基于機(jī)械故障精細(xì)分析的引水隧洞施工進(jìn)度仿真

余?佳，鐘登華，肖?堯，趙夢(mèng)琦，林瀚文

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基于機(jī)械故障精細(xì)分析的引水隧洞施工進(jìn)度仿真

余?佳，鐘登華，肖?堯，趙夢(mèng)琦，林瀚文

(天津大學(xué)水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

現(xiàn)有考慮機(jī)械故障的施工進(jìn)度仿真研究均采用機(jī)械的整個(gè)故障時(shí)長(zhǎng)來反映故障影響，忽略了故障機(jī)械未能在原單元活動(dòng)結(jié)束前完成維修，且剩余故障處理活動(dòng)不影響施工進(jìn)度的情況，因此難以保證施工機(jī)械故障分析的準(zhǔn)確性．本研究對(duì)引水隧洞施工機(jī)械因故障退出工作、維修后重新投入使用的全過程進(jìn)行精細(xì)模擬追蹤，提出基于機(jī)械故障精細(xì)分析的引水隧洞施工進(jìn)度仿真方法．首先，在仿真過程中追蹤各施工機(jī)械的運(yùn)行軌跡，并確定機(jī)械故障時(shí)刻；其次，通過分析故障處理時(shí)間與剩余單元活動(dòng)的關(guān)系，確定機(jī)械故障類型；再者，推導(dǎo)不同機(jī)械故障類型下單元活動(dòng)延誤時(shí)間的計(jì)算公式，以精細(xì)分析機(jī)械故障的影響后果；最后，通過施工仿真方法獲得機(jī)械故障影響下的隧洞開挖進(jìn)度，并通過敏感性分析獲得不同施工機(jī)械故障對(duì)進(jìn)度影響的敏感指數(shù)．研究結(jié)果表明，相較于現(xiàn)有考慮機(jī)械故障的施工進(jìn)度仿真方法，該方法可在精細(xì)分析施工機(jī)械故障的基礎(chǔ)上，獲得更符合工程實(shí)際的仿真進(jìn)度．

引水隧洞；機(jī)械故障精細(xì)分析；施工進(jìn)度仿真；敏感性分析

引水隧洞施工涉及鉆機(jī)、自卸汽車、裝載機(jī)等機(jī)械，各施工機(jī)械受部件磨損老化、地下施工環(huán)境等影響，在運(yùn)行過程中難免發(fā)生故障．施工機(jī)械發(fā)生故障后存在兩種不同的故障類型：①當(dāng)故障機(jī)械維修完畢時(shí)，原單元活動(dòng)尚未結(jié)束，則機(jī)械立即重新投入工作．此時(shí)故障機(jī)械的整個(gè)故障處理活動(dòng)都將對(duì)施工進(jìn)度產(chǎn)生影響．②直至原單元活動(dòng)結(jié)束且后續(xù)單元活動(dòng)開始，故障維修工作未完成，則剩余的故障處理活動(dòng)對(duì)工程進(jìn)度無影響．故而，當(dāng)施工機(jī)械故障事件發(fā)生，即使故障處理時(shí)間相同，若故障機(jī)械所屬的故障類型不同，其對(duì)施工進(jìn)度的影響亦不相同．因此，有必要結(jié)合隧洞施工機(jī)械故障不同類型的特點(diǎn)，對(duì)施工機(jī)械因故障退出工作、維修后重新投入使用的全過程進(jìn)行精細(xì)模擬追蹤，并在此基礎(chǔ)上開展隧洞施工進(jìn)度仿真研究，以實(shí)現(xiàn)施工機(jī)械故障的精細(xì)分析，并有效提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性．

現(xiàn)有地下工程施工進(jìn)度仿真研究已對(duì)施工機(jī)械故障加以考慮．Zhong等[1]通過設(shè)置鉆機(jī)、自卸汽車及裝載機(jī)的故障概率及平均故障時(shí)長(zhǎng)，在仿真過程中分析施工機(jī)械故障對(duì)地下洞室群施工進(jìn)度的影響．李明超等[2]認(rèn)為施工機(jī)械故障對(duì)地下廠房施工工序的影響服從三角分布．Rostami等[3]基于歷史工程數(shù)據(jù)，確定TBM施工中刀盤、后配套系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)等子系統(tǒng)故障間隔時(shí)間及故障時(shí)長(zhǎng)服從的概率分布，考慮各子系統(tǒng)故障對(duì)開挖過程的影響，以更好地模擬TBM在硬巖中的掘進(jìn)速率．畢磊[4]考慮工程趕工程度對(duì)地下洞室群施工機(jī)械故障率的作用，在考慮機(jī)械故障率變化條件下分析施工機(jī)械故障對(duì)洞室群開挖進(jìn)度的影響．洪坤[5]對(duì)施工機(jī)械發(fā)生故障后，在故障持續(xù)時(shí)間內(nèi)由于施工機(jī)械數(shù)量減少而對(duì)隧洞開挖進(jìn)度造成的影響進(jìn)行分析．Rahm等[6]將機(jī)械化開挖隧洞的施工系統(tǒng)分解為掘進(jìn)系統(tǒng)及供應(yīng)鏈系統(tǒng)(包括后配套系統(tǒng)、物資通道、外部物流系統(tǒng)、地面供應(yīng)系統(tǒng))，通過確定各系統(tǒng)平均故障間隔時(shí)間及平均故障時(shí)長(zhǎng)的概率分布，分析系統(tǒng)故障干擾對(duì)隧洞施工過程的影響，并考慮當(dāng)干擾強(qiáng)度超過一定閾值時(shí)而引發(fā)其他干擾所帶來的聯(lián)級(jí)干擾問題．

綜上所述，現(xiàn)有考慮施工機(jī)械故障的地下工程施工仿真研究多通過故障時(shí)長(zhǎng)來反映施工機(jī)械故障的影響，認(rèn)為整個(gè)故障處理活動(dòng)都將對(duì)施工進(jìn)度產(chǎn)生影響，忽略了故障機(jī)械未能在原單元活動(dòng)結(jié)束前維修完畢，且剩余故障處理活動(dòng)不對(duì)進(jìn)度產(chǎn)生影響的情況，從而影響施工機(jī)械故障分析的準(zhǔn)確性．因此，本文通過對(duì)不同故障類型影響下施工機(jī)械退出工作、維修后重新投入使用的全過程進(jìn)行精細(xì)模擬追蹤，提出基于機(jī)械故障精細(xì)分析的引水隧洞施工進(jìn)度仿真方法，為隧洞施工機(jī)械運(yùn)行過程的精細(xì)分析及仿真結(jié)果準(zhǔn)確性的有效提高提供理論依據(jù)與技術(shù)支持．

1?研究框架

本文提出了基于機(jī)械故障精細(xì)分析的引水隧洞施工進(jìn)度仿真方法，研究框架如圖1所示．

參數(shù)層包含施工進(jìn)度計(jì)劃的仿真輸入?yún)?shù)和施工機(jī)械故障參數(shù)．其中仿真輸入?yún)?shù)包括工序類型(仿真/非仿真工序)、工序間邏輯關(guān)系、結(jié)構(gòu)參數(shù)、循環(huán)進(jìn)尺、爆破參數(shù)、機(jī)械參數(shù)及單元活動(dòng)時(shí)間，施工機(jī)械故障參數(shù)包括故障間隔時(shí)間分布及故障處理時(shí)間分布．在模型層，在仿真過程中追蹤各施工機(jī)械的運(yùn)行情況，根據(jù)故障間隔時(shí)間確定機(jī)械故障時(shí)刻；通過分析故障處理時(shí)間與剩余單元活動(dòng)的關(guān)系，判斷故障機(jī)械能否在原單元活動(dòng)結(jié)束前重新投入使用，確定機(jī)械故障類型；分別計(jì)算不同故障類型下施工機(jī)械故障導(dǎo)致單元活動(dòng)的延誤時(shí)間，以精細(xì)分析施工機(jī)械故障對(duì)隧洞施工進(jìn)度的影響，且仿真系統(tǒng)狀態(tài)相應(yīng)改變．將本文建立的模型應(yīng)用于實(shí)際工程，獲得總工期分布、計(jì)劃工期完工概率等施工進(jìn)度仿真結(jié)果及施工機(jī)械運(yùn)行軌跡；通過開展不同類型施工機(jī)械故障對(duì)完工概率的敏感性分析，獲得鉆機(jī)、自卸汽車及裝載機(jī)故障對(duì)隧洞施工進(jìn)度影響的敏感指數(shù)．

2?基于機(jī)械故障精細(xì)分析的引水隧洞施工進(jìn)度仿真模型

引水隧洞施工仿真建模充分利用CPM(critical path method)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃模型及CYCLONE(cycle operation network)模型的優(yōu)勢(shì)，將CPM作為主體框架，并將其中的節(jié)點(diǎn)細(xì)化為CYCLONE模型，形成一個(gè)分層次的模型結(jié)構(gòu)[7]．基于該分層模型架構(gòu)，開展基于機(jī)械故障精細(xì)分析的引水隧洞施工進(jìn)度仿真研究.

2.1?引水隧洞施工進(jìn)度仿真數(shù)學(xué)模型

引水隧洞施工進(jìn)度仿真方法由多個(gè)子方法組成，各方法包含一系列參數(shù)，且彼此間存在一定邏輯關(guān)系，其數(shù)學(xué)模型如圖2所示．模型包括3個(gè)部分：①定義模型方法集，以確定模型的整體結(jié)構(gòu)；②定義各方法參數(shù)集，明確各方法的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)；③定義函數(shù)1、2，分別表示各方法之間的邏輯關(guān)系．其中，表示方法集，包括CPM建模方法CM、CYCLONE仿真建模方法CO、施工機(jī)械故障精細(xì)分析方法EF．CM為CM的參數(shù)集，包括輸入?yún)?shù)如仿真工序SIM、非仿真工序O、工序間的邏輯關(guān)系R，輸出參數(shù)如施工進(jìn)度S、總工期T、資源強(qiáng)度R；CO為CO的參數(shù)集，包括輸入?yún)?shù)如結(jié)構(gòu)參數(shù)S、循環(huán)進(jìn)尺L、爆破參數(shù)B、機(jī)械參數(shù)E、機(jī)械故障參數(shù)EF、單元活動(dòng)時(shí)間D(其中循環(huán)進(jìn)尺L與爆破參數(shù)B需根據(jù)地質(zhì)條件確定)，輸出參數(shù)如循環(huán)進(jìn)尺持續(xù)時(shí)間D、循環(huán)次數(shù)I、施工機(jī)械效率E、施工機(jī)械運(yùn)行軌跡EO；EF為EF的參數(shù)集，包括輸入?yún)?shù)如機(jī)械故障間隔時(shí)間INT、機(jī)械故障處理時(shí)間FIX，輸出參數(shù)如故障發(fā)生時(shí)刻T、施工機(jī)械故障類型TY、故障影響后果EF．

圖2?引水隧洞施工進(jìn)度仿真數(shù)學(xué)模型

2.2?引水隧洞施工機(jī)械故障精細(xì)分析方法

引水隧洞施工鉆機(jī)、自卸汽車及裝載機(jī)發(fā)生故障后，存在兩種不同的故障類型：①當(dāng)故障機(jī)械維修完畢時(shí)，原單元活動(dòng)尚未結(jié)束，機(jī)械立即重新投入工作；②直至原單元活動(dòng)結(jié)束且后續(xù)單元活動(dòng)開始，維修工作未完成，剩余故障處理活動(dòng)將不對(duì)施工進(jìn)度產(chǎn)生影響．

機(jī)械故障發(fā)生時(shí)原單元活動(dòng)剩余工作量與故障處理時(shí)間的關(guān)系直接決定了故障機(jī)械能否在原單元活動(dòng)結(jié)束前完成維修，而原活動(dòng)剩余工作量與機(jī)械故障時(shí)刻息息相關(guān)．因此，本文首先提出機(jī)械故障時(shí)刻確定方法，然后通過分析故障處理時(shí)間與剩余單元活動(dòng)工作量的關(guān)系確定機(jī)械故障類型，最后推導(dǎo)不同故障類型影響下單元活動(dòng)延誤時(shí)間計(jì)算公式，以精細(xì)分析施工機(jī)械故障對(duì)隧洞施工進(jìn)度的影響．

2.2.1?施工機(jī)械故障時(shí)刻確定方法

?(1)

在隧洞施工仿真中，為每臺(tái)施工機(jī)械設(shè)置“統(tǒng)計(jì)鐘”用以記錄機(jī)械的累計(jì)工作時(shí)間．當(dāng)施工機(jī)械投入使用，相應(yīng)“統(tǒng)計(jì)鐘”開啟；當(dāng)機(jī)械退出使用，“統(tǒng)計(jì)鐘”關(guān)閉．當(dāng)某施工機(jī)械累計(jì)工作時(shí)間達(dá)到故障間隔時(shí)間時(shí)，認(rèn)為該機(jī)械發(fā)生故障．

通過對(duì)實(shí)際隧洞施工中機(jī)械故障事件分析可知，同一開挖工作面內(nèi)兩臺(tái)及兩臺(tái)以上施工機(jī)械同時(shí)發(fā)生故障的概率極低．因此，本文假設(shè)在同一隧洞施工工作面內(nèi)，任意時(shí)刻至多有一臺(tái)施工機(jī)械處于故障狀態(tài)[5]．若采用上述方法初步判斷得到兩臺(tái)及以上施工機(jī)械將在同一單元活動(dòng)中發(fā)生故障，則認(rèn)為故障時(shí)刻最早的機(jī)械率先發(fā)生故障，且在該機(jī)械維修完畢重新投入工作之前，無其他機(jī)械發(fā)生故障．若某施工機(jī)械的故障時(shí)刻不滿足此要求，則根據(jù)式(1)定義的概率分布，重新抽樣確定其故障間隔時(shí)間，直至滿足條件．當(dāng)前一故障事件分析完畢，以該單元活動(dòng)剩余的其他故障機(jī)械為對(duì)象，采用相同思路，從故障時(shí)刻最早的機(jī)械入手開展分析，并保證無其他施工機(jī)械在該故障機(jī)械維修期間內(nèi)發(fā)生故障．重復(fù)上述過程直至該單元活動(dòng)中無故障機(jī)械存在．

2.2.2?施工機(jī)械故障類型確定及影響后果精細(xì)分析方法

圖3?引水隧洞施工機(jī)械故障分析示意

3?模型求解流程

分別設(shè)置“全程仿真鐘”[16]與“本地仿真?鐘”[16]，用以與建立的耦合CPM和CYCLONE的分層仿真模型對(duì)應(yīng)，并采用下一事件推進(jìn)法記錄仿真時(shí)間的運(yùn)行軌跡．在仿真過程中，為每臺(tái)鉆機(jī)、自卸汽車、裝載機(jī)設(shè)置“統(tǒng)計(jì)鐘”以記錄各施工機(jī)械的累計(jì)工作時(shí)間，在每一仿真循環(huán)中分析施工機(jī)械故障影響．具體求解流程如圖4所示．

(2) 仿真開始，設(shè)置全程仿真鐘及各施工機(jī)械統(tǒng)計(jì)鐘的初始狀態(tài)．全程仿真鐘采用下一事件法推進(jìn)，當(dāng)推至下一工序開始處，判斷是否為仿真工序．若為仿真工序，則啟動(dòng)本地仿真鐘；否則直接產(chǎn)生非仿真工序時(shí)間．

(4) 本地仿真鐘持續(xù)向前推進(jìn)直至本地仿真結(jié)束，并將其狀態(tài)反饋給全程仿真系統(tǒng)．全程仿真鐘繼續(xù)向前推進(jìn)直至整個(gè)工程結(jié)束，獲得本次仿真工期及施工機(jī)械運(yùn)行軌跡．

(5) 重復(fù)仿真次，輸出各次仿真工期、完工概率、施工機(jī)械運(yùn)行軌跡等結(jié)果．

4?工程應(yīng)用

某水電站引水隧洞后布置兩條壓力管道，用以將隧洞內(nèi)的水引入水輪機(jī)發(fā)電．壓力管道采用鉆爆法施工，由上平洞段、下平洞段及豎井段組成．壓力管道能否按期完工直接影響電站能否如期發(fā)電．采用本文提出的方法，在精細(xì)分析鉆機(jī)、自卸汽車及裝載機(jī)故障的基礎(chǔ)上，開展引水隧洞壓力管道施工進(jìn)度仿真，獲得總工期分布、計(jì)劃工期完工概率等進(jìn)度仿真結(jié)果及施工機(jī)械運(yùn)行軌跡，并通過敏感性分析方法獲得不同類型施工機(jī)械故障對(duì)施工進(jìn)度影響的敏感?指數(shù)．

4.1?模型建立與參數(shù)確定

根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，以及各洞段施工的銜接關(guān)系及相互制約條件，建立壓力管道施工CPM網(wǎng)絡(luò)模型，如圖5所示．

本部分著重研究在制度資本參與下回歸式產(chǎn)業(yè)推動(dòng)落后欠發(fā)達(dá)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的邏輯和機(jī)理。李國平 （2016）［30］指出由于家鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，大多數(shù)人為生計(jì)所迫去發(fā)達(dá)地區(qū)打工，打工也并不是單純的打工，在打工的過程中逐漸成長(zhǎng)為技術(shù)骨干，實(shí)現(xiàn)了一定的技術(shù)和資金積累，其回歸的動(dòng)力除了具有普通出于成本因素考慮的 “有形”成本節(jié)約外，也包括親情、鄉(xiāng)情、非正式制度等制度資本構(gòu)成的無形成本節(jié)約。正是由于制度資本的介入，這些回歸企業(yè)的目標(biāo)函數(shù)和生產(chǎn)方式可能會(huì)發(fā)生改變，因此在大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上采用回歸模型進(jìn)行實(shí)證分析具有重大的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

通過收集壓力管道已完工段施工數(shù)據(jù)，并采用Bestfit軟件擬合，可得測(cè)量時(shí)間、爆破時(shí)間、通風(fēng)時(shí)間、安檢時(shí)間、噴錨時(shí)間及鉆機(jī)、自卸汽車、裝載機(jī)效率服從的概率分布，分布類型見文獻(xiàn)[17]．襯砌、灌漿、封堵、鋼襯安裝等非仿真工序[18]持續(xù)時(shí)間服從正態(tài)分布[17]．

壓力管道圍巖類型包括II類、III類、IV類及V類圍巖．根據(jù)工程施工組織設(shè)計(jì)，II～V類圍巖對(duì)應(yīng)的循環(huán)進(jìn)尺分別取2.9m、2.4m、1.9m、1.2m．各類圍巖條件下的單位耗藥量、炮孔裝藥系數(shù)等爆破參數(shù)取值根據(jù)文獻(xiàn)[19]確定．

壓力管道施工配置5臺(tái)手風(fēng)鉆、3臺(tái)自卸汽車及1臺(tái)裝載機(jī)，施工機(jī)械故障參數(shù)如表1所示．由于施工中僅配置1臺(tái)裝載機(jī)，若裝載機(jī)故障將造成施工中斷，故其故障系數(shù)為無窮大．

圖4?模型求解流程

表1?施工機(jī)械故障參數(shù)

Tab.1.?Failure parameters of construction machines

注：Expon()表示負(fù)指數(shù)分布；Tri(，，)表示三角分布．

4.2?仿真結(jié)果分析

分別進(jìn)行不考慮施工機(jī)械故障、基于施工機(jī)械故障精細(xì)分析、基于傳統(tǒng)施工機(jī)械故障分析(即認(rèn)為整個(gè)故障處理活動(dòng)都將影響施工進(jìn)度)的壓力管道施工進(jìn)度仿真10000次．其中，本文提出的基于機(jī)械故障精細(xì)分析的隧洞施工進(jìn)度仿真模型在Intel?CoreTMi7-4790CPU @ 3.60GHz處理器及12.0GB內(nèi)存環(huán)境下運(yùn)行10000次所需的CPU時(shí)間為484.244s．

仿真結(jié)果對(duì)比如圖6所示．由圖6可知，不考慮施工機(jī)械故障、基于施工機(jī)械故障精細(xì)分析、基于傳統(tǒng)施工機(jī)械故障分析的仿真工期均值分別為1165d、1174d、1179d，平均仿真工期依次增加；計(jì)劃工期(1176d)完工概率分別為0.841、0.601、0.412，完工概率明顯下降；工期標(biāo)準(zhǔn)差分別為11.34、11.48、11.42，標(biāo)準(zhǔn)差變化不明顯．這是由于仿真過程中已考慮了測(cè)量、爆破、通風(fēng)、安檢等單元活動(dòng)時(shí)間、施工機(jī)械工作效率、以及非仿真工序持續(xù)時(shí)間的不確定性．當(dāng)考慮施工機(jī)械故障影響時(shí)，不論是精細(xì)分析不同施工機(jī)械故障類型，或是認(rèn)為整個(gè)故障處理活動(dòng)都將影響施工進(jìn)度，故障間隔時(shí)間及故障處理時(shí)間的不確定性對(duì)仿真工期分布的離散程度影響不大．

將2#上平洞150～300m開挖段以25m為單位平均分成6個(gè)子開挖段，將不考慮施工機(jī)械故障、基于施工機(jī)械故障精細(xì)分析、基于傳統(tǒng)施工機(jī)械故障分析的每個(gè)子開挖段的平均仿真工期與實(shí)際工期對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖7所示．由圖可知，基于施工機(jī)械故障精細(xì)分析的仿真進(jìn)度更貼近實(shí)際施工進(jìn)度，可更好地描述隧洞施工過程．不考慮施工機(jī)械故障的仿真工期、基于傳統(tǒng)施工機(jī)械故障分析的仿真工期均與實(shí)際工期偏差較大．前者由于未考慮施工機(jī)械故障對(duì)開挖進(jìn)度的影響而導(dǎo)致仿真進(jìn)度小于實(shí)際進(jìn)度，后者由于認(rèn)為故障機(jī)械的整個(gè)故障處理活動(dòng)都將影響施工進(jìn)度，忽略了故障機(jī)械未能在原單元活動(dòng)結(jié)束前維修完畢，剩余故障處理活動(dòng)不對(duì)進(jìn)度產(chǎn)生影響的情況，導(dǎo)致仿真進(jìn)度大于實(shí)際進(jìn)度且偏差較大．

圖6?工期分布直方圖及完工概率曲線

圖7?對(duì)比分析結(jié)果

除了獲得仿真工期結(jié)果，提出的施工機(jī)械故障精細(xì)分析方法可對(duì)不同類型施工機(jī)械運(yùn)行軌跡，包括因故障退出工作、維修結(jié)束重新投入使用的全過程，進(jìn)行精細(xì)模擬追蹤．圖8為某鉆機(jī)部分運(yùn)行軌跡圖．在仿真時(shí)間11000min前，隨著仿真鐘推進(jìn)，該鉆機(jī)在每一循環(huán)鉆孔活動(dòng)開始時(shí)投入使用，在鉆孔活動(dòng)結(jié)束時(shí)退出工作，累計(jì)工作時(shí)間增加，但未達(dá)到其故障間隔時(shí)間2269min．考慮文章篇幅，仿真時(shí)間9000min前該鉆機(jī)的運(yùn)行軌跡未在圖中繪出．當(dāng)仿真時(shí)間達(dá)到11042min，新的鉆孔活動(dòng)開始，鉆機(jī)投入工作．然而，當(dāng)其工作93min后，累計(jì)工作時(shí)間達(dá)到故障間隔時(shí)間，此時(shí)該鉆機(jī)發(fā)生故障退出工作，此次故障處理的持續(xù)時(shí)間為187min．對(duì)比故障處理時(shí)間與剩余鉆孔活動(dòng)可得，直至當(dāng)前循環(huán)鉆孔活動(dòng)結(jié)束，故障處理工作未結(jié)束，故該鉆機(jī)退出該剩余鉆孔活動(dòng)，在下一循環(huán)鉆孔活動(dòng)開始時(shí)，即仿真時(shí)間達(dá)到12036min時(shí)，重新投入工作．

圖8?某鉆機(jī)部分運(yùn)行軌跡

4.3?施工機(jī)械故障對(duì)完工概率影響的敏感性分析

表2 施工機(jī)械故障對(duì)完工概率影響的敏感性分析極差表

Tab.2 Sensitivity analysis of the impact of construction machinery failure on completion probability

圖9?施工機(jī)械故障對(duì)完工概率影響的敏感性分析

5?結(jié)?論

針對(duì)現(xiàn)有考慮施工機(jī)械故障的施工進(jìn)度仿真認(rèn)為故障機(jī)械的整個(gè)故障處理活動(dòng)都將影響施工進(jìn)度，忽略了故障機(jī)械未能在原單元活動(dòng)結(jié)束前維修完畢，且剩余故障處理活動(dòng)對(duì)進(jìn)度無影響的不足，本研究通過對(duì)不同故障類型影響下施工機(jī)械退出工作、維修后重新投入使用全過程的精細(xì)模擬追蹤，提出基于機(jī)械故障精細(xì)分析的引水隧洞施工進(jìn)度仿真方法，取得了以下成果．

(1)基于耦合CPM和CYCLONE模型的隧洞施工分層仿真架構(gòu)，通過在仿真過程中對(duì)施工機(jī)械運(yùn)行情況的模擬追蹤，提出了施工機(jī)械故障時(shí)刻確定?方法．

(2)基于確定的故障發(fā)生時(shí)刻，通過分析故障機(jī)械處理時(shí)間與剩余單元活動(dòng)的關(guān)系，判斷機(jī)械能否在剩余單元活動(dòng)結(jié)束前完成維修，進(jìn)而確定施工機(jī)械故障類型．

(3)分別推導(dǎo)不同施工機(jī)械故障類型下機(jī)械故障發(fā)生導(dǎo)致單元活動(dòng)延誤時(shí)間的計(jì)算公式，以精細(xì)分析施工機(jī)械故障對(duì)隧洞施工進(jìn)度的影響．

(4)將本文提出的方法應(yīng)用于某引水隧洞壓力管道施工進(jìn)度分析中，獲得了總工期分布、計(jì)劃工期完工概率等仿真結(jié)果，以及各施工機(jī)械運(yùn)行軌跡；開展不同施工機(jī)械故障對(duì)完工概率影響的敏感性分析，獲得了鉆機(jī)、自卸汽車及裝載機(jī)故障對(duì)施工進(jìn)度影響的敏感指數(shù)．

(5)以壓力管道2#上平洞150～300m開挖段為例，將不考慮施工機(jī)械故障、基于施工機(jī)械故障精細(xì)分析、基于傳統(tǒng)施工機(jī)械故障分析的進(jìn)度仿真結(jié)果與實(shí)際進(jìn)度對(duì)比．結(jié)果表明，本文方法所得的仿真進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度吻合度更高，證明了該方法的可行性與有效性．

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Construction Schedule Simulation of Diversion Tunnel Based on Fine Analysis of Machine Breakdowns

Yu Jia，Zhong Denghua，Xiao Yao，Zhao Mengqi，Lin Hanwen

(State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

The existing construction schedule simulation，which considered machine failure，utilized the whole troubleshooting time to reflect the impact of the machine failure. These studies ignore the situation of failure to complete maintenance work before the end of the original unit operation，and the remaining fault handling activities do not affect schedule；this consequently affects the accuracy of machine breakdown analysis. In this study，fine simulation and tracking of the whole process of machine withdrawal from work due to failure and reinstallment after repair are performed，and an approach for simulating the construction schedule of diversion tunnel based on fine analysis of machine breakdowns is proposed. First，the working trajectory of each machine was tracked during simulation，and the failure moment could be determined. The machine failure type could be determined by analyzing the relationship between troubleshooting duration and the remaining original operation. In addition，formulas for calculating the operation delay caused by two types of machine breakdown were derived to realize the fine analysis of failure consequences. Finally，construction schedule considering machine breakdowns was obtained with the construction simulation method，and the sensitivity index of diverse machine failures on construction schedule was obtained through sensitivity analysis. Compared with current construction schedule simulation methods，the proposed approach can realize fine analysis of machine failure and obtain a simulation schedule that is more in line with actual schedule.

diversion tunnel；fine analysis of machine breakdowns；construction schedule simulation；sensitivity analysis

10.11784/tdxbz201807015

TV512

A

0493-2137(2019)06-0638-11

2018-07-08；

2018-09-20.

余?佳（1992—），女，博士研究生，yj1592533724@126.com.

鐘登華，dzhong@tju.edu.cn.

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2016YFC0401806)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51679165)；國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目(51621092).

the National Key R&D Program of China(No.2016YFC0401806)，the National Natural Science Foundation of China (No.51679165)，the Innovative Research Groups of the National Natural Science Foundation of China(No.51621092).

(責(zé)任編輯：王曉燕)