長河壩電站混凝土施工任務—設備匹配優化研究

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)

?

長河壩電站混凝土施工任務—設備匹配優化研究

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)

針對長河壩電站4個混凝土生產系統供應多個不同澆筑點的資源匹配問題，在多任務多設備的無權匹配模型的基礎上，考慮不同配置方案所具有的不同施工質量、施工進度、施工成本的等因素，建立指標體系，依照所建指標體系構成各配置方案權重，構建長河壩電站混凝土任務-設備的賦權匹配模型，采用KM算法求解該模型，得到了混凝土系統生產運輸的最優配置方案。以任務-設備配對的視角對施工設備進行優化配置，為多任務多設備的施工組織管理研究提供新思路和理論依據。

混凝土生產系統；運輸系統；優化匹配；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，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、導流洞，左岸地下廠房系統等組成，各建筑物分布較為集中。工程共設4個混凝土拌和系統承擔整個工程的混凝土供應[1]，混凝土澆筑總量約196萬m3。

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

(2)2號混凝土拌和系統。位于左岸下游，主要承擔廠房系統、壓力管道下平段、大壩工程、圍堰工程、導流洞封堵的混凝土供應，混凝土澆筑總量約58萬m3。系統月高峰澆筑強度約3.6萬m3，要求小時生產能力108 m3/h，選擇2座型號為HL75- 2F1500的拌和樓，3班制生產。設置4個容量為800 t(D=8 m)的水泥罐，采用氣力輸送，選用3臺(含備用1臺)型號為4L- 20/8的空壓機供風，另選2臺型號為V- 6/8- 1的空壓機為拌和樓提供控制用風。骨料由自卸汽車運至本廠，膠帶運輸機堆料，再由地弄膠帶輸送機送料至拌和樓。

(3)3號混凝土拌和系統。位于右岸上游低線，主要承擔初期導流洞進口、上游支洞及其工作面的混凝土供應，混凝土澆筑總量約12萬m3。該系統月高峰澆筑強度約1.5萬m3，要求小時生產能力46 m3/h，選擇1座型號為HL75- 2F1500的拌和樓，3班制生產。設置3個容量為500 t(D=6.5 m)的水泥罐，采用氣力輸送，選用3臺(含備用1臺)型號為3L- 10/8的空壓機供風，另選1臺型號為V- 3/8- 1的空壓機為拌和樓提供控制用風。骨料由自卸汽車運至本廠，膠帶運輸機輸送至料罐，再由膠帶輸送機由料罐輸送至拌和樓。

表2 混凝土生產系統

混凝土系統代號名稱型號地點混凝土強度生產能力/m3·h-1S11號混凝土生產系統HL115-3F1500×2右岸上游高線C30130S22號混凝土生產系統HL75-2F1500×2左岸下游C30108S33號混凝土生產系統HL75-2F1500右岸上游低線C2546S44號混凝土生產系統HL115-3F1500右岸下游C1575S51號臨時混凝土生產點NBS-100/30×3右岸上游C15、C2510S62號臨時混凝土生產點NBS-100/30×4左岸上游C15、C2514

(4)4號混凝土拌和系統。位于右岸下游，主要承擔初期導流洞、泄洪洞、放空洞、中期導流洞等的出口及其控制工作面的混凝土供應，混凝土澆筑總量約42萬m3。該系統月高峰澆筑強度約2.5萬m3，要求小時生產能力75 m3/h，選擇1座型號為HL115- 3F1500的拌和樓，3班制生產。設置3個容量為800 t(D=8 m)的水泥罐，采用氣力輸送，選用2臺(含備用1臺)型號為3L- 10/8的空壓機供風，另選2臺型號為V- 6/8- 1的空壓機為拌和樓提供控制用風。骨料由自卸汽車運至本廠，膠帶運輸機堆料，再由地弄膠帶輸送機送料至拌和樓。

2 澆筑任務描述

在壩體填筑施工過程中，需要同時對工程內若干部位進行澆筑，其中作業任務和混凝土生產系統如表1、2所示。

表1 澆筑任務

澆筑任務代號澆筑任務內容強度等級方量/m3J13號心墻澆筑,1520m高程C305300J26號心墻澆筑,1516m高程C306600J311號心墻澆筑,1538m高程C304800J413號心墻澆筑,1532m高程C304200J52號開敞式泄洪洞進口C253600J6放空洞進口C153400J7引水隧洞進口C253400J8右岸省道S211公路C151200J921號公路1530.50m高程C15900

由于混凝土生產點規模較小，規定各混凝土生產點可依據需求生產不同類型的混凝土[2]。由于不同強度等級的混凝土不能混用，故每個混凝土生產系統只能參加部分澆筑任務；而對于同一混凝土強度等級，所有符合要求的混凝土生產系統均可參加。由于各澆筑任務耗時相近，且在較短時間段內同時開始，故可以同時澆筑。但各個混凝土生產系統參與各個澆筑任務的運輸成本、運輸質量和運輸效率等指標均不相同，需要考慮不同配置方案的權重，所以可以應用多任務多設備的賦權匹配模型，由KM算法求解最優匹配方案。

由于澆筑地點數量比生產系統多3個，故應提前明確應用多任務多設備的賦權匹配模型，采用KM算法求解出來的最優匹配的配置方案最少有3個澆筑任務不能及時參與施工，需另行計算和配置。將各混凝土生產系統與能參與的任務進行連線，不同的連線對應不同的運輸方案，如圖1所示。

圖1 混凝土生產系統與澆筑任務關系示意

混凝土生產系統編號澆筑任務編號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，每個混凝土生產系統至少參與一個澆筑任務，至多不超過兩個澆筑任務。由于混凝土澆筑會發生轉運過程，為簡化計算，可將不同的運輸方案中所使用的設備組合進行整體考慮[3，4]。

3 方案優化

考慮澆筑方案的施工質量、成本、進度和安全4個指標，采用專家法和層次分析法進行打分賦權，結果見表3。

利用Matlab中預編的KM算法可以解出施工任務與作業設備的一種最優匹配，具體操作如下[5]：

(1)預設一個二維矩陣，階數為10，并為每個矩陣的元素賦予初值0。

(2)將作業設備標號定義到行中，施工任務標號定義到列中。

(3)若作業設備與施工任務有線相連，則將對應的元素賦值為1，得到的矩陣如表4所示。

表4 運輸方案

J1J2J3J4J5J6J7J8J9S1111100000S2111100000S3000010100S4000001011S5000011111S6000011111

(4)該賦權二部圖的最佳匹配問題可以用KM算法求解，該算法經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個澆筑任務均已有對應的運輸方案進行供料，該運輸方案為未包含J2、J3和J6的最佳方案。對于J2、J3，有{J2-S1，J3-S2}，{J2-S2，J3-S1}兩組配對方案，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}配對方案權重更高，效果更理想。對于J6，有

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

經補充后的運輸方案匹配關系滿足了均衡施工及高效施工原則，且所有待澆點均能保證按要求進行運輸澆筑作業[6]，匹配關系如表6所示。

表5 返回的匹配關系

J1J2J3J4J5J6J7J8J9S1000100000S2100000000S3000000100S4000000010S5000000001S6000010000

從表6可知，編號為S1的混凝土生產系統采用編號為J3、J4運輸方案，編號為S2的混凝土生產系統采用編號為J1、J2的運輸方案，依次類推，編號為S6的混凝土生產系統采用編號為J5的運輸方案。6座混凝土生產系統共采用9個運輸方案，每座混凝土生產系統至少采用一個運輸方案，至多采用兩個運輸方案。

表6 補充后的匹配關系

J1J2J3J4J5J6J7J8J9S1001100000S2110000000S3000000100S4000001010S5000000001S6000010000

4 結 語

針對長河壩電站4個混凝土生產系統供應多個不同澆筑點的資源匹配問題，基于二部圖匹配方法安排資源，尋找資源配置的優化方案，使得在某一時段內盡可能多的設備與盡可能多的澆筑任務匹配，從而達到設備總利用水平最大，提高設備利用率的目的，減少不必要的設備窩工。以任務—設備配對的視角對施工設備進行優化配置，為多任務多設備的施工組織管理研究提供新思路和理論依據。

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

[2]姬忠凱， 楊衛璇， 王仁超， 等. 工程網絡計劃工序“關鍵性”問題研究[J]. 水力發電學報， 2015， 35 (5)： 172- 180．

[3]趙亞玲， 葛茂根， 啟靜， 等. 柔性生產中基于人員任務匹配度的人員調度[J]. 合肥工業大學學報： 自然科學版， 2015， 38(2)： 270- 273．

[4]李英姿， 張曉冬， 張碩， 等. 基于人員-任務-資源匹配度的產品設計項日靜態調度[J]. 工業工程與管理， 2012， 17(3)： 74- 80．

[5]沈維蕾， 黃莉. 基于組合賦權的裝配線作業人員優化配置[J]. 合肥工業大學學報： 自然科學版， 2013， 36(9)： 1034- 1037．

[6]劉明周， 張明偉， 蔣增強， 等. 基于混合粒子群算法的多目標柔性Job-Shop調度方法[J]. 農業機械學報， 2008， 39(5)： 122- 127．

(責任編輯 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，高級工程師，主要從事水利水電工程項目管理、工程技術科技創新管理工作．

TV512

A

0559- 9342(2016)06- 0046- 03