长河坝电站混凝土施工任务—设备匹配优化研究

唐 毅，邹利兵

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都610081)



长河坝电站混凝土施工任务—设备匹配优化研究

唐 毅，邹利兵

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都610081)

针对长河坝电站4个混凝土生产系统供应多个不同浇筑点的资源匹配问题，在多任务多设备的无权匹配模型的基础上，考虑不同配置方案所具有的不同施工质量、施工进度、施工成本的等因素，建立指标体系，依照所建指标体系构成各配置方案权重，构建长河坝电站混凝土任务-设备的赋权匹配模型，采用KM算法求解该模型，得到了混凝土系统生产运输的最优配置方案。以任务-设备配对的视角对施工设备进行优化配置，为多任务多设备的施工组织管理研究提供新思路和理论依据。

混凝土生产系统；运输系统；优化匹配；长河坝电站

1 工程概况

长河坝水电工程位于四川省甘孜州康定县境内，坝址距丹巴县城82 km，主体工程由心墙堆石坝、右岸泄洪洞、放空洞、导流洞，左岸地下厂房系统等组成，各建筑物分布较为集中。工程共设4个混凝土拌和系统承担整个工程的混凝土供应[1]，混凝土浇筑总量约196万m3。

(1)1号混凝土拌和系统。位于右岸上游高线，主要承担厂房进水口，压力管道上平段及竖井段，泄洪洞，放空洞，中期导流洞进水口、支洞及其工作面的混凝土供应，混凝土浇筑总量约84万m3。月高峰浇筑强度约4.3万m3，要求小时生产能力130 m3/h。选择2座型号为HL115- 3F1500的拌和楼，采用3班制生产。设置4个容量为800 t(D=8 m)的水泥罐，采用气力输送，选用3台(含备用1台)型号为4L- 20/8的空压机供风，另选2台型号V- 6/8- 1的空压机为拌和楼提供控制用风。骨料由自卸汽车运至本厂，胶带运输机输送至料罐贮存，再由胶带输送机从料罐底输送至拌和楼。

(2)2号混凝土拌和系统。位于左岸下游，主要承担厂房系统、压力管道下平段、大坝工程、围堰工程、导流洞封堵的混凝土供应，混凝土浇筑总量约58万m3。系统月高峰浇筑强度约3.6万m3，要求小时生产能力108 m3/h，选择2座型号为HL75- 2F1500的拌和楼，3班制生产。设置4个容量为800 t(D=8 m)的水泥罐，采用气力输送，选用3台(含备用1台)型号为4L- 20/8的空压机供风，另选2台型号为V- 6/8- 1的空压机为拌和楼提供控制用风。骨料由自卸汽车运至本厂，胶带运输机堆料，再由地弄胶带输送机送料至拌和楼。

(3)3号混凝土拌和系统。位于右岸上游低线，主要承担初期导流洞进口、上游支洞及其工作面的混凝土供应，混凝土浇筑总量约12万m3。该系统月高峰浇筑强度约1.5万m3，要求小时生产能力46 m3/h，选择1座型号为HL75- 2F1500的拌和楼，3班制生产。设置3个容量为500 t(D=6.5 m)的水泥罐，采用气力输送，选用3台(含备用1台)型号为3L- 10/8的空压机供风，另选1台型号为V- 3/8- 1的空压机为拌和楼提供控制用风。骨料由自卸汽车运至本厂，胶带运输机输送至料罐，再由胶带输送机由料罐输送至拌和楼。

表2 混凝土生产系统

混凝土系统代号名称型号地点混凝土强度生产能力/m3·h-1S11号混凝土生产系统HL115-3F1500×2右岸上游高线C30130S22号混凝土生产系统HL75-2F1500×2左岸下游C30108S33号混凝土生产系统HL75-2F1500右岸上游低线C2546S44号混凝土生产系统HL115-3F1500右岸下游C1575S51号临时混凝土生产点NBS-100/30×3右岸上游C15、C2510S62号临时混凝土生产点NBS-100/30×4左岸上游C15、C2514

(4)4号混凝土拌和系统。位于右岸下游，主要承担初期导流洞、泄洪洞、放空洞、中期导流洞等的出口及其控制工作面的混凝土供应，混凝土浇筑总量约42万m3。该系统月高峰浇筑强度约2.5万m3，要求小时生产能力75 m3/h，选择1座型号为HL115- 3F1500的拌和楼，3班制生产。设置3个容量为800 t(D=8 m)的水泥罐，采用气力输送，选用2台(含备用1台)型号为3L- 10/8的空压机供风，另选2台型号为V- 6/8- 1的空压机为拌和楼提供控制用风。骨料由自卸汽车运至本厂，胶带运输机堆料，再由地弄胶带输送机送料至拌和楼。

2 浇筑任务描述

在坝体填筑施工过程中，需要同时对工程内若干部位进行浇筑，其中作业任务和混凝土生产系统如表1、2所示。

表1 浇筑任务

浇筑任务代号浇筑任务内容强度等级方量/m3J13号心墙浇筑,1520m高程C305300J26号心墙浇筑,1516m高程C306600J311号心墙浇筑,1538m高程C304800J413号心墙浇筑,1532m高程C304200J52号开敞式泄洪洞进口C253600J6放空洞进口C153400J7引水隧洞进口C253400J8右岸省道S211公路C151200J921号公路1530.50m高程C15900

由于混凝土生产点规模较小，规定各混凝土生产点可依据需求生产不同类型的混凝土[2]。由于不同强度等级的混凝土不能混用，故每个混凝土生产系统只能参加部分浇筑任务；而对于同一混凝土强度等级，所有符合要求的混凝土生产系统均可参加。由于各浇筑任务耗时相近，且在较短时间段内同时开始，故可以同时浇筑。但各个混凝土生产系统参与各个浇筑任务的运输成本、运输质量和运输效率等指标均不相同，需要考虑不同配置方案的权重，所以可以应用多任务多设备的赋权匹配模型，由KM算法求解最优匹配方案。

由于浇筑地点数量比生产系统多3个，故应提前明确应用多任务多设备的赋权匹配模型，采用KM算法求解出来的最优匹配的配置方案最少有3个浇筑任务不能及时参与施工，需另行计算和配置。将各混凝土生产系统与能参与的任务进行连线，不同的连线对应不同的运输方案，如图1所示。

图1 混凝土生产系统与浇筑任务关系示意

混凝土生产系统编号浇筑任务编号J1J2J3J4J5J6J7J8J9S10.04540.04840.05010.0561S20.06310.04410.03870.0634S30.03240.0349S40.04000.04340.0253S50.03010.03810.04340.02770.058S60.05640.02740.03390.05550.0443

考虑到均衡施工及高效施工原则，每个混凝土生产系统至少参与一个浇筑任务，至多不超过两个浇筑任务。由于混凝土浇筑会发生转运过程，为简化计算，可将不同的运输方案中所使用的设备组合进行整体考虑[3，4]。

3 方案优化

考虑浇筑方案的施工质量、成本、进度和安全4个指标，采用专家法和层次分析法进行打分赋权，结果见表3。

利用Matlab中预编的KM算法可以解出施工任务与作业设备的一种最优匹配，具体操作如下[5]：

(1)预设一个二维矩阵，阶数为10，并为每个矩阵的元素赋予初值0。

(2)将作业设备标号定义到行中，施工任务标号定义到列中。

(3)若作业设备与施工任务有线相连，则将对应的元素赋值为1，得到的矩阵如表4所示。

表4 运输方案

J1J2J3J4J5J6J7J8J9S1111100000S2111100000S3000010100S4000001011S5000011111S6000011111

(4)该赋权二部图的最佳匹配问题可以用KM算法求解，该算法经Matlab软件编译求解后，返回矩阵如表5所示。从表5可以看出，除J2、J3和J6外其余6个浇筑任务均已有对应的运输方案进行供料，该运输方案为未包含J2、J3和J6的最佳方案。对于J2、J3，有{J2-S1，J3-S2}，{J2-S2，J3-S1}两组配对方案，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

显然{J2-S2，J3-S1}配对方案权重更高，效果更理想。对于J6，有

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

经补充后的运输方案匹配关系满足了均衡施工及高效施工原则，且所有待浇点均能保证按要求进行运输浇筑作业[6]，匹配关系如表6所示。

表5 返回的匹配关系

J1J2J3J4J5J6J7J8J9S1000100000S2100000000S3000000100S4000000010S5000000001S6000010000

从表6可知，编号为S1的混凝土生产系统采用编号为J3、J4运输方案，编号为S2的混凝土生产系统采用编号为J1、J2的运输方案，依次类推，编号为S6的混凝土生产系统采用编号为J5的运输方案。6座混凝土生产系统共采用9个运输方案，每座混凝土生产系统至少采用一个运输方案，至多采用两个运输方案。

表6 补充后的匹配关系

J1J2J3J4J5J6J7J8J9S1001100000S2110000000S3000000100S4000001010S5000000001S6000010000

4 结 语

针对长河坝电站4个混凝土生产系统供应多个不同浇筑点的资源匹配问题，基于二部图匹配方法安排资源，寻找资源配置的优化方案，使得在某一时段内尽可能多的设备与尽可能多的浇筑任务匹配，从而达到设备总利用水平最大，提高设备利用率的目的，减少不必要的设备窝工。以任务—设备配对的视角对施工设备进行优化配置，为多任务多设备的施工组织管理研究提供新思路和理论依据。

[1]武玲， 张虹. 长河坝水电站混凝土抗冻性能试验研究[J]. 水力发电， 2015， 41(2)： 94- 97．

[2]姬忠凯， 杨卫璇， 王仁超， 等. 工程网络计划工序“关键性”问题研究[J]. 水力发电学报， 2015， 35 (5)： 172- 180．

[3]赵亚玲， 葛茂根， 启静， 等. 柔性生产中基于人员任务匹配度的人员调度[J]. 合肥工业大学学报： 自然科学版， 2015， 38(2)： 270- 273．

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[5]沈维蕾， 黄莉. 基于组合赋权的装配线作业人员优化配置[J]. 合肥工业大学学报： 自然科学版， 2013， 36(9)： 1034- 1037．

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(责任编辑 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，高级工程师，主要从事水利水电工程项目管理、工程技术科技创新管理工作．

TV512

A

0559- 9342(2016)06- 0046- 03