水利水电工程施工场地设施布置方法研究

2018-12-22王成虎

水利技术监督 2018年6期

王成虎

(四川安和水利水电工程有限公司，四川成都 610200)

我国的水能资源总量稳居世界第一位，但是从目前的利用和开发上看，电量的开发率仅有10%，远远落后于发达国家，这在我国的前进道路上还有很大发展空间。随着西部大开发战略的实施，我国的水利水电进入了一个迅速改进的过程，“十五”计划的规划将中国变成一个水利水电的大国。清华教授张光斗也曾经说过，在我国的水利水电方面缺少理论方向的研究。胡志根、肖焕熊等在砂石料场方面建立了系统规划模型，并提出了合理的规划方案，刑林涛等应用了计算机技术提出了实时控制管理的方法[1- 10]。国内在这个领域的研究相当零散，还没有找到适用的理论成果，因此，这方面的研究就显得尤为重要。

1 水利水电施工设施场地布置基本理论

水利水电施工设施的场地布置需要不断地反复修改，场地设施种类多、布置繁琐，并且在设施的使用和施工技术方面又存在着一定的联系。之前，我们的施工设施场地多是根据经验来布置，不能针对每一个施工现场的具体情况，不能反映施工设施的具体规律和联系。因此，针对这些存在的问题，我们必须采用定量的施工方法来指导施工场地的布置。

1.1 基本理论

为了选取更加合理的施工场地设施布置，应该根据定性指标和定量指标的关系，以及边界条件和施工设施的关系找出合理的方案，在进行决策和评价时需要借助数学理论对施工设施和边界条件的模糊状态进行分析。

在初步方案完成后，首先需要对初步方案进行比选，针对这种不确定问题的分析通常使用的是模糊综合评价法。在这些方法中，在指标之间没有明确的界限，在这里简单的介绍一种常用的评价方法：模糊决策优选理论模型。

在该决策模型中，相对于优、劣2个目标的优属度和劣属度的向量如下：

g=(1，1，…，1)T

(1)

b=(0,,0，…，0)T

(2)

权向量：

a=(a1，a2，…，am)T

(3)

隶属度向量：

rj=(r1j，r2j，…rmj)T

(4)

优、劣的广义权距离为：

(5)

(6)

通过上述参数，计算得到的相对优属度为：

(7)

式中，a可取1或2。当优化准则a取值为1时，采用的优化准则是最小一乘法，当优化准则a取值为2时，采用的优化准则是最小二乘法。在优化准则选取时，可以根据具体的实际情况选取不同的组合。

1.2 施工设施点状分布的定量计算方法

施工场地的施工设施呈点状分布，为了系统地研究施工设施的分布，我们将施工设施简化成一个点。根据施工现场的不同需求，对现场的中心位置和离散程度进行详细的分析，并对他们进行分别计算，来表达现场的具体分布情况。

1.2.1 中心位置的测度

在现场控制中心位置时，大多数情况下通过直接的定位和传统的习惯相互结合，这种方法得到的结果基本上是符合使用条件的。但是在遇到特殊情况时，这些中心点的确认就不能做到精准，例如：地形复杂、施工区域改变。当遇到这种情况时，为了更加精准的去测定那个中心位置，就需要我们进行定量的分析。

(1)中项中心的计算。中项中心的计算是通过两条相互垂直的水平线和竖直线的交叉点确定出来的，两条相互垂直的线是将平面内的点按照上下和左右等量的均分，如图1所示。

图1 点状中项中心和平均中心分布图

(2)平均中心计算。通过给定的任一坐标系的坐标值，通过下面公式计算x、y的平均值。

(8)

(9)

在通常情况下，中项和平均中心的位置是不能完全吻合的，中项中心的确定比平均中心的确定更为容易，但是中项中心的精度没有平均中心的精度高，平均中心能够用于计算机的信息处理。

1.2.2 离散程度和集中程度的测度

(1)中项中心的确定是通过2根相互垂直的线确定的，将分布区域分为上下和左右两侧，在1/2中项中心分布的基础上，然后在4个半片上做中项中心，分成4个较小的矩形，通过这些矩形判断中项中心的离散程度，就是每个小矩形和大矩形的面积比，如图2—3所示。

图2 点状中项离散分布图

图3 施工场地中项离散程度图

(2)指点中心离散程度的测试。在通常情况下，指点中心离散程度的测试是通过频率累计曲线进行分析的，通过确定几个中心来确定中心点并不一定是正确的，所以通过选定任意中心点来分析离散程度就显得更为简便，如图4所示。

图4 点状分布频率统计图

在水利水电施工场地布置方面最重要的就是选址分布位置的问题，因此对场地分布的测试能够很好地解决施工设施布置的问题。

3 某水电站施工总布置方案比选

该水电站大坝为双曲拱坝，坝顶长约212m，最大坝高88m，坝顶高程297m，正常蓄水位293m；溢流坝段有溢流表孔3孔和泄洪深孔2孔；设有2条引水隧洞，洞径8m，单洞引水流量161m3/s；左岸设有地下发电厂房，厂房长108m，宽18m，高49m，装2台装机容量为85MW水轮发电机组。

3.1 施工总布置规划原则

施工总布置方案的原则必须遵循因地制宜、环境友好、经济合理，满足可持续发展的要求，并根据该水电站的具体情况列出以下布置原则。

(1)该施工场地位于山间地带，耕地面积很少，交通相当不方便，应该合理规划使用场地，并希望在布置场地时能够填平沟壑，改善现场条件。

(2)该地区交通不便，在施工过程中尽量不占用其他道路，结合交通规划，减少运输的时间，避免二次倒运，做到不影响周边地域的交通。

(3)因地制宜，合理利用当地资源，减少加工的临时设施，降低工程经费。

(4)在进行施工布置时，必须满足当地政策，并符合当地的城镇化规划。

(5)沿河的施工场地还必须根据当地的气候条件，达到防洪要求。

根据现场情况、施工条件和布置原则，针对施工场地的总体布置方案进行了方案比选，以达到合理选择施工总布置的方案。布置方案比选实施实施如图5所示。

图5 施工场地总体布置方案比选流程

3.2 施工总布置方案拟定

根据施工布置的要求可供选择的施工布置场地有料场台地、学校下游河滩地、河口台地。针对以上3个位置，现列出以下3种方案。

方案一：将料场台地作为施工主要布置场地。料场台地地面高程为510～570m，呈条带状，可布置施工仓库、生活区和施工工厂；但是该位置没有充足的水源，可将砂石和混凝土加工系统布置在高程为270～290m的位置，将厂区的油库布置在交通比较便利的公路外侧，将弃渣场分别布置在大桥上游的左右岸，共4个弃渣场。

方案二：将学校下游河滩作为施工主要布置场地。该位置高程为220～240m，可将砂石和混凝土加工厂布置在下游的河滩地，将仓库、生活区和施工工厂布置在学校和水文站之间，油库仍然布置在公路的外侧，将3个弃渣场分别布置在学校的下游台地。

方案三：将河口台地作为施工主要布置场地。河口台地高程为221～245m，该地区呈条带状，将砂石和混凝土加工厂布置在大桥上游侧，远离人群；将综合加工厂、仓库和生活场地布置在学校下游地区，油库布置在公路的外侧，将4个弃渣场分别布置在上游左右岸和学校下游左右岸。

3.3 施工总布置方案比较

针对上述3个施工方案，根据现场条件进行以下几个因素的方案比较。

(1)工程地质条件。在3个位置布置辅助工厂和施工设施满足工程地质条件，不存在制约因素。

(2)主要工厂布置。方案一远离人群聚集区，场地布置和征地较为容易，但是该地区用水很不方便，砂石和混凝土加工厂会对附近的居民和学校带来一定的影响；方案二能够利用学校下游的浅水地区，后期还能扩大耕地，砂石和混凝土加工厂会对居民区和学校造成噪音和粉尘污染相对较小；方案三在仓库和加工厂与方案一和方案二类似，砂石和混凝土布置地区也可增加后期的耕地面积，对居民和学校的影响在粉尘和噪声方面能够降到最低。

(3)场内交通。方案一由于工厂位置的高程较高导致运输成本高；方案二在运送施工用料的时候需要经过城镇，对居民和学校的影响较大；方案三与方案一和方案二相比较不需要经过城镇，虽然需要转运，但是没有增加运输成本，且不会对居民和学校产生噪音和粉尘污染。综上，方案三更加合理。