高混凝土壩施工仿真與實(shí)時(shí)控制

前言

混凝土壩是水利水電建設(shè)中幾種主要的壩型之一，隨著我國筑壩技術(shù)的提高，混凝土壩也逐漸向高大型發(fā)展。近幾年來一批300m級的高混凝土拱壩相繼開工建設(shè)，如305m高的錦屏一級拱壩、292m高的小灣拱壩、278m高的溪洛渡拱壩等。這些高混凝土壩的建設(shè)表明我國的筑壩技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。高混凝土壩施工在水利水電工程建設(shè)中占有重要地位，其施工質(zhì)量和施工速度直接影響到工程的安全和建設(shè)工期。由于高混凝土壩施工過程受自然環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式、工藝要求、組織方式以及澆筑機(jī)械與建筑材料等諸多因素的影響，使得施工計(jì)劃安排、進(jìn)度控制和資源優(yōu)化配置十分復(fù)雜；同時(shí)，高混凝土壩施工時(shí)間跨度大、高峰期澆筑強(qiáng)度高，在動態(tài)施工過程中還要考慮導(dǎo)流、度汛、壩體擋水及蓄水發(fā)電等階段性目標(biāo)要求，給施工組織、計(jì)劃安排及進(jìn)度控制帶來相當(dāng)大的困難和潛在的風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際水利水電工程中，為追求提前發(fā)電效益，又往往要求加快大壩施工進(jìn)程，盡量縮短施工工期。因此，勢必帶來高混凝土壩的高強(qiáng)度連續(xù)施工等工程科學(xué)問題，并給高混凝土壩施工優(yōu)化設(shè)計(jì)和動態(tài)實(shí)時(shí)控制提出了更高的要求。因此，有必要采取科學(xué)的理論方法和先進(jìn)的技術(shù)手段，綜合考慮影響大壩工程施工進(jìn)程的各方面因素，合理安排壩塊澆筑順序，對多個(gè)大壩澆筑方案和機(jī)械組合方案進(jìn)行快速的比選和優(yōu)化，以便及時(shí)有效地輔助大壩施工管理和決策。在高混凝土壩設(shè)計(jì)與施工中，需要面對以下四個(gè)關(guān)鍵問題：如何優(yōu)化復(fù)雜約束條件下的施工方案，如何優(yōu)化配置大型機(jī)械設(shè)備，如何動態(tài)調(diào)整與控制施工進(jìn)度，如何有效地分析與控制施工質(zhì)量。施工仿真技術(shù)使我們能夠在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對高混凝土壩施工的動態(tài)過程進(jìn)行仿真試驗(yàn)，分析施工過程中可能存在的各種問題，預(yù)測不同施工方案下高混凝土壩施工進(jìn)程的各項(xiàng)定量指標(biāo)，對制定合理的高混凝土壩施工進(jìn)度計(jì)劃提供科學(xué)可靠的決策依據(jù)。施工仿真技術(shù)為分析高混凝土壩的高強(qiáng)度連續(xù)施工問題提供了技術(shù)支持，在工程的設(shè)計(jì)和施工階段應(yīng)用施工仿真技術(shù)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。高混凝土壩施工仿真與實(shí)時(shí)控制研究是一項(xiàng)備受關(guān)注的研究工作。

內(nèi)容概要

本書較系統(tǒng)地介紹了高混凝土壩施工仿真與實(shí)時(shí)控制的理論方法及其工程應(yīng)用實(shí)踐。全書共分l5章：第1章簡要介紹了國內(nèi)外高混凝土壩的建設(shè)概況以及系統(tǒng)仿真技術(shù)在高混凝土壩施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展；第2章探討了高混凝土壩建設(shè)中高強(qiáng)度連續(xù)施工面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題；第3章總結(jié)了現(xiàn)代仿真技術(shù)在理論與方法上的發(fā)展；第4章詳細(xì)介紹了高混凝土壩施工仿真的基本理論與方法；第5章闡述了高混凝土壩施工仿真建模方法與實(shí)現(xiàn)；第6章闡述了高混凝土壩施工仿真中參數(shù)的設(shè)計(jì)與分析；第7章結(jié)合具體應(yīng)用實(shí)例，介紹了高混凝土壩施工仿真多目標(biāo)決策理論與方法；第8章闡述了高混凝土壩施工進(jìn)度實(shí)時(shí)控制理論與方法；第9章闡述了高混凝土壩施工智能仿真與優(yōu)化理論方法；第10章介紹了真實(shí)施工場景下高混凝土壩施工交互式仿真與實(shí)時(shí)控制的實(shí)現(xiàn)方法與控制過程；第11章介紹了研制開發(fā)的高混凝土壩施工仿真與實(shí)時(shí)控制軟件系統(tǒng)5第12～15章分別介紹了上述理論方法在4個(gè)具體水利水電工程中的實(shí)際應(yīng)用。    本書可供水利水電工程設(shè)計(jì)人員、技術(shù)人員、管理人員和廣大水利工作者閱讀，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)師生參考閱讀。

作者簡介

鐘登華，江西贛州人，1963年11月生。1992年于天津大學(xué)獲博士學(xué)位，1994年在天津大學(xué)破格晉升為教授。1995年于德國曼海姆大學(xué)作高級訪問學(xué)者；1998年和2000年于德國基爾大學(xué)作訪問教授；2002年于美國麻省理工學(xué)院作高級訪問學(xué)者。現(xiàn)任天津大學(xué)水利水電工程系教授、博士生導(dǎo)師。主持國家科技重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目以及工程委托科研項(xiàng)目等60余項(xiàng)。出版著作3部；發(fā)表學(xué)術(shù)論文150多篇，其中SCI／EI收錄32篇；獲各類科技獎勵(lì)12項(xiàng)，其中作為第一完獲國家科技進(jìn)步二等獎1項(xiàng)，天津市自然科學(xué)一等獎1項(xiàng)，教育部科技進(jìn)步一等獎2項(xiàng)。獲第八屆“中國青年科技獎”，入選“新世紀(jì)百千萬人才工程”國家級人選，享受政府特殊津貼，國家杰出青年基金獲得者。

書籍目錄

前言第1章 概述  1.1 國內(nèi)外高混凝土壩建設(shè)概況  1.2 高混凝土壩施工特征分析  1.3 高混凝土壩施工仿真研究的發(fā)展第2章 高混凝土壩高強(qiáng)度連續(xù)施工面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題  2.1 高混凝土壩施工組織與進(jìn)度控制  2.2 高混凝土壩施工方案與施工設(shè)備  2.3 高混凝土壩施工設(shè)備資源配置分析  2.4 高強(qiáng)度連續(xù)施工技術(shù)及工藝  2.5 高強(qiáng)度連續(xù)施工面臨的主要問題第3章 現(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展  3.1 系統(tǒng)仿真概論  3.2 系統(tǒng)仿真的發(fā)展與現(xiàn)狀  3.3 離散系統(tǒng)仿真方法第4章 高混凝土壩施工仿真的基本理論與方法  4.1 不同階段高混凝土壩施工仿真研究的目的    4.2 高混凝土壩施工系統(tǒng)分解與機(jī)理描述  4.3 高混凝土壩施工系統(tǒng)的仿真策略  4.4 高混凝土壩施工仿真系統(tǒng)的仿真時(shí)鐘推進(jìn)方法  4.5 高混凝土壩施工仿真流程第5章 高混凝土壩施工仿真建模方法與實(shí)現(xiàn)  5.1 高混凝土壩施工仿真建模過程描述  5.2 高混凝土壩施工仿真模型分析  5.3 高混凝土壩施工仿真的數(shù)學(xué)建模  5.4 高混凝土壩施工仿真模型的程序設(shè)計(jì)  5.5 高混凝土壩施工仿真模型的實(shí)現(xiàn)  5.6 高混凝土壩施工仿真模型的有效性評價(jià)第6章 高混凝土壩施工仿真參數(shù)設(shè)計(jì)與分析  6.1 模型參數(shù)的分類  6.2 模型參數(shù)的確定方法  6.3 模型參數(shù)的分類設(shè)計(jì)  6.4 模型參數(shù)的敏感性分析第7章 高混凝土壩施工仿真多目標(biāo)決策理論與方法  7.1 高混凝土壩施工仿真多方案評價(jià)理論與方法  7.2 基于隨機(jī)影響的仿真結(jié)果模糊綜合評判  7.3 供料機(jī)械配置方案綜合優(yōu)化方法第8章 高混凝土壩施工進(jìn)度實(shí)時(shí)控制理論與方法  8.1 施工進(jìn)度分析方法    8.2 基于實(shí)時(shí)仿真的高混凝土壩施工進(jìn)度預(yù)測與分析  8.3 高混凝土壩施工進(jìn)度實(shí)時(shí)控制流程    8.4 高混凝土壩施工進(jìn)度不確定性分析    8.5 高混凝土壩施工進(jìn)度監(jiān)控預(yù)警模型研究  8.6 高混凝土壩施工進(jìn)度的動態(tài)調(diào)整與控制第9章 高混凝土壩施工智能仿真與優(yōu)化理論方法  9.1 基于知識的高混凝土壩施工仿真分析  9.2 基于多Agent的高混凝土壩施工仿真建模分析  9.3 高混凝土壩施工過程仿真多Agent實(shí)現(xiàn)方法  9.4 基于模糊規(guī)則的高混凝土壩隨機(jī)跳倉排序研究  9.5 面向施工現(xiàn)場的Agent學(xué)習(xí)與自適應(yīng)控制分析  9.6 人機(jī)交互界面Agent的功能與實(shí)現(xiàn)  9.7 實(shí)例分析第10章 真實(shí)施工場景下高混凝土壩施工交互式仿真與實(shí)時(shí)控制  10.1 基于G1S的施工過程可視化仿真技術(shù)  10.2 真實(shí)施工場景下的交互式仿真與實(shí)時(shí)控制    10.3 交互式仿真與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)    10.4 高混凝土壩施工仿真場景建模方法與實(shí)現(xiàn)    10.5 高混凝土壩施工交互式仿真與實(shí)時(shí)控制過程第11章 高混凝土壩施工仿真與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的研制與開發(fā)  11.1 系統(tǒng)需求分析  11.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  11.3 系統(tǒng)模塊劃分與功能  11.4 三維環(huán)境下DS1m—PDC系統(tǒng)的研制與開發(fā)第12章 工程實(shí)例Ⅰ  12.1 工程概況    12.2 施工控制性進(jìn)度分析  12.3 施工仿真參數(shù)的選取  12.4 施工多方案仿真計(jì)算  ……第13章 工程實(shí)例Ⅱ第14章 工程實(shí)例Ⅲ第15章 工程實(shí)例Ⅳ參考文獻(xiàn)結(jié)束語

章節(jié)摘錄

網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)中經(jīng)常使用“關(guān)鍵”這一概念，如關(guān)鍵工序、關(guān)鍵線路等，通過甄別其中的“關(guān)鍵”，可以發(fā)現(xiàn)影響工程進(jìn)度的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效的控制與管理。經(jīng)典CPM或PERT網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中對于關(guān)鍵線路的定義就是指線路上總的工序時(shí)間最長的線路或時(shí)差為零的線路，然而，這些傳統(tǒng)意義上的“關(guān)鍵”僅僅是針對項(xiàng)目總工期目標(biāo)而言，而眾所周知在工程施工進(jìn)度網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中，總工期并非工程進(jìn)度控制的唯一目標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中的“關(guān)鍵”既然為解決問題的“關(guān)鍵”，就應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用中賦予其更為廣義的內(nèi)涵。在水電工程施工進(jìn)度計(jì)劃中，除總工期作為進(jìn)度控制的主要目標(biāo)外，施工過程中的一些關(guān)鍵點(diǎn)也就是常說的里程碑事件（如截流日期、封堵日期、第一臺機(jī)組發(fā)電日期等）的完成時(shí)間也往往不允許拖延，所以這些事件也是進(jìn)度控制的重要目標(biāo)。因此，保證這些控制性事件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成的進(jìn)度計(jì)劃線路也必然是關(guān)鍵線路，但這些事件的完成時(shí)間比總工期甚至短的多。綜上所述，關(guān)鍵線路不應(yīng)只限于時(shí)間最長的線路，而應(yīng)該是指“不允許拖延的線路”，即‘該線路上所有的工序都不允許拖延。本章中的“關(guān)鍵線路”仍然是指傳統(tǒng)意義上的關(guān)鍵線路（即工序總時(shí)間最長的線路），而把為保證某些事件不拖延的進(jìn)度線路稱為“子關(guān)鍵線路”。子關(guān)鍵線路雖然是對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃中一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵線路，但它并不一定是整體工程網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃關(guān)鍵線路的一部分，而是保證某些控制目標(biāo)按期實(shí)現(xiàn)的進(jìn)度關(guān)鍵線路，所以又稱“目標(biāo)關(guān)鍵線路”。既然子關(guān)鍵線路也是關(guān)鍵線路，按照傳統(tǒng)定義，子關(guān)鍵線路上的工序時(shí)差也應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹?，但按照傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃參數(shù)計(jì)算方法，子關(guān)鍵線路工序的時(shí)差不一定為零。因此，為了尋找子關(guān)鍵線路，在計(jì)算工序時(shí)差時(shí)加入如下限制條件，即設(shè)所有控制事件的最遲完成時(shí)間一最早完成時(shí)間由此看來，子關(guān)鍵線路與傳統(tǒng)關(guān)鍵線路并不沖突，只是關(guān)鍵線路是針對總工期而言，而子關(guān)鍵線路是針對某些控制事件的完工時(shí)間而言。

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