王成虎

(四川安和水利水電工程有限公司，四川 成都 610200)

我國的水能資源總量穩(wěn)居世界第一位，但是從目前的利用和開發(fā)上看，電量的開發(fā)率僅有10%，遠遠落后于發(fā)達國家，這在我國的前進道路上還有很大發(fā)展空間。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，我國的水利水電進入了一個迅速改進的過程，“十五”計劃的規(guī)劃將中國變成一個水利水電的大國。清華教授張光斗也曾經(jīng)說過，在我國的水利水電方面缺少理論方向的研究。胡志根、肖煥熊等在砂石料場方面建立了系統(tǒng)規(guī)劃模型，并提出了合理的規(guī)劃方案，刑林濤等應用了計算機技術提出了實時控制管理的方法[1- 10]。國內(nèi)在這個領域的研究相當零散，還沒有找到適用的理論成果，因此，這方面的研究就顯得尤為重要。

1 水利水電施工設施場地布置基本理論

水利水電施工設施的場地布置需要不斷地反復修改，場地設施種類多、布置繁瑣，并且在設施的使用和施工技術方面又存在著一定的聯(lián)系。之前，我們的施工設施場地多是根據(jù)經(jīng)驗來布置，不能針對每一個施工現(xiàn)場的具體情況，不能反映施工設施的具體規(guī)律和聯(lián)系。因此，針對這些存在的問題，我們必須采用定量的施工方法來指導施工場地的布置。

1.1 基本理論

為了選取更加合理的施工場地設施布置，應該根據(jù)定性指標和定量指標的關系，以及邊界條件和施工設施的關系找出合理的方案，在進行決策和評價時需要借助數(shù)學理論對施工設施和邊界條件的模糊狀態(tài)進行分析。

在初步方案完成后，首先需要對初步方案進行比選，針對這種不確定問題的分析通常使用的是模糊綜合評價法。在這些方法中，在指標之間沒有明確的界限，在這里簡單的介紹一種常用的評價方法：模糊決策優(yōu)選理論模型。

在該決策模型中，相對于優(yōu)、劣2個目標的優(yōu)屬度和劣屬度的向量如下：

g=(1，1，…，1)T

(1)

b=(0,,0，…，0)T

(2)

權向量：

a=(a1，a2，…，am)T

(3)

隸屬度向量：

rj=(r1j，r2j，…rmj)T

(4)

優(yōu)、劣的廣義權距離為：

(5)

(6)

通過上述參數(shù)，計算得到的相對優(yōu)屬度為：

(7)

式中，a可取1或2。當優(yōu)化準則a取值為1時，采用的優(yōu)化準則是最小一乘法，當優(yōu)化準則a取值為2時，采用的優(yōu)化準則是最小二乘法。在優(yōu)化準則選取時，可以根據(jù)具體的實際情況選取不同的組合。

1.2 施工設施點狀分布的定量計算方法

施工場地的施工設施呈點狀分布，為了系統(tǒng)地研究施工設施的分布，我們將施工設施簡化成一個點。根據(jù)施工現(xiàn)場的不同需求，對現(xiàn)場的中心位置和離散程度進行詳細的分析，并對他們進行分別計算，來表達現(xiàn)場的具體分布情況。

1.2.1 中心位置的測度

在現(xiàn)場控制中心位置時，大多數(shù)情況下通過直接的定位和傳統(tǒng)的習慣相互結合，這種方法得到的結果基本上是符合使用條件的。但是在遇到特殊情況時，這些中心點的確認就不能做到精準，例如：地形復雜、施工區(qū)域改變。當遇到這種情況時，為了更加精準的去測定那個中心位置，就需要我們進行定量的分析。

(1)中項中心的計算。中項中心的計算是通過兩條相互垂直的水平線和豎直線的交叉點確定出來的，兩條相互垂直的線是將平面內(nèi)的點按照上下和左右等量的均分，如圖1所示。

圖1 點狀中項中心和平均中心分布圖

(2)平均中心計算。通過給定的任一坐標系的坐標值，通過下面公式計算x、y的平均值。

(8)

(9)

在通常情況下，中項和平均中心的位置是不能完全吻合的，中項中心的確定比平均中心的確定更為容易，但是中項中心的精度沒有平均中心的精度高，平均中心能夠用于計算機的信息處理。

1.2.2 離散程度和集中程度的測度

(1)中項中心的確定是通過2根相互垂直的線確定的，將分布區(qū)域分為上下和左右兩側，在1/2中項中心分布的基礎上，然后在4個半片上做中項中心，分成4個較小的矩形，通過這些矩形判斷中項中心的離散程度，就是每個小矩形和大矩形的面積比，如圖2—3所示。

圖2 點狀中項離散分布圖

圖3 施工場地中項離散程度圖

(2)指點中心離散程度的測試。在通常情況下，指點中心離散程度的測試是通過頻率累計曲線進行分析的，通過確定幾個中心來確定中心點并不一定是正確的，所以通過選定任意中心點來分析離散程度就顯得更為簡便，如圖4所示。

圖4 點狀分布頻率統(tǒng)計圖

在水利水電施工場地布置方面最重要的就是選址分布位置的問題，因此對場地分布的測試能夠很好地解決施工設施布置的問題。

3 某水電站施工總布置方案比選

該水電站大壩為雙曲拱壩，壩頂長約212m，最大壩高88m，壩頂高程297m，正常蓄水位293m；溢流壩段有溢流表孔3孔和泄洪深孔2孔；設有2條引水隧洞，洞徑8m，單洞引水流量161m3/s；左岸設有地下發(fā)電廠房，廠房長108m，寬18m，高49m，裝2臺裝機容量為85MW水輪發(fā)電機組。

3.1 施工總布置規(guī)劃原則

施工總布置方案的原則必須遵循因地制宜、環(huán)境友好、經(jīng)濟合理，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求，并根據(jù)該水電站的具體情況列出以下布置原則。

(1)該施工場地位于山間地帶，耕地面積很少，交通相當不方便，應該合理規(guī)劃使用場地，并希望在布置場地時能夠填平溝壑，改善現(xiàn)場條件。

(2)該地區(qū)交通不便，在施工過程中盡量不占用其他道路，結合交通規(guī)劃，減少運輸?shù)臅r間，避免二次倒運，做到不影響周邊地域的交通。

(3)因地制宜，合理利用當?shù)刭Y源，減少加工的臨時設施，降低工程經(jīng)費。

(4)在進行施工布置時，必須滿足當?shù)卣?，并符合當?shù)氐某擎?zhèn)化規(guī)劃。

(5)沿河的施工場地還必須根據(jù)當?shù)氐臍夂驐l件，達到防洪要求。

根據(jù)現(xiàn)場情況、施工條件和布置原則，針對施工場地的總體布置方案進行了方案比選，以達到合理選擇施工總布置的方案。布置方案比選實施實施如圖5所示。

圖5 施工場地總體布置方案比選流程

3.2 施工總布置方案擬定

根據(jù)施工布置的要求可供選擇的施工布置場地有料場臺地、學校下游河灘地、河口臺地。針對以上3個位置，現(xiàn)列出以下3種方案。

方案一：將料場臺地作為施工主要布置場地。料場臺地地面高程為510～570m，呈條帶狀，可布置施工倉庫、生活區(qū)和施工工廠；但是該位置沒有充足的水源，可將砂石和混凝土加工系統(tǒng)布置在高程為270～290m的位置，將廠區(qū)的油庫布置在交通比較便利的公路外側，將棄渣場分別布置在大橋上游的左右岸，共4個棄渣場。

方案二：將學校下游河灘作為施工主要布置場地。該位置高程為220～240m，可將砂石和混凝土加工廠布置在下游的河灘地，將倉庫、生活區(qū)和施工工廠布置在學校和水文站之間，油庫仍然布置在公路的外側，將3個棄渣場分別布置在學校的下游臺地。

方案三：將河口臺地作為施工主要布置場地。河口臺地高程為221～245m，該地區(qū)呈條帶狀，將砂石和混凝土加工廠布置在大橋上游側，遠離人群；將綜合加工廠、倉庫和生活場地布置在學校下游地區(qū)，油庫布置在公路的外側，將4個棄渣場分別布置在上游左右岸和學校下游左右岸。

3.3 施工總布置方案比較

針對上述3個施工方案，根據(jù)現(xiàn)場條件進行以下幾個因素的方案比較。

(1)工程地質(zhì)條件。在3個位置布置輔助工廠和施工設施滿足工程地質(zhì)條件，不存在制約因素。

(2)主要工廠布置。方案一遠離人群聚集區(qū)，場地布置和征地較為容易，但是該地區(qū)用水很不方便，砂石和混凝土加工廠會對附近的居民和學校帶來一定的影響；方案二能夠利用學校下游的淺水地區(qū)，后期還能擴大耕地，砂石和混凝土加工廠會對居民區(qū)和學校造成噪音和粉塵污染相對較?。环桨溉趥}庫和加工廠與方案一和方案二類似，砂石和混凝土布置地區(qū)也可增加后期的耕地面積，對居民和學校的影響在粉塵和噪聲方面能夠降到最低。

(3)場內(nèi)交通。方案一由于工廠位置的高程較高導致運輸成本高；方案二在運送施工用料的時候需要經(jīng)過城鎮(zhèn)，對居民和學校的影響較大；方案三與方案一和方案二相比較不需要經(jīng)過城鎮(zhèn)，雖然需要轉運，但是沒有增加運輸成本，且不會對居民和學校產(chǎn)生噪音和粉塵污染。綜上，方案三更加合理。

4 結論

水利水電施工場地相對比較復雜，影響因素很多，既有現(xiàn)場矛盾，又有人員因素的影響。在之前的研究中，經(jīng)驗占到了很重要的地位，一直以來都沒有形成一個科學合理的布置方案，本文針對這些問題得出以下結論。

(1)在場地設施布置時，因為內(nèi)容繁多、影響因素各種各樣，針對施工設施的布置，得到了場地設施布置時的具體步驟和程序。

(2)施工是一個動態(tài)的過程，為了使設施布置方案更加合理，研究出分層次、分單元系統(tǒng)的比選方案。

(3)由于場地的復雜性，很難形成直觀形象的布置方案，通過理論與評價的方法針對相對優(yōu)屬度的概念找到更加合理的布置方案。

(4)通過某水利水電工程的總布置比選，得到了該水利水電合理的總布置方案。