铁路多种类预制梁场制存梁台座优化设置的探讨

2020-04-19刘明宇

福建质量管理 2020年8期

刘明宇

(中铁第四勘察设计院集团有限公司工经处湖北武汉 430063)

在我国高速铁路建设中，为保证线路平顺性和节省施工用地，常采用以桥代路的方式建设，使桥梁成为铁路建设中占据重要位置。现场设置简支梁预制场可以有效降低建造成本，保证建设工期要求。预制场内制存梁台座数量在以往建设过程中大多根据施工经验确定，容易造成梁场规模与箱梁动态需求不平衡，一方面制梁台座数过多会引起库存积压，增加存梁成本，另一方面制存梁不足会影响项目建设工期，增加建设成本。针对这一问题许多学者[1-5]研究了满足供需平衡的制存梁台座计算方法，但近几年铁路项目中箱梁种类逐渐多元化，40m等不同跨度简支箱梁的大量采用，使得制存梁台座数与施工工期之间的动态关系更为复杂。为解决这一问题，此文分析了传统制存梁台座计算方法存在的不足，针对多种类梁在需求不平衡下，对合理优化制梁场内制存梁台座设置进行了探讨。

一、制存梁台座的传统计算方法

目前铁路制梁场多采用后张法预制箱梁，预制工艺流程图如图1所示：

图1 后张法制梁工艺流程示意图

影响制存梁台座布置的主要因素有供梁孔数、铺架工期、制梁周期、模具投入数量及周转时间、存梁周期。架梁运距等等。传统上，设计单位通常根据《铁路大型临时工程和过渡工程设计规范》(Q/CR 9149-2018)和现场详细勘察资料计算确定制存梁台座数量。

(一)传统计算方法

传统的制存梁台座计算方法主要以制梁场供梁孔数、单孔箱梁占用制梁台座时间以及架梁进度要求为主要根据，计算思路为在制梁场修建完成后，架梁的同时进行制梁工作，该情况下制存梁台座的计算过程如下式：

η1=M/t架梁

(1)

N1=η1×T1

(2)

N2=η1×T2×k

(3)

其中：η1——每日预制箱梁数量(孔/天)；

M——制梁场承担的箱梁的总孔数(孔)；

t架梁——架梁时间(天)；

N1——制存梁场的制梁台座数量(个)；

N2——制存梁场的存梁台座数量(个)；

T1——预制每孔箱梁占用单个制梁台座的时间(个·天/孔)，根据规范取5天；

T2——每孔梁占用单个存梁台座时间(个·天/孔)，根据规范取45天；

k——存梁系数，单层存梁时取1.0～1.1，双层存梁时取0.6～0.7，本次考虑双层存梁，按0.6计算。

(二)传统计算方法的不足

1.该方法考虑较为理想化，计算中以供梁总孔数和铺架工期作为限制因素，从制梁效率方面考虑了制存梁台座的规模。但是实际架梁过程中，制梁与架梁需要处于一个动态的平衡，这种传统的计算方法不能反映出某一时间段内的供需不平衡情况。

2.缺乏对模具影响的考虑，由总孔数除以工期的得到的制梁效率没有考虑模具成本，默认为模具数量充分满足制梁需求，忽略了实际生产中对模具成本的控制。

3.传统算法没有考虑不同种类梁对供需平衡的影响，箱梁预制过程中不是完全限制在特定的某个制梁台座上预制，通常跨度较小简支梁可以在较长的制梁台座上生产，但跨度较大简支梁不能在较短的制梁台座上生产，合理设置长短制梁台座不仅可以节省临时用地，还有利于提高制梁效率。

二、多种类制存梁台座的优化计算方法

改进算法的主要思路是，结合已有的单品类梁优化算法[1]，以多品种制梁场为基本条件，对箱梁预制过程分解为若干个作业阶段，在满足各阶段工期要求的前提下，优化制存梁台座设置。

首先我们假定某梁场共设q个制梁台座，按施工组织计划需要完成n次架梁作业，m为其中一子阶段(1≤m≤n)，每个类别梁的预制周期为T1，制作各类梁的总工期记为T，第j个架梁阶段时对第i种梁的需求和制梁台座数量分别记为Mij、qij，第i类台座生产k种梁的数量记为XikXik，则某种梁的需求量应等于所有台座生产该梁型的总和：

(4)

由于长梁制梁台座可以兼顾预制短梁，但短梁预制台座不能预制长梁，所以有如下限制约束，即

(5)

此外，预制过程中还需要考虑工期制约，第j架梁时段内成品梁需求率Sj为：

(6)

通过联立(4)、(5)、(6)可以的得到满足条件的多组解，因为实际施工中，保证施工工期至关重要，因此我们认为满足各阶段中最大成品梁需求率Sjmax的解集为最优解组合。

三、工程实例验证

浙江省境内某高速铁路采用简支梁型有24m、32m、40m三种，需现场设置制梁场预制架设，其中在建3号梁场计划供梁579孔，架梁工期为420d，采用两台架桥机双向架梁，具体供应计划如下表所示：

表1 预制梁架梁计划表

(一)采用传统计算方法计算

按照传统计算方法，架梁时间等于制梁时间，需要在420天架梁时间内生产579孔箱梁，将上述参数分别代入公式(1)中，计算得到每日预制箱梁数量η1=579÷420=1.38孔/天，再利用公式(2)、(3)，求出制梁台座N1=1.38×5=6.9个，存梁台座N2=1.38×45×0.6=37.26个。

(二)采用优化计算方法

将表1中各项参数代入式(4)、(5)、(6)中，可以得到每阶段的台座组合如下表所示：

表2 制存梁台座设置组合

通过计算最大成品梁需求率Smax为6月，可得到最优台座布置为32m制梁台座2个，40m制梁台座6个。

(三)结果比较

采用传统计算方法得到制梁台座数为7个，均按照40m梁台座设置；采用优化算法得到的最优布置方案为40m制梁台座6个，32m制梁台座2个。据测算，32m制梁台座建造成本约为22万元，40m制梁台座建造成本约为30万元。则计算可得，采用优化算法设置制梁台座的建造成本比传统算法增加了14万元。虽然制梁台座建造成本增加，但是实际上相比于施工工期延长带来的损失要小得多。