地下洞室群合理的施工程序?qū)S護(hù)圍巖穩(wěn)定、保證施工安全、實(shí)現(xiàn)快速、經(jīng)濟(jì)施工有著重要的意義。然而,地下洞室群的施工程序受工程所處自然條件、施工技術(shù)水平及相應(yīng)機(jī)械設(shè)備配置、交通條件、洞室空間結(jié)構(gòu)形式、支護(hù)形式、施工安全、施工質(zhì)量、環(huán)境控制等多種因素影響,且這些相互制約的因素往往又都是隨機(jī)而復(fù)雜多變的,傳統(tǒng)的方法難以較為準(zhǔn)確地估計(jì)與測(cè)度[ 1 ] 。隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與推廣,特別是近三十年來(lái),地下洞室施工的模擬研究取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外先后研制出“地質(zhì)模型—施、“ 莫斯特柯夫工方法—成本報(bào)告系統(tǒng)”“卡爾程序”、“ “ 循環(huán)分析模擬模型”、日本國(guó)鐵隧道施工數(shù)據(jù)庫(kù)”、運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)模型”等[ 2 ] 。這些成果運(yùn)用后,大多被認(rèn)為“取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)進(jìn)步,但還有許多工作需要做”。這些工作主要是:如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)施工程序的仿真模擬,怎樣使模擬運(yùn)行參數(shù)選擇和成果修正折減更便捷可行,努力縮短運(yùn)行時(shí)間增強(qiáng)實(shí)用性和可操作性,如何實(shí)現(xiàn)施工技術(shù)與管理的統(tǒng)一。而以隨機(jī)的生產(chǎn)線平衡原理[ 3 ] ,動(dòng)態(tài)數(shù)組和公共時(shí)鐘為基礎(chǔ),結(jié)合地下洞室施工特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而開(kāi)發(fā)的CPE ( Construction Procedure’s Emulation of Under2 ground Multi2tunnel & Multi2champer) 系統(tǒng)對(duì)上述工作有明顯的改進(jìn)。
1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)原理和思路
1. 1 施工循環(huán)的平衡優(yōu)選
CPE 系統(tǒng)以隨機(jī)的生產(chǎn)線平衡原理為基礎(chǔ),結(jié)合地下洞室施工特點(diǎn),對(duì)施工循環(huán)進(jìn)行平衡優(yōu)選。生產(chǎn)過(guò)程計(jì)算機(jī)管理的生產(chǎn)線平衡是對(duì)連續(xù)地重復(fù)進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。其原理包含了生產(chǎn)線,單位作業(yè),作業(yè)點(diǎn),周期,執(zhí)行作業(yè)的約束—作業(yè)內(nèi)容約束、技術(shù)約束、設(shè)備約束、位置約束, 平衡滯后時(shí)間,平衡滯后等概念。對(duì)地下洞室施工而言,相應(yīng)即是:施工循環(huán),施工工序,工序數(shù),施工循環(huán)歷時(shí),施工內(nèi)容、施工方法及工藝流程、機(jī)械設(shè)備配置、施工通道及環(huán)境控制,施工機(jī)械設(shè)備閑置時(shí)間,機(jī)械設(shè)備閑置率等概念。原理的核心思想是“單位作業(yè)的劃分不完全從技術(shù)角度而是從客觀實(shí)踐的觀點(diǎn)來(lái)判斷”。結(jié)合地下洞室施工特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié), 除生產(chǎn)線平衡優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束,CPE 系統(tǒng)還設(shè)立了規(guī)則工班、主要機(jī)械設(shè)備完成的關(guān)鍵工序歷時(shí)及所占施工循環(huán)歷時(shí)的比例等工程約束和優(yōu)選函數(shù)以優(yōu)化施工循環(huán)設(shè)計(jì),努力實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、地三不閑。
1. 2 設(shè)立動(dòng)態(tài)數(shù)組和公共時(shí)鐘,實(shí)現(xiàn)仿真模擬
CPE 系統(tǒng)將地下洞室群劃分為施工系統(tǒng)、施工分標(biāo)、施工分項(xiàng)、施工分部、施工分段(塊) 等六個(gè)層次,用六維動(dòng)態(tài)數(shù)組來(lái)描述;并設(shè)立了不同長(zhǎng)度的公共時(shí)鐘。不同用戶根據(jù)各自需求填充空間層次結(jié)構(gòu)數(shù)組和仿真模擬參數(shù),系統(tǒng)優(yōu)選出施工循環(huán)后,由施工分段(塊) 的仿真模擬,逐層同步疊加,直至完成對(duì)施工系統(tǒng)的仿真模擬。CPE 系統(tǒng)仿真模擬流程如圖1 所示。
1. 3 建立網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)數(shù)組實(shí)現(xiàn)對(duì)施工交通的仿真模擬
CPE 系統(tǒng)將地下洞室群不同施工程序的交通網(wǎng)絡(luò)劃分為施工起訖點(diǎn)如拌和樓、棄碴場(chǎng),施工道路如不同高程的公路、橋纜,施工通道如施工支洞、溜碴井等三個(gè)層次;并設(shè)立公時(shí)概念,公時(shí)為相對(duì)時(shí)間單位,用戶可根據(jù)工程規(guī)模、仿真模擬精度要求用15 min 、30 min 等去取整真實(shí)時(shí)間。CPE 系統(tǒng)以公時(shí)為時(shí)間序列單位同步疊加便得到施工通道、施工道路的實(shí)時(shí)行車密度、最大行車密度及最小行車間距,也可得到施工起訖點(diǎn)的實(shí)時(shí)強(qiáng)度和過(guò)程線,為施工交通設(shè)計(jì)和管理、拌和樓的供料強(qiáng)度和棄碴場(chǎng)的最大存量設(shè)計(jì)等提供指導(dǎo)和參考。
1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)原理和思路
1. 1 施工循環(huán)的平衡優(yōu)選
CPE 系統(tǒng)以隨機(jī)的生產(chǎn)線平衡原理為基礎(chǔ),結(jié)合地下洞室施工特點(diǎn),對(duì)施工循環(huán)進(jìn)行平衡優(yōu)選。生產(chǎn)過(guò)程計(jì)算機(jī)管理的生產(chǎn)線平衡是對(duì)連續(xù)地重復(fù)進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。其原理包含了生產(chǎn)線,單位作業(yè),作業(yè)點(diǎn),周期,執(zhí)行作業(yè)的約束—作業(yè)內(nèi)容約束、技術(shù)約束、設(shè)備約束、位置約束, 平衡滯后時(shí)間,平衡滯后等概念。對(duì)地下洞室施工而言,相應(yīng)即是:施工循環(huán),施工工序,工序數(shù),施工循環(huán)歷時(shí),施工內(nèi)容、施工方法及工藝流程、機(jī)械設(shè)備配置、施工通道及環(huán)境控制,施工機(jī)械設(shè)備閑置時(shí)間,機(jī)械設(shè)備閑置率等概念。原理的核心思想是“單位作業(yè)的劃分不完全從技術(shù)角度而是從客觀實(shí)踐的觀點(diǎn)來(lái)判斷”。結(jié)合地下洞室施工特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié), 除生產(chǎn)線平衡優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束,CPE 系統(tǒng)還設(shè)立了規(guī)則工班、主要機(jī)械設(shè)備完成的關(guān)鍵工序歷時(shí)及所占施工循環(huán)歷時(shí)的比例等工程約束和優(yōu)選函數(shù)以優(yōu)化施工循環(huán)設(shè)計(jì),努力實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、地三不閑。
1. 2 設(shè)立動(dòng)態(tài)數(shù)組和公共時(shí)鐘,實(shí)現(xiàn)仿真模擬
CPE 系統(tǒng)將地下洞室群劃分為施工系統(tǒng)、施工分標(biāo)、施工分項(xiàng)、施工分部、施工分段(塊) 等六個(gè)層次,用六維動(dòng)態(tài)數(shù)組來(lái)描述;并設(shè)立了不同長(zhǎng)度的公共時(shí)鐘。不同用戶根據(jù)各自需求填充空間層次結(jié)構(gòu)數(shù)組和仿真模擬參數(shù),系統(tǒng)優(yōu)選出施工循環(huán)后,由施工分段(塊) 的仿真模擬,逐層同步疊加,直至完成對(duì)施工系統(tǒng)的仿真模擬。CPE 系統(tǒng)仿真模擬流程如圖1 所示。
1. 3 建立網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)數(shù)組實(shí)現(xiàn)對(duì)施工交通的仿真模擬
CPE 系統(tǒng)將地下洞室群不同施工程序的交通網(wǎng)絡(luò)劃分為施工起訖點(diǎn)如拌和樓、棄碴場(chǎng),施工道路如不同高程的公路、橋纜,施工通道如施工支洞、溜碴井等三個(gè)層次;并設(shè)立公時(shí)概念,公時(shí)為相對(duì)時(shí)間單位,用戶可根據(jù)工程規(guī)模、仿真模擬精度要求用15 min 、30 min 等去取整真實(shí)時(shí)間。CPE 系統(tǒng)以公時(shí)為時(shí)間序列單位同步疊加便得到施工通道、施工道路的實(shí)時(shí)行車密度、最大行車密度及最小行車間距,也可得到施工起訖點(diǎn)的實(shí)時(shí)強(qiáng)度和過(guò)程線,為施工交通設(shè)計(jì)和管理、拌和樓的供料強(qiáng)度和棄碴場(chǎng)的最大存量設(shè)計(jì)等提供指導(dǎo)和參考。
