長河壩電站混凝土施工任務(wù)—設(shè)備匹配優(yōu)化研究

唐 毅，鄒利兵

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都610081)

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長河壩電站混凝土施工任務(wù)—設(shè)備匹配優(yōu)化研究

唐 毅，鄒利兵

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都610081)

針對(duì)長河壩電站4個(gè)混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)供應(yīng)多個(gè)不同澆筑點(diǎn)的資源匹配問題，在多任務(wù)多設(shè)備的無權(quán)匹配模型的基礎(chǔ)上，考慮不同配置方案所具有的不同施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、施工成本的等因素，建立指標(biāo)體系，依照所建指標(biāo)體系構(gòu)成各配置方案權(quán)重，構(gòu)建長河壩電站混凝土任務(wù)-設(shè)備的賦權(quán)匹配模型，采用KM算法求解該模型，得到了混凝土系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)淖顑?yōu)配置方案。以任務(wù)-設(shè)備配對(duì)的視角對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化配置，為多任務(wù)多設(shè)備的施工組織管理研究提供新思路和理論依據(jù)。

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)；運(yùn)輸系統(tǒng)；優(yōu)化匹配；長河壩電站

1 工程概況

長河壩水電工程位于四川省甘孜州康定縣境內(nèi)，壩址距丹巴縣城82 km，主體工程由心墻堆石壩、右岸泄洪洞、放空洞、導(dǎo)流洞，左岸地下廠房系統(tǒng)等組成，各建筑物分布較為集中。工程共設(shè)4個(gè)混凝土拌和系統(tǒng)承擔(dān)整個(gè)工程的混凝土供應(yīng)[1]，混凝土澆筑總量約196萬m3。

(1)1號(hào)混凝土拌和系統(tǒng)。位于右岸上游高線，主要承擔(dān)廠房進(jìn)水口，壓力管道上平段及豎井段，泄洪洞，放空洞，中期導(dǎo)流洞進(jìn)水口、支洞及其工作面的混凝土供應(yīng)，混凝土澆筑總量約84萬m3。月高峰澆筑強(qiáng)度約4.3萬m3，要求小時(shí)生產(chǎn)能力130 m3/h。選擇2座型號(hào)為HL115- 3F1500的拌和樓，采用3班制生產(chǎn)。設(shè)置4個(gè)容量為800 t(D=8 m)的水泥罐，采用氣力輸送，選用3臺(tái)(含備用1臺(tái))型號(hào)為4L- 20/8的空壓機(jī)供風(fēng)，另選2臺(tái)型號(hào)V- 6/8- 1的空壓機(jī)為拌和樓提供控制用風(fēng)。骨料由自卸汽車運(yùn)至本廠，膠帶運(yùn)輸機(jī)輸送至料罐貯存，再由膠帶輸送機(jī)從料罐底輸送至拌和樓。

(2)2號(hào)混凝土拌和系統(tǒng)。位于左岸下游，主要承擔(dān)廠房系統(tǒng)、壓力管道下平段、大壩工程、圍堰工程、導(dǎo)流洞封堵的混凝土供應(yīng)，混凝土澆筑總量約58萬m3。系統(tǒng)月高峰澆筑強(qiáng)度約3.6萬m3，要求小時(shí)生產(chǎn)能力108 m3/h，選擇2座型號(hào)為HL75- 2F1500的拌和樓，3班制生產(chǎn)。設(shè)置4個(gè)容量為800 t(D=8 m)的水泥罐，采用氣力輸送，選用3臺(tái)(含備用1臺(tái))型號(hào)為4L- 20/8的空壓機(jī)供風(fēng)，另選2臺(tái)型號(hào)為V- 6/8- 1的空壓機(jī)為拌和樓提供控制用風(fēng)。骨料由自卸汽車運(yùn)至本廠，膠帶運(yùn)輸機(jī)堆料，再由地弄膠帶輸送機(jī)送料至拌和樓。

(3)3號(hào)混凝土拌和系統(tǒng)。位于右岸上游低線，主要承擔(dān)初期導(dǎo)流洞進(jìn)口、上游支洞及其工作面的混凝土供應(yīng)，混凝土澆筑總量約12萬m3。該系統(tǒng)月高峰澆筑強(qiáng)度約1.5萬m3，要求小時(shí)生產(chǎn)能力46 m3/h，選擇1座型號(hào)為HL75- 2F1500的拌和樓，3班制生產(chǎn)。設(shè)置3個(gè)容量為500 t(D=6.5 m)的水泥罐，采用氣力輸送，選用3臺(tái)(含備用1臺(tái))型號(hào)為3L- 10/8的空壓機(jī)供風(fēng)，另選1臺(tái)型號(hào)為V- 3/8- 1的空壓機(jī)為拌和樓提供控制用風(fēng)。骨料由自卸汽車運(yùn)至本廠，膠帶運(yùn)輸機(jī)輸送至料罐，再由膠帶輸送機(jī)由料罐輸送至拌和樓。

表2 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)

混凝土系統(tǒng)代號(hào)名稱型號(hào)地點(diǎn)混凝土強(qiáng)度生產(chǎn)能力/m3·h-1S11號(hào)混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)HL115-3F1500×2右岸上游高線C30130S22號(hào)混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)HL75-2F1500×2左岸下游C30108S33號(hào)混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)HL75-2F1500右岸上游低線C2546S44號(hào)混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)HL115-3F1500右岸下游C1575S51號(hào)臨時(shí)混凝土生產(chǎn)點(diǎn)NBS-100/30×3右岸上游C15、C2510S62號(hào)臨時(shí)混凝土生產(chǎn)點(diǎn)NBS-100/30×4左岸上游C15、C2514

(4)4號(hào)混凝土拌和系統(tǒng)。位于右岸下游，主要承擔(dān)初期導(dǎo)流洞、泄洪洞、放空洞、中期導(dǎo)流洞等的出口及其控制工作面的混凝土供應(yīng)，混凝土澆筑總量約42萬m3。該系統(tǒng)月高峰澆筑強(qiáng)度約2.5萬m3，要求小時(shí)生產(chǎn)能力75 m3/h，選擇1座型號(hào)為HL115- 3F1500的拌和樓，3班制生產(chǎn)。設(shè)置3個(gè)容量為800 t(D=8 m)的水泥罐，采用氣力輸送，選用2臺(tái)(含備用1臺(tái))型號(hào)為3L- 10/8的空壓機(jī)供風(fēng)，另選2臺(tái)型號(hào)為V- 6/8- 1的空壓機(jī)為拌和樓提供控制用風(fēng)。骨料由自卸汽車運(yùn)至本廠，膠帶運(yùn)輸機(jī)堆料，再由地弄膠帶輸送機(jī)送料至拌和樓。

2 澆筑任務(wù)描述

在壩體填筑施工過程中，需要同時(shí)對(duì)工程內(nèi)若干部位進(jìn)行澆筑，其中作業(yè)任務(wù)和混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)如表1、2所示。

表1 澆筑任務(wù)

澆筑任務(wù)代號(hào)澆筑任務(wù)內(nèi)容強(qiáng)度等級(jí)方量/m3J13號(hào)心墻澆筑,1520m高程C305300J26號(hào)心墻澆筑,1516m高程C306600J311號(hào)心墻澆筑,1538m高程C304800J413號(hào)心墻澆筑,1532m高程C304200J52號(hào)開敞式泄洪洞進(jìn)口C253600J6放空洞進(jìn)口C153400J7引水隧洞進(jìn)口C253400J8右岸省道S211公路C151200J921號(hào)公路1530.50m高程C15900

由于混凝土生產(chǎn)點(diǎn)規(guī)模較小，規(guī)定各混凝土生產(chǎn)點(diǎn)可依據(jù)需求生產(chǎn)不同類型的混凝土[2]。由于不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土不能混用，故每個(gè)混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)只能參加部分澆筑任務(wù)；而對(duì)于同一混凝土強(qiáng)度等級(jí)，所有符合要求的混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)均可參加。由于各澆筑任務(wù)耗時(shí)相近，且在較短時(shí)間段內(nèi)同時(shí)開始，故可以同時(shí)澆筑。但各個(gè)混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)參與各個(gè)澆筑任務(wù)的運(yùn)輸成本、運(yùn)輸質(zhì)量和運(yùn)輸效率等指標(biāo)均不相同，需要考慮不同配置方案的權(quán)重，所以可以應(yīng)用多任務(wù)多設(shè)備的賦權(quán)匹配模型，由KM算法求解最優(yōu)匹配方案。

由于澆筑地點(diǎn)數(shù)量比生產(chǎn)系統(tǒng)多3個(gè)，故應(yīng)提前明確應(yīng)用多任務(wù)多設(shè)備的賦權(quán)匹配模型，采用KM算法求解出來的最優(yōu)匹配的配置方案最少有3個(gè)澆筑任務(wù)不能及時(shí)參與施工，需另行計(jì)算和配置。將各混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)與能參與的任務(wù)進(jìn)行連線，不同的連線對(duì)應(yīng)不同的運(yùn)輸方案，如圖1所示。

圖1 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)與澆筑任務(wù)關(guān)系示意

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)編號(hào)澆筑任務(wù)編號(hào)J1J2J3J4J5J6J7J8J9S10.04540.04840.05010.0561S20.06310.04410.03870.0634S30.03240.0349S40.04000.04340.0253S50.03010.03810.04340.02770.058S60.05640.02740.03390.05550.0443

考慮到均衡施工及高效施工原則，每個(gè)混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)至少參與一個(gè)澆筑任務(wù)，至多不超過兩個(gè)澆筑任務(wù)。由于混凝土澆筑會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)運(yùn)過程，為簡化計(jì)算，可將不同的運(yùn)輸方案中所使用的設(shè)備組合進(jìn)行整體考慮[3，4]。

3 方案優(yōu)化

考慮澆筑方案的施工質(zhì)量、成本、進(jìn)度和安全4個(gè)指標(biāo)，采用專家法和層次分析法進(jìn)行打分賦權(quán)，結(jié)果見表3。

利用Matlab中預(yù)編的KM算法可以解出施工任務(wù)與作業(yè)設(shè)備的一種最優(yōu)匹配，具體操作如下[5]：

(1)預(yù)設(shè)一個(gè)二維矩陣，階數(shù)為10，并為每個(gè)矩陣的元素賦予初值0。

(2)將作業(yè)設(shè)備標(biāo)號(hào)定義到行中，施工任務(wù)標(biāo)號(hào)定義到列中。

(3)若作業(yè)設(shè)備與施工任務(wù)有線相連，則將對(duì)應(yīng)的元素賦值為1，得到的矩陣如表4所示。

表4 運(yùn)輸方案

J1J2J3J4J5J6J7J8J9S1111100000S2111100000S3000010100S4000001011S5000011111S6000011111

(4)該賦權(quán)二部圖的最佳匹配問題可以用KM算法求解，該算法經(jīng)Matlab軟件編譯求解后，返回矩陣如表5所示。從表5可以看出，除J2、J3和J6外其余6個(gè)澆筑任務(wù)均已有對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸方案進(jìn)行供料，該運(yùn)輸方案為未包含J2、J3和J6的最佳方案。對(duì)于J2、J3，有{J2-S1，J3-S2}，{J2-S2，J3-S1}兩組配對(duì)方案，其中，

w{J2-S1,J3-S2}+w{J2-S1}+w{J3-S2}=0.048 4+0.038 7=0.087 1

w{J2-S2,J3-S1}+w{J2-S2}+w{J3-S1}=0.044 1+0.050 1=0.094 2

顯然{J2-S2，J3-S1}配對(duì)方案權(quán)重更高，效果更理想。對(duì)于J6，有

wi-6|max=max{S4,S5,S6}=S4=0.04

經(jīng)補(bǔ)充后的運(yùn)輸方案匹配關(guān)系滿足了均衡施工及高效施工原則，且所有待澆點(diǎn)均能保證按要求進(jìn)行運(yùn)輸澆筑作業(yè)[6]，匹配關(guān)系如表6所示。

表5 返回的匹配關(guān)系

J1J2J3J4J5J6J7J8J9S1000100000S2100000000S3000000100S4000000010S5000000001S6000010000

從表6可知，編號(hào)為S1的混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)采用編號(hào)為J3、J4運(yùn)輸方案，編號(hào)為S2的混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)采用編號(hào)為J1、J2的運(yùn)輸方案，依次類推，編號(hào)為S6的混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)采用編號(hào)為J5的運(yùn)輸方案。6座混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)共采用9個(gè)運(yùn)輸方案，每座混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)至少采用一個(gè)運(yùn)輸方案，至多采用兩個(gè)運(yùn)輸方案。

表6 補(bǔ)充后的匹配關(guān)系

J1J2J3J4J5J6J7J8J9S1001100000S2110000000S3000000100S4000001010S5000000001S6000010000

4 結(jié) 語

針對(duì)長河壩電站4個(gè)混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)供應(yīng)多個(gè)不同澆筑點(diǎn)的資源匹配問題，基于二部圖匹配方法安排資源，尋找資源配置的優(yōu)化方案，使得在某一時(shí)段內(nèi)盡可能多的設(shè)備與盡可能多的澆筑任務(wù)匹配，從而達(dá)到設(shè)備總利用水平最大，提高設(shè)備利用率的目的，減少不必要的設(shè)備窩工。以任務(wù)—設(shè)備配對(duì)的視角對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化配置，為多任務(wù)多設(shè)備的施工組織管理研究提供新思路和理論依據(jù)。

[1]武玲， 張虹. 長河壩水電站混凝土抗凍性能試驗(yàn)研究[J]. 水力發(fā)電， 2015， 41(2)： 94- 97．

[2]姬忠凱， 楊衛(wèi)璇， 王仁超， 等. 工程網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃工序“關(guān)鍵性”問題研究[J]. 水力發(fā)電學(xué)報(bào)， 2015， 35 (5)： 172- 180．

[3]趙亞玲， 葛茂根， 啟靜， 等. 柔性生產(chǎn)中基于人員任務(wù)匹配度的人員調(diào)度[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版， 2015， 38(2)： 270- 273．

[4]李英姿， 張曉冬， 張碩， 等. 基于人員-任務(wù)-資源匹配度的產(chǎn)品設(shè)計(jì)項(xiàng)日靜態(tài)調(diào)度[J]. 工業(yè)工程與管理， 2012， 17(3)： 74- 80．

[5]沈維蕾， 黃莉. 基于組合賦權(quán)的裝配線作業(yè)人員優(yōu)化配置[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版， 2013， 36(9)： 1034- 1037．

[6]劉明周， 張明偉， 蔣增強(qiáng)， 等. 基于混合粒子群算法的多目標(biāo)柔性Job-Shop調(diào)度方法[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2008， 39(5)： 122- 127．

(責(zé)任編輯 焦雪梅)

Study on Matching Optimization of Concrete Construction-Equipments for Changheba Hydropower Station

TANG Yi, ZOU Libing

(Sinohydro Bureau 7 Co., Ltd., Chengdu 610081, Sichuan, China)

In view of the resource matching problem of four concrete production systems to provide concrete to different placing positions in the construction of Changheba Hydropower Station, the weighting matching model of concrete construction-equipments is established based on multi-task multi-device no-weight matching model. Through taking into account the quality, schedule and cost of different construction configuration schemes, the index system is established and the weight of different construction configuration scheme is then distributed based on the index system. The model is solved by KM algorithm and then the optimal configuration of concrete system production and transportation can be obtained. The configuration optimization of construction equipments from the perspective of task-equipment matching provides new idea and theoretical basis to the study of multi-task multi-device construction management．

concrete production system; transportation system; matching optimization; Changheba Hydropower Station

2016- 02- 16

唐毅(1973—)，男，四川安岳人，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程項(xiàng)目管理、工程技術(shù)科技創(chuàng)新管理工作．

TV512

A

0559- 9342(2016)06- 0046- 03