CN110619187A - 一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法，运用数字化及参数化实体模型设计方法，构建混凝土坝虚拟施工模型；将虚拟施工模型中涉及的约束条件、逻辑关系等知识进行统一分类和编码，创建混凝土坝虚拟施工知识库；运用计算机仿真技术模拟混凝土坝施工过程，计算中按照时间步长不断检测当前施工计划中是否存在设备运行冲突、资源冲突等，若存在冲突，则基于次协调与知识推理的综合寻优及进度与资源动态优化方法，搜索知识库中的知识规则、方法和策略，求解得到新的施工计划，从而实现施工方案及资源的冲突检测与调整。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程施工组织管理领域，具体涉及一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法。
背景技术
混凝土坝的工程规模一般较大，资源投入数量多，施工周期长，不确定影响因素多。混凝土浇筑方案的优劣直接影响到工程建设的工期、质量、成本及安全。混凝土坝随着工程建设规模和施工难度的不断增加，施工过程中的不确定因素也愈加复杂和随机，这对工程的设计、施工和管理带来新的挑战和要求。此外，混凝土坝的施工过程是一个复杂的动态***，建设周期长、约束条件众多、各施工环节相互交叉影响，面对坝体结构、多工种的交叉作业、多变的施工环境等因素，其方案拟定、验证与优化均难以通过构建简单的数学解析模型来分析研究，传统的依靠设计人员或专家通过工程类比或经验来拟定、验证和优化施工方案的思路已心余力绌。
混凝土坝的仓面施工中空间资源十分有限，材料仓库、加工辅企、施工道路等布置困难，物料运输难度大；地质条件复杂，坝基坝肩与高边坡处理难度大，帷幕灌浆、固结灌浆等与坝体浇筑矛盾突出；施工机械设备布置困难，混凝土、钢筋等物料入仓方式多变，运输与施工机械设备种类多，施工过程中各因素在时间空间上均存在交叉和干扰。这些都使得制订出科学合理、高效可行的混凝土坝工程施工方案变得尤其困难。
然而，高强度的连续施工必须在确保工程质量及安全的前提下实现。因此，在施工开始之前找出完善的施工方案，对于加快进度、提高质量、减少或杜绝安全事故、降低成本具有重要的意义，也是提高施工生产力和提升施工管理水平的必然途径。这就要求从施工组织与资源配置优化、施工过程中突发事件的预判与处理、方案的实时调整与调度等方面入手，实现施工现场的精细化科学管理。
发明内容
本发明是为了解决施工过程中在时间及空间上的冲突从而导致施工进度缓慢、工程质量较差等问题，针对于如何安全高效的制定混凝土坝施工计划，提供了一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法，它包括以下步骤：
步骤一：运用数字化及参数化建模方法，并结合施工仓面拓扑关系信息，构建混凝土坝虚拟施工模型；
步骤二，将混凝土坝虚拟施工模型中涉及的约束、边界条件、逻辑关系、方案优化规则和驱动策略进行标准化处理，依据其对象属性特征进行归类与抽象，按照其固有的各类属性分成彼此间互相独立的若干子类，并建立混凝土坝虚拟施工知识库；
步骤三，基于混凝土坝虚拟施工模型，利用计算机仿真技术，在模拟过程中按照时间步长不断检测当前施工计划中是否存在设备运行冲突和资源冲突，当检测到冲突存在时，调用基于次协调的综合求解搜索引擎，在已构建的混凝土坝虚拟施工知识库中搜索逻辑关系、方案优化规则等，得到新的施工计划，从而实现施工方案及资源的冲突检测与调整。
所述步骤一中建立混凝土坝虚拟施工模型的处理过程为：基于参数化方程建立的坝体模型，通过计算机仿真技术结合施工模型属性，建立混凝土坝虚拟施工模型；其中，虚拟施工模型除了包含三维坝体模型基本的几何信息以外，还具有的属性包括特征信息、约束条件和施工资源信息。
混凝土坝虚拟施工模型具备的属性包括坝体的材料特性、力学参数、施工特征等。其中，模型的每一个浇筑单元都包括钢筋布置信息、冷却水管布设方案、相应的金属结构、预埋件、埋设的监测仪器等特征信息。虚拟施工模型具备的约束条件包括坝体的空间约束、进度约束、环境约束等，施工资源信息包括施工的材料信息、安装位置信息、安装误差、设备的工作参数等。
所述步骤二中知识标准化处理的过程为：将施工模型中涉及的约束、边界条件、逻辑关系、方案优化规则和驱动策略知识进行收集和分类，按照其固有的各类属性分成彼此间互相独立的若干子类后，再将某一子类表示具有相同或相似的属性特征，依据特征的形式进行唯一性编码，编码采用可拓展的组合编码方式，从而构建了一种信息标准化的模板，对知识信息进行标准化分类、编码和管理，将数据与规则等统一在虚拟施工知识库中存储与管理。
所述步骤二中构建的混凝土坝虚拟施工知识库包括五个子库：施工边界条件及施工约束库：包含导流程序、气象水文信息、节点工期及依据坝体施工质量安全要求得到的施工工艺约束等；施工逻辑关系库：根据各施工单元的分类、类特征及隶属关系，分层建立各单元的施工逻辑关系及单元实例的施工工序逻辑，以获得结构化的施工工序逻辑库；方案优化规则库；驱动策略库；冲突协调库。
所述步骤三中冲突的检测过程包含有对冲突的分类，是指基于混凝土坝的虚拟施工模型，再结合计算机仿真技术进行检测时，将引起施工计划调整的原因归为三类：设备运行冲突、资源使用冲突、***条件与状态变化；其中设备运行冲突包括缆机之间的碰撞、吊罐与仓面机械的冲突碰撞和缆机吊罐与坝体的碰撞；资源的使用冲突包括施工仓面机械布置困难；***条件与状态变化的冲突包括施工***的运输与混凝土生产状态变化。
所述步骤三中冲突检测的处理过程是指，通过虚拟施工模型中的施工仓面拓扑关系、机械设备运动控制、施工场景实时动态绘制来实现对于设备运行的冲突的检测；通过获取施工计划和当前施工进展与资源使用状态进行资源使用冲突的检测；通过***扰动和***故障进行***条件或状态变化方面的检测。
所述步骤三中对施工计划进行调整是指冲突的解决原则以及资源使用优化原则均来自于知识库，通过基于次协调的知识推理与综合寻优搜索引擎，在已构建的混凝土坝虚拟施工知识库中搜索，依据知识库中的施工约束与优化原则知识元，选择次协调策略，解决冲突，求解新方案。
所述步骤三中的冲突检测与调整机制是指基于计算机仿真技术，计算中按照时间步长不断检测当前施工计划中是否存在冲突，当冲突存在时，由搜索引擎根据虚拟施工知识库中的相关约束及优化原则，求解新的施工计划；继续按照时间步长对新的施工计划进行冲突检测，当输出结果为否定时，重复冲突检测与计划调整的过程；通过推进模拟施工计划进程的循环，产生以初始方案为基础，解决冲突后的最优施工方案的一种调整方法。
本发明有如下有益效果：
本发明可以对施工方案的进度安排与资源配置方案进行全局动态优化分析，对提高施工组织设计的科学化和精细化具有重要的工程应用价值和意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明混凝土坝虚拟施工模型的构建，
图2为本发明知识库的分类方法，
图3为本发明知识库体系结构图，
图4为本发明施工方案冲突检测与施工计划调整模型基本框架。
具体实施方式
本发明主要针对于如何安全高效的制定混凝土坝施工计划，结合计算机仿真技术，得出一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法。
下面将结合附图对本发明的实施方式做进一步的详细说明：
参见图1、2、3、4，一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法，该方法包括构建虚拟施工模型、创建知识库、施工方案及资源的冲突检测与调整。包括以下具体步骤：
步骤一，建立仿真实体模型。结合图1，基于混凝土坝的参数化方程，通过相关建模工具完成对坝体的实体建模。
步骤二，采集混凝土坝施工过程中的施工模型属性信息，其中包括施工过程中的特征信息、约束条件和施工资源信息。特征信息的采集包含坝体内部结构、埋设仪器信息等；施工资源信息的采集包含使用材料信息和设备的工作参数等；约束条件的信息采集包含周围环境的约束、施工进度约束和供给材料的约束等。
步骤三，构建虚拟施工模型。通过计算机仿真技术，在混凝土坝实体模型的基础上，结合施工模型的属性，完成对虚拟施工模型的构建。
步骤四，对虚拟施工模型中涉及的知识进行收集和分类。结合图2，将虚拟施工模型中涉及的约束、边界条件、逻辑关系、方案优化规则、驱动策略等知识进行收集和分类，对知识收集过后按照其固有的各类属性分成彼此间互相独立的若干子类。
步骤五，对知识进行标准化处理。在知识分类过后，将某一子类知识表示具有相同或相似的属性特征，依据特征的形式进行唯一性编码。编码可采用可拓展的组合编码方式，例如自卸汽车按运输能力可分为8t、15t、20t、32t等；按运输用途可分为渣土车、混凝土车、材料运输等。对知识处理构建一个信息标准化的模板，处理完成后通过文本、数据表、规则表、关系图、流程图、循环网络等方式表示。
步骤六，构建混凝土坝虚拟施工知识库。以关系数据库为基础，结合数据挖掘技术、知识发现技术等相关手段，将标准化处理完成的数据与规则等统一在虚拟施工知识库中存储与管理。结合图3，将构建的混凝土坝虚拟施工知识库分为五个子库，以提供搜索引擎的搜索求解。其中包括：施工边界条件及施工约束库：包含导流程序、气象水文信息、节点工期及依据坝体施工质量安全要求得到的施工工艺约束等；施工逻辑关系库：根据各施工单元的分类、类特征及隶属关系，分层建立各单元的施工逻辑关系及单元实例的施工工序逻辑，以获得结构化的施工工序逻辑库；方案优化规则库；驱动策略库；冲突协调库。
步骤七，制定施工过程冲突的分类。将引起施工计划调整的原因归为三类：设备运行冲突、资源使用冲突、***条件与状态变化。其中设备运行冲突包括缆机之间的碰撞、吊罐与仓面机械的冲突碰撞、缆机吊罐与坝体的碰撞等；资源的使用冲突包括施工仓面机械布置困难等；***条件与状态变化的冲突包括施工***的运输与混凝土生产状态变化等。
步骤八，施工过程的冲突检测。基于混凝土坝的虚拟施工模型，结合计算机仿真技术进行计算时按照时间步长不断检测当前施工计划中是否存在冲突。结合图4，通过虚拟施工模型中的施工仓面拓扑关系、机械设备运动控制、施工场景实时动态绘制等来实现对于设备运行的冲突的检测；通过获取施工计划和当前施工进展与资源使用状态进行资源使用冲突的检测；通过***扰动和***故障进行***条件或状态变化方面的检测。
步骤九，检测到冲突存在时，对施工计划进行调整。调用基于次协调的综合求解搜索引擎，由搜索引擎根据虚拟施工知识库中的逻辑关系、相关约束及优化原则，求解新的施工计划；继续按照时间步长对新的施工计划进行冲突检测，当输出结果为否定时，重复冲突检测与计划调整的过程。
Claims (9)
1.一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤一：运用数字化及参数化建模方法，并结合施工仓面拓扑关系信息，构建混凝土坝虚拟施工模型；
步骤二，将混凝土坝虚拟施工模型中涉及的约束、边界条件、逻辑关系、方案优化规则和驱动策略进行标准化处理，依据其对象属性特征进行归类与抽象，按照其固有的各类属性分成彼此间互相独立的若干子类，并建立混凝土坝虚拟施工知识库；
步骤三，基于混凝土坝虚拟施工模型，利用计算机仿真技术，在模拟过程中按照时间步长不断检测当前施工计划中是否存在设备运行冲突和资源冲突，当检测到冲突存在时，调用基于次协调的综合求解搜索引擎，在已构建的混凝土坝虚拟施工知识库中搜索逻辑关系、方案优化规则等，得到新的施工计划，从而实现施工方案及资源的冲突检测与调整。
2.根据权利要求1所述一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法，其特征在于：所述步骤一中建立混凝土坝虚拟施工模型的处理过程为：基于参数化方程建立的坝体模型，通过计算机仿真技术结合施工模型属性，建立混凝土坝虚拟施工模型；其中，虚拟施工模型除了包含三维坝体模型基本的几何信息以外，还具有的属性包括特征信息、约束条件和施工资源信息。
3.根据权利要求1所述一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法，其特征在于：混凝土坝虚拟施工模型具备的属性包括坝体的材料特性、力学参数、施工特征；其中，模型的每一个浇筑单元都包括钢筋布置信息、冷却水管布设方案、相应的金属结构、预埋件、埋设的监测仪器等特征信息；5. 虚拟施工模型具备的约束条件包括坝体的空间约束、进度约束、环境约束等，施工资源信息包括施工的材料信息、安装位置信息、安装误差、设备的工作参数等。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法，其特征在于：所述步骤二中知识标准化处理的过程为：将施工模型中涉及的约束、边界条件、逻辑关系、方案优化规则和驱动策略知识进行收集和分类，按照其固有的各类属性分成彼此间互相独立的若干子类后，再将某一子类表示具有相同或相似的属性特征，依据特征的形式进行唯一性编码，编码采用可拓展的组合编码方式，从而构建了一种信息标准化的模板，对知识信息进行标准化分类、编码和管理，将数据与规则等统一在虚拟施工知识库中存储与管理。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法，其特征在于：所述步骤二中构建的混凝土坝虚拟施工知识库包括五个子库： 施工边界条件及施工约束库：包含导流程序、气象水文信息、节点工期及依据坝体施工质量安全要求得到的施工工艺约束等；施工逻辑关系库：根据各施工单元的分类、类特征及隶属关系，分层建立各单元的施工逻辑关系及单元实例的施工工序逻辑，以获得结构化的施工工序逻辑库；方案优化规则库；驱动策略库；冲突协调库。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法，其特征在于：所述步骤三中冲突的检测过程包含有对冲突的分类，是指基于混凝土坝的虚拟施工模型，再结合计算机仿真技术进行检测时，将引起施工计划调整的原因归为三类：设备运行冲突、资源使用冲突、***条件与状态变化；其中设备运行冲突包括缆机之间的碰撞、吊罐与仓面机械的冲突碰撞和缆机吊罐与坝体的碰撞；资源的使用冲突包括施工仓面机械布置困难；***条件与状态变化的冲突包括施工***的运输与混凝土生产状态变化。
7.根据权利要求1所述的一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法，其特征在于：所述步骤三中冲突检测的处理过程是指，通过虚拟施工模型中的施工仓面拓扑关系、机械设备运动控制、施工场景实时动态绘制来实现对于设备运行的冲突的检测；通过获取施工计划和当前施工进展与资源使用状态进行资源使用冲突的检测；通过***扰动和***故障进行***条件或状态变化方面的检测。
8.根据权利要求1所述的一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法，其特征在于：所述步骤三中对施工计划进行调整是指冲突的解决原则以及资源使用优化原则均来自于知识库，通过基于次协调的知识推理与综合寻优搜索引擎，在已构建的混凝土坝虚拟施工知识库中搜索，依据知识库中的施工约束与优化原则知识元，选择次协调策略，解决冲突，求解新方案。
9.根据权利要求1所述的一种混凝土坝施工方案及资源冲突检测与调整方法，其特征在于：所述步骤三中的冲突检测与调整机制是指基于计算机仿真技术，计算中按照时间步长不断检测当前施工计划中是否存在冲突，当冲突存在时，由搜索引擎根据虚拟施工知识库中的相关约束及优化原则，求解新的施工计划；继续按照时间步长对新的施工计划进行冲突检测，当输出结果为否定时，重复冲突检测与计划调整的过程；通过推进模拟施工计划进程的循环，产生以初始方案为基础，解决冲突后的最优施工方案的一种调整方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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