng)面、某種鋼筋來(lái)應(yīng)用上述優(yōu)化思想，則問(wèn)題較之鐵塔系統(tǒng)一般都簡(jiǎn)單些。這樣的簡(jiǎn)化處理是有依據(jù)的。因?yàn)槿缦略颍疚姆艞壛藢で笏^全局優(yōu)化的方法而只對(duì)某一倉(cāng)面的某種確定規(guī)格確定的強(qiáng)度等級(jí)和確定的直徑鋼筋進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)?，水電工程分為若干單?xiàng)、單位、分部、分項(xiàng)工程，某一倉(cāng)面的鋼筋下料題只是鋼筋分項(xiàng)工程的一個(gè)環(huán)節(jié)。前述己說(shuō)明，水電施工不確定因素太多，不必也不可能針對(duì)所謂的全局去優(yōu)化，同時(shí)，某種規(guī)格鋼筋的下料與其他規(guī)格的鋼筋的下料并沒(méi)有任何聯(lián)系，除非要求代換。就算代換，還是轉(zhuǎn)化為確定規(guī)格下料問(wèn)題。這樣，一個(gè)水電站施工過(guò)程中的鋼筋問(wèn)題就變成很多個(gè)“單個(gè)倉(cāng)面某種確定規(guī)格下料問(wèn)題”的組合，問(wèn)題被簡(jiǎn)化。下面就在工程中鋼筋的下料問(wèn)題做些論述。

某倉(cāng)面鋼筋，其主要使用坯料為L(zhǎng)=4.5米。還有部分使用坯料為L(zhǎng)=3.0米的。根據(jù)這種情況，我們采取上述跨料處理框圖進(jìn)行材料的優(yōu)化分析、對(duì)比，從而確定原材料利用率最高的下料方案。具體分析過(guò)程如下:

通過(guò)分析，可得出，優(yōu)先考慮L=4.5米的大規(guī)格下料，再考慮L=3.0米的短規(guī)格下料，L=4.5米的大規(guī)格與L=3.0米的短規(guī)格再搭配下料的方式，可提高原材料的利用率，減小材料的損耗。由此可見(jiàn)，采取上述方式進(jìn)行優(yōu)化下料，計(jì)算簡(jiǎn)化，高效，特別適合在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行下料優(yōu)化操作，進(jìn)行及時(shí)優(yōu)化調(diào)整。

3 可簡(jiǎn)化計(jì)算的部分管理經(jīng)驗(yàn)

目前的水電工程施工中，經(jīng)過(guò)鋼筋配料問(wèn)題的長(zhǎng)期實(shí)踐，建設(shè)者已摸索出其中的一些特點(diǎn) (區(qū)別于其他建筑工程和其他線(xiàn)材下料問(wèn)題).總結(jié)這些經(jīng)驗(yàn)，可以大大增加多規(guī)格一維下料問(wèn)題 (鋼筋下料問(wèn)題的一般情況)解題的邊界條件，使得問(wèn)題的解決實(shí)際意義更強(qiáng)，方法更快速實(shí)用。這些經(jīng)驗(yàn)，在下料問(wèn)題開(kāi)始前，可以直接應(yīng)用，大大減少在計(jì)算之前坯料的數(shù)量，減少定量分析中的“組合”數(shù)目，便于計(jì)算。

(1)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，一根原材料上套裁成品鋼筋的長(zhǎng)度不超過(guò)3種是比較合理的。而且，設(shè)計(jì)圖上的某根鋼筋套裁后的各段鋼筋如果不是利用了余料，只存在不多于一根的長(zhǎng)度為非整數(shù)或非0.5米的整數(shù)倍數(shù)的長(zhǎng)度。否則會(huì)導(dǎo)致實(shí)際切割加工不便，容易造成差錯(cuò)，同時(shí)也降低了生產(chǎn)效率。這種經(jīng)驗(yàn)，使得“組合爆炸問(wèn)題”造成的難度被大大降低。

(2)豎向鋼筋的長(zhǎng)度確定為3米、4.5米兩種規(guī)格，當(dāng)然，起始扎筋時(shí)和鋼筋到頂時(shí)具體調(diào)整。這是因?yàn)?豎向鋼筋由于人力所限，太長(zhǎng)不易施工，且臨時(shí)連接如果不可靠，極易引發(fā)安全事故;同時(shí)，因?yàn)榛炷潦┕ひ?guī)范中規(guī)定混凝土的自由下料高度不超過(guò)2米，豎向鋼筋太長(zhǎng)，影響混凝土臥罐水工大體積混凝土常用料具的下放，尤其是在一些倉(cāng)面狹窄的部位。

(3)水平鋼筋首先用原材料(即從鋼鐵廠出廠的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，一般為9米或12米組合，當(dāng)剩余長(zhǎng)度小于標(biāo)準(zhǔn)原材料長(zhǎng)度時(shí)再進(jìn)入套裁組合優(yōu)化過(guò)程。

(4)余料長(zhǎng)度必須首先考慮規(guī)范要求，再考慮接頭的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。

以上幾點(diǎn)，均是多年被實(shí)踐者證明有效的下料經(jīng)驗(yàn)，充分重視這些經(jīng)驗(yàn)，可以大大減少定量研究的難度。因?yàn)橄铝系慕?jīng)濟(jì)性是僅是施工過(guò)程中的一個(gè)問(wèn)題，斷料結(jié)果能否在施工中具有方便快捷的可操作性，也是一個(gè)很重要的問(wèn)題，忽略了現(xiàn)場(chǎng)施工的難度問(wèn)題的斷料結(jié)果，不具有可實(shí)施性。所以，上述這些經(jīng)驗(yàn)不但是可用的，有效的，也是必要的。

4 結(jié)語(yǔ)

施工過(guò)程中面對(duì)的問(wèn)題是庫(kù)存鋼筋經(jīng)常有多種規(guī)格，那么問(wèn)題要進(jìn)一步得到解決，就不能回避針對(duì)多種規(guī)格的原材料、多種下料需求的多規(guī)格一維下料問(wèn)題。對(duì)這一問(wèn)題，主要解決方法是總結(jié)行之有效的施工經(jīng)驗(yàn)，用定性的方法去盡量增加該問(wèn)題的邊界條件，使得定性和定量方法盡量能各自發(fā)揮特長(zhǎng)，求得快速而有效的結(jié)果。本文總結(jié)了施工實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，并在施工程序和總體布置上參考了輸變電鐵塔下料的一種新思想，方法實(shí)用、快速而有效。

[1]孫守遷，唐明，潘云鶴.面向人機(jī)工程的布局設(shè)計(jì)方法的研究計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2000

[2]曾芬芳.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[M].上海交通大學(xué)出版社，1997

[3]袁忠良.最優(yōu)化下料方法與程序[M].天津大學(xué)出版社，1989