鐵路多種類(lèi)預(yù)制梁場(chǎng)制存梁臺(tái)座優(yōu)化設(shè)置的探討

劉明宇

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司工經(jīng)處 湖北 武漢 430063)

在我國(guó)高速鐵路建設(shè)中，為保證線路平順性和節(jié)省施工用地，常采用以橋代路的方式建設(shè)，使橋梁成為鐵路建設(shè)中占據(jù)重要位置?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置簡(jiǎn)支梁預(yù)制場(chǎng)可以有效降低建造成本，保證建設(shè)工期要求。預(yù)制場(chǎng)內(nèi)制存梁臺(tái)座數(shù)量在以往建設(shè)過(guò)程中大多根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)確定，容易造成梁場(chǎng)規(guī)模與箱梁動(dòng)態(tài)需求不平衡，一方面制梁臺(tái)座數(shù)過(guò)多會(huì)引起庫(kù)存積壓，增加存梁成本，另一方面制存梁不足會(huì)影響項(xiàng)目建設(shè)工期，增加建設(shè)成本。針對(duì)這一問(wèn)題許多學(xué)者[1-5]研究了滿足供需平衡的制存梁臺(tái)座計(jì)算方法，但近幾年鐵路項(xiàng)目中箱梁種類(lèi)逐漸多元化，40m等不同跨度簡(jiǎn)支箱梁的大量采用，使得制存梁臺(tái)座數(shù)與施工工期之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系更為復(fù)雜。為解決這一問(wèn)題，此文分析了傳統(tǒng)制存梁臺(tái)座計(jì)算方法存在的不足，針對(duì)多種類(lèi)梁在需求不平衡下，對(duì)合理優(yōu)化制梁場(chǎng)內(nèi)制存梁臺(tái)座設(shè)置進(jìn)行了探討。

一、制存梁臺(tái)座的傳統(tǒng)計(jì)算方法

目前鐵路制梁場(chǎng)多采用后張法預(yù)制箱梁，預(yù)制工藝流程圖如圖1所示：

圖1 后張法制梁工藝流程示意圖

影響制存梁臺(tái)座布置的主要因素有供梁孔數(shù)、鋪架工期、制梁周期、模具投入數(shù)量及周轉(zhuǎn)時(shí)間、存梁周期。架梁運(yùn)距等等。傳統(tǒng)上，設(shè)計(jì)單位通常根據(jù)《鐵路大型臨時(shí)工程和過(guò)渡工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(Q/CR 9149-2018)和現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)勘察資料計(jì)算確定制存梁臺(tái)座數(shù)量。

(一)傳統(tǒng)計(jì)算方法

傳統(tǒng)的制存梁臺(tái)座計(jì)算方法主要以制梁場(chǎng)供梁孔數(shù)、單孔箱梁占用制梁臺(tái)座時(shí)間以及架梁進(jìn)度要求為主要根據(jù)，計(jì)算思路為在制梁場(chǎng)修建完成后，架梁的同時(shí)進(jìn)行制梁工作，該情況下制存梁臺(tái)座的計(jì)算過(guò)程如下式：

η1=M/t架梁

(1)

N1=η1×T1

(2)

N2=η1×T2×k

(3)

其中：η1——每日預(yù)制箱梁數(shù)量(孔/天)；

M——制梁場(chǎng)承擔(dān)的箱梁的總孔數(shù)(孔)；

t架梁——架梁時(shí)間(天)；

N1——制存梁場(chǎng)的制梁臺(tái)座數(shù)量(個(gè))；

N2——制存梁場(chǎng)的存梁臺(tái)座數(shù)量(個(gè))；

T1——預(yù)制每孔箱梁占用單個(gè)制梁臺(tái)座的時(shí)間(個(gè)·天/孔)，根據(jù)規(guī)范取5天；

T2——每孔梁占用單個(gè)存梁臺(tái)座時(shí)間(個(gè)·天/孔)，根據(jù)規(guī)范取45天；

k——存梁系數(shù)，單層存梁時(shí)取1.0～1.1，雙層存梁時(shí)取0.6～0.7，本次考慮雙層存梁，按0.6計(jì)算。

(二)傳統(tǒng)計(jì)算方法的不足

1.該方法考慮較為理想化，計(jì)算中以供梁總孔數(shù)和鋪架工期作為限制因素，從制梁效率方面考慮了制存梁臺(tái)座的規(guī)模。但是實(shí)際架梁過(guò)程中，制梁與架梁需要處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，這種傳統(tǒng)的計(jì)算方法不能反映出某一時(shí)間段內(nèi)的供需不平衡情況。

2.缺乏對(duì)模具影響的考慮，由總孔數(shù)除以工期的得到的制梁效率沒(méi)有考慮模具成本，默認(rèn)為模具數(shù)量充分滿足制梁需求，忽略了實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)模具成本的控制。

3.傳統(tǒng)算法沒(méi)有考慮不同種類(lèi)梁對(duì)供需平衡的影響，箱梁預(yù)制過(guò)程中不是完全限制在特定的某個(gè)制梁臺(tái)座上預(yù)制，通?？缍容^小簡(jiǎn)支梁可以在較長(zhǎng)的制梁臺(tái)座上生產(chǎn)，但跨度較大簡(jiǎn)支梁不能在較短的制梁臺(tái)座上生產(chǎn)，合理設(shè)置長(zhǎng)短制梁臺(tái)座不僅可以節(jié)省臨時(shí)用地，還有利于提高制梁效率。

二、多種類(lèi)制存梁臺(tái)座的優(yōu)化計(jì)算方法

改進(jìn)算法的主要思路是，結(jié)合已有的單品類(lèi)梁優(yōu)化算法[1]，以多品種制梁場(chǎng)為基本條件，對(duì)箱梁預(yù)制過(guò)程分解為若干個(gè)作業(yè)階段，在滿足各階段工期要求的前提下，優(yōu)化制存梁臺(tái)座設(shè)置。

首先我們假定某梁場(chǎng)共設(shè)q個(gè)制梁臺(tái)座，按施工組織計(jì)劃需要完成n次架梁作業(yè)，m為其中一子階段(1≤m≤n)，每個(gè)類(lèi)別梁的預(yù)制周期為T(mén)1，制作各類(lèi)梁的總工期記為T(mén)，第j個(gè)架梁階段時(shí)對(duì)第i種梁的需求和制梁臺(tái)座數(shù)量分別記為Mij、qij，第i類(lèi)臺(tái)座生產(chǎn)k種梁的數(shù)量記為XikXik，則某種梁的需求量應(yīng)等于所有臺(tái)座生產(chǎn)該梁型的總和：

(4)

由于長(zhǎng)梁制梁臺(tái)座可以兼顧預(yù)制短梁，但短梁預(yù)制臺(tái)座不能預(yù)制長(zhǎng)梁，所以有如下限制約束，即

(5)

此外，預(yù)制過(guò)程中還需要考慮工期制約，第j架梁時(shí)段內(nèi)成品梁需求率Sj為：

(6)

通過(guò)聯(lián)立(4)、(5)、(6)可以的得到滿足條件的多組解，因?yàn)閷?shí)際施工中，保證施工工期至關(guān)重要，因此我們認(rèn)為滿足各階段中最大成品梁需求率Sjmax的解集為最優(yōu)解組合。

三、工程實(shí)例驗(yàn)證

浙江省境內(nèi)某高速鐵路采用簡(jiǎn)支梁型有24m、32m、40m三種，需現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置制梁場(chǎng)預(yù)制架設(shè)，其中在建3號(hào)梁場(chǎng)計(jì)劃供梁579孔，架梁工期為420d，采用兩臺(tái)架橋機(jī)雙向架梁，具體供應(yīng)計(jì)劃如下表所示：

表1 預(yù)制梁架梁計(jì)劃表

(一)采用傳統(tǒng)計(jì)算方法計(jì)算

按照傳統(tǒng)計(jì)算方法，架梁時(shí)間等于制梁時(shí)間，需要在420天架梁時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)579孔箱梁，將上述參數(shù)分別代入公式(1)中，計(jì)算得到每日預(yù)制箱梁數(shù)量η1=579÷420=1.38孔/天，再利用公式(2)、(3)，求出制梁臺(tái)座N1=1.38×5=6.9個(gè)，存梁臺(tái)座N2=1.38×45×0.6=37.26個(gè)。

(二)采用優(yōu)化計(jì)算方法

將表1中各項(xiàng)參數(shù)代入式(4)、(5)、(6)中，可以得到每階段的臺(tái)座組合如下表所示：

表2 制存梁臺(tái)座設(shè)置組合

通過(guò)計(jì)算最大成品梁需求率Smax為6月，可得到最優(yōu)臺(tái)座布置為32m制梁臺(tái)座2個(gè)，40m制梁臺(tái)座6個(gè)。

(三)結(jié)果比較

采用傳統(tǒng)計(jì)算方法得到制梁臺(tái)座數(shù)為7個(gè)，均按照40m梁臺(tái)座設(shè)置；采用優(yōu)化算法得到的最優(yōu)布置方案為40m制梁臺(tái)座6個(gè)，32m制梁臺(tái)座2個(gè)。據(jù)測(cè)算，32m制梁臺(tái)座建造成本約為22萬(wàn)元，40m制梁臺(tái)座建造成本約為30萬(wàn)元。則計(jì)算可得，采用優(yōu)化算法設(shè)置制梁臺(tái)座的建造成本比傳統(tǒng)算法增加了14萬(wàn)元。雖然制梁臺(tái)座建造成本增加，但是實(shí)際上相比于施工工期延長(zhǎng)帶來(lái)的損失要小得多。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著高速鐵路建造技術(shù)的提高，一個(gè)制梁場(chǎng)往往需要預(yù)制多種梁型，合理設(shè)置場(chǎng)內(nèi)制存梁臺(tái)座對(duì)保證建設(shè)工期和減少工程投資具有重要意義。本文以資源最優(yōu)配置為原則，從理論角度提出了一種優(yōu)化計(jì)算方法，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證，為今后同類(lèi)工程提供了參考。