泵送混凝土施工機械優化組合的應用研究

朱秀斌 王曉霞

1.山東華偉銀凱建材科技股份有限公司 山東淄博 255000

2.山東華度檢測有限公司 山東淄博 255000

對泵送混凝土施工機械組合方案進行了評價分析，給出了其優化方案的目標。提出了一種系統仿真方法，以建立混凝土輸送系統模型，求解泵送混凝土施工機械的最優組合方案[1]。

1 泵送混凝土施工機械支護方案的評價及影響因素

泵送混凝土工程機械的評價主要包括技術評價和經濟評價。提出了工期和成本兩個評價指標，并給出了方案優化模型。

（1）工期與影響因素。

T=V/R

式中，T 為工期（h）；V 為混凝土量（m3）；R 為混凝土澆筑速度（m3/h）。

R=S×P

式中：S 為泵的數量（臺）；P 是泵的產能（m3/h·臺）。可以看出，對于一個具體的項目，其混凝土施工周期主要取決于泵的使用和產能。生產效率取決于泵的類型。同時，混凝土的供應也直接影響到施工周期，混凝土的供應主要取決于運輸車輛的能力、數量、運輸時間、攪拌站的供應能力和出口數量。這里需要說明，因為考慮到實際施工情況，這里不考慮振動和維修對工期的影響。

（2）泵送混凝土施工機械輔助設備選型的優化數學模型。泵送混凝土施工機械組合的目標是在滿足工期要求的前提下使施工成本最小化。簡而言之，得到最佳的機械組合方案，是確定泵的類型，數量，運輸車輛的能力，數量和混合站卸貨港數量，所以在這種機械組合，不僅滿足工期的要求，但也使工程造價最低。

2 混凝土輸送系統模擬

為了得到最優的力學組合支護方案，建立了混凝土輸送系統模型，并用VB 語言編寫了仿真程序。通過計算機模擬，泵的效率，泵的數量，數量的混合卡車、利用率、卸貨港口的數量的混合站和攪拌站的利用率在不同機械組合，以獲得最優解的實際系統機械組合通過上述施工機械組合方案的優化模型。

（1）混凝土輸送系統模型。該模型是一個四層有限源服務系統。在系統中，假設：①服務規則是一個等待系統，先到先得[2]。②系統內所有車輛依次接受各級服務。接受服務后，立即進入下一級服務系統，并繼續這樣做，形成一個閉環，直到指定的時間。其中，對于重型車輛操作系統，根據具體的施工溫度來確定其上限。一旦超過這個限制，車輛就不允許進入泵系統，而是立即倒轉然后進入空車輛返回系統。③如果將上述澆筑的混凝土視為泵送系統的特例，則系統中的車輛在每個循環中將經過一定數量和順序的服務機構。④裝載系統和泵送系統是單隊和多個服務站，其中客戶是攪拌車，服務站是攪拌站出口和混凝土泵。重型車輛作業和空車返回可以考慮為無限個服務站，但交通擁堵等影響需要考慮。根據歷史統計數據，用數理統計的方法得到了運行時間的分布，并得到了加載和壓緊系統的使用時間。

（2）交通系統仿真方法。上述混凝土輸送系統為離散系統，因此采用“最小時鐘值”時間步長法對其進行模擬。其基本思想是，如果系統中有一系列具有不同屬性的事件，那么在最接近模擬時鐘初始點的時間發生的事件就是“最小時鐘值”事件。根據最小時鐘值事件的時間補償的時間進度，逐步模擬系統行為。由于是隨機仿真，因此要重視隨機變量的產生和仿真精度的控制。①隨機變量的生成。利用計算機提供的偽隨機數R，根據隨機變量X 的分布，確定相應的隨機變量生成方法。系統主要涉及正態分布和負指數分布，具體生成方法如下：

1．對負指數分布的隨機變量采用逆變換法：

2．正態分布的隨機變量采用直接變換法。

（2）仿真精度控制。即使有正確的仿真模型和程序，也不能保證仿真結果的可靠性。在這個系統中，由于很多輸入變量都是隨機變量，所以輸出結果也屬于隨機變量。每次模擬運行的結果都是抽樣得到的樣本值和抽樣數據的統計結果，與總體統計特性存在誤差。為了保證仿真輸出的可靠性，有必要進行適當的統計分析和估計。設N 為運行次數，X 為輸出變量，得到N 次運行的樣本均值、方差和區間估計作為仿真結果。

3 工程案例分析

泵送混凝土用于工程的混凝土施工。有兩種類型的泵可供選擇：（1）HBT100，理論排量為100m3/h，數量為1 臺；（2）SHC57 模型，理論排量57m3/h，數量3 臺。根據總工期安排，本工程各施工工段混凝土用量不超過600m3，澆筑時間控制在10～12h 之間，即要求澆筑速度為50～60m3/h。攪拌站選址在距現場20km 處，攪拌站供料能力180m3/h，輸送能力6m3。可供使用的車輛數量在18 輛以內。經統計分析，攪拌站上料時間呈負指數分布，平均值為6．5min。重型卡車從攪拌站到現場的運行時間服從正態分布，平均值為32min。現場混凝土受壓時間呈負指數分布，平均值為8min 和12min。空車返回時間服從正態分布，均值為28min。本項目對交通系統進行仿真，采用終端仿真。在模擬開始時，所有運輸車輛在攪拌站排隊裝貨，模擬運行100 次。各機械利用率的方差為0．01，泵產率的方差在0．5 以內。在限定運輸車輛數量為16 輛的情況下，S HC57 和HBT 100 泵施工單價分別為35 元/h 和50 元/h[3]。

4 結語

總而言之。通過建立混凝土輸送系統模型，通過系統仿真求解泵送混凝土施工機械的最優組合方案是可行的。在仿真中，需要確定各種工作時間。因此，統計工作越深入、越細致，各種服務時間的分布越接近實際，所得到的方案的可信度越高。與此同時，借助vb 的可視化編程技術，工程師可以輕松地從輸入界面輸入工程相關信息，計算機可以快速模擬并獲得各種方案下的指標進行優化。