馬 忠

(北京市清河管理處，北京 100192)

0 引 言

船閘是通航建筑物的一種。在天然河流，由于調(diào)節(jié)流量、渠化通航以及在運河上因地形條件及水面坡度的限制，必須具有階梯形的縱斷面形成集中水面落差，停泊船舶(或船隊)進入閘室后，借助室內(nèi)灌水或泄水來調(diào)整閘室中的水位，使船舶在上下游水位之間作垂直的升降，從而通過集中的航道水位落差[1]。國外研究其安裝質(zhì)量控制可以分成3個階段，在20世紀40年代到50年代，主要針對人字閘門吊裝的質(zhì)量控制；在60年代到70年代[2]，主要進行人字閘門運轉(zhuǎn)件等中間工程的安裝質(zhì)量控制；在80年代后，主要進行人字閘門頂樞、底樞等細節(jié)處的質(zhì)量控制[3]。有學(xué)者提出一種基于可靠性結(jié)構(gòu)復(fù)核計算的人字閘門安裝質(zhì)量控制方法，首先獲取閘門安裝結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)獲取參數(shù)進行人字閘門可靠性結(jié)構(gòu)復(fù)核計算，根據(jù)計算結(jié)果進行人字閘門安裝質(zhì)量控制[4]。國內(nèi)則主要研究人字閘門的施工工藝優(yōu)化以及對安裝中存在的問題進行深入研究，從而針對性地進行人字閘門安裝質(zhì)量控制。文獻[9]就提出一種通過優(yōu)化閘門施工工藝而實現(xiàn)其安裝中的質(zhì)量控制的方法。在人字閘門安裝質(zhì)量控制的過程中，受項目數(shù)據(jù)體量過大的影響而無法對安裝質(zhì)量數(shù)據(jù)進行收集與整理，在控制參數(shù)為0.58～0.158的范圍內(nèi)存在目標函數(shù)值過低的問題。因此，針對插花船閘除險加固工程提出一種新的人字閘門安裝質(zhì)量控制方法，通過構(gòu)建的模型實現(xiàn)人字閘門安裝質(zhì)量控制，實現(xiàn)在控制參數(shù)為0.58～0.158的范圍內(nèi)目標函數(shù)值的提升。

1 設(shè)計人字閘門安裝質(zhì)量控制方法

1.1 設(shè)立人字閘門安裝質(zhì)量控制點

為保障插花船閘除險加固工程人字閘門安裝的工序質(zhì)量，在設(shè)置質(zhì)量控制的薄弱環(huán)節(jié)與關(guān)鍵部位即控制要點[5]之前，需要充分了解人字閘門結(jié)構(gòu)，見圖1，人字閘門結(jié)構(gòu)主要包括鉸座、門楣、頂止水等結(jié)構(gòu)。

圖1 人字閘門結(jié)構(gòu)示意圖

圖1中，1為鉸座，2為支鉸，3為底坎，4為側(cè)門槽，5為門楣，6為頂止水，7為主梁，8為支臂。根據(jù)圖1所示的結(jié)構(gòu)選取的要點需要具備以下特征：①具備較高的技術(shù)要求，施工具備較大難度與較小把握性；②施工中的隱蔽工序或關(guān)鍵工程；③嚴重影響后續(xù)工程的安全或質(zhì)量；④采用新的材料、技術(shù)或工藝[6]。

根據(jù)上述條件篩選的墩墻、閘底板與測量放樣單元工程的質(zhì)量控制點具體見表1。

表1 墩墻、閘底板與測量放樣單元的質(zhì)量控制點

根據(jù)上述條件，篩選閘門埋件安裝與制作單元的質(zhì)量控制點具體見表2。

表2 閘門埋件安裝與制作單元的質(zhì)量控制點

1.2 人字閘門安裝質(zhì)量數(shù)據(jù)收集與整理

在得到閘門埋件的安裝與制作單元的質(zhì)量控制點后，收集人字閘門安裝質(zhì)量控制點的相關(guān)安裝質(zhì)量數(shù)據(jù)，包括竣工驗收、工序檢驗、材料檢驗等現(xiàn)場數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來源于人字閘門安裝過程中的檢驗數(shù)據(jù)，具體分類見表3。

表3 安裝質(zhì)量數(shù)據(jù)具體分類

對各類安裝質(zhì)量數(shù)據(jù)進行收集，具體收集方法為：通過抽樣方法保持數(shù)據(jù)的客觀正確；在對現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)進行收集時，需要采取記錄紙或檢測表等方式。結(jié)合以上兩種方式，并盡量簡化收集過程。

完成收集后對數(shù)據(jù)進行整理和分析，即獲取安裝質(zhì)量數(shù)據(jù)的對應(yīng)統(tǒng)計特征量，可以將其分為兩類：一類是數(shù)據(jù)集中位置的特征量，另一類是數(shù)據(jù)離散程度的特征量[7]。分別用中位數(shù)與標準方差的處理方式獲取以上兩種特征量。

第一種特征量的獲取具體如下：

x={x1,x2,...,xn}

(1)

其中：xn為x這一數(shù)據(jù)組中第n個數(shù)據(jù)。

對該數(shù)據(jù)組中的這n個數(shù)據(jù)進行排列，具體排列方式為由大到小[8]。通過排在中間的那個數(shù)據(jù)代表整個數(shù)據(jù)組的平均水平，該值即為中位數(shù)，具體如下：

(2)

第二種特征量的獲取具體如下：

將標準方差作為波動性的衡量指標，具體如下式：

(3)

(4)

1.3 構(gòu)建人字閘門安裝質(zhì)量控制模型

假設(shè)插花船閘除險加固工程人字閘門安裝項目的預(yù)期目標為質(zhì)量Q與成本C，則其動態(tài)優(yōu)化流程可以表述為：通過對控制作用S進行尋優(yōu)，使以下狀態(tài)方程在控制作用下，受控過程能夠進行轉(zhuǎn)換，即由給定的初始狀態(tài)成功轉(zhuǎn)換到期望狀態(tài)，并實現(xiàn)目標函數(shù)的最優(yōu)[9]。

其中狀態(tài)方程具體如下：

X(t)=(C,Q)

(5)

式中：X(t)為狀態(tài)方程。

某個給定的初始狀態(tài)具體如下：

X(t)=(Ct,Qt)

(6)

式中：t為目標閾值。

某種期望狀態(tài)的表達式具體如下：

X(t+1)=(Ct+1,Qt+1)

(7)

目標函數(shù)具體如下：

J=L[(C,Q),S]

(8)

式中：J為目標函數(shù)；L為控制作用的影響值。

在構(gòu)建的人字閘門安裝質(zhì)量控制模型中，目標函數(shù)在達到下式時為最優(yōu)：

y=f[(C,Q),S]

(9)

式中：y為最優(yōu)目標函數(shù)；f為控制作用的最優(yōu)影響值。

決策變量包括工序的成本、質(zhì)量、工期，分別為c(ti)、q(ti)、ti，與成本和質(zhì)量的關(guān)系如下：

C=∑c(ti)

(10)

Q=∑q(ti)

(11)

模型的控制參數(shù)具體如下：

S=|s(t)|≤ε

(12)

式中：s(t)為控制參數(shù)變量；ε為允許的接近度。

模型的約束條件則具體如下：

(13)

式中：T為插花船閘除險加固工程人字閘門安裝實際工期；e、u分別為開始與結(jié)束的某節(jié)點。

(14)

(15)

q(ti)≥Qm

(16)

式中：Qm為合格質(zhì)量。

Q(q(ti))≥Qm

(17)

至此實現(xiàn)人字閘門安裝質(zhì)量控制模型的構(gòu)建。

1.4 實現(xiàn)人字閘門安裝質(zhì)量控制

通過構(gòu)建的人字閘門安裝質(zhì)量控制模型實現(xiàn)插花船閘除險加固工程人字閘門安裝質(zhì)量控制，包括環(huán)境、檢測、方法、機械、材料、人員的控制[10]。其中，環(huán)境控制內(nèi)容具體見表4。

表4 環(huán)境控制內(nèi)容

檢測控制需要分單元工程、分部工程與單位工程三級進行。

方法控制包括安裝方案控制與安裝工序控制，需要對人字閘門安裝中的施工組織、檢測手段、組織措施、工藝流程、工序、技術(shù)方案等進行控制，控制方法為動態(tài)控制與主動控制的有機結(jié)合。

機械控制需要考慮管理施工組織、施工方法、施工工藝、機械設(shè)備的實際性能、工程對應(yīng)結(jié)構(gòu)形式以及安裝現(xiàn)場的條件來選用機械設(shè)備。

材料控制包括機電產(chǎn)品、啟閉機、金屬水工結(jié)構(gòu)、半成品、原材料的控制。

人員控制則需要從資質(zhì)審查與質(zhì)量意識這兩方面著手。

2 實驗驗證

2.1 實驗項目概況

選取某插花船閘除險加固工程項目，對其進行安裝質(zhì)量控制試驗，實驗項目的具體情況見表5。

表5 實驗項目的具體情況

2.2 實驗方法

利用設(shè)計的插花船閘除險加固工程人字閘門安裝質(zhì)量控制方法對某插花船閘除險加固工程項目人字閘門安裝進行質(zhì)量控制，在安裝質(zhì)量控制中，獲取該方法在控制參數(shù)為0.58～0.208的范圍內(nèi)的目標函數(shù)值數(shù)據(jù)。為了避免本次實驗結(jié)果過于單一而缺乏對比性，將基于可靠性結(jié)構(gòu)復(fù)核計算的插花船閘除險加固工程人字閘門安裝質(zhì)量控制方法與文獻[9]提出的方法作為實驗中的對比方法。獲取兩種對比方法的目標函數(shù)值數(shù)據(jù)作為實驗中的對比數(shù)據(jù)。將實驗數(shù)據(jù)分為兩組，第一組是控制參數(shù)為0.58～0.108范圍內(nèi)的目標函數(shù)值數(shù)據(jù)；第二組是控制參數(shù)為0.108～0.158范圍內(nèi)的目標函數(shù)值數(shù)據(jù)。

2.3 結(jié)果分析

在控制參數(shù)為0.58～0.108范圍內(nèi)，目標函數(shù)值對比實驗結(jié)果具體見圖2。

根據(jù)圖2可知，設(shè)計的插花船閘除險加固工程人字閘門安裝質(zhì)量控制方法的目標函數(shù)值在0.194～0.239的范圍內(nèi)波動，即其目標函數(shù)值最高可達0.239；基于可靠性結(jié)構(gòu)復(fù)核計算的插花船閘除險加固工程人字閘門安裝質(zhì)量控制方法的目標函數(shù)值在0.125～0.183的范圍內(nèi)波動，即其目標函數(shù)值最高可達0.183；文獻[9]提出的方法的目標函數(shù)值在0.092～0.150的范圍內(nèi)波動，即其目標函數(shù)值最高可達0.150。

圖2 0.58～0.108范圍內(nèi)目標函數(shù)值對比實驗結(jié)果

在控制參數(shù)為0.108～0.158范圍內(nèi)，目標函數(shù)值對比實驗結(jié)果具體見圖3。

圖3 0.108～0.158范圍內(nèi)目標函數(shù)值對比實驗結(jié)果

根據(jù)圖3可知，設(shè)計的插花船閘除險加固工程人字閘門安裝質(zhì)量控制方法的目標函數(shù)值在0.188～0.224的范圍內(nèi)波動，即其目標函數(shù)值最高可達0.224；基于可靠性結(jié)構(gòu)復(fù)核計算的插花船閘除險加固工程人字閘門安裝質(zhì)量控制方法的目標函數(shù)值在0.124～0.171的范圍內(nèi)波動，即其目標函數(shù)值最高可達0.171；文獻[9]提出的方法的目標函數(shù)值在0.109～0.142的范圍內(nèi)波動，即其目標函數(shù)值最高可達0.142。

綜合圖2和圖3的實驗結(jié)果可知，設(shè)計的插花船閘除險加固工程人字閘門安裝質(zhì)量控制方

法的目標函數(shù)值整體較高，基于可靠性結(jié)構(gòu)復(fù)核計算的插花船閘除險加固工程人字閘門安裝質(zhì)量控制方法與文獻[9]提出的方法的目標函數(shù)值較為相近，均偏低。

3 結(jié) 語

設(shè)計的插花船閘除險加固工程人字閘門安裝質(zhì)量控制方法實現(xiàn)了目標函數(shù)值的提升，但在模型的設(shè)計中仍存在收集數(shù)據(jù)不足的缺陷，在以后的研究中需要收集更多數(shù)據(jù)對模型進行完善。