逆作工程中土方工程施工的仿真優(yōu)化
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摘要：面對(duì)快速發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)，人們不再滿足于當(dāng)前的生活狀態(tài)，不斷追求更加舒適、高質(zhì)量的生活環(huán)境。而這一訴求，也使城市中的建筑及相關(guān)工程逐漸增多，施工場(chǎng)地隨之縮小，并對(duì)周邊建筑物的安全性產(chǎn)生了一定的影響。施工人員應(yīng)采取逆作工程技術(shù)，對(duì)以上問題進(jìn)行解決，尤為注重土方工程施工質(zhì)量。文章就逆作工程中土方工程施工的方針與優(yōu)化進(jìn)行了研究分析。
關(guān)鍵詞：逆作工程；土方工程；施工；仿真；優(yōu)化
當(dāng)前社會(huì)中高層建筑愈發(fā)增多，多層地下結(jié)構(gòu)施工需求得以提升，并對(duì)深基坑開挖方面提出了更高的要求。逆作工程則因其高效性，在多層地下結(jié)構(gòu)施工中得到了普遍運(yùn)用。土方工程施工是其中的重要內(nèi)容，為確保施工質(zhì)量，施工人員還應(yīng)積極引入現(xiàn)代化仿真技術(shù)，對(duì)施工方案予以優(yōu)化，從而得出最佳方案，以最低成本，完成最高質(zhì)量的工程建設(shè)。
1逆作工程中土方工程施工的概況
逆作工程主要是借助工程樁接到地面的臨時(shí)支柱與擋土墻、頂板的支撐力量，以地上至地下的順序，開展地下施工。從而在建筑施工過程中，實(shí)現(xiàn)上、下兩方的同時(shí)施工。逆作工程下的土方工程施工，必須遵循一定的原則。主要原則有：①施工人員必須遵循盆式加抽條開挖原則。分層開挖，每層土體都需要保持不超出2.5m，確保抽條挖土的對(duì)稱和加撐的平衡性；②施工人員應(yīng)保證地上建筑物的安全性。通過機(jī)械及手推車的同時(shí)運(yùn)用，開展挖土和運(yùn)土工作。并隨時(shí)對(duì)水平數(shù)值等進(jìn)行測(cè)量，避免存在超挖、抽條挖土不對(duì)稱等情況。挖土應(yīng)避免對(duì)立柱四周挖空，以便立柱受力不均。并要求機(jī)械盡量遠(yuǎn)離工程樁、井點(diǎn)等，以免發(fā)生碰撞。同時(shí)墊層應(yīng)隨挖雖搗，全部完成后才能夠進(jìn)行地下一層樓板施工；③施工人員應(yīng)具體問題具體分析。對(duì)于不同區(qū)域開挖深度差距較大的情況，應(yīng)先按照淺基坑的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開挖，并在墊層完成后，繼續(xù)開挖較深部位。在開挖前，施工人員必須設(shè)置臨時(shí)支撐，并采取相應(yīng)手段穩(wěn)固邊坡，保證施工安全。逆作工程中土方工程施工具有工程量較大、工期較長(zhǎng)、所運(yùn)用機(jī)械較多、施工環(huán)節(jié)交錯(cuò)、受自然因素影響較大等特點(diǎn)。在實(shí)際施工中，施工人員還應(yīng)構(gòu)建包含土方開挖子系統(tǒng)、土方外運(yùn)子系統(tǒng)以及人工運(yùn)輸子系統(tǒng)的逆作取土施工出土系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、流程化的逆作工程土方工程施工，使施工人員更好的掌握土方施工各個(gè)環(huán)節(jié)[1]。
2逆作工程中土方工程施工的仿真
土方開挖中的各子系統(tǒng)是由排隊(duì)服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成的，因此在仿真過程中需要建立以排隊(duì)論為基礎(chǔ)的土方裝運(yùn)系統(tǒng)。排隊(duì)系統(tǒng)又稱隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)，通過研究，可明確其概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律，此后對(duì)其展開優(yōu)化。該系統(tǒng)是由輸入輸出過程、排隊(duì)規(guī)則及服務(wù)規(guī)則構(gòu)成的，其涉及的參數(shù)指標(biāo)主要有隊(duì)長(zhǎng)、排隊(duì)長(zhǎng)，等待及逗留時(shí)間、忙期及閑期等。在仿真作用下，改善了建模環(huán)境，使仿真環(huán)境具有了一體化特點(diǎn)。具體流程如下：系統(tǒng)分析、仿真建模、程序設(shè)計(jì)、仿真運(yùn)行及結(jié)果分析。在建立土方工程仿真模型過程中利用循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，通常由流水單元、矢線及節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，具體模型有首層大開挖循環(huán)網(wǎng)絡(luò)模型、暗挖地下各層循環(huán)網(wǎng)絡(luò)模型及逆作施工循環(huán)網(wǎng)絡(luò)模型等。
3逆作工程中土方工程施工的優(yōu)化
3.1首層大開挖過程優(yōu)化
以現(xiàn)場(chǎng)條件為基礎(chǔ)，分為A、B兩個(gè)施工區(qū)域。為了便于計(jì)算，假設(shè)兩個(gè)區(qū)域工作效率相同，各個(gè)工序同步進(jìn)行，選取其中B區(qū)域進(jìn)行仿真優(yōu)化計(jì)算。以循環(huán)網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ)，編寫仿真程序進(jìn)行計(jì)算，模擬運(yùn)行100次，即控制節(jié)點(diǎn)處m=0，將每個(gè)機(jī)械臺(tái)班設(shè)為12小時(shí)，存儲(chǔ)運(yùn)行結(jié)果。根據(jù)仿真數(shù)據(jù)得出的分析曲線來(lái)進(jìn)行優(yōu)化分析可知：在采用挖掘機(jī)與不同數(shù)量配套施工的過程中，裝載機(jī)利用效率隨著自卸汽車數(shù)量的增加而提升。但如果汽車數(shù)量配置過多，會(huì)提升汽車排隊(duì)等待時(shí)間，增加施工成本，資源會(huì)造成一定浪費(fèi)。為了平衡工期、利用效率、成本，優(yōu)化方案為10～12輛汽車與一臺(tái)挖掘機(jī)配套施工。以此類推，進(jìn)行兩臺(tái)挖掘機(jī)的配套方案優(yōu)化，經(jīng)過分析可知，挖掘機(jī)數(shù)量的增加會(huì)降低其工作效率，增加汽車使用數(shù)量，雖然汽車使用率提升和工期縮短有著一定優(yōu)勢(shì)，但機(jī)械臺(tái)班損失費(fèi)用較大，在實(shí)際施工的過程中，將這種方案作為需要縮短工期時(shí)的應(yīng)急預(yù)案[2]。
3.2地下二、三、四層暗挖過程優(yōu)化
首先開挖中間部分，保證空氣流通和施工安全，從取土口將小挖掘機(jī)吊入到地下，之后挖通通道，最后以取土口為中心向四周進(jìn)行開挖。仿真過程中，以工程施工實(shí)際為依據(jù)，簡(jiǎn)化施工過程，假設(shè)每個(gè)出土口效率一致，選取一個(gè)出土口進(jìn)行仿真計(jì)算。根據(jù)仿真結(jié)果及仿真優(yōu)化曲線走勢(shì)圖，以靈敏度分析方法為基礎(chǔ)，將挖機(jī)數(shù)量和手推車作為控制變量，不斷改變二者數(shù)量來(lái)選擇最終符合實(shí)際情況的優(yōu)化施工方案。
3.3優(yōu)化對(duì)比
通過優(yōu)化前后對(duì)比可知，優(yōu)化之前，該項(xiàng)目土方工程費(fèi)用為317萬(wàn)元，預(yù)計(jì)工期在77天。利用文章提出的仿真優(yōu)化過程，優(yōu)化之后工程費(fèi)用為270萬(wàn)元，降低了47萬(wàn)元，工期為63天，減少了14天。由此可見，仿真模型及優(yōu)化策略是可行的，且效果良好。此外，結(jié)合上述分析環(huán)境和工程實(shí)際，在不同機(jī)械配置方案下選擇適應(yīng)的施工方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)資源配置的有效優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)人員與機(jī)械的最優(yōu)化組合。在施工機(jī)械和人工配置方案一定的基礎(chǔ)上，通過仿真優(yōu)化，得到了工期最短的施工方案和配置方案及施工費(fèi)用的方案。出于施工進(jìn)度和施工成本的不同考慮，用戶可以針對(duì)性的選擇優(yōu)化方案[3]。
4結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，逆作工程作為重要的施工形式，其常見于高層建筑施工。為了保證施工效率與質(zhì)量，文章探討了逆作工程中土方工程施工的仿真與優(yōu)化，相信，日后仿真方法將更加豐富，施工成效將更加顯著。
參考文獻(xiàn)：
[1]李靜,周明乾,房國(guó)琳,等.逆作工程中封蓋挖土施工的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].基建優(yōu)化,2013,13(6):209-211.
[2]關(guān)雪梅.大型深基坑逆作法施工中的若干工藝技術(shù)問題研究[D].同濟(jì)大學(xué),2013.
[3]張頌娟,蔣洪濤.網(wǎng)絡(luò)循環(huán)技術(shù)在土方工程中的應(yīng)用[J].遼寧交通科技,2015,(5):19-21.
作者：李明陽(yáng) 單位：鄭州市第四十七中學(xué)
