鄭州黃河公鐵兩用橋鋼梁架設(shè)方案的層次分析法研究

馬明正

(京廣鐵路客運(yùn)專線河南有限責(zé)任公司,鄭州 450003)

鄭州黃河公鐵兩用橋鋼梁架設(shè)方案的層次分析法研究

馬明正

(京廣鐵路客運(yùn)專線河南有限責(zé)任公司,鄭州 450003)

摘 要:從4個(gè)層次上構(gòu)建了方案比選評(píng)價(jià)的AHP模型。根據(jù)在黃河上架設(shè)鋼梁來修建特大橋進(jìn)行施工的方案特點(diǎn),確定了方案評(píng)價(jià)指標(biāo),即把投資、工期、技術(shù)和施工條件、環(huán)保等五個(gè)準(zhǔn)則作為評(píng)價(jià)一個(gè)施工方案優(yōu)劣的五個(gè)方面的指標(biāo);最后把指標(biāo)層向下展開,形成準(zhǔn)則層,建立了層次結(jié)構(gòu)模型。本文闡述的方法和研究的結(jié)論為鄭州黃河公鐵兩用橋鋼梁架設(shè)施工提供了科學(xué)的決策依據(jù),從方法論的角度上講具有可推廣性?？稍谝欢l件下為其他客運(yùn)專線工程特大型鋼梁橋的架梁方案比選提供決策方法上的借鑒。

關(guān)鍵詞:石武客運(yùn)專線;鄭州黃河公鐵兩用橋;鋼梁架設(shè);方案;層次分析法

1 問題的提出

施工組織方案是以工程項(xiàng)目為對(duì)象,運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)籌、物流等技術(shù),結(jié)合施工專業(yè)知識(shí)而編制,必須在工程項(xiàng)目開工前進(jìn)行編制,且一經(jīng)批準(zhǔn),就應(yīng)作為指導(dǎo)性施工準(zhǔn)備和組織施工的綱領(lǐng)性技術(shù)經(jīng)濟(jì)文件,體現(xiàn)科學(xué)性、合理性、經(jīng)濟(jì)性、安全性。方案比選,常常大多采用定性分析法,或平均強(qiáng)度法,依靠編寫人員的工作經(jīng)驗(yàn),借鑒一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況來確定。當(dāng)一種方案的各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于其他時(shí),就比較容易判斷,但如果幾種方案的若干項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)劣交織時(shí),就會(huì)造成決策的困難,而這種情況往往是較普遍的。因此,本文將結(jié)合運(yùn)用層次分析法的實(shí)際案例,來探討更為科學(xué)的施工方案的制定方法。

2 施工簡介

2.1 工程背景

鄭州黃河公鐵兩用橋是京廣鐵路客運(yùn)專線及107國道跨越黃河的特大公鐵兩用橋。橋位距下游京珠高速公路黃河大橋約6km,距上游京廣鐵路鄭州黃河大橋約22km,鐵路橋總長14.887km,公路橋總長22.881km,公鐵合建段長9.177km。共占用土地約43.33hm2(650畝),臨時(shí)用地約47.1hm2(706畝)。主橋設(shè)計(jì)為邊斜桁空間三主桁結(jié)構(gòu)的六塔連續(xù)鋼桁結(jié)合梁斜拉橋,跨度布置為(120+5×168+120+5×120) m,主橋長1684m。如圖1所示。

第1聯(lián)采用(120+5×168+120)m六塔部分斜拉連續(xù)鋼桁梁結(jié)構(gòu),由于位于河道的有水區(qū)域,如圖1的①～⑥號(hào)墩,設(shè)計(jì)跨度大(5跨均為168m長),橋墩位于水中,作業(yè)場地全部在水上。設(shè)計(jì)架設(shè)方案為“雙向臨時(shí)墩輔助半懸臂法拼裝”,對(duì)比方案有“雙向吊索塔架輔助半懸臂法拼裝”,施工單位中鐵大橋局經(jīng)過研究,提出第3種施工方案“多點(diǎn)同步頂推法架設(shè)施工”。

2.2 3種施工方案介紹

2.2.1 雙向臨時(shí)墩輔助半懸臂法拼裝

從0號(hào)墩往7號(hào)墩懸臂架設(shè)方案。其架設(shè)方法主要如下:利用支架拼裝北岸120m起始段前3個(gè)節(jié)間鋼梁,再在鋼梁頂面拼裝65t架梁吊機(jī),鋼梁運(yùn)輸利用設(shè)在下弦的運(yùn)輸走道運(yùn)送,借助臨時(shí)墩從0號(hào)墩半懸臂拼裝鋼梁直至7號(hào)墩。鐵路橋面板在鋼梁拼裝同步進(jìn)行安裝焊接,公路橋面板在預(yù)制場集中預(yù)制生產(chǎn),待鋼梁拼裝4跨后進(jìn)行安裝,利用設(shè)在鋼梁上弦的運(yùn)輸走道及臺(tái)車運(yùn)送。鋼塔柱分節(jié)段在工廠加工,待橋面板結(jié)合完畢,且預(yù)應(yīng)力張拉完后,通過臺(tái)車運(yùn)輸鋼塔節(jié)段至設(shè)計(jì)位置,利用在鋼梁上拼裝的吊機(jī)分段安裝。利用梁上吊機(jī)掛設(shè)斜拉索并張拉,最后施工橋面系及附屬工程。

2.2.2 雙向吊索塔架輔助半懸臂法拼裝

在0號(hào)墩、12號(hào)墩各設(shè)置1座高架門吊提升站,鋼梁由預(yù)拼場經(jīng)提升站分別從0號(hào)墩、12號(hào)墩向7號(hào)墩雙向逐節(jié)間、逐孔架設(shè),其中除兩岸邊孔鋼梁采用贗架法施工外,其余孔均采用吊索塔架半懸臂進(jìn)行鋼梁架設(shè)。在懸臂架設(shè)第2孔鋼梁時(shí),第1孔后端采用后錨固索法代替壓重法滿足傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)。2聯(lián)鋼梁架設(shè)各使用1臺(tái)QLY50/16全回轉(zhuǎn)吊機(jī)。

2.2.3 多點(diǎn)同步頂推法架設(shè)施工

在7號(hào)～8號(hào)墩設(shè)置施工平臺(tái)支架,其上安裝前導(dǎo)梁96m,然后向0號(hào)墩方向頂推導(dǎo)梁前行36m,組裝鋼桁梁4個(gè)節(jié)間。再向0號(hào)墩方向頂推36m,繼續(xù)組裝鋼桁梁3個(gè)節(jié)間。再向0號(hào)墩方向頂推24m,繼續(xù)組裝鋼桁梁3個(gè)節(jié)間。前導(dǎo)梁處于全懸臂狀態(tài),散拼支架上有10節(jié)鋼桁梁。頂推鋼桁梁10個(gè)節(jié)間120m,其中頂推18m后前導(dǎo)梁前端即支撐于6號(hào)墩墩旁托架,繼續(xù)頂推102m,散拼支架上空出10個(gè)節(jié)間位置。在鋼梁拼裝平臺(tái)支架上組裝鋼桁梁10個(gè)節(jié)間。整體頂推120m,然后再在鋼梁拼裝平臺(tái)支架上組裝鋼桁梁10個(gè)節(jié)間。重復(fù)以上步驟,鋼桁梁頂推至0號(hào)墩(導(dǎo)梁在過1號(hào)墩后即可分段拆除)。

3 運(yùn)用層次分析法比選施工方案

3.1 指標(biāo)體系的建立與構(gòu)造

對(duì)施工方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)與決策,必須在分析方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)及各種影響因素后提出方案的指標(biāo)體系。采用多目標(biāo)準(zhǔn)則體系建立層次分析系統(tǒng)圖,包括總目標(biāo)、分目標(biāo)、準(zhǔn)則層和方案層。

層次分析法的典型方法是求出各層指標(biāo)內(nèi)容的相對(duì)權(quán)系數(shù),再求出各下層指標(biāo)相對(duì)上層指標(biāo)的權(quán)系數(shù),最后求出最基本指標(biāo)相對(duì)最上層指標(biāo)的相對(duì)權(quán)系數(shù)即總排序。

本文以如下層次來分析。第1層為目標(biāo)層即施工方案層。第2層為分目標(biāo)層,包括投資、工期、技術(shù)可靠性、施工條件、環(huán)境保護(hù)。第3層為準(zhǔn)則層,由各分目標(biāo)構(gòu)成。第4層為方案層,本例有3種方案。

3.2 建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型

層次結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2 AHP層次結(jié)構(gòu)模型

3.3 構(gòu)造判斷矩陣

為確定各項(xiàng)指標(biāo)的分值,組織了包括建設(shè)、施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、咨詢單位在內(nèi)的10人共同研究,對(duì)整個(gè)AHP指標(biāo)體系進(jìn)行一次完整的綜合打分(表1),共包含25個(gè)判斷矩陣,現(xiàn)以A～B矩陣為例,說明如下。

表1 架梁方案選擇指標(biāo)評(píng)價(jià)

3.4 層次單排序

3.4.1 一致性檢驗(yàn)

經(jīng)計(jì)算,A～B矩陣的最大特征值為λmax=5,矩陣維數(shù)為n=5,查表可得5階矩陣平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI=1.12。

一致性指標(biāo):CI=(λmax-n)/(n-1)=0

一致性比率:CR=CI/RI=0＜0.1,符合一致性要求(若不符合要求則需要對(duì)矩陣進(jìn)行調(diào)整)。

3.4.2 計(jì)算各元素權(quán)重

計(jì)算該矩陣最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量,此特征向量的各維的數(shù)值即是相應(yīng)子節(jié)點(diǎn)的相對(duì)權(quán)重,計(jì)算流程如下。

設(shè)矩陣A如表2所示。

表2 矩陣A

首先對(duì)目標(biāo)矩陣A作變換,設(shè)wi=a1i+a2i+…+ani,生成表3的矩陣。

表3 矩陣A變換后的矩陣

然后對(duì)各行求和

設(shè)a=a1+a2+…+an,則最后算出的n個(gè)技術(shù)的歸一化分?jǐn)?shù)為

[CT1,CT2,…,CTn]=[a1/a,a2/a,…,an/a]

通過上面的方法,可以求得矩陣A～B的各元素權(quán)重見表4。

表4 矩陣A～B各元素權(quán)重

其余24個(gè)判斷矩陣由于篇幅所限,不一一列出。

3.5 層次總排序

在3.4中得到每一層不同節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)權(quán)重,并非每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)針對(duì)最頂層指標(biāo)的綜合權(quán)重。為計(jì)算綜合權(quán)重,將葉子節(jié)點(diǎn)的相對(duì)權(quán)重遞歸的乘以其父節(jié)點(diǎn)的權(quán)重,直至到達(dá)指標(biāo)樹頂層。即得所有葉子節(jié)點(diǎn)的綜合權(quán)重,以矩陣SW=[sw1,sw2,…,swk]表示。

根據(jù)指標(biāo)樹,一共有19個(gè)葉子指標(biāo)存在,其權(quán)重矩陣每個(gè)元素的值([sw1,sw2,…,swk])如表5(最后1列)所示。

表5 葉子指標(biāo)權(quán)重

由表5可知,權(quán)重矩陣SW=[0.0306,0.0918, 0.0612,0.1531,0.0918,0.0214,0.0643,0.1072, 0.0214,0.0068,0.0476,0.0340,0.0476,0.0068, 0.0268,0.0536,0.0268,0.0357,0.0714]

所有待評(píng)價(jià)方案針對(duì)所有葉子指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重,以下面的矩陣表示(葉子指標(biāo)k個(gè),待評(píng)項(xiàng)目n個(gè))

對(duì)于本案例來講,其PT矩陣如下

則各方案的綜合權(quán)重(最終得分)為

在本次研究中,這3個(gè)方案的最終得分為

如表6所示。

表6 3種方案權(quán)重

由此可以得出結(jié)論,方案三具有明顯的優(yōu)勢,即本工程施工采用“多點(diǎn)同步頂推法架設(shè)施工方案”。

層次分析法在方案比選方面具有較好的科學(xué)性,能將繁雜龐大的因素集合單一化、量化,通過層層對(duì)比計(jì)算,最終得出合理的結(jié)論,是一種實(shí)用有效的方法。但由于在確定各項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重時(shí),受參與人水平、認(rèn)識(shí)、喜好的影響,判斷矩陣并不一定完全準(zhǔn)確,如何更客觀地判斷,仍然需要不斷研究。

鄭州黃河公鐵兩用橋第一聯(lián)鋼梁運(yùn)用“多點(diǎn)同步頂推法架設(shè)施工方案”,從2008年11月6日正式開始頂推,于2009年11月15日頂推到位,工程進(jìn)展順利,安全質(zhì)量符合要求。

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中圖分類號(hào):U445.46

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-2954(2010)09-0003-03

收稿日期:2010-05-26

作者簡介:馬明正(1969—),男,高級(jí)工程師,1992年畢業(yè)于長沙鐵道學(xué)院鐵道工程專業(yè),工學(xué)學(xué)士。