极差分析法在北方冬季水利工程施工期影响因素灵敏度分析中的应用

田 原

(辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110003)

北方水利施工工期影响因素具有十分复杂的特点。为保证水利工程有效施工，在规定时间内完成工程量，急需对北方冬季水利工程施工工期影响因素进行灵敏度的分析，对其影响的施工参数及施工工序进行动态识别，从而对北方冬季水利工程施工进行有效的科学指导。当前，对于水利工程施工工期影响因素分析的成果较多[1- 6]，主要集中在南方地区，且主要对施工工序的灵敏度进行分析，而未对施工参数的灵敏度进行分析。为此本文结合极差分析方法，该方法可实现多因素的灵敏度分析，近些年来，在市政、交通等其他领域的工程施工中得到具体应用[7- 10]，在北方地区水利工程施工中还未进行相关应用，因此应用该方法，以北方冬季某水利工程施工为研究实例，进行施工工期影响因素的灵敏度分析，研究成果对科学指导北方地区冬季水利工程施工具有重要的指导价值。

1 极差分析方法原理

极差分析方法结合数值试验的方式，对北方地区冬季水利工程施工影响因素进行均匀分配，试验包括判断和计算两个步骤，首先计算其判断指标，计算方程为：

(1)

式中，Kjm—j列m要素对应的ym影响指标之和。在判定基础上，对指标进行计算，计算方程为：

(2)

(3)

式中，Rj—j要素的极差值，为各水平下指标最大与最小值之差。Rj值越大，表示对其施工工期影响的因素越敏感。

在极差分析的基础上，需要对北方冬季水利工程施工参数和工期进行灵敏度分析模型的设定，设定方程为：

y=f(x1，x2，xn)

(4)

式中，xn—第n个输入的参数。在进行模型构建，对模型进行求解，其目标函数为：

Opt(Stj，Iti-tj，Dti-tj，X(P1，P2，，Pn)

(5)

式中，Stj—施工进度；Iti-tj—施工强度；Dti-tj—施工工期的最优化方案；X(P1，P2，Pn)—各个影响因素的灵敏度分析值；目标函数的约束条件设置为：

(6)

式中，S(i，j，t)—施工进度各个因子的影响约束条件；R(i，j，t)—极差分子方法下各个因子的影响约束条件。

2 实例应用

2.1 工程概况

以辽宁某水利工程施工为研究实例，该工程为水利工程的交通栈桥，工程空心板预制采用空心钢管组合内模，外模并配钢制模板，边板3套模板，中板3套模板，预制场现浇空心板底模9个，循环纵板5次，边墩6次完成预制工作。空心板采用蒸汽养生，三天一个循环，计划工期30d。成品空心板堆放，在空心板的两端各1m处支承，所有梁3层堆放，用枕木隔放。台座设计为长线型槽式台座，长度为53.5m，传力柱和抗力墩整体参加受力而台座不受力，必须有足够的强度和刚度。台座刚度对预应力影响较大，若刚度不够，台座变形较大，预应力损失就会较大。经验计算采用尺寸为传力柱边柱宽40cm，高50cm，中柱宽60cm，抗力墩埋深1.5cm，抗力墩张拉端及锚固端都布设钢筋。混凝土浇筑为C30混凝土，工程现场概况如图1所示，施工参数见表1。

图1 工程现场施工图

施工工序KmaxKmidKminR#21561158532#525318911541#745935925325#955143535263#1165251225975#1232122310586#152241865994#2218916511245#2522718216923#3333527922718#4543135322822#6565961243119#8475870325235#7932528912543#564142639552#5532930311545#7562438221234#11565150534429#12385365242133

2.2 要素灵敏度分析

对4个主要的施工工序的19个参数进行要素的灵敏度分析，参数的灵敏度分析结果见表2。

表2 各施工工序的主要参数灵敏度分析结果

从表2中可看出，施工工序下各要素灵敏度的变幅十分大，不同施工工序对施工工期影响程度较大，即各个工序主要参数下的灵敏度较大，对于施工工期影响度大，特别是在北方冬季，各工序如不能进行有效的优化，对各主要因素进行灵敏度的分析，则对整个施工工期产生较大程度影响。

2.3 施工工序影响指标极差分析结果

首先对施工工序影响指标进行极差分析，主要的分析结果见表3和图2。

从表3中可以看出，施工工序越为复杂，其极差分析结果越大，变幅越广，对施工工期影响程度越大。从图2中可看出，第65#施工工序的灵敏度系数越高，需要在整个施工过程对其进行有效控制，这主要是因为该施工工序受到气候条件影响程度较大。而主要受区域地质条件的施工工序如2#和22#则影响程度较低，灵敏度系数较低，表明区域所在位置的地质情况对北方水利工程施工工期影响程度较低。

表3 施工工序影响指标极差分析结果

图2 施工工序影响指标极差分析结果

2.4 施工参数影响指标极差分析结果

在施工工序参数影响指标极差分析结果的基础上，对施工参数影响指标极差分析结果进行分析，分析结果见表4和图3。

表4 施工参数影响指标极差分析结果

图3 施工参数影响指标极差分析结果

从施工参数分析结果可看出，循环进尺、及施工机械数量的灵敏度指标最大，可见这3个参数对施工工期的影响程度最大，这3个参数对施工影响的敏感程度最大，在施工过程中需要进行重点有效控制。其他施工参数的影响指标极差分析结果可从图3中获取，在具体工程施工的过程中，工程技术人员可以参照上述施工参数的极差分析结果适当控制，从而对施工工期参数进行合理优化，提高施工效率，保证施工质量和安全。

3 结语

(1)极差分析方法可有效结合施工工序和施工参数两个目标进行多要素灵敏度分析，解决传统施工工期影响要素目标单一化的问题，在北方地区冬季施工工期控制具有重要的推广和应用价值。

(2)施工参数及施工工序影响指标极差分析结果可为施工技术人员提供清晰的施工工期控制要素分析图，对主要影响工序和施工参数进行有效把控，从而提高施工质量和效率。

(3)气候影响条件下的施工工序及施工参数是北方地区冬季施工需要重点控制的主要因素，而地质条件下的因素影响程度较弱，对施工工期影响程度不高。