混凝土壩是水電工程中的一種常見壩型，對于大型的混凝土壩工程來說，其施工組織非常復(fù)雜。由人工進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)時(shí)，全面細(xì)致地考慮所有影響因素比較困難，一般只能進(jìn)行有限次的方案比較，但通常無法保證最終采用的方案是最優(yōu)的。

　　摘要：倉面排序?qū)�混凝土壩施工模擬具有重要影響，如何確定優(yōu)化的倉面排序方案始終是模擬中的一項(xiàng)重要研究課題。現(xiàn)根據(jù)施工過程中倉面排序方案的實(shí)際確定過程，對倉面施工工序進(jìn)行了詳細(xì)分析，通過對倉面準(zhǔn)備工作進(jìn)行模擬來確定倉面排序方案的方法，并編寫了相應(yīng)的模擬計(jì)算程序。選擇工程示例對其倉面準(zhǔn)備工作進(jìn)行了模擬，得到了可行的動(dòng)態(tài)、隨機(jī)的倉面排序方案。研究結(jié)果表明，通過對倉面準(zhǔn)備工作進(jìn)行模擬來確定倉面排序方案的方法，能夠使混凝土壩施工模擬更加符合工程實(shí)際。

　　關(guān)鍵詞：土木工程論文,混凝土壩,施工模擬,倉面排序,施工準(zhǔn)備

　　計(jì)算機(jī)模擬輔助施工組織設(shè)計(jì)的優(yōu)勢在于可以充分考慮所涉及的各種復(fù)雜影響因素，實(shí)現(xiàn)多次模擬結(jié)果的多方案比較，從而獲得優(yōu)化的施工組織設(shè)計(jì)方案[1-3]。目前，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)作為一種有效的輔助施工組織設(shè)計(jì)的方法，已逐漸成為大型水電工程建設(shè)中不可或缺的輔助決策手段，并已成功地應(yīng)用于二灘、三峽、溪洛渡、向家壩、小灣、龍開口等水電工程項(xiàng)目中[4-9]。

　　“分倉施工，分層澆筑”是混凝土壩施工的基本模式，因此，倉面作為混凝土壩施工的基本作業(yè)單元，其排序方案的制定就成為施工過程模擬中的一項(xiàng)重要研究課題。有學(xué)者認(rèn)為，工程整體的施工進(jìn)度以及施工的均衡性都會(huì)受到倉面排序方案的影響和制約[10]。在計(jì)算機(jī)模擬中，常用的倉面排序方法分為兩類，一類是在模擬之前將壩塊進(jìn)行排序，在模擬過程中不作或稍作調(diào)整，例如人工指定、優(yōu)先算法、權(quán)重法、目標(biāo)優(yōu)化等[4，10-12]。由于這類方法的倉面排序方案在模擬之前已經(jīng)確定，并在模擬中保持不變，因此稱為倉面排序的靜態(tài)方法。另一類是在模擬澆筑施工過程中，依據(jù)階段性模擬結(jié)果的相關(guān)數(shù)據(jù)逐步確定倉面排序方案，例如搜索算法、基于模糊規(guī)則的跳倉排序方法等[13-14]。這類方法的倉面排序方案是在模擬過程中逐步確定的，并且具有隨機(jī)性，因此可以稱為倉面排序的動(dòng)態(tài)方法。上述兩類倉面排序方法中，動(dòng)態(tài)方法無疑比靜態(tài)方法更符合施工實(shí)際。傳統(tǒng)的混凝土壩施工模擬都假定倉面施工不是控制因素，模擬的重點(diǎn)是混凝土的運(yùn)輸過程，倉面施工的具體工序和細(xì)節(jié)一般不涉及，因此，目前混凝土壩施工模擬中采用的各種倉面排序方法不論是靜態(tài)的還是動(dòng)態(tài)的，確定倉面排序時(shí)都不可能全面考慮倉面施工的影響。事實(shí)上，混凝土壩施工過程中，一般在大壩中、下部方量大、結(jié)構(gòu)簡單的部位，運(yùn)輸起著控制作用。而在基礎(chǔ)塊、孔洞結(jié)構(gòu)、閘墩、上部倉面較小的部位，運(yùn)輸不是控制因素，倉面施工控制實(shí)際進(jìn)度，特別是清基、清洗、模板支立、鋼筋綁扎等準(zhǔn)備工作的施工是主要的控制因素。

　　本文綜合考慮影響倉面排序的各種因素，使其作用于倉面準(zhǔn)備工作的模擬過程，提出了以倉面準(zhǔn)備工作完成時(shí)間作為依據(jù)來確定倉面排序方案的方法。在對倉面施工工序進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，選擇符合條件的壩塊，根據(jù)倉面準(zhǔn)備工作的內(nèi)容及工程量參數(shù)，估算倉面的準(zhǔn)備工作完成時(shí)間，由該時(shí)間序列確定最終的倉面排序方案。根據(jù)倉面準(zhǔn)備工作完成時(shí)間，使確定倉面排序方案的動(dòng)態(tài)排序方法與混凝土壩施工中確定倉面順序的實(shí)際過程相符，從而更加貼近工程實(shí)際。

　　1混凝土壩施工過程分析

　　1.1倉面施工方案

　　按混凝土的運(yùn)輸入倉方式，大致可以將混凝土壩的倉面施工方案分為自卸汽車直接入倉為主、以吊罐入倉為主兩類。以自卸汽車直接入倉為主的施工方案主要用于碾壓混凝土倉面的施工，要求倉面排序方案優(yōu)先安排并倉順序施工，以縮小相鄰壩段的高差，形成大平面，方便施工機(jī)械在壩體上的活動(dòng)。但在壩體的某些特殊部位，碾壓混凝土倉面的施工也會(huì)存在跳倉的情況，如防汛缺口、灌漿區(qū)、壩內(nèi)孔洞等部位。以吊罐入倉為主的施工方案主要用于常態(tài)混凝土倉面的施工，要求倉面排序方案優(yōu)先安排跳倉施工，因?yàn)槌�態(tài)混凝土壩必須支模才能形成橫縫，跳倉可以避免橫縫拆模等待時(shí)間。

　　與上述兩種施工方案相對應(yīng)，混凝土壩倉面排序具有并倉順序優(yōu)先和跳倉優(yōu)先兩種導(dǎo)向。所謂導(dǎo)向，即影響倉面排序方案的大方向，是指導(dǎo)倉面排序的總體要求，也可以理解為倉面排序的理想化方向，見圖1。在混凝土壩施工確定倉面排序過程中，首先要滿足導(dǎo)向原則，其次還需綜合考慮倉面施工的具體工序、施工資源的配備情況，以及其他影響倉面排序的限制條件，如清基處理、灌漿、度汛、相鄰壩段高差限制等等。[11]將導(dǎo)向和實(shí)際指導(dǎo)原則加入計(jì)算機(jī)模擬混凝土壩施工過程的系統(tǒng)模型中，對混凝土壩的倉面排序問題進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，所得到的模擬結(jié)果會(huì)更加接近工程實(shí)際。

　　在實(shí)際工程中，倉面施工都包含兩個(gè)基本過程，即施工準(zhǔn)備過程及澆筑施工過程。施工準(zhǔn)備過程包括清洗鑿毛、支模（拆模）、綁扎鋼筋等工作內(nèi)容，澆筑施工過程包括倉面混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)等工作內(nèi)容。由于這兩個(gè)過程所需資源相對獨(dú)立，在實(shí)際建設(shè)工程項(xiàng)目中會(huì)專門組建不同的隊(duì)伍進(jìn)行施工，即準(zhǔn)備工作隊(duì)和澆筑工作隊(duì)，每種隊(duì)伍的數(shù)目根據(jù)工程需要設(shè)置。其中準(zhǔn)備工作隊(duì)往往不只一個(gè)，或者分成若干小組，同時(shí)進(jìn)行幾個(gè)倉面的準(zhǔn)備工作。因此，混凝土壩的施工過程是一個(gè)多工序多隊(duì)伍參與的施工過程。實(shí)際施工中，施工人員根據(jù)前述由施工方案確定的倉面排序的導(dǎo)向原則和其他限制條件，選擇倉面安排各種隊(duì)伍，按工序要求開展流水施工。

　　1.2實(shí)際倉面排序的確定

　　混凝土壩施工現(xiàn)場情況非常復(fù)雜，工作量變化比較大，受環(huán)境因素影響也比較大。流水施工是一種非常理想的情況，流水施工的節(jié)奏經(jīng)常會(huì)被打亂。為了最大限度地避免窩工現(xiàn)象，必須隨時(shí)對預(yù)定的不同工序工作隊(duì)之間的銜接關(guān)系進(jìn)行調(diào)整。混凝土壩施工的實(shí)際倉面排序就是根據(jù)前一階段和當(dāng)前施工進(jìn)展情況，在對流水計(jì)劃進(jìn)行不斷調(diào)整的過程中確定的。其中，對倉面排序影響最大的是不同準(zhǔn)備隊(duì)伍實(shí)際完成倉面準(zhǔn)備工作的時(shí)間。根據(jù)導(dǎo)向原則和其他限制條件，安排不同準(zhǔn)備隊(duì)伍在不同倉面進(jìn)行準(zhǔn)備工作后，最先完成準(zhǔn)備工作的倉面將會(huì)優(yōu)先安排澆筑。所以，在多工序多隊(duì)伍的施工過程中，根據(jù)準(zhǔn)備工作完成時(shí)間來確定倉面排序方案才是符合工程實(shí)際的。以跳倉優(yōu)先導(dǎo)向?yàn)槔齺碚f明這個(gè)問題，見圖1（b）。如果準(zhǔn)備隊(duì)伍只有一個(gè)，則圖中編號所示的計(jì)劃順序就會(huì)是倉面澆筑的實(shí)際排序；如果準(zhǔn)備隊(duì)伍有三個(gè)，則會(huì)安排1、2、3號倉面同時(shí)進(jìn)行倉面準(zhǔn)備工作。由于各倉面的準(zhǔn)備工作完成時(shí)間是由準(zhǔn)備隊(duì)伍的工作效率、準(zhǔn)備工作的工程量、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素等共同決定的，因此實(shí)際完成時(shí)間具有隨機(jī)性。如此一來，根據(jù)各倉面準(zhǔn)備工作完成時(shí)間確定的倉面排序就有6種可能方案，實(shí)際施工中不會(huì)只按計(jì)劃順序澆筑。

　　2根據(jù)倉面準(zhǔn)備工作確定倉面排序的模擬方法2.1壩塊選擇的導(dǎo)向原則

　　壩塊選擇的導(dǎo)向原則是施工組織人員對倉面排序問題理想化的主觀意愿表示，是倉面排序的大方向，貫穿整個(gè)倉面排序過程。如前所述，依據(jù)不同的倉面施工方案，導(dǎo)向原則分為并倉順序優(yōu)先和跳倉優(yōu)先兩種。并倉順序優(yōu)先導(dǎo)向可以是將指定個(gè)數(shù)的若干個(gè)相鄰壩段的壩塊作為一倉進(jìn)行澆筑，也可以通過對拌合樓拌合能力、混凝土運(yùn)輸過程、澆筑的層間間隔時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，計(jì)算出允許澆筑的最大倉面面積，從而確定一個(gè)倉面所包含的并倉壩段個(gè)數(shù)。跳倉優(yōu)先導(dǎo)向的跳倉并不是只有“隔一倉澆一倉”的規(guī)則跳倉一種方式，而是包括本倉與上一倉不相鄰（包括左、右、下三個(gè)方向）的所有方式。實(shí)際施工中，跳倉排序結(jié)果隨機(jī)多樣，涵蓋了“隔一倉澆一倉”的規(guī)則跳倉方式。并倉順序優(yōu)先導(dǎo)向在模擬處理中的并倉比較復(fù)雜，但在倉面排序上采用順序原則，所以相對簡單。而對于跳倉優(yōu)先，因?yàn)閭}面排序結(jié)果存在隨機(jī)變化的特點(diǎn)，因此在模擬處理上比并倉順序優(yōu)先導(dǎo)向遠(yuǎn)為復(fù)雜。

　　在這里，以跳倉優(yōu)先導(dǎo)向原則為例，對導(dǎo)向原則在壩塊選擇時(shí)的作用進(jìn)行說明，見圖2。假設(shè)工程中采用以吊罐入倉為主的施工方案，將跳倉優(yōu)先作為倉面排序的導(dǎo)向原則，準(zhǔn)備工作隊(duì)伍數(shù)量為2，澆筑施工隊(duì)伍數(shù)量為1。當(dāng)前，一支準(zhǔn)備工作隊(duì)伍正在⑥進(jìn)行作業(yè)，為另一支準(zhǔn)備工作隊(duì)伍選擇壩塊，可選的已澆壩塊的上部壩塊有①、②、③、④、⑤、⑦。由于受導(dǎo)向原則限制，備選壩塊的左、右、下3個(gè)方向不能存在剛剛完成澆筑或正在澆筑的倉面，因此①、②、③均為不符合導(dǎo)向原則的壩塊，而④、⑤、⑥符合跳倉優(yōu)先的導(dǎo)向原則。

　　2.2壩塊選擇的其他限制條件

　　在選擇壩塊進(jìn)行倉面準(zhǔn)備工作時(shí)，除導(dǎo)向原則外，還須滿足其他限制條件[15]。

　　（1）選擇高程較低的倉面優(yōu)先澆筑，盡量使壩體高程平齊上升，形成大平面。

　　（2）按照壩體澆筑的總體推進(jìn)方向進(jìn)行選擇，備選壩塊應(yīng)在已澆壩塊的附近。這一限制條件指明了壩體施工順序的大方向，但在實(shí)際工程中，由于施工方案及環(huán)境因素的影響，有時(shí)并不嚴(yán)格遵守該原則。同時(shí)，在不同施工階段，推進(jìn)方向會(huì)有所不同。

　　（3）相鄰壩段高差限制。在實(shí)際工程中，確實(shí)存在因某種項(xiàng)目要求，需要對某些壩段進(jìn)行集中澆筑的情況，但是必須保證其與左右相鄰壩段的高差限制，若超出限值，必須先進(jìn)行相鄰壩段的澆筑后，方可繼續(xù)澆筑該壩段。

　　（4）有灌漿、度汛等要求的壩塊滯后澆筑。對于此類壩塊所組成的倉面，在模擬程序中將其倉面開始時(shí)間延長至灌漿、度汛結(jié)束時(shí)間之后。

　　（5）有特殊要求的壩塊優(yōu)先澆筑。可為此類倉面壩塊賦優(yōu)先權(quán)，使其倉面開始時(shí)間在同等條件下得到較早的時(shí)間值，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先澆筑的目的。

　　以上選擇壩塊進(jìn)行倉面準(zhǔn)備工作的限制條件共同作用影響著倉面排序方案的確定。在圖2所示實(shí)例中，經(jīng)過上述限制條件的進(jìn)一步篩選，最終將會(huì)選擇④作為進(jìn)行倉面準(zhǔn)備工作的壩塊。在實(shí)際工程中，造成倉面排序方案不確定的原因是人為因素和環(huán)境因素對施工過程的影響。在模擬過程中，可以通過賦予準(zhǔn)備工作隊(duì)伍工作效率某種隨機(jī)特性的方式來體現(xiàn)上述因素對模擬結(jié)果的影響，因此，最終的倉面排序方案具有隨機(jī)性。

　　2.3確定倉面排序的基本流程

　　（1）由倉面施工方案確定倉面排序的導(dǎo)向（并倉順序優(yōu)先或跳倉優(yōu)先）。

　　（2）按照導(dǎo)向原則，選出符合條件的若干備選壩塊。

　　（3）根據(jù)壩塊選擇的其他限制條件對備選壩塊進(jìn)行綜合篩選與考量。若仍存在備選壩塊，則按壩體澆筑推進(jìn)方向依次選取；若不存在符合各項(xiàng)限制條件的備選壩塊，則模擬系統(tǒng)時(shí)間順延至出現(xiàn)可選壩塊的時(shí)點(diǎn)，選擇壩塊進(jìn)行倉面準(zhǔn)備工作。

　　（4）根據(jù)準(zhǔn)備工作隊(duì)伍數(shù)量及狀態(tài)、準(zhǔn)備工作時(shí)間計(jì)算參數(shù)、壩塊混凝土工程量等數(shù)據(jù)模擬各壩塊的準(zhǔn)備工作完成時(shí)間，分別記入各準(zhǔn)備工作隊(duì)伍的時(shí)間序列。

　　（5）從各準(zhǔn)備工作隊(duì)伍的時(shí)間序列中選出最早完成準(zhǔn)備工作的壩塊作為將要進(jìn)行澆筑施工的倉面，從而達(dá)到確定倉面施工排序方案的目的。

　　倉面排序的基本流程見圖3。

　　3模擬程序的編寫

　　通過對以上問題的研究和分析，采用VisualBasic語言進(jìn)行了混凝土壩施工模擬系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，模擬的系統(tǒng)模型見圖4[15]。

　　為了確定倉面澆筑順序，首先對各倉面的準(zhǔn)備工作時(shí)間進(jìn)行模擬，再以階段性的模擬結(jié)果逐步確定最終的倉面排序方案。倉面澆筑排序程序設(shè)計(jì)流程見圖5。

　　進(jìn)行倉面準(zhǔn)備工作時(shí)間模擬時(shí)，需要準(zhǔn)備相關(guān)的詳細(xì)信息，包括：各壩塊的清洗鑿毛面積、支立模板面積、鋼筋用量等工程量數(shù)據(jù)，以及倉面準(zhǔn)備工作隊(duì)伍的數(shù)量。對于清基處理、支（拆）模板、綁扎鋼筋等作工作效率值及其所具備的隨機(jī)特性，本文以σ較小的正態(tài)分布處理。此外，各準(zhǔn)備工作內(nèi)容之間還存在著搭接關(guān)系，這種搭接關(guān)系本身也具備某種隨機(jī)特性。在模擬過程中，倉面準(zhǔn)備工作時(shí)間最終是由工程量、各項(xiàng)工作的實(shí)際工作效率以及搭接關(guān)系共同決定的，由于其中的工作效率和工作搭接關(guān)系都具備隨機(jī)特性，因此最終的模擬結(jié)果也具備隨機(jī)性。

　　模擬得出各壩塊的準(zhǔn)備工作完成時(shí)間，分別記入各準(zhǔn)備工作隊(duì)伍的時(shí)間序列，記錄的內(nèi)容包括壩塊編號和準(zhǔn)備工作完成時(shí)間。模擬系統(tǒng)完成上一倉面的澆筑模擬后，從各準(zhǔn)備工作隊(duì)伍的時(shí)間序列中找出準(zhǔn)備工作完成時(shí)間最早的未澆壩塊，作為將要進(jìn)行澆筑模擬的倉面，從而達(dá)到制定動(dòng)態(tài)、隨機(jī)的倉面排序方案的目的。4倉面排序示例

　　某水利樞紐建設(shè)工程為一等大（Ⅰ）型工程，主要建筑物包括擋水壩、溢流壩、壩后式廠房、開關(guān)站等。壩頂高程269.50m，最大壩高94.50m，壩頂全長1068.00m，壩體共分為58個(gè)壩段。本次模擬選擇該工程河床壩段的基礎(chǔ)壩塊作為模擬對象，其中共含有13個(gè)壩段，各壩塊相鄰且高程相差不大，采用以吊罐入倉為主的施工方案，將跳倉優(yōu)先作為倉面排序的導(dǎo)向。準(zhǔn)備隊(duì)伍為2個(gè)，澆筑隊(duì)伍為1個(gè)。在給出了各壩塊的清洗鑿毛面積、支立模板面積、鋼筋用量，以及倉面準(zhǔn)備工作隊(duì)伍工作效率及工序搭接關(guān)系的概率分布函數(shù)等參數(shù)后，可以對該工程進(jìn)行倉面排序方案的模擬。

　　圖6為運(yùn)行程序得到的三次不同的模擬結(jié)果，數(shù)字序號表示倉面澆筑的模擬順序。

　　由模擬結(jié)果可以看出，通過對倉面準(zhǔn)備工作模擬確定的倉面排序方案符合實(shí)際工程中的倉面排序要求，并且具備動(dòng)態(tài)、隨機(jī)性。可用于對混凝土壩施工過程的多種倉面排序方案的模擬，從而實(shí)現(xiàn)多次模擬結(jié)果的多方案比較，以獲得優(yōu)化的施工組織設(shè)計(jì)方案。使用本文模擬程序?qū)��?shí)際工程進(jìn)行模擬，得到的結(jié)果與實(shí)際相符[15]。模擬過程中，考慮倉面準(zhǔn)備工作的工程進(jìn)度模擬結(jié)果發(fā)生了明顯變化，說明倉面施工對于工程進(jìn)度同樣具有控制作用，因此，采用基于準(zhǔn)備工作模擬的混凝土壩倉面排序方法所得到的模擬結(jié)果更加符合工程實(shí)際。

　　5結(jié)語

　　本文針對混凝土壩施工模擬過程中的倉面排序問題，詳細(xì)分析了倉面的實(shí)際施工過程以及在實(shí)際工程中倉面排序方案的具體確定過程。通過對倉面施工過程的研究分析，將倉面準(zhǔn)備工作完成時(shí)間作為確定倉面排序方案的依據(jù)，結(jié)合施工過程中選擇壩塊進(jìn)行倉面準(zhǔn)備工作的導(dǎo)向原則及其他限制條件，細(xì)化了確定倉面排序方案的基本模擬流程，編寫了相關(guān)程序。通過對示例及實(shí)際工程的模擬，得到了符合工程實(shí)際的動(dòng)態(tài)、隨機(jī)的模擬結(jié)果。研究表明，通過對準(zhǔn)備工作進(jìn)行模擬來確定倉面排序的方法是可行的，且更加符合工程實(shí)際。在今后進(jìn)一步的探索與研究中，可考慮將澆筑強(qiáng)度、施工工期等作為優(yōu)化目標(biāo)，對符合工程實(shí)際的倉面排序方案進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]孫錫衡，齊東海.水利水電工程施工計(jì)算機(jī)模擬與程序設(shè)計(jì)[M].北京：中國水利水電出版社，1997.

　　[2]鐘登華，練繼亮，吳康新，等.高混凝土壩施工仿真與實(shí)時(shí)控制[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

　　[3]齊東海.港口工程系統(tǒng)分析方法[M].北京：人民交通出版社，1990.

　　[4]朱光熙.二灘水電站雙曲拱壩混凝土澆注的計(jì)算機(jī)模擬[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，1985，（3）：25-32.

　　[5]秦杰，黃承逵，黃達(dá)海，等.三峽大壩混凝土施工實(shí)時(shí)仿真計(jì)算[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，（3）：359-365.

　　[6]鐘登華，朱慧蓉，鄭家祥.溪洛渡施工總布置三維動(dòng)態(tài)可視化圖形仿真研究[J].中國工程科學(xué)，2003，（11）：65-70，91.

　　[7]申明亮，陳立華，陳偉.向家壩工程大壩混凝土施工過程動(dòng)態(tài)仿真研究[J].中國工程科學(xué)，2004，（6）：68-73.

　　[8]王仁超，石英，李名川.小灣大壩混凝土澆筑施工仿真研究[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)版），2004，（4）：10-14.

　　[9]趙春菊，周宜紅.龍開口碾壓混凝土重力壩施工過程仿真研究[J].湖北水力發(fā)電，2008，（S1）：14-20.

　　[10]丁世來，胡志根，劉全.大壩混凝土澆筑塊排序方法的評價(jià)研究[J].紅水河，2004，（2）：97-100，109.

　　[11]吳慶鳴，陳東.混凝土大壩澆筑安排計(jì)算機(jī)仿真求解[J].人民長江，2000，（5）：41-43.

　　[12]肖文，吳慶鳴，巫世晶.碾壓混凝土壩施工分倉跳倉方法研究[J].紅水河，2000，（1）：31-34.

　　[13]劉全.施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)分析與施工過程仿真的可視化研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2003.