極差分析法在北方冬季水利工程施工期影響因素靈敏度分析中的應(yīng)用

田 原

(遼寧省水利水電科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003)

北方水利施工工期影響因素具有十分復(fù)雜的特點(diǎn)。為保證水利工程有效施工，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成工程量，急需對北方冬季水利工程施工工期影響因素進(jìn)行靈敏度的分析，對其影響的施工參數(shù)及施工工序進(jìn)行動態(tài)識別，從而對北方冬季水利工程施工進(jìn)行有效的科學(xué)指導(dǎo)。當(dāng)前，對于水利工程施工工期影響因素分析的成果較多[1- 6]，主要集中在南方地區(qū)，且主要對施工工序的靈敏度進(jìn)行分析，而未對施工參數(shù)的靈敏度進(jìn)行分析。為此本文結(jié)合極差分析方法，該方法可實(shí)現(xiàn)多因素的靈敏度分析，近些年來，在市政、交通等其他領(lǐng)域的工程施工中得到具體應(yīng)用[7- 10]，在北方地區(qū)水利工程施工中還未進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用，因此應(yīng)用該方法，以北方冬季某水利工程施工為研究實(shí)例，進(jìn)行施工工期影響因素的靈敏度分析，研究成果對科學(xué)指導(dǎo)北方地區(qū)冬季水利工程施工具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。

1 極差分析方法原理

極差分析方法結(jié)合數(shù)值試驗(yàn)的方式，對北方地區(qū)冬季水利工程施工影響因素進(jìn)行均勻分配，試驗(yàn)包括判斷和計(jì)算兩個(gè)步驟，首先計(jì)算其判斷指標(biāo)，計(jì)算方程為：

(1)

式中，Kjm—j列m要素對應(yīng)的ym影響指標(biāo)之和。在判定基礎(chǔ)上，對指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方程為：

(2)

(3)

式中，Rj—j要素的極差值，為各水平下指標(biāo)最大與最小值之差。Rj值越大，表示對其施工工期影響的因素越敏感。

在極差分析的基礎(chǔ)上，需要對北方冬季水利工程施工參數(shù)和工期進(jìn)行靈敏度分析模型的設(shè)定，設(shè)定方程為：

y=f(x1，x2，xn)

(4)

式中，xn—第n個(gè)輸入的參數(shù)。在進(jìn)行模型構(gòu)建，對模型進(jìn)行求解，其目標(biāo)函數(shù)為：

Opt(Stj，Iti-tj，Dti-tj，X(P1，P2，，Pn)

(5)

式中，Stj—施工進(jìn)度；Iti-tj—施工強(qiáng)度；Dti-tj—施工工期的最優(yōu)化方案；X(P1，P2，Pn)—各個(gè)影響因素的靈敏度分析值；目標(biāo)函數(shù)的約束條件設(shè)置為：

(6)

式中，S(i，j，t)—施工進(jìn)度各個(gè)因子的影響約束條件；R(i，j，t)—極差分子方法下各個(gè)因子的影響約束條件。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 工程概況

以遼寧某水利工程施工為研究實(shí)例，該工程為水利工程的交通棧橋，工程空心板預(yù)制采用空心鋼管組合內(nèi)模，外模并配鋼制模板，邊板3套模板，中板3套模板，預(yù)制場現(xiàn)澆空心板底模9個(gè)，循環(huán)縱板5次，邊墩6次完成預(yù)制工作。空心板采用蒸汽養(yǎng)生，三天一個(gè)循環(huán)，計(jì)劃工期30d。成品空心板堆放，在空心板的兩端各1m處支承，所有梁3層堆放，用枕木隔放。臺座設(shè)計(jì)為長線型槽式臺座，長度為53.5m，傳力柱和抗力墩整體參加受力而臺座不受力，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。臺座剛度對預(yù)應(yīng)力影響較大，若剛度不夠，臺座變形較大，預(yù)應(yīng)力損失就會較大。經(jīng)驗(yàn)計(jì)算采用尺寸為傳力柱邊柱寬40cm，高50cm，中柱寬60cm，抗力墩埋深1.5cm，抗力墩張拉端及錨固端都布設(shè)鋼筋。混凝土澆筑為C30混凝土，工程現(xiàn)場概況如圖1所示，施工參數(shù)見表1。

圖1 工程現(xiàn)場施工圖

施工工序KmaxKmidKminR#21561158532#525318911541#745935925325#955143535263#1165251225975#1232122310586#152241865994#2218916511245#2522718216923#3333527922718#4543135322822#6565961243119#8475870325235#7932528912543#564142639552#5532930311545#7562438221234#11565150534429#12385365242133

2.2 要素靈敏度分析

對4個(gè)主要的施工工序的19個(gè)參數(shù)進(jìn)行要素的靈敏度分析，參數(shù)的靈敏度分析結(jié)果見表2。

表2 各施工工序的主要參數(shù)靈敏度分析結(jié)果

從表2中可看出，施工工序下各要素靈敏度的變幅十分大，不同施工工序?qū)κ┕すて谟绊懗潭容^大，即各個(gè)工序主要參數(shù)下的靈敏度較大，對于施工工期影響度大，特別是在北方冬季，各工序如不能進(jìn)行有效的優(yōu)化，對各主要因素進(jìn)行靈敏度的分析，則對整個(gè)施工工期產(chǎn)生較大程度影響。

2.3 施工工序影響指標(biāo)極差分析結(jié)果

首先對施工工序影響指標(biāo)進(jìn)行極差分析，主要的分析結(jié)果見表3和圖2。

從表3中可以看出，施工工序越為復(fù)雜，其極差分析結(jié)果越大，變幅越廣，對施工工期影響程度越大。從圖2中可看出，第65#施工工序的靈敏度系數(shù)越高，需要在整個(gè)施工過程對其進(jìn)行有效控制，這主要是因?yàn)樵撌┕すば蚴艿綒夂驐l件影響程度較大。而主要受區(qū)域地質(zhì)條件的施工工序如2#和22#則影響程度較低，靈敏度系數(shù)較低，表明區(qū)域所在位置的地質(zhì)情況對北方水利工程施工工期影響程度較低。

表3 施工工序影響指標(biāo)極差分析結(jié)果

圖2 施工工序影響指標(biāo)極差分析結(jié)果

2.4 施工參數(shù)影響指標(biāo)極差分析結(jié)果

在施工工序參數(shù)影響指標(biāo)極差分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，對施工參數(shù)影響指標(biāo)極差分析結(jié)果進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表4和圖3。

表4 施工參數(shù)影響指標(biāo)極差分析結(jié)果

圖3 施工參數(shù)影響指標(biāo)極差分析結(jié)果

從施工參數(shù)分析結(jié)果可看出，循環(huán)進(jìn)尺、及施工機(jī)械數(shù)量的靈敏度指標(biāo)最大，可見這3個(gè)參數(shù)對施工工期的影響程度最大，這3個(gè)參數(shù)對施工影響的敏感程度最大，在施工過程中需要進(jìn)行重點(diǎn)有效控制。其他施工參數(shù)的影響指標(biāo)極差分析結(jié)果可從圖3中獲取，在具體工程施工的過程中，工程技術(shù)人員可以參照上述施工參數(shù)的極差分析結(jié)果適當(dāng)控制，從而對施工工期參數(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化，提高施工效率，保證施工質(zhì)量和安全。

3 結(jié)語

(1)極差分析方法可有效結(jié)合施工工序和施工參數(shù)兩個(gè)目標(biāo)進(jìn)行多要素靈敏度分析，解決傳統(tǒng)施工工期影響要素目標(biāo)單一化的問題，在北方地區(qū)冬季施工工期控制具有重要的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

(2)施工參數(shù)及施工工序影響指標(biāo)極差分析結(jié)果可為施工技術(shù)人員提供清晰的施工工期控制要素分析圖，對主要影響工序和施工參數(shù)進(jìn)行有效把控，從而提高施工質(zhì)量和效率。

(3)氣候影響條件下的施工工序及施工參數(shù)是北方地區(qū)冬季施工需要重點(diǎn)控制的主要因素，而地質(zhì)條件下的因素影響程度較弱，對施工工期影響程度不高。