大坝浇筑交叉作业空间冲突分析研究

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(三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002)

0 引 言

近年来，我国水利事业取得巨大进步。在大坝的施工修建过程中，各工序直接同时开展极易引发交叉作业，往往成为影响施工工期、成本的重要因素[1]。交叉作业在时间上相连接，工作范围重叠，易造成施工时间浪费及施工成本增加[2]。空间冲突是交叉作业的不同工序在同一时间相互竞争，冲突频率越大，造成损失的可能性越大，且交叉作业的时间越大，损失越大[3]。因此，研究分析大坝浇筑过程中的交叉作业，对于确保施工工序合理高效开展具有重要意义。

研究分析交叉作业是保障大坝施工安全及效率的关键，国内外学者对此开展了诸多研究。刁培滨等[4]分析了水电施工中的作业类型，并针对交叉作业危险性大但安全风险计算分析欠缺的现状,提出了交叉作业安全风险分析计算的可行性方法,使交叉作业控制成为可能；Rozenfeld等[5]将冲突频率定义为承灾体受到危害能量威胁的工序在包含该工序施工作业时间的百分比，为定量计算空间冲突时间频率提供了重要基础；钟登华等[6]运用循环网络仿真方法把排队论与计算机模拟技术应用于施工进度网络计划当中，能够对工序循环中的施工作业动态随机性进行模型化。

以上研究为大坝浇筑交叉作业研究提供了一定的参考。鉴于此，本文对交叉作业施工工序进行分析，确定存在时间冲突的立体交叉作业类别，计算存在空间冲突的交叉作业的总时长占承灾体总时长的比例，为衡量大坝浇筑整个过程中的空间冲突提供依据，以期为大坝浇筑施工提供参考与借鉴。

1 交叉作业分析

大坝浇筑交叉作业施工工序通常包括危险源工序和承灾体工序。其中，危险源工序为混凝土缆机运输工序；承载体工序分为大坝浇筑等施工工序。混凝土缆机运输工序可进一步分为升吊罐、水平运输、 降吊罐、空载返回等几个工序。当混凝土缆机运输工序与浇筑等工序在同一时间发生时就会产生时间冲突，极易造成损失。识别存在时间竞争的立体交叉作业见表1。

表1 交叉作业表Tab.1 Crossover operation

2 冲突致灾分析

在大坝浇筑过程中，缆机吊罐位于空间的上方，大坝仓面浇筑施工位于空间下方，存在着交叉作业现象。缆机吊罐在空间上方运行过程中可能发生掉落危险，从而释放危害能量载体对位于空间下方进行大坝浇筑的人或者机械进行损害。

为便于定量对空间冲突进行分析，将承灾体工序浇筑表示为V1，将危险源工序升吊罐、水平运输、 降吊罐、空载返回分别表示为V1、V2、V3、V4，以承灾体在危险源影响范围内空间冲突时间频率来表征空间冲突，并将其抽象为产生危险源工序的开始时刻SH结束时刻FH的多个作业时间区段(SH，FH)与承灾体工序的开始时刻SV结束时刻FV的作业时间段(SV,FV)发生动态重叠，见图1。

图1 交叉作业时间Fig.1 Cross-work time

(1)

重叠时间为0，表示不存在空间冲突；重叠时间不为0，则存在空间冲突，计算并记录其重叠时间。

3 空间冲突计算

在大坝浇筑过程中，此类型的危险源工序H和承灾体工序V被重复执行，其重叠次数i不断增加。至施工过程结束，其总重叠次数为n，则其重叠的总时间ETHV可表示为：

(2)

大坝浇筑所存在的交叉作业危险源工序数量为s，承灾体数量为t，则所有存在交叉作业的施工工序的交叉时间ET可表示为：

(3)

根据空间冲突的交叉总时长ET在承灾体工序总时长的比例，定量计算出承灾体出现在危险源工序影响范围内的可能性的空间冲突时间频率R可表示为：

(4)

4 案例分析

4.1 工程概况

以雅砻江流域某水电站坝区大坝施工仓面较窄，每日施工时间为8 h，选取左岸某坝段6个浇筑仓面3天内大坝浇筑施工为例，各仓面正在进行的施工作业为仓面浇筑，浇筑仓面上方缆机吊罐施工工序为升吊罐、水平运输、 降吊罐、空载返回以运输混凝土。

4.2 空间冲突计算

根据式(1)、式(2)，大坝6个仓面的施工交叉类型及时间见表2。

表2 仓面交叉作业表Tab.2 Cross job type

根据式(3)计算各仓面上所有类型交叉作业的总时间，仓面1上的交叉作业总时间为15.8 h，仓面2上的总时间为18.1 h，仓面3上的总时间为18.2 h，仓面4上的总时间为19.4 h，仓面5上的总时间为17.9 h，仓面6上的总时间为20.2 h。

跟据式(4)，各仓面交叉作业的总时间与大坝浇筑工序施工的总时长的比例见图2。

由图2可知，各仓面交叉作业空间冲突频率不同。其中，1号仓面空间冲突总时间为15.8 h，空间时间频率为0.658最小；6号仓面时间冲突总时间为20.2 h，时间频率为0.841最大。由此表明，6号仓面的空间冲突频率越大，发生危险、损失的可能性越大，因此6号仓面更需要采取措施降低空间冲突频率。

图2 仓面空间冲突Fig.2 Cross-work conflict

为进一步探究各施工作业造成空间冲突的影响，计算各仓面上的各施工工序的空间冲突频率。见图3。

图3 施工工序冲突Fig.3 Construction process

由图3可知，各仓面上交叉作业类型三的空间冲突频率最小，交叉作业类型二的空间冲突频率最大，即吊罐水平运输与浇筑工序的交叉时间最长，时间频率最大，空间冲突最大。因此，可适当进行缆机水平运输路线调整，减少交叉作业时间，降低空间冲突频率。

5 结 论

1) 通过分析大坝浇筑施工的交叉作业划分交叉作业类型，对存在空间冲突的交叉作业的致灾原因进行分析，计算发生交叉作业的时间频率表征空间冲突频率，可为大坝浇筑施工进行指导，减小空间冲突致灾的可能性，保证施工安全。

2) 案例结果表明，在所有的浇筑仓面中，6号仓面的空间冲突的频率最大，并且在所有的施工工序中，交叉作业类型二的施工工序的空间冲突频率最大。因此，应适当采取措施减少仓面6的交叉作业为类型二的施工工序的空间冲突。

3) 影响大坝浇筑交叉作业空间冲突的因素众多，本文只通过交叉作业的时间频率表征空间冲突，空间及时空等因素未予考虑。因此，不断提高模型的精确性以及综合考虑其他因素，将会是进一步的研究方向。