基于實(shí)時(shí)監(jiān)控的面板堆石壩施工工期-質(zhì)量-成本綜合優(yōu)化研究.pdf

1、面板堆石壩現(xiàn)已成為世界上公認(rèn)的一種比較經(jīng)濟(jì)的壩型。隨著我國抽水蓄能電站的快速發(fā)展，面板堆石壩也越來越多地被用于抽水蓄能電站。然而抽水蓄能電站面板堆石壩施工面臨著施工工期緊、不確定性因素多、施工工藝復(fù)雜、碾壓質(zhì)量如何全面的評價(jià)以及工期-質(zhì)量-成本三大目標(biāo)如何均衡優(yōu)化等關(guān)鍵性問題。如何解決這些問題，是目前面板堆石壩施工管理所面臨的挑戰(zhàn)。因此，就上述問題展開深入的研究分析，并取得了以下研究成果：
　　1、針對面板堆石壩復(fù)雜的施工過程以及

2、其施工動(dòng)態(tài)參數(shù)難以實(shí)時(shí)獲取等問題，基于施工參數(shù)敏感性分析方法，提出了基于實(shí)時(shí)監(jiān)控的面板堆石壩施工動(dòng)態(tài)仿真模型和方法。
　　面板堆石壩施工過程具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和不確定性。目前面向施工階段的面板堆石壩施工仿真參數(shù)的選取多采用專家經(jīng)驗(yàn)法和工程類比法，影響了仿真結(jié)果的可靠性;仿真缺乏實(shí)時(shí)性，很難在當(dāng)前的施工面貌及最新的機(jī)械配置基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)預(yù)測未來的施工進(jìn)度。針對上述問題，采用正交試驗(yàn)方法對施工參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析，確定了施工過程中的關(guān)鍵參

3、數(shù)和關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)；在此基礎(chǔ)上提出基于實(shí)時(shí)監(jiān)控的面板堆石壩施工動(dòng)態(tài)仿真模型，依據(jù)實(shí)際的施工信息，實(shí)時(shí)獲得并更新仿真參數(shù)，通過動(dòng)態(tài)仿真來進(jìn)行施工進(jìn)度預(yù)測和分析，確保進(jìn)度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
　　2、綜合考慮面板堆石壩壩體碾壓質(zhì)量的關(guān)鍵影響因素，在孔隙率-可靠性耦合分析的基礎(chǔ)上，提出了耦合孔隙率-可靠性的面板堆石壩壩體填筑質(zhì)量二元分析模型與方法。
　　以往面板堆石壩填筑質(zhì)量的控制主要依靠施工現(xiàn)場隨機(jī)取樣試驗(yàn)，因此分析結(jié)果只能反映壩體倉面的

4、試驗(yàn)測點(diǎn)本身的填筑質(zhì)量，并且沒有考慮質(zhì)量影響因素變異性的影響。針對上述問題，結(jié)合面板堆石壩碾壓實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，基于碾壓參數(shù)對孔隙率的敏感性分析，建立了基于精英保留策略的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)孔隙率預(yù)測模型。在考慮孔隙率影響參數(shù)變異性的條件下，提出了耦合孔隙率-可靠性的面板堆石壩壩體填筑質(zhì)量二元分析方法。比較傳統(tǒng)的現(xiàn)場隨機(jī)取樣試驗(yàn)評價(jià)方法，提出的壩體填筑質(zhì)量分析模型與方法綜合反映了整個(gè)壩體的質(zhì)量情況，其評價(jià)結(jié)果更為全面合理，也為后續(xù)大壩施工提供了更為

5、可靠的依據(jù)。
　　3、針對工期和質(zhì)量的不確定性，建立了基于質(zhì)量成本和決策偏好的工期-質(zhì)量-成本均衡優(yōu)化模型。
　　目前針對大壩工程施工工期、質(zhì)量、成本多目標(biāo)優(yōu)化的研究忽略了工期-質(zhì)量-成本三者之間的制約關(guān)系；同時(shí)，目前的研究忽略了實(shí)際施工參數(shù)對施工控制與管理決策的重要影響。因此，結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，在考慮質(zhì)量和進(jìn)度模糊性的基礎(chǔ)上，建立了基于質(zhì)量成本和決策偏好的工期-質(zhì)量-成本均衡優(yōu)化模型。比較目前的施工多目標(biāo)優(yōu)化模型，建立的模

6、型綜合考慮了實(shí)際施工參數(shù)對施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)預(yù)測、質(zhì)量控制水平和質(zhì)量成本控制的影響，為解決施工優(yōu)化問題提供了有效的途徑。
　　4、采用數(shù)據(jù)敏感性分析方法、施工動(dòng)態(tài)仿真方法、基于精英保留策略的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及基于模糊工期和模糊質(zhì)量的非支配排序遺傳算法等分析求解算法，分別對面板堆石壩施工動(dòng)態(tài)仿真、壩體填筑質(zhì)量二元分析模型和工期-質(zhì)量-成本均衡優(yōu)化模型進(jìn)行了分析。
　　目前的研究缺乏對實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)重要性的分析，導(dǎo)致現(xiàn)場施工參數(shù)控制沒

7、有針對性；同時(shí)，利用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法對基于實(shí)時(shí)監(jiān)控的施工動(dòng)態(tài)仿真、質(zhì)量分析、均衡優(yōu)化等模型進(jìn)行求解操作較為復(fù)雜，求解效率低。針對上述問題，采用正交試驗(yàn)的極差法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分別對施工仿真參數(shù)和碾壓質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析，定量評價(jià)了實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變動(dòng)性對模型輸出結(jié)果的變異性影響程度，確定了關(guān)鍵影響參數(shù)；結(jié)合排隊(duì)論、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)與實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，提出了CYCLONE(Cycle Operation Network)施工動(dòng)態(tài)仿真方法，

8、為全面快速地掌握面板堆石壩施工過程提供了有利的分析工具；同時(shí)，采用基于精英保留策略的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法求解了孔隙率預(yù)測模型，克服了以往遺傳算法丟失最優(yōu)個(gè)體、計(jì)算收斂緩慢的問題；采用基于模糊工期和模糊質(zhì)量的非支配排序遺傳算法求解了工期-質(zhì)量-成本均衡優(yōu)化模型，考慮了工期和質(zhì)量的不確定性，與傳統(tǒng)的均衡優(yōu)化求解方法相比，該方法提高了計(jì)算效率和魯棒性，具有較好的收斂性。
　　5、依托某抽水蓄能電站面板堆石壩工程，進(jìn)行應(yīng)用研究，驗(yàn)證了上述理論

9、和方法的可行性。
　　以我國某抽水蓄能面板堆石壩工程為例，將上述的研究成果的理論、方法、技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工程中。
　?。?）采用正交試驗(yàn)方法對施工參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，確定關(guān)鍵參數(shù)和關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)；采用單樣本K-S（Kolmogorov-Smirnov）檢驗(yàn)、P-P概率圖檢驗(yàn)，對關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并依此更新后期施工進(jìn)度仿真參數(shù)，采用CYCLONE施工動(dòng)態(tài)仿真方法實(shí)現(xiàn)了施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)仿真；對自卸汽車重運(yùn)這一關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)

10、進(jìn)行分期分析，有針對性的給出了分期重運(yùn)環(huán)節(jié)的施工指導(dǎo)意見。
　?。?）采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)敏感性分析方法確定壩體石料的不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)、含水率、細(xì)粒料含量以及實(shí)時(shí)監(jiān)控獲取的碾壓遍數(shù)、碾壓厚度、激振力狀態(tài)等特征參數(shù)對孔隙率重要程度；結(jié)合以上參數(shù)，采用精英保留策略遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測壩面孔隙率，確定壩面孔隙率分布；進(jìn)一步地，考慮孔隙率影響參數(shù)變異性， 采用耦合孔隙率-可靠性質(zhì)量二元分析方法對的面板堆石壩各區(qū)填筑質(zhì)量進(jìn)行了綜合分析