泵送混凝土施工机械优化组合的应用研究

朱秀斌 王晓霞

1.山东华伟银凯建材科技股份有限公司 山东淄博 255000

2.山东华度检测有限公司 山东淄博 255000

对泵送混凝土施工机械组合方案进行了评价分析，给出了其优化方案的目标。提出了一种系统仿真方法，以建立混凝土输送系统模型，求解泵送混凝土施工机械的最优组合方案[1]。

1 泵送混凝土施工机械支护方案的评价及影响因素

泵送混凝土工程机械的评价主要包括技术评价和经济评价。提出了工期和成本两个评价指标，并给出了方案优化模型。

（1）工期与影响因素。

T=V/R

式中，T 为工期（h）；V 为混凝土量（m3）；R 为混凝土浇筑速度（m3/h）。

R=S×P

式中：S 为泵的数量（台）；P 是泵的产能（m3/h·台）。可以看出，对于一个具体的项目，其混凝土施工周期主要取决于泵的使用和产能。生产效率取决于泵的类型。同时，混凝土的供应也直接影响到施工周期，混凝土的供应主要取决于运输车辆的能力、数量、运输时间、搅拌站的供应能力和出口数量。这里需要说明，因为考虑到实际施工情况，这里不考虑振动和维修对工期的影响。

（2）泵送混凝土施工机械辅助设备选型的优化数学模型。泵送混凝土施工机械组合的目标是在满足工期要求的前提下使施工成本最小化。简而言之，得到最佳的机械组合方案，是确定泵的类型，数量，运输车辆的能力，数量和混合站卸货港数量，所以在这种机械组合，不仅满足工期的要求，但也使工程造价最低。

2 混凝土输送系统模拟

为了得到最优的力学组合支护方案，建立了混凝土输送系统模型，并用VB 语言编写了仿真程序。通过计算机模拟，泵的效率，泵的数量，数量的混合卡车、利用率、卸货港口的数量的混合站和搅拌站的利用率在不同机械组合，以获得最优解的实际系统机械组合通过上述施工机械组合方案的优化模型。

（1）混凝土输送系统模型。该模型是一个四层有限源服务系统。在系统中，假设：①服务规则是一个等待系统，先到先得[2]。②系统内所有车辆依次接受各级服务。接受服务后，立即进入下一级服务系统，并继续这样做，形成一个闭环，直到指定的时间。其中，对于重型车辆操作系统，根据具体的施工温度来确定其上限。一旦超过这个限制，车辆就不允许进入泵系统，而是立即倒转然后进入空车辆返回系统。③如果将上述浇筑的混凝土视为泵送系统的特例，则系统中的车辆在每个循环中将经过一定数量和顺序的服务机构。④装载系统和泵送系统是单队和多个服务站，其中客户是搅拌车，服务站是搅拌站出口和混凝土泵。重型车辆作业和空车返回可以考虑为无限个服务站，但交通拥堵等影响需要考虑。根据历史统计数据，用数理统计的方法得到了运行时间的分布，并得到了加载和压紧系统的使用时间。

（2）交通系统仿真方法。上述混凝土输送系统为离散系统，因此采用“最小时钟值”时间步长法对其进行模拟。其基本思想是，如果系统中有一系列具有不同属性的事件，那么在最接近模拟时钟初始点的时间发生的事件就是“最小时钟值”事件。根据最小时钟值事件的时间补偿的时间进度，逐步模拟系统行为。由于是随机仿真，因此要重视随机变量的产生和仿真精度的控制。①随机变量的生成。利用计算机提供的伪随机数R，根据随机变量X 的分布，确定相应的随机变量生成方法。系统主要涉及正态分布和负指数分布，具体生成方法如下：

1．对负指数分布的随机变量采用逆变换法：

2．正态分布的随机变量采用直接变换法。

（2）仿真精度控制。即使有正确的仿真模型和程序，也不能保证仿真结果的可靠性。在这个系统中，由于很多输入变量都是随机变量，所以输出结果也属于随机变量。每次模拟运行的结果都是抽样得到的样本值和抽样数据的统计结果，与总体统计特性存在误差。为了保证仿真输出的可靠性，有必要进行适当的统计分析和估计。设N 为运行次数，X 为输出变量，得到N 次运行的样本均值、方差和区间估计作为仿真结果。

3 工程案例分析

泵送混凝土用于工程的混凝土施工。有两种类型的泵可供选择：（1）HBT100，理论排量为100m3/h，数量为1 台；（2）SHC57 模型，理论排量57m3/h，数量3 台。根据总工期安排，本工程各施工工段混凝土用量不超过600m3，浇筑时间控制在10～12h 之间，即要求浇筑速度为50～60m3/h。搅拌站选址在距现场20km 处，搅拌站供料能力180m3/h，输送能力6m3。可供使用的车辆数量在18 辆以内。经统计分析，搅拌站上料时间呈负指数分布，平均值为6．5min。重型卡车从搅拌站到现场的运行时间服从正态分布，平均值为32min。现场混凝土受压时间呈负指数分布，平均值为8min 和12min。空车返回时间服从正态分布，均值为28min。本项目对交通系统进行仿真，采用终端仿真。在模拟开始时，所有运输车辆在搅拌站排队装货，模拟运行100 次。各机械利用率的方差为0．01，泵产率的方差在0．5 以内。在限定运输车辆数量为16 辆的情况下，S HC57 和HBT 100 泵施工单价分别为35 元/h 和50 元/h[3]。

4 结语

总而言之。通过建立混凝土输送系统模型，通过系统仿真求解泵送混凝土施工机械的最优组合方案是可行的。在仿真中，需要确定各种工作时间。因此，统计工作越深入、越细致，各种服务时间的分布越接近实际，所得到的方案的可信度越高。与此同时，借助vb 的可视化编程技术，工程师可以轻松地从输入界面输入工程相关信息，计算机可以快速模拟并获得各种方案下的指标进行优化。