某水电站工程拱坝浇筑进度仿真研究

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独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日 摘要传统的大坝浇筑仿真模型大都使用基于数值的大坝形体模型，这需要大量的形体数据输入，同时形体数据提取过程相当繁琐，而且形体模型是由一些特征点拟合而来，精确性较差。本文基于对目前的混凝土拱坝浇筑仿真系统存在问题的分析，探讨了基于AutoCAD平台的混凝土拱坝浇筑仿真系统模型构建问题；运用.NET平台和AutoCAD自动化技术开发了混凝土拱坝的仿真平台。该平台将AutoCAD实体模型直接作为仿真平台中的拱坝的形体模型，同时将仿真结果在AutoCAD中演示，使仿真计算和结果可视化在同一平台下。因此，只要熟悉AutoCAD的设计人员就可以方便构建仿真模型，并进行仿真分析，提高了仿真模型构建效率和仿真过程的整体性。某工程对应其拱坝的坝体布置形式、两岸边坡条件以及国内缆机设备制造水平等综合影响确定了6台缆机，双平台布置的缆机布置方案。为了提高缆机效率，降低缆机吊深，供料平台采用不同高程双供料平台。以往高拱坝计算机仿真模型没有针对这种情况进行研究。本文针对该工程的施工方案的布置特点开展计算机仿真模型研究，研究该工程的基本浇筑规律，为浇筑方案的调整提供科学辅助手段。本文的主要研究内容为：1、运用AutoCAD三维建模技术和计算机仿真技术建立了高拱坝三维实体仿真系统，利用AutoCAD中的功能模块，可以构造包含工程信息的三维大坝实体模型，提高了建模效率；2、针对该工程特点，对双缆机平台缆机调度与运用以及缆机运行期间的相互之间的干扰，以及双平台供料系统的运用等，进行了深入研究，提出了相应的仿真模型；3、运用VisualStudio2008.NET平台的C#语言开发了高拱坝三维实体仿真系统。4、不同方案的仿真结果进行对比分析，总结此工程中的大坝浇筑规律，为实际施工提供一定的指导，并提出合理建议。关键词：拱坝浇筑，进度仿真，AutoCAD，实体模型1 ABSTRACTThetraditionalbodymodelofthesimulationsystemofdamconcreteplacementisnumericalmodel.Thenumericalmodelneedalotofnumericalinput,andtheprocessofgettingthedataiscumbersome,andthenumericalmodelisfittedbymanyfeaturepointswhichisnotaccurateenough.Consideringoftheproblemaboutsimulationsystemsofdamconcreteplacement,thepaperpaysattentiononthesimulationsystemofdamconcreteplacementbasedonAutoCAD,andthesimulationsystemwasdevelopedwiththe.NETplatformandAutoCADautomationtechnology.Inthemodel,thenumericalmodelwasreplacedbyAutoCADsolidmodel.WhilethesimulationresultscanbedemonstrateddynamicallyinAutoCAD,makingsimulationprocessandresultvisualizationonthesameplatform.Sowecansetupthesimulationmoreeasilyandanalyzetheconcreteplacementprocess,andimprovetheefficiencyofthesimulationmodelbuilding.Wechooseacablecranelayoutschemewith6cranesanddoubleplatformsaccordingtothelayoutformofthearchdam,theslopeconditionandtheconditionofthecranemachinesinChina.Toimprovetheefficiencyofthecablecraneanddecreasethehanginglevelofthecrane,thedoublefeedingplatformwithdifferentelevationsisselected.Thereisnostudyofthiskindofconditioninthehigharchdamsimulation.Inthispaper,weresearchonthesimulationmodelofthelayoutschemecharacteristicsforthisprojectandonitsbasicpouringprinciplesinordertoprovidescientificsupplementarymeansfortheadjustmentofthepouringscheme.Themainresearchapproachofthisarticleis:1.Usingthe3DmodelingtechnologyofAutoCADandcomputersimulationtechnologytobuildthereal-time3Dentitysimulationsystem.UsingthefunctionalmodulesofAutoCADtobuildthe3Ddamentitymodelcontainingtheprojectinformationwhichisabletoimprovethemodelingefficiency.2.Accordingtothecharacteristicsoftheproject,weresearchindepthontheschedulingmethodtheuse,theinterferencewhenthecablecranesareinuseandtheuseofthedoublecraneplatformandputforwardthecorrespondingsimulationmodel.3.UsingtheVisualStudio2008.NETplatformwiththeC#language,wedevelopthe3Dentitysimulationsystemofthehigharchdam.1 4.Wecomparetheresultsofdifferentschemesandsummarizetherulesofdampouringtoprovidesomeguidanceforactualoperationandgivereasonablesuggestions.KEYWORDS：Concretearchdamconstruction,Computersimulation,AutoCADModeling,Solidmodel2 目录第一章综述.............................................................................................................................11.1研究背景....................................................................................................................11.2计算机仿真技术的发展及在水利工程中的应用....................................................21.3本文研究内容............................................................................................................41.4文章结构....................................................................................................................4第二章基于AutoCAD的大坝浇筑仿真系统........................................................................62.1AutoCAD二次开发......................................................................................................62.1.1AutoCAD的开发方式简介......................................................................................72.1.2基于AutoCAD的ActiveX技术..............................................................................82.1.3具体应用...............................................................................................................112.2基于AutoCAD大坝浇筑仿真模型框架.....................................................................14第三章双缆机平台、双供料平台仿真模型.......................................................................163.1缆机的调配与干扰......................................................................................................163.2双供料平台的模拟......................................................................................................18第四章高拱坝施工进度仿真系统.......................................................................................194.1系统仿真基本理论......................................................................................................194.1.1连续系统与离散系统...........................................................................................194.1.2离散事件系统仿真基本概念...............................................................................204.1.3仿真策略与模拟时钟推进...................................................................................214.2拱坝施工仿真基本理论...............................................................................................224.2.1拱坝施工模拟机制...............................................................................................224.2.2拱坝浇筑仿真规则...............................................................................................234.2.3拱坝浇筑仿真模拟流程.......................................................................................264.3系统架构与系统展示..................................................................................................274.3.1系统结构...............................................................................................................274.3.2系统界面...............................................................................................................291 第五章大坝浇筑规律分析与研究.......................................................................................385.1工程概况......................................................................................................................385.2仿真边界条件..............................................................................................................385.2.1混凝土浇筑期年内各月的有效施工天数...........................................................385.2.2间歇期、浇筑块厚、初凝时间...........................................................................395.2.3其他施工控制参数...............................................................................................395.2.4机械参数...............................................................................................................405.3计算方案设计..............................................................................................................415.4基本方案（方案一）计算结果分析..........................................................................425.4.1方案1的月混凝土浇筑强度与工期分析...........................................................425.4.2方案1的机械月混凝土浇筑强度与效率分析...................................................435.4.3方案1的机械坝体浇筑进程分析.......................................................................485.4.4方案1的老混凝土等其他结果分析...................................................................505.5其他方案与基本方案的对比......................................................................................515.5.1方案2的计算结果以及与方案1的对比分析...................................................515.5.2方案3的计算结果以及与方案1的对比分析...................................................535.5.3方案4的计算结果以及与方案1的对比分析...................................................545.5.4方案6的计算结果以及与方案4的对比分析...................................................555.6结论与建议..................................................................................................................56第六章结语...........................................................................................................................586.1结论..............................................................................................................................586.2今后工作方向..............................................................................................................58参考文献.................................................................................................................................60发表论文与参加科研情况说明.............................................................................................64致谢.........................................................................................................................................652 第一章综述第一章综述1.1研究背景在水利水电工程建设当中，混凝土拱坝是主要的坝型之一。近期建成、在建或规划中的拱坝有锦屏一级（305m）、拉西瓦（250m）、溪洛渡（278m）、小湾（292m）、乌东德（270m）、白鹤滩（289m）等，坝高均超过了250m。混凝土坝的施工作为整个工程施工系统的一个关键的子系统，对总工期的合理安排和实际施工过程都有着至关重要的影响。高拱坝施工是一个复杂的过程，其过程持续时间长、高峰期浇筑强度高。大坝的浇筑过程不仅受到坝体本身结构形式、施工工艺、混凝土料拌合与供应系统能力的限制以及浇筑机械的效率发挥等条件的制约，还受到天气、温度等气象因素以及地形、地质等因素的影响。于此同时，在实际水电工程中大都追求提前发电效益，往往需要加快大坝施工进程，势必带来高强度混凝土浇筑等一系列问题。因此，如何进行有效的进度计划管理，实现科学的施工组织、合理的资源配置，对工程的效益和质量有着巨大的影响。高拱坝施工是一个复杂的动态随机过程。整个大坝最终可能被分解为成千上万的筑块，如果采用人工方法进行筑块浇筑顺序的排列，不同时段浇筑强度和不同浇筑机械不同时间段的浇筑能力的统计，不仅费时费力，而且难以将各种影响因素考虑在内，很难保证最终结果的准确性。同时，此类问题难以通过构建数学解析模型来分析研究。因此有必要采取其他方法和手段，综合考虑影响高拱坝施工进度的各方面因素，探求特定拱坝的浇筑规律，预测不同施工方案和机械配置条件下的大坝的大概浇筑过程，为我们安排进度与控制进度提供参考。通过系统仿真技术来分析研究这类问题具有相当的优越性。随着计算机科学技术和系统仿真理论的迅速发展，尤其是系统仿真技术在复杂系统运行中的推广应用，使我们有可能在计算机上实现对混凝土高拱坝施工动态全过程进行仿真试验，预测不同施工方案下高拱坝施工进程，在这方面国内外很多专家做了研究，取得了很好的效果。运用计算机仿真技术，不仅可以快速地进行施工方案的仿真模拟，并且可以通过对不同施工方案和机械配套方案的对比，对工程的实际设计施工具有很好的指导作用我国水利水电工程建设如火如荼，有很多在建或待建的高拱坝大型工程，鉴于这些工程的工程特征，开展复杂约束条件下混凝土高拱坝施工动态仿真，具有重要的理论意义和现实意义。1 第一章综述1.2计算机仿真技术的发展及在水利工程中的应用系统仿真是20世纪40年代末以来伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科。系统仿真技术通过相似原理建立表示实际系统的模型，并可通过相应的仿真理论来对模型进行分析评价，从而对真实系统的可行性等指标做出判断。它是在不干扰真实系统运行的情况下，为研究系统的性能而构造并在计算机上运行表示真实系统模型的一种技术；是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其他专用物理效应设备为工具、利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和信[1]息资料对试验结果进行分析研究，进而做出决策的一门综合性和试验性的学科。仿真技术以计算机中概念模型来代替实际的物理模型，因此它具有可控制性、无破坏性、安全性、灵活性、可重复性和经济性等特点。鉴于这些优点，仿真技术[2]在诸多领域得到了广泛应用，比如用来进行天气预报分析，在军事方面用于军[3-5]事训练、模拟导弹的发射，工程中用于大坝浇筑与填筑仿真、煤矿的开采、[6]地下洞室施工仿真等等。仿真技术的发展大致经历了三个阶段：模拟计算机仿真、数字/模拟混合计[7]算机仿真及全数字计算机仿真。在仿真技术发展过程中，计算机技术的发展和仿真理论的完善发挥了极大的作用，使其在在建模、优化、分析、应用等方面取得了长足的进步。模块化、结构化建模方法，图形建模技术和建模专家系统等技术，改善了建模环境；将现模型库、参数库、试验框架库等集成到数据库中，[8][9][10][11]实现一体化；将面向对象的概念引入到仿真研究；仿真过程的可视化；[12][13]仿真技术与虚拟现实技术、人工智能技术的结合等等。1973年第11届国际大坝会议上，Jurencha和Widmann结合混凝土重力坝施[14]工提出了混凝土浇筑过程模拟，并应用于奥地利Schlegeis坝的建设中。将计算机仿真技术应用于混凝土工程施工过程中正是始于此处。而后，Halpin将网络计划技术与计算机模拟结合起来，对建筑工程混凝土运输进行模拟，并逐渐发展[15]形成了仿真系统软件CYCLONE。Hajjar和AbouRizk提出了施工仿真统一建[16]模理论方法。Kamat和Martinez通过记录仿真过程中每个对象的状态变化过[17]程，实现了施工运输过程的三维动态可视化。美国MIT、Stanford、Purdue等大学，加拿大Albert大学，以及日本、新加坡等多所大学和科研机构开展了有关[18~21]施工过程的仿真理论方法与应用研究。最近，针对复杂施工过程的随机性、不确定性和经验性强等特征，加拿大Albert大学Mohamed和AbouRizk提出了[22]施工过程智能仿真建模的思路。目前国外的大坝建设项目较少，有关施工仿[23~25]真的研究主要集中在土木建筑工程与公路工程中。2 第一章综述在国内，上世纪八十年代天津大学朱光熙教授首次采用计算机仿真手段对二滩双曲拱坝混凝土浇筑方案进行了研究，制定了缆机的合理配置方案，并预测了大坝的施工工期，成果符合一般施工规律，迈出了我国混凝土坝施工仿真的第一[26]步。限于当时计算机以及仿真水平，其仿真过程很难达到简单易懂的程度，特别是对于工程设计人员来说不管是在理解仿真模型上还是在使用相关系统上[27-29]都存在很大的困难。随着计算机和理论水平的提高，像三峡、龙滩、小湾、溪洛渡以及向家坝等混凝土坝工程都采用了系统仿真的手段来对大坝的施工设计，机械配套和工期安[30-32]排进行了研究，并取得了显著的成果。近年来，国内的诸多学者都对混凝土坝施工仿真进行了深入的研究，在混凝土坝浇筑系统仿真建模方面：王仁超运用面向对象的方法对混凝土坝浇筑施工模拟系统进行了研究，建立了基于OOM[33]的混凝土坝浇筑施工模拟系统；周宜红等利用时间触发检测技术在混凝土施工子系统耦合模型以及资源冲突时的协调模型的基础上建立了碾压混凝土施工[34]仿真模型，使得仿真结果更加的有说服力；邱世明等将施工项目控制理论作为研究基础，提出了以反馈控制与前馈控制相结合的混凝土坝施工过程管理与控[35]制模型。在施工过程可视化方面：钟登华将GIS平台应用于混凝土坝施工仿[36][37]真过程中，实现了对大坝浇筑过程的全过程三维动态可视化仿真；申明亮等将VC++和OpenGL作为技术平台对混凝土坝施工过程的三维图形仿真技术[38]进行了研究，并将其应用到实际工程当中；王仁超等提出了基于戏剧理论的[39]可视化施工仿真框架，丰富了可视化仿真的理论与方法。在模型优化与评价方面：吴庆鸣等对混凝土坝坝块的浇筑顺序结合动态规划最优化原理采用计算机[40]仿真的方法进行了研究；巫世晶等应用计算机仿真技术对碾压混凝土坝施工[41]及施工机械配套方案进行研究；丁世来，胡志根等提出了浇筑块排序方法优劣的评价指标，并采用熵权与决策者的主观权重相结合的方法，建立了不同排序[42]方法的评价模型；练继亮研究了模型参数的分类及其确定方法，并进行了模[43~44]型参数的敏感性区间分析。通过以上对国内外混凝土坝施工仿真的发展和研究成果的介绍可以看出，采用计算机仿真技术对混凝土坝浇筑施工进行仿真模拟已经得到了广泛的认可，施工仿真技术为混凝土坝的施工组织设计提供了新的手段，不仅能够快速的进行施工方案的对比评价与优化，缩短了方案的评定时间，而且可以对施工方案和机械配套等进行定量的分析，减少了人工制定方案可能出现的误差，提高了计算结果的可信度，对实际的施工过程具有一定的指导作用，在水利工程施工辅助决策中起到了越来越重要的作用。3 第一章综述1.3本文研究内容传统的大坝浇筑仿真模型大都使用基于数值的大坝形体模型，这需要大量的形体数据输入，同时形体数据提取过程相当繁琐，而且形体模型是由一些特征点拟合而来，精确性较差。本文基于目前的混凝土拱坝浇筑仿真系统存在问题的分析，探讨了基于AutoCAD平台的混凝土拱坝浇筑仿真系统模型构建问题；运用.NET平台和AutoCAD自动化技术开发了混凝土拱坝的仿真平台。该平台将AutoCAD实体模型直接作为仿真平台中的拱坝的形体模型，同时将仿真结果在AutoCAD中演示，使仿真计算和结果可视化在同一平台下。因此，只要熟悉AutoCAD的设计人员就可以方便构建仿真模型，并进行仿真分析，提高了仿真模型构建效率和仿真过程的整体性。某工程对应其拱坝的坝体布置形式、两岸边坡条件以及国内缆机设备制造水平等综合影响确定了6台缆机，双平台布置的缆机布置方案。为了提高缆机效率，降低缆机吊深，供料平台采用不同高程双供料平台。以往高拱坝计算机仿真模型没有针对这种情况进行研究。本文针对该工程的施工方案的布置特点开展计算机仿真模型研究，研究该工程的基本浇筑规律，为浇筑方案的调整提供科学辅助手段。本文的主要研究内容为：1、运用AutoCAD三维建模技术和计算机仿真技术建立了高拱坝三维实体仿真系统，利用AutoCAD中的功能模块，可以构造包含工程信息的三维大坝实体模型，提高了建模效率；2、针对该工程特点，对双缆机平台缆机调度与运用以及缆机运行期间的相互之间的干扰，以及双平台供料系统的运用等，进行了深入研究，提出了相应的仿真模型；3、运用VisualStudio2008.NET平台的C#语言开发了高拱坝三维实体仿真系统。4、不同方案的仿真结果进行对比分析，总结此工程中的大坝浇筑规律，为实际施工提供一定的指导，并提出合理建议。1.4文章结构本文撰述内容共分为六章，具体工作如下：第一章在概述了混凝土拱坝的施工特性以及仿真背景，并对计算机仿真技术在水利工程中的应用情况进行概述；根据背景分析了现有系统当中的不足和缺陷，4 第一章综述提出了要研究的问题。第二章概括性的介绍了基于AutoCAD的拱坝浇筑仿真系统的具体开发情况，并对AutoCAD二次开发方法进行了简单阐述，并详细说明了系统中基于三维模型进行辅助建模方法与仿真计算过程可视化功能的开发。第三章主要探讨了针对某工程的双缆机平台、双供料平台的施工方案在拱坝浇筑进度仿真系统中的实现。说明缆机的的运行规律、干扰规则以及供料平台的供料规则等问题。第四章对系统仿真原理以及混凝土拱坝施工系统进行了基本的分析阐述，并提出了基于三维模型的混凝土拱坝浇筑仿真模型的建立方法，并论述了仿真建模过程中三维可视化辅助建模思想。第五章结合某工程实例，验证混凝土拱坝浇筑仿真系统的可行性。并进行多施工方案的对比研究与分析，总结浇筑规律，为实际施工提供一定的指导，给出相应的建议。第六章总结全文，提出结论，并展望了混凝土拱坝浇筑仿真系统发展。5 第二章基于AutoCAD的大坝浇筑仿真系统第二章基于AutoCAD的大坝浇筑仿真系统针对混凝土拱坝施工一般采用离散事件仿真方法，并以数值方法建模为常用方法构建大坝形体模型。仿真计算过程中多使用二维平面图展示工程面貌，后期[4][5]采用GIS等三维平台处理，对仿真结果进行三维演示，实现施工过程重现。针对这一特点，本文基于离散事件系统仿真方法和设计应用范围更为广泛的AutoCAD平台，利用ActiveX基于C#.NET对AutoCAD进行二次开发构造混凝土拱坝仿真平台。利用AutoCAD在功能模块，可以实现在AutoCAD中将不包含任何附加信息的混凝土拱坝三维实体模型与仿真信息结合，作为仿真过程中的操作对象，三维实体的面积、体积、坐标等信息均可直接在AutoCAD中获取，三维实体包含的仿真信息可作为计算模型识别实体的标识，将AutoCAD三维模型作为仿真系统的大坝形体模型，从而实现大坝形体模型的建立与可视化在同一平台上。既提高了仿真计算的建模精确性、便利性，并能够在AutoCAD界面中动态展示混凝土拱坝施工过程。2.1AutoCAD二次开发计算机辅助设计（CAD，ComputerAidedDesign）起始于上世纪中叶，与计[45]算机技术、数值模拟方法、工程设计等关系紧密，它随着计算机图形学技术的进步与计算机软硬件水平的发展而得到了越来越广泛的应用。特别是近十几年来，微型计算机以及以之为基础的众多CAD软件在中小型企事业单位的普及，使CAD成为工程设计不可缺少的部分。当前，CAD应用以美国的应用水平最高，[46][47]其次是日本和欧洲地区。上世纪80年代，我国引进CAD技术，并将其应[48]用到工程设计当中。顺应CAD技术发展的浪潮，Autodesk公司于20世纪80年代初在美国成立，在三十年的发展历程中，作为公司基础以及核心产品，其不断地致力于AutoCAD系统的丰富和完善，并陆续推出新版本。如今的AutoCAD已经成为由一个功能有限的绘图软件发展到了现在功能强大、性能稳定、市场占有率位居世界第一的CAD系统，广泛应用于汽车、造船、电子、机械、测绘、建筑、城市规划等行业。同时，AutoCAD的内核也与CATIA的内核、Parasolid的内核并称世界三大内核。统计资料表明，目前世界上有75%的设计部门、数百万的用户应用此软件。6 第二章基于AutoCAD的大坝浇筑仿真系统由于AutoCAD友好的用户界面设计，简单方便的操作，受人青睐的二维以及三维绘图能力，成为工程设计中尤其是建筑工程设计中不可缺少的设计图形软件。它不仅可以绘制精确的二维图形以及三维图形，还预留了开放接口，以满足不同专业对工程设计的特殊要求，使得该设计软件具有极大的可扩展空间。在AutoCAD出现后的很长一段时间中，相继出现了基于三维设计的适应路桥工程、机械工程、建筑工程等行业特性的AutoCAD辅助设计系统。AutoCAD在水利工程勘测设计中也得到了广发的应用，并取得了长足的发展，如中国水电工程顾问集团华东勘测设计院开发的重力坝CAD系统，中南勘测设计院开发的拱坝CAD系统，东北勘测设计院开发的地面厂房CAD系统以[49]及上海勘测设计院的弧形闸门CAD系统等。此外，水利行业专家关于AutoCAD二次开发方面的研究成果也不在少数，包括：尹志洋采用VB语言与面向对象的方法开发了基于离散事件仿真理论的混凝土浇筑仿真系统，实现了将[50]AutoCAD三维模型应用于仿真计算；罗希采用VB语言开发了三维地质建模[51]以及按照模拟计算信息对三维模型进行分层；肖泽云采用AutoCAD和ArcGIS[52]引擎结合方式开发混凝土坝的三维建模；魏群将行业规范结合到基于图形技术，网络技术，虚拟现实技术的三维CAD系统，并开发了拱坝可视化软件，实[53]现了用数字模型对空间中的复杂结构进行表达。2.1.1AutoCAD的开发方式简介随着AutoCAD不断更新，软件自身功能的不断被扩展与完善，AutoCAD二次开发技术的也得到了相应的提升。关于AutoCAD的主要二次开发技术包括：AutoCAD内部自带的AutoLISP语言与VBA（VisualBasicforApplication）开发工具，面向对象的ObjectARX技术，以及通过微软COM（ComponentObjectModel，[55]部件对象模型）组件使软件在网络环境中交互的ActiveX几种主要手段。（1）AutoLISP与VisualLISPAutoLISP出现于1985年推出的AutoCADR2.18中，在低版本AutoCAD中一直是首选编程语言。AutoLISP被解释执行，任何一个语句键入后就能即时执行，非常便于交互式程序的开发。其缺点是繁多的符号。而AutoCAD完整地集成了VisualLISP，一改过去AutoLISP嵌入方式，这样开发者可以直接使用AutoCAD中的对象和反应器，进行更底层的开发。在VisualLISP中新增了基于AutoLISP的ActiveX/COM自动化操作接口。（2）ADSADS是AutoCAD的C语言开发系统，它本质上是一组可以用C语言编写AutoCAD应用程序的头文件和目标库，直接利用各种C语言编译器，将代码编7 第二章基于AutoCAD的大坝浇筑仿真系统译成可执行的文件在AutoCAD环境下运行，适合于偏重数据处理的程序的开发。（3）ObjectARXObjectARX是一种伴随着C++语言的的流行而出现的一种开发AutoCAD应用程序的工具，它拥有C++语言的面向对象的优点，同时其开发环境可与AutoCAD直接交互，使用户能更高效的地开发出简洁强大的AutoCAD应用程序。（4）VBA/基于.NET的ActiveXVBA的概念是从Microsoftoffice中的移植的，被集成到AutoCAD中。VBA与AutoCAD中强大的ActiveX自动化对象模型相结合，代表了一种新型的模式构架。通过VBA，我们可以操作AutoCAD，控制ActiveX和其它一些应用程序，使之发生交互活动。不过在2010以后的新版本中AutoCAD将不再支持VBA开发，而被.NET平台（基于ActiveX）彻底取代。（5）AutoCAD.NET从AutoCAD2006开始，Autodesk为其二次开发增加了.NETAPI。.NETAPI提供了一系列托管的外包类，使开发人员可在.NET框架下，使用任何支持.NET的语言，如VB.NET、C#等对AutoCAD进行二次开发。此外，Autodesk近年发布的AutoCAD版本中也开始支持Java语言，在VisualJ开发环境下，编程人员可以利用Java对AutoCAD的内部数据实现操作，Java作为一种基于Web编程的方式，拓宽了AutoCAD的二次开发程序的可用性。由于针对AutoCAD的二次开发存在的多样性和开放特征，将AutoCAD从单纯的制图软件的应用面拓宽到参数化建模、三维演示、应力分析等诸多方面，应用潜力巨大。2.1.2基于AutoCAD的ActiveXAutomation技术ActiveXAutomation是微软公司推出的一个技术标准，基于OLE技术，其作用是在Windows系统的中管理不同的应用程序，允许应用程序之间相互控制、相互调用。目前，ActiveXAutomation技术已经在Internet、Office系列办公软件的开发中得到了广泛的应用。AutoCAD作为一种具有高度开放结构的CAD平台软件，它提供了强大的二次开发环境。从AutoCADR14版开始，AutoCAD就已经引入了ActiveXAutomation技术。由于ActiveX技术是一种完全面向对象的技术，所以许多面向对象化编程的语言和应用程序（比如VBA与现在的C#），可以通过ActiveX与AutoCAD进行通信，并操纵AutoCAD的许多功能。AutoCADActiveX技术为编程者提供了一种机制，在该机制下，我们可以8 第二章基于AutoCAD的大坝浇筑仿真系统通过编程手段从AutoCAD的内部或外部来操纵它。ActiveX是由一系列的对象，按一定的层次组织而成的对象结构，每一个对象都代表了AutoCAD中一个明确的功能，如绘制各种图形、定义块和图元的属性等。，ActiveX对象中封装了对应的方法和属性，这些属性和方法包含了ActiveX所具备的绝大多数AutoCAD功能，只要通过某种方式，使ActiveX对象得以“暴露”，就可以使用面向对象编程语言对这些对象进行操作，对其中的方法、属性进行引用，从而实现开发AutoCAD的目的。在AutoCADActiveX中提供了各种封装有AutoCAD功能的对象，这些对象可供应用程序通过编程来引用。根据功能的不同，可以把这些对象分成以下五类：图元（Entity）类对象、样式设置（Style）类对象、组织结构（Organizing）类对象、图形显示（View）类对象、文档与应用程序（Document&Application）类对象。图元类对象多为我们可以看得到的图形，如直线、圆弧、多段线、文字、标注等。样式设置类对象包括线型、标注样式等。组织结构类对象用来表示、形成图形文件的组织结构。图形显示类对象则表示如视图、视口等对象。最后一类也就是文档与应用程序类对象，则代表最上层的图形文件和应用程序本身。所有这些对象都是按照层次关系组织起来的。根据它们在AutoCAD中的功能，可以组成一种树形结构，称之为对象模型（ObjectModel）树。图2-1显示了AutoCADActiveX的对象模型树结构，其中“Document”对象的详细结构见图2-2。9 第二章基于AutoCAD的大坝浇筑仿真系统图2-1对象模型树结构图一图中两端有半圆弧的框代表对象（Object），而矩形框则代表集合对象（Collection）。从图2-1中可以看到，AutoCADActiveX对象模型树具有一个根对象“Application”，它包括1个“Preference”对象和3个集合对象。在“Docements”集合对象中的“Document”对象代表了当前的图形文件，该对象下面又有Blocks（图块集合对象，组织结构类对象）、ModelSpace（模型空间集合对象，组织结构类对象）、PaperSpace（图纸空间集合对象，组织结构类对象）等子对象，这些子对象又产生下一级的对象，如“Circle”、“Line”等图元对象，对应着AutoCAD中的各种图元命令，分别可以在图块、模型空间或图纸空间创建各种图元。如图2-2所示。10 第二章基于AutoCAD的大坝浇筑仿真系统图2-2对象模型树结构图二模型树中的对象和集合对象，可分为三种类型：(1)驻留于图形数据库的图元：如“Line”、“Circle”等。(2)驻留于图形数据库的对象：如“Block”、“ModelSpace”、“PaperSpace”等。(3)不驻留于图形数据库的对象和集合对象：这些对象产生的数据不会嵌入DWG文件中，如“Document”、“Database”对象等。2.1.3具体应用[54]（1）系统与AutoCAD软件的连接本文使用C#.NET语言来进行AutoCAD的二次开发，在程序中需要建立AutoCAD与系统之间的连接，常用连接方法包括添加COM组件的形式和添加DLL文件引用两种方式。其中AutoCAD提供的COM组件能够自动被微软平台11 第二章基于AutoCAD的大坝浇筑仿真系统识别，程序移植性好，允许用户从外部对AutoCAD进行运用操作；而添加DLL文件是在项目中寻找系统AutoCAD安装文件中携带的acmgd.dll和acdbmgd.dll两个文件作为系统对AutoCAD的调用通道，并以此为基础开发满足特定需要的DLL文件，作为AutoCAD内部的加载文件，从而实现特定需求的运用。故我们采用COM组件方式实现C#.NET与AutoCAD之间的连接，具体步骤如下：1）在VB.NET菜单栏——“项目”——“添加引用”，“添加引用”界面如图2-3所示。选择COM组件项目，从列表中找到AutoCAD2010TypeLibrary并[49]选取，添加引用。图2-3添加对AutoCAD的引用对话框图2）编写代码创建AutoCAD对象实例，并启动AutoCAD软件。在完成第一步连接，需要在程序中编写相应C#代码，用以启动AutoCAD并获取对应的应用对象。若AutoCAD在当前系统中已启动，则选择获取当前对象，代码语句为：AcadApp=GetObject(,"AutoCAD.Application")若AutoCAD在当前系统中未启动，则选择启动AutoCAD并新建一个对象：AcadApp=CreateObject("AutoCAD.Application")其中AcadApp为Autodesk.AutoCAD.Interop.AcadApplication实例对象。这样就为程序提供了操作AutoCAD的一个顶层对象，通过这个顶层对象来控制AutoCAD模型文件（提取模型信息或对模型进行操作）。（2）AutoCAD内部函数在系统中的应用本混凝土拱坝浇筑系统将AutoCAD2010平台结合到仿真系统中，涉及到识别实体、实体操作与获取实体信息等功能的实现。12 第二章基于AutoCAD的大坝浇筑仿真系统识别实体三维实体模型自身不具备工程属性或施工信息，需要由工程人员对其进行定义，三维辅助建模部分中为了构造能够附带工程信息的三维实体，需要对三维实体进行信息添加。这种信息添加过程在AutoCAD中我们通过扩展字典功能来实现。扩展字典是与AutoCAD中具体应用对象相关联的一种存储额外信息的机制，对于各个特定的应用对象而言，单个对象仅包含一个扩展字典。在运用过程中，用户将与该实体对应的工程信息以扩展记录的方式存入扩展字典，扩展字典可以保存多条扩展记录，在进行使用查找的时候，只需要检索扩展字典中各个扩展记录，并搜索相应关键字，便可以实现获取三维模型中的工程信息这一目的。扩展记录在输入扩展字典过程中，需要用组码来定义其数据类型，我们采用AutoCAD的标准组码对扩展记录进行数据定义，如图2-4所示。如文字类属性，我们采用组码“1”作为类型定义值，对三维浇筑块而言，如浇筑时间、对应用的机械、混凝土类型等均可以用文字属性方式存入扩展字典中。图2-4AutoCAD标准组码图为了完成构造附带工程信息的三维实体，将信息存入扩展字典需要涉及到的函数的调用：利用GetExtensionDictionary方法创建一个对象的扩展字典；利用AddXRecord方法向扩展字典中添加一条扩展记录；利用SetXRecordData方法将数据保存在扩展记录中。13 第二章基于AutoCAD的大坝浇筑仿真系统同理，读取扩展数据时需要用到的函数：利用GetObject方法获得指定的扩展记录；利用GetXRecordData方法读取保存在扩展记录中的数据。实体操作与实体信息提取此外，AutoCAD中的剖分功能模块也是系统中应用较多的功能部分。例如，为了得到某一坝段的某一高程的仓面面积，需要对某个实体执行“切割”命令；为了动态显示大坝的浇筑过程，需要不断从隐藏的实体上面“切“下来一个一个的浇筑块，达到坝体不断上升的效果。针对这些需求中，需要通过AutoCAD的剖分功能模块等来实现，其主要思想是：针对要剖分的对象，选择Slice（或SectionSolid）命令，利用不共线的三个点确定一个平面并将该平面作为切割命令的执行对象，将被剖分对象从切割面处切割开，再针对切割面两侧的实体进行编辑。而为了获取需要显示的特定高程之间的三维块，通常先按照特定部位的底高程位置确立三个点，运用切割命令获取上部实体，再利用切割命令从特定部位[50]顶高程位置确立切割面，经过分割后取下部实体，从而获取需要展示的三维部分，整个过程在程序中个自动完成，对于手工工作而言，形成了极大便利。剖分功能模块的实现过程可以按照如下描述进行：1）确定分割平面slicePt，需要用Point_1，Point_2，Point_3等三个在需要切割高程，且在实体范围内的不共线的点作为切割面的描述基础。Point_1(0)=0:Point_1(1)=1:Point_1(2)=curEl；Point_2(0)=1:Point_2(1)=0:Point_2(2)=curEl；Point_3(0)=1:Point_3(1)=1:Point_3(2)=curEl；其中，curEl为需要切割的高程位置，在计算时取相应点的X、Y、Z方向坐标即可。2）对被选中的实体newObject调用剖分命令进行操作，获取需要的实体部分sliceObj。sliceObj=newObject.SliceSolid(Point_1,Point_2,Point_3,True)solid=(Acad3DSolid)sliceObj除以上介绍的两大功能模块外，在系统中还对其他AutoCAD的功能模块如构造选择集、Group、新建图层等功能有穿插性地应用，故此处不一一详细介绍。2.2基于AutoCAD大坝浇筑仿真模型框架鉴于AutoCAD与ActiveX技术的特点，本混凝土拱坝浇筑仿真系统以14 第二章基于AutoCAD的大坝浇筑仿真系统AutoCAD平台作为系统三维可视化操作的基础，采用面向对象的方法构建系统。系统将AutoCAD技术结合到仿真系统中，便于使用者与三维模型进行交互。利用本系统与AutoCAD互动特性，在AutoCAD中建立三维实体模型，并利用句柄和扩展字典等途径将实体的空间特征与其他工程属性储存在实体中，构建附带多种工程信息的三维模型实体并直接应用于仿真计算过程。大坝形体模型的建立也就是AutoCAD中的三维实体模型的建立。在已经有AutoCAD三维模型的情况下，只需在实体中添加能区分不同实体的仿真信息，面积、体积及坐标等信息均可在AutoCAD模型中提取，充分利用了AutoCAD精确建模、方便建模的优势。在仿真计算阶段，仿真平台运用AutoCAD软件功能块实现大坝三维实体与仿真计算模型之间的互动。例如，当仿真计算需要某一坝段的某一筑块的体积时，仿真模型给出坝段号和仓号等信息，找到相应的AutoCAD模型中的具体实体，然后给定一个高度区间，AutoCAD就可根据这些信息得到此筑块的准确体积。在仿真结果可视化阶段，根据仿真数据库存储的结果数据，就可以实现坝体浇筑的动态演示。并利用扩展字典自动将模拟计算结果和浇筑区同步对应的时间信息、浇筑方量等实际施工信息直接与三维实体结合，从而构建能够反映工程实际浇筑情况的仿真模型。为仿真面貌等信息查询提供基础，同时，也为其他可视化操作提供模型基础和数据基础。模型的构建方式如图所示。图2-5基于三维实体的拱坝浇筑仿真模型构建15 第三章双缆机平台、双供料平台仿真模型第三章双缆机平台、双供料平台仿真模型3.1缆机的调配与干扰我国已建或在建的混凝土拱坝由于地形地质条件限制，浇筑施工方案大多采用缆机承担大坝施工过程中大部分的混凝土浇筑、设备物资的调运工作，例如二滩、小湾及溪洛渡水电站，本研究主要针对缆机来进行仓面浇筑机械联合和干扰规则的确定，其他浇筑机械的机械联合和干扰规则在原理上是相通的。大坝混凝土浇筑过程中，存在施工工艺、温度控制、施工管理等诸多方面的要求。由于进度要求布置多台缆机，各台缆机的运行在空间、时间上必然会受到其他缆机的影响，即存在一定的相互干扰，而且，随着大坝的上升，缆机的工作状态和工作条件也发生变化，也就是说，不同的浇筑面貌，缆机之间的干扰状况也不同。以往的混凝土施工仿真研究中往往未能充分考虑施工机械的状态变化及机械参数的随机性，仅以有限的几个参数来描述施工机械，大大影响了仿真系统反映客观实际的真实性。为了使混凝土拱坝浇筑计算机模拟模型更接近实际情况，仿真系统不仅要考虑缆机之间安全运行要求，同时还要考虑浇筑块浇筑方式、缆机生产率的发挥等问题。在此针对混凝土拱坝缆机在浇筑不同浇筑块时相互干扰问题，提出了缆机联合浇筑和干扰控制的模拟规则。（1）缆机联合浇筑规则大坝浇筑过程中，新开仓时，选定一台空闲机械作为主导机械或基本机械，其他的能够与之联合的机械作为附加机械。能够与一台缆机联合的附加缆机数量是有限制的，这种限制往往与缆机位置布局有关，在研究中，我们为每台机械设定了可能联合的附加机械序列，按照序列选择联合机械。对于序列中的缆机能否与已经选定的基本机械联合浇筑该浇筑块，本研究考虑了以下条件：1）被选的联合机械是否空闲。2）两台机械在供料台取料是否干扰，并满足仓面浇筑作业要求，鉴于施工质量考虑，本研究中机械联合尽量满足仓面平铺法浇筑要求。3）是否受其他浇筑块浇筑机械的制约，这种制约就是后面介绍的缆机之间的相互干扰。4）以上三条是之前仿真模型的缆机联合浇筑规则，此次仿真模型建立时对此进行了优化。在新开仓时，如果空闲缆机不能够满足新开仓号的覆盖要求，则16 第三章双缆机平台、双供料平台仿真模型可以酌情从其他的筑块的附加缆机中，调出若干台缆机加入新开仓号的浇筑，避免缆机空闲。如图所示。图3-1附加机械的退出规则（2）干扰规则设浇筑仓上、下游方向长度为L，单仓浇筑时为本仓号长度，多仓浇筑时取所有仓号中最上游与最下游点间距离。仓面面积为S，宽度为B，采用平铺法浇筑，铺层厚度h，单台缆机小时生产率为Q，混凝土初凝时间为t。缆机的技术性能将直接影响大坝浇筑进度。缆机运行方式设为复合运动，缆机一次循环时间构成包括吊罐对位时间、装卸料时间、加减速时间以及缆机水平和垂直升降时间中的大值。缆机水平和垂直升降时间按照供料平台到所浇仓块的实际距离与速度确定。在安排缆机浇筑工作的方式时，在其工作范围内应解决其间的工作干扰问题，考虑仓内存在模板影响距离。某工程对应其拱坝的坝体布置形式、两岸边坡条件以及国内缆机设备制造水平等综合影响确定了双平移式缆机平台，双供料平台的施工方案。双供料平台的设定使仿真中必须考虑供料平台的选择，及供料能力的确定；双缆机平台使仿真模型必须考虑不同于单缆机平台的缆机的调配以及运行干扰。缆机双平台布置，由于不同平台缆机塔架之间没有干扰，而只是缆机吊罐之间的相互干扰，不同平台缆机之间可以相互跨越，因此，双平台缆机布置情况下，缆机调度相对单平台布置灵活，它对缆机干扰的安全距离的控制没有单平台严格，因此，针对缆机双平台布置的情况设置缆机运行要求如下：1）缆机台数必须满足混凝土初凝时间内层覆盖要求，即0.5SntQ（1）17 第三章双缆机平台、双供料平台仿真模型其中n取大于它的整数；2）满足缆机站位要求，两台以上缆机共同浇筑时，考虑安全距离，仓面的长度LNSafeDisl（2）ABC其中SafeDis设定的缆机安全距离，可以根据缆机双平台布置方式和缆机台数具体确定。l为缆机与上下游模板之间的安全距离。在双平台缆机浇筑时，若为单仓浇筑，缆机的工作范围LABC即为本仓号长度；而多仓浇筑时，缆机的工作范围取所有仓号中最上游与最下游边界点间的距离；N为所有仓面的缆机台数；3）根据缆机台数限制开仓数。3.2双供料平台的模拟1）在两个平台均可以供料情况下，优先使用低线供料平台；2）低线供料平台的供料范围以平面覆盖范围和高程控制，高程上可以给定一个确定高程，也可以按照重载下行或等高度行驶原则确定高度。3）如果所有浇筑块完全处于低线供料平台平面覆盖范围（如图3-2），根据供料平台安全距离、供料效率和供料能力确定是否需要高线供料平台供料。如果满足浇筑覆盖时间（初凝时间要求）和低供料线供料小时拌合能力要求可以以低线供料平台供料浇筑，否则需要高线平台支援。4）记录低线供料平台月供应混凝土量，如果超过一定规模，后浇块以高供料线供料。5）对于图3-3情况，优先安排的缆机用低供料线，其后安排的缆机用高供料线。图3-2两个浇筑块处于同一供料平台覆盖图3-3低供料平台不能完全覆盖两个浇筑块18 第四章高拱坝施工进度仿真系统第四章高拱坝施工进度仿真系统4.1系统仿真基本理论系统仿真也称作系统模拟，系统仿真的定义为：“仿真是在数字计算机上进行实验的数字化技术，它包括数字与逻辑模式的某些模式，这些模型描述某一事件或经济系统（或它们的某些部分）在若干周期内的特征。”系统仿真三要素包[4]括：系统、系统模型、计算机。系统模型建立于现实系统之外，能够按照特定规则模仿显示系统的运行状态，表达系统随时间的变化过程。因此，系统仿真的优势在于它可以独立于真实系统，既能反映真实系统的情况，相对于物理实验而言，又具有低成本，易改变，易操控等特点，而且对于某些不可物理实验的系统，系统仿真依然可以实现模拟功能；对比解释模型而言，系统仿真模型可以考虑多因素，尤其是考虑具有复杂机理作用关系的因素影响时，仿真模型具有更为突出的优势。在处理复杂系统时，系统仿真是最为有效的方式之一。系统建模仿真实验二次建模模型计算机[4]图4-1仿真三要素图4.1.1连续系统与离散系统按照系统的状态变更方式与系统时钟的关联关系的不同，系统可以被分为连续系统与离散系统两类。连续系统表示系统前后状态变更情况随时间具有连续性；离散系统表示系统状态变更仅在离散时间点上发生跳跃性变化。在系统仿真中，这两类系统的表达为连续系统模拟和离散系统模拟两种方式。离散事件系统的时间点为离散状态，具有不确定性，事件是引起离散事件系统发生状态变化的原因，时间点与状态变化的发生具有对应关系。而且事件发生与否具有一定随机性，可以被视为在某个时间点瞬间发生的过程，因此难以用数19 第四章高拱坝施工进度仿真系统学公式语言来描述离散事件系统模型，常用排队论以及运筹学等方式对其进行研究。由于混凝土拱坝浇筑施工系统的研究重点是各浇筑柱块（仓面）在各个时间点上的当前浇筑状态、浇筑机械信息、浇筑方量、浇筑高程等工程信息，这些属性和变量都是随着时间呈跳跃性变化，具有非连续性，因此混凝土拱坝浇筑过程可以被视为离散事件系统进行模拟研究。4.1.2离散事件系统仿真基本概念离散事件系统中的系统状态在时间和空间上都是离散的，如工程施工系统就是典型的离散系统。在该类系统仿真中，系统变量是反映系统各部分相互作用的一些事件，系统模型则是反映这些事件的数集，仿真结果是产生处理这些事件的事件历程。针对离散事件仿真系统仿真特点，定义下列基本概念：（1）系统（System）：对真实系统经过抽象提取简化得到的能够反映实际情况的概念整体结构，系统本身可以由多个子系统组成。（2）实体（Entity）：系统边界内部的对象，是组成系统的基本单元，是系统仿真中对真实系统中子系统的具体化表达。实体包括临时实体和永久实体两大[33]类，临时实体在经过一定环节后就会退出系统，具有主动性；永久实体能够贯穿整个系统生命周期，但其改变往往是由于临时实体的变化触发，故具有被动性。（3）属性（Attribute）：作为描述实体性质的存在，可以通过属性的变化来描述实体本身。（4）状态（State）：在某个时间点，表达实体变化情况的属性集。系统状态即表示系统在某个时间点下，所有实体的属性集合。（5）事件（Event）：发生在某个离散时间点上引起系统状态发生变化的瞬间行为，是系统仿真中的重要组成部分，因为仿真的本质在于确定系统运行中发生各个事件的时间点，从而获得仿真所需的结果。（6）活动（Activity）：实体在两个事件之间保持某一状态的持续过程，是系统状态发生变化的标志。（7）时钟（Clock）：模拟过程中，用于度量当前模拟时间的变量，并负责记录模拟时间以及进行推进。系统中一般包含总时钟和子时钟，在面向时间的模拟机制下，只需要设置一个系统总时钟即可；在面向事件的模拟机制下，除了系统总时钟外，对每一个实体要设置子时钟。（8）进程（Process）：描述事件和活动之间的关系，包括某些实体相关的事件或多项活动。20 第四章高拱坝施工进度仿真系统4.1.3仿真策略与模拟时钟推进仿真策略是决定仿真模型的结构的重要因素，常用仿真策略包括三类：（1）事件调度法。其中事件是分析系统的基本单元，系统对事件进行定义并确定系统状态由于事件所受的影响，事件按照时间顺序进行执行后，对该事件可能触发的后续事件进行预测，以此驱动模型的推进。事件调度法中，采用事件表来存放事件，运行时，仿真时钟被推进到当前发生时间最靠前的事件上，调用该事件模块，系统处理完毕后更新并记录系统状态，将仿真时钟向下一个事件推进，直到仿真完毕。（2）活动扫描法。其中活动是分析系统的基本单元，由两个连贯的事件束缚。系统认为模型在各个时刻都包含若干活动，而进入系统的实体都处于某种活动中，当某项活动优先级条件为最高时，程序会调用对应模块对与活动相关的事[33]件进行处理，活动的开始结束时意味着新的事件的触发。活动扫描适用于事件发生受时间和其他约束条件控制，且由于时间不确定性导致后续事件发生时间点无法确定的情况。（3）进程扫描法。其中进程是分析系统的基本单元，系统中会预先将事件和活动相互关联构成进程，任何一个特殊时刻，只有一个活动被开始。系统控制包括两份事件表，一份是未来事件表，包括发生时间点晚于当前时间的所有事件；一份是当前事件表，包括当前时间下符合被执行条件的所有事件。当仿真时钟推进到某事件发生时刻，便会调用该事件模块进行处理。如果当前事件表被完成，则会从未来事件表中选取最靠前的事件作为当前事件表的组成，这个过程会被重复道仿真结束。离散系统中，系统状态呈跳跃性变化，只需确定各事件发生时间和各时刻的系统状态，便可以掌握系统的动态变化过程，模拟时钟推进方法一般包括两种：一种是固定增量时间推进法。仿真程序初始化阶段，要确定模拟时钟的推进步长△t，即足够小的时间间隔。系统开始仿真循环，仿真时钟推进，每一次循环，仿真时钟增加一个步长△t，每次时钟推进，要扫描系统中有无事件发生或结束并相应地改变系统状态，如此循环往复，直到系统中再无事件发生。一种是下一事件推进法。仿真程序以系统中的发生的前后两个事件的之间的时间差为增量△t，每次推进都要计算后续事件将要发生的时刻，并按照计算时间向前推进仿真时钟。所以仿真前须按照发生的时间顺序对各个事件进行排序，仿真时钟将会按照顺序推进。某一事件发生时，系统会扫描所有的活动，然后处21 第四章高拱坝施工进度仿真系统理相应的“当前活动”，并计算由该事件触发产生的后续事件的发生时刻，活动处理完毕之后，仿真时钟将根据计算结果推进。如此不断循环，直到仿真过程结束。在混凝土拱坝浇筑仿真研究中，通常采用固定增量时间推进法，通过设置合适的时间增量，在仿真时钟每次推进后，扫描系统中所有的柱块实体、机械实体以及其它实体，对发生状态变化的实体进行状态的变更以及记录，仿真计算完成后，得到混凝土拱坝浇筑面貌信息，从而可以反映整个混凝土拱坝浇筑过程。结合分析，离散事件系统仿真的一般步骤可以用图2-2所示。确建设运模系模定立计行型结开统型仿仿仿仿校果结始建改真真真真核输束模进算模程程改出法型序序进[34]图4-2离散事件系统仿真步骤图4.2拱坝施工仿真基本理论4.2.1拱坝施工模拟机制高拱坝混凝土浇筑施工是一个以浇筑机械和浇筑坝块交替选择，以及坝块的浇筑活动为循环反复的过程。高拱坝的施工主要是按一定顺序对各坝段进行浇筑。在混凝土浇筑时，首先从所有空闲的浇筑机械中选择间歇时间最长的浇筑机械，然后，在该机械浇筑控制范围内选择满足各种控制或约束条件的可浇筑块，并根据坝块所在的空间位置、坝块大小，以及在浇筑机械的混凝土运输能力的情况下，判断在允许时间（混凝土初凝时间）内完成指定仓面的混凝土铺层活动所需的浇筑机械数量，从剩余浇筑机械中选择合作机械，之后开始此坝段的浇筑。一个坝块浇筑结束后将进行下个循环，在条件允许的情况下，可以同步进行多坝块浇筑。坝体混凝土浇筑是以浇筑机械为“服务台”，浇筑坝块作为浇筑服务“对象”的一个复杂的、多级的随机有限源服务系统。其中供料线及浇筑机械作为服务台，分别对浇注机械及浇筑坝块服务；坝块在浇筑过程排队等待浇筑机械的浇筑服务。根据对混凝土拱坝浇筑过程特点与系统仿真基本理论的研究分析，我们将混22 第四章高拱坝施工进度仿真系统凝土拱坝浇筑施工过程视为离散事件系统进行研究。混凝土拱坝浇筑过程模拟采用面向时钟的模拟机制，即按照时间步长法实施仿真时钟的推进。其基本思想为：设定时间步长为t，仿真时钟每次由t推进t到达tt后扫描系统，确定是否有事件发生，如果发生事件，则针对事件进行处理，系统中的相关实体也对应进行状态和属性的变化，并记录事件发生时间tt。为保障仿真精度，我们应当将时间间隔设定得足够小，但是在以往情况下，由于计算机硬件水平无法满足如此巨大的运算需求，所以，以往仿真时间间隔相对较大。现在，计算机软硬件水平的提高足以保证计算速度，使得进一步缩小时间间隔成为可能。该机制一般在系统中确定一个系统总时钟作为系统仿真推进的度量依据，为便于统一，系统仿真时钟采用有效工作时间的总值作为时钟计数基础，设我们确定的一个时钟值为T，根据确定的模拟规则约束，对T到T+t时刻内系统中各个对象活动的状态变化进行预测，表示对一个过程完成模拟，然后仿真时钟再增加一个时间步长，循环下去，就可以了解一个时间段内系统的行为特征。4.2.2拱坝浇筑仿真规则拱坝浇筑仿真规则主要包括四方面的规则：仓面开仓规则、机械联合浇筑和干扰规则（第三章已介绍）、非混凝土浇筑综合模型建模规则、日历时间与有效[56]工作时间。（一）仓面开仓规则对于浇筑机械的总体来说，某一个时间可浇坝块往往有很多，由于开仓数的限制，只能选择一块或几块开浇。如何确定即将开浇的坝块，是大坝混凝土仓面进度安排的一个重要问题。诸如施工工艺要求、相邻坝块高差、特殊部位施工、层间间歇期等因素都会影响可浇坝块的确定。选择拟浇坝块同时须遵循最低高程原则、坝块均衡等原则。因此，可浇坝块的选择是一项复杂且具有一定灵活性的工作，在此可利用计算机进行辅助决策，将大坝浇筑进程中所有的备仓完毕的浇筑块逐一扫描，根据程序中设定的施工控制条件来判断哪些坝段可以开浇。（1）层间间歇期层间间歇期是指一个仓面浇筑完毕到浇筑该仓上层仓面所间隔的时间。不同的浇筑部位、不同的浇筑季节往往由于混凝土标号或者结构上的原因，间歇期时间的确定是不同的。在本系统中，层间间歇的选取可以根据具体的工程施工要求，按照强约束区、弱约束区和脱离约束区选取。另外大坝坝体上布置有导流底孔、泄洪深孔和表孔等结构复杂，施工难度较大的孔洞部位，由于对大坝混凝土浇筑进程影响较大，可以根据现有的施工经验，对孔洞部位施工间歇期单独选取。23 第四章高拱坝施工进度仿真系统（2）高差限制高差限制的主要目的是：为避免纵缝键槽被挤压，影响灌浆质量；避免过大的剪切变形对横缝止水设施的不利影响；避免先浇块长期暴露，受气温骤降引起表面裂缝，高差应该在允许高差范围内，它包括不同坝块之间的相邻高差、坝段间不同仓面的相邻高差以及坝块之间的最大高差。在施工控制系统中可以根据工程情况进行具体设定。（3）浇筑面貌控制大坝不同部位的浇筑要求按照不同的面貌形状上升，如河床坝段浇筑为了立模方便要求相邻坝段高低相间地上升，而岸坡坝段为了保证坝体稳定性要求坝段高程呈现台阶状等，这些要求在坝体上升过程中都必须得到满足。（4）施工工艺要求一个大坝包括各种构件，它们在施工上有不同的工艺要求，例如，过水时候要求过水缺口内同一个仓之间柱块浇平；导流底孔、泄洪深孔和表孔由于孔洞底板、顶板施工的工艺停工。在系统中，可以根据各部位的结构特点、施工工艺要求，在大坝浇筑至这些部位时，改变控制条件。（5）施工干扰限制在大坝施工过程中，选择的可浇块由于和相邻坝块施工机械干扰或者模板未拆除影响施工等情况，在这种情况下，仓面不允许开仓。（二）非混凝土浇筑综合模型建模规则混凝土坝施工中，除混凝土浇筑作业是形成大坝的主体作业外,还有浇筑混凝土和满足大坝使用功能要求的大量的其他作业，需要混凝土浇筑机械来完成。如满足混凝土成型要求的模板作业和满足结构受力要求的钢筋作业等；为满足混凝土浇筑需要的混凝土振实设备、施工机具的入仓吊装等，为满足混凝土养护需要的保温材料、冷却水管、灌浆管路等吊装，为满足大坝功能要求（泄洪、发电）的闸门、起闭机、压力管道、监测仪器吊装等。这些起重作业在混凝土施工中除在施工管理和施工方法上尽量减少占用起重机，提高起重机浇筑效率外，对起重机而言，仍占有相当比例。这些作业类型繁多，作业量大，不定因素更多更繁杂，用计算机仿真难度较大，但是对混凝土浇筑来说，是仓面作业必不可少的一个环节。因此混凝土大坝浇筑计算机仿真系统中，按照混凝土辅助作业、大型金属结构安装和灌浆工程三类对其进行简化处理。混凝土坝浇筑辅助作业是指为满足混凝土浇筑需要的模板、钢筋、施工机具、冷却水管、灌浆管道、监测仪器、预埋件等吊装。这些作业一般只是控制混凝土浇筑的开仓时间，在对应的浇筑仓开浇以后，一般起重机的浇筑效率不是控制因24 第四章高拱坝施工进度仿真系统素。这些作业按混凝土技术要求都应在混凝土浇筑开始时全部完成，因此在混凝土施工仿真系统中不需要单独按一个活动来对待，可以在混凝土浇筑开仓的控制条件（即边界条件）中加以简化处理，浇筑仓机械考虑一定的辅助吊装时间。如对于泄洪顶模立模，由于模板架立复杂，在仿真系统中设置立模作业时间，当作业时间超过一个浇筑仓的层间间歇要求时，用模板架立时间来代替该部位的混凝土层间间歇允许间歇期。大型金属结构的吊装是指导流底孔、泄洪孔、压力管道、起闭机等大量金属结构的吊装作业。这些大型金属结构起重量大，占用大坝直线工期，但是数量一般是一定的。对于这些吊装工作，设定其吊装活动发生的部位，在仿真程序中按照施工逻辑关系加入其中。灌浆工程主要指大坝接缝灌浆、固结灌浆。这些作业有一个共同的特点，那就是必须在大坝施工到一定形象要求下方可进行。如固结灌浆经技术改进后可采用无盖重灌浆，但其施工亦控制混凝土开浇时间。灌浆工程对大坝施工有的不控制大坝形象（如接缝灌浆），但其作业受施工形象直接控制，灌浆作业是枢纽进度计划的一个重要内容，有时还控制金属结构安装和大坝能否按期蓄水，因此，可作为一个施工控制条件加入仿真系统中，在工程输出中可以直接查询。（三）日历时间与有效工作时间实际施工时，大坝浇筑受到气象等各种随机因素的影响，而这些随机因素的发生在确定型模拟方法中难以准确给予确定，而且也不能随意加以确定。在随机性模拟模型中，如果能够获得这些随机因素的统计特征，则可以很好地反映这些因素对大坝浇筑地影响。但是随机模型一方面需要以大量的统计资料为基础，同时也需要对大坝浇筑过程进行大量次数的模拟，模拟次数与考虑随机因素的维数呈指数量级变化，因此，在缺乏随机因素资料的情况下，难以建立具有说服力的模型。另一方面，与确定型模拟方法相比，大量模拟得到结果统计后也不便于方案比较。传统的方法（也是规范方法）是用月有效工作天数和每天有效工作小时数来刻画和反映影响大坝浇筑随机因素。以月有效工作时间来反映随机因素的影响，基于这一情况的模拟方法被称为确定型模拟方法。在确定型模拟方法中，目前有两类处理日历时间和有效时间转换的方法。其一是把有效时间即看作日历时间，这种方法每月天数仅有有效时间给定的天数，如月有效天数为25d，则即对应日历的1号到25号。这种方法的缺点是模型中如果包含过水等控制性参数，则很难反映到模型中。另外一种方法即为俗称的“拉橡皮筋”方法，本模型即是采用的此方法。该方法有效时间与日历时间是以一定的比例相对应的，如有效工作时25 第四章高拱坝施工进度仿真系统间若为1时，当前月份的有效工作天数为28d，日历天数为31，每天为20.5h，则有效工作时间若为1时相当于(31*24)/（28*20.5）=1.296h，这种方法和上一方法的优缺点正好相反，但可能把有效时间折合到日历时间时出现看上去每天都在浇筑的情况，而实际上浇筑机械最多工作25d，每天为20.5h。4.2.3拱坝浇筑仿真模拟流程混凝土拱坝浇筑仿真需要反复的确定动态仓面划分，并对浇筑机械、浇筑块进行排序，判断柱块、机械的当前状态，更替当前系统状态等，最后直到所有的单元都浇筑完毕，各坝段均到达坝顶高程为止。具体的模拟流程如下（见图2-5）：1.模拟开始，初始化时钟、机械以及筑块；2.查看是否满足新开仓的筑块、机械等条件；若满足，则进行下一步；否则跳到步骤（8）；3.根据可浇筑块序列，确定可浇块；4.查看机械等条件是否满足开仓要求，若满足则进行下一步；否则，跳到（8）；5.确定主导机械，检查其是否满足覆盖要求；6.若不满足覆盖要求，则需要另外寻找联合机械，判断是否满足覆盖要求；7.若满足覆盖要求，则进一步检查是否存在机械干扰；若不存在机械干扰，则确定新开此仓，跳回到（3）；若存在机械干扰，则不开仓，直接跳回（3）；8.时钟t=t+△t；9.判断是否仿真模拟结束，如果否，则跳回（3）；如果是，则结束仿真。26 第四章高拱坝施工进度仿真系统图4-3系统模拟流程总图4.3系统架构与系统展示4.3.1系统结构系统包括四个模块：模型参数模块、模拟计算模块、仿真结果结果输出模块和仿真结果动态演示模块，如图3-8所示。27 第四章高拱坝施工进度仿真系统图4-4大坝浇筑进度仿真系统结构图1）模型参数模块该模块是构建仿真模型的基础，用于管理模拟仿真涉及的所有参数，此模块包括：三维形体模型部分、机械参数部分、时间参数部分、混凝土特征参数部分、施工控制参数部分等。在模型参数模块中，可利用AutoCAD三维模型构造包含仿真信息的大坝形体模型。系统中机械参数部分、时间参数部分、混凝土特征参数部分、和施工控制参数部分可分别与仿真控制规则库连接，在仿真参数编辑过程中，同时更新数据库中的信息。2）模拟计算模块在模拟计算模块，仿真平台运用AutoCAD软件功能块实现大坝三维实体与仿真计算模型之间的互动。例如，当仿真计算需要某一坝段的某一筑块的体积时，仿真模型给出坝段号和仓号等信息，找到相应的AutoCAD模型中的具体实体，然后给定一个高度区间，AutoCAD就可根据这些信息此筑块的准确体积。通过这种互动，仿真计算模块就可以大坝形体信息，结合其他仿真参数就可以进行仿真计算，同时可结合大坝的正视图与俯视图，可以清楚的了解浇筑面貌与各坝段的状态（是否被浇筑，未被浇筑原因），同时了解月浇筑强度的变化与浇筑机械的状态改变。3）仿真结果输出模块为了满足不同人群的使用需求，结果输出模块同时采用了传统图形报表输出模式与基于三维AutoCAD可视化技术的输出模式。其中，图形报表可以为仿真管理人员提供简捷的信息表达，从而便于其明确施工强度，进度和机械利用等信息。而且所有表信息都是加载到一个EXCEL文件中，作为不同的表存在，方便28 第四章高拱坝施工进度仿真系统仿真结果的管理。系统同时提供了多种形式的图形信息，比如月浇筑强度图等，这些图标均可输出到AutoCAD中保存起来。4）仿真结果三维演示模块在仿真结果可视化阶段，根据仿真数据库存储的结果数据，就可以实现坝体浇筑的动态演示。并利用扩展字典自动将模拟计算结果和浇筑区同步对应的时间信息、浇筑方量等实际施工信息直接与三维实体结合，从而构建能够反映工程实际浇筑情况的仿真模型。为仿真面貌等信息查询提供基础，同时，也为其他可视化操作提供模型基础和数据基础。4.3.2系统界面1.系统初始界面图4-5系统初始界面本系统采用基于项目的文件管理模式，可以实现已有项目的打开、删除以及新建项目等功能。项目新建时，新建一个同名文件夹用于存储与本项目相关的文件，包括数据库文件、AutoCAD图形文件（模型文件）、Excel表格文件（用于计算结果的表格数据的输出）、及其其他图形输出文件（AutoCAD格式）。2.形体模型构建29 第四章高拱坝施工进度仿真系统图4-6AutoCAD2010界面图4-7大坝形体模型构建图4-6与图4-7展示的是AutoCAD模型向仿真形体模型的转化过程，将“筑块信息”中的红色和紫色的选项填入相应的内容，然后点击“增加”按钮，就会出现“选择实体”的提示，然后在AutoCAD环境中选择“坝段号”、“仓号”等信息所对应的实体，即可添加实体信息到数据库中，同时AutoCAD中的相应实体也会附加上相应的模拟属性（“坝段号”、“仓号”等）。当AutoCAD模型有改动时，一般需要重新添加。3.仿真参数输入模块该模块是构建仿真模型的基础，用于管理模拟仿真涉及的所有参数，此模块30 第四章高拱坝施工进度仿真系统包括：三维形体模型部分（前面已展示）、机械参数部分、时间参数部分、混凝土特征参数部分、施工控制参数部分等。在模型参数模块中，可利用AutoCAD三维模型构造包含仿真信息的大坝形体模型。系统中机械参数部分、时间参数部分、混凝土特征参数部分、和施工控制参数部分可分别与仿真控制规则库连接，在仿真参数编辑过程中，同时更新数据库中的信息。图4-8拌合机械参数编辑界面图4-9缆机参数编辑界面31 第四章高拱坝施工进度仿真系统图4-10浇筑控制参数编辑界面图4-11时间参数编辑界面时间参数编辑界面主要控制月有效天数与每日有效工作时间两项内容，此两项内容主要受天气影响（风、雨等），在之后的的多方案研究中，将对大风对施32 第四章高拱坝施工进度仿真系统工进度的影响进行仿真计算研究，主要就是通过改变这两项参数来体现大风的影响。图4-12孔洞参数编辑界面对于孔洞参数，在此系统中是必要的。大坝的特殊结构（孔口等）虽然在实体模型中体现得很充分，但是仿真系统并不能直接通过AutoCAD识别这些结构，仍要通过仿真参数的输入来了解这些信息。这需要我们对AutoCAD系统进行深入的了解与研究，来进一步完善此功能。4.仿真计算界面图4-13仿真计算界面33 第四章高拱坝施工进度仿真系统在模拟计算模块，仿真平台运用AutoCAD软件功能块实现大坝三维实体与仿真计算模型之间的互动。例如，当仿真计算需要某一坝段的某一筑块的体积时，仿真模型给出坝段号和仓号等信息，找到相应的AutoCAD模型中的具体实体，然后给定一个高度区间，AutoCAD就可根据这些信息此筑块的准确体积。通过这种互动，仿真计算模块就可以大坝形体信息，结合其他仿真参数就可以进行仿真计算，同时可结合大坝的正视图与俯视图，可以清楚的了解浇筑面貌与各坝段的状态（是否被浇筑，未被浇筑原因），同时了解月浇筑强度的变化与浇筑机械的状态改变。5.仿真结果展示与输出界面图4-14仿真结果动态展示界面在仿真结果可视化阶段，根据仿真数据库存储的结果数据，就可以实现坝体浇筑的动态演示。并利用扩展字典自动将模拟计算结果和浇筑区同步对应的时间信息、浇筑方量等实际施工信息直接与三维实体结合，从而构建能够反映工程实际浇筑情况的仿真模型。为仿真面貌等信息查询提供基础，同时，也为其他可视化操作提供模型基础和数据基础。此界面与仿真计算阶段的界面非常相似，左侧信息栏从上到下依次是时间、正在浇筑块信息、缆机状态信息与月浇筑强度图。在演示过程中，随时可以暂停此过程，从而进入到AutoCAD环境下来进行各种操作，更加准确的了解浇筑进程。34 第四章高拱坝施工进度仿真系统图4-15仿真结果表格输出图4-16大坝浇筑模拟每半年浇筑面貌图（窗口）35 第四章高拱坝施工进度仿真系统图4-17大坝浇筑模拟每半年浇筑面貌图（AutoCAD）图4-18大坝浇筑进度横道图（窗口）36 第四章高拱坝施工进度仿真系统图4-19大坝浇筑进度横道图（AutoCAD）为了满足不同人群的使用需求，结果输出模块同时采用了传统图形报表输出模式与基于三维AutoCAD可视化技术的输出模式。其中，图形报表可以为仿真管理人员提供简捷的信息表达，从而便于其明确施工强度，进度和机械利用等信息。而且所有表信息都是加载到一个EXCEL文件中（如图4-15所示），作为不同的表存在，方便仿真结果的管理。系统同时提供了多种形式的图形信息，比如月浇筑强度图等，这些图标均可输出到AutoCAD中保存起来。37 第五章大坝浇筑规律分析与研究第五章大坝浇筑规律分析与研究5.1工程概况该水电站坝址控制流域面积约43.03万km2，占流域面积的91.0%，电站的开发任务以发电为主，兼顾防洪，并促进地方经济社会发展和移民群众脱贫致富。工程建成后还有拦沙、发展库区航运和改善下游通航条件等综合利用效益，是“西电东送”的骨干电源点之一。电站装机容量16000MW，多年平均发电量640.95亿kW×h，保证出力5500MW。水库总库容206.27亿m3，调节库容104.36亿m3，防洪库容75亿m3。该电站枢纽工程主要由拦河坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等部分组成。拦河坝采用椭圆线混凝土双曲拱坝，坝顶高程为834.00m，最大坝高为289m，拱冠梁顶宽14m，底宽63m，厚高比0.218，最大拱端厚度85.45m。坝顶中心线弧长709m，共分31个坝段。坝身布置6个表孔和7个深孔两层孔口。表孔为开敞式溢洪道，自由堰流，对称于溢流中心线布置，堰顶高程810.00m，孔口断面尺寸为14m×15m；深孔布置在表孔闸墩下方，底槛高程为726.11~714.18m，孔身断面尺寸为4.8m×12m，末端设弧形工作闸门，孔口尺寸5.5m×8m。坝体设置7个导流底孔，其中4个高层导流底孔底槛高程665.00m，孔口尺寸为5m×7m，3个低层导流底孔底槛高程630.00m，孔口断面尺寸为6m×10m。5.2仿真边界条件5.2.1混凝土浇筑期年内各月的有效施工天数降雨和气温条件对混凝土浇筑均有较大影响，按照科研报告提供的某工程的气象情况，本研究浇筑期年内各月的有效施工天数如下表5-1。日有效工作小时20h。38 第五章大坝浇筑规律分析与研究表5-1：各月有效工作天数表月123456789101112全年份天29.526.923.723.123.722.423.725.6252529.330.8308.7数说明：考虑强风影响方案10月至2月在此基础上有调整5.2.2间歇期、浇筑块厚、初凝时间根据各个方案浇筑块厚不同，强约束区的间歇期取7d；弱约束区的间歇期取7d，脱离约束区的间歇期取7d。导流底孔和中孔底板工艺暂停取间歇期为15d，导流底孔和中孔顶板工艺暂停取间歇期为25d；泄洪中孔底板工艺暂停取间歇期60d，泄洪中孔顶板工艺暂停取间歇期为20d；表孔底板工艺暂停取间歇期为15d，表孔顶板工艺暂停取间歇期为15d。模拟计算中强约束区的浇筑块厚取3m，弱约束区的浇筑块厚取3m，脱离约束区的浇筑块厚取3m，浇筑层厚为0.5m。强约束区系数0.2，弱约束区系数0.4。各月份混凝土初凝时间均为4h，允许拆模时间3d。5.2.3其他施工控制参数（1）高差控制相邻坝段间最大高差取12米，至少高差取3米。整个大坝最高和最低块高差小于33m。仓面之间允许的最大高差为8米，至少高差为3米。台阶法浇筑的最大高度为2.0米，最小台阶宽度为26.4米，最小层厚0.5米。（2）固结灌浆灌区混凝土最短龄期120d，同冷区混凝土最短龄期90d，盖重要求龄期60d。（3）特殊部位施工对于导流底孔、中孔，泄洪底孔、中孔、表孔、模拟中的所取部位的块厚、间歇期如表所示。39 第五章大坝浇筑规律分析与研究表5-2特殊部位施工参数表项目坝段高程层厚与间歇期层厚3m导流底孔17#～19#坝段630-640间歇10d13#～14#坝段层厚3m导流中孔665-67222#～23#坝段间歇10d15#～15#坝段726.1-738.121#～21#坝段16#～16#坝段722.7-734.7层厚3m泄洪中孔20#～20#坝段间歇10d17#～17#坝段719.8-731.819#～19#坝段18#～18#坝段714.2-726.2层厚3m泄洪表孔15#～21#坝段810-825间歇10d12#～12#坝段13#～13#坝段14#～14#坝段15#～15#坝段16#～16#坝段17#～17#坝段各坝段基础高程12m层厚1.5m基础18#～18#坝段以上左右间歇5d19#～19#坝段20#～20#坝段21#～21#坝段22#～22#坝段23#～23#坝段说明：后面部分方案孔洞施工参数有所调整（4）跳仓浇筑及浇筑规则根据某工程特点，模拟计算中，岸坡坝段最优先安排浇筑，全坝段接近老混凝土的仓优先浇筑，除此之外，均考虑最低块优先安排浇筑的原则。岸坡坝段浇筑控制方式为下块高于等于上块。各坝段基础处理完工时间为2016年3月1日5.2.4机械参数本工程混凝土入仓主要手段为缆机。模拟计算中缆机台数大多数方案为6台（一个方案为7台），缆机型式为平移式缆机，双平台布置。模型中缆机运行40 第五章大坝浇筑规律分析与研究方式设为复合运动，缆机一次循环时间构成考虑了吊罐对位时间、装卸料时间、加减速时间以及缆机水平和垂直升降时间中。缆机水平和垂直升降时间按照供料平台到所浇仓块的实际距离与速度确定。有关缆机运行参数见表5-3。表5-3：缆机主要技术参数表机械名称布置方式主要技术参数说明3吊罐容量9m，装料时间125s，卸料时间140s，空罐升双平台布置降速度3.5m/s，下降速度3.5m/s,重罐上升速度2.5m/s，平移式缆机水平速度7.5m/s，小时最多循环次数为15次，每浇混双供料线取料3凝土方量10万m，进行换绳，需要时间3d。每仓浇筑完毕考虑3h设备转移与辅助吊装。5.3计算方案设计用计算机仿真方法研究大坝浇筑方案，通常需要设定若干计算方案。通过方案比较掌握大坝浇筑施工特性。本次模拟设定了7个计算方案（如下表），其中方案1为基本方案，研究坝体浇筑的基本规律。本节以后结果分析中主要方案1以及与比较方案相比结果变化大的方案进行了比较分析。方案5、7和与之相对应的方案的结果差别不大，在本文没有进行分析。表5-4案例方案设计表方案方案计算参数目的方案1上述基本计算参数（多数设计方提供）研究坝体浇筑基本规律方案2方案1基础上调整孔洞施工参数研究孔洞施工时间对浇筑进度影响方案3固结灌浆参数调整研究固结灌浆方式对浇筑进度的影响方案4方案1基础上调整强风期月有效施工天数研究强风季节对浇筑进度的影响方案5调整接缝灌浆拟灌区等龄期、悬臂高度研究接缝灌浆龄期和悬臂高度对浇筑进度的影响方案6方案4的基础，低缆机平台增加一台缆机研究增加一台缆机对于强风季节施工进度影响方案7改变泄洪底孔施工期间的缆机收仓后仓研究泄洪底孔施工期缆机辅助吊面转移和辅助吊装时间装对于浇筑进度的影响41 第五章大坝浇筑规律分析与研究5.4基本方案（方案一）计算结果分析5.4.1方案1的月混凝土浇筑强度与工期分析方案1的浇筑工期为52.83个月。根据表5-5和图5-1，方案1月浇筑混凝土强度最大值为24.39万方，出现在2019年12月。与此基本相当的月强度值24.3万方和23.26万方出现在2018年11月和2017年12月。年度浇筑高峰值为244.65万方，出现在2019年，与此基本相当的年高峰强度为243.01万方，出现在2018年。因此可以认为：某工程大坝浇筑混凝土高峰年为2018年和2019年。根据表5-9来看，高峰年份2018年坝体平均浇筑高程浇筑范围为660-716，高峰年份2019年坝体平均浇筑高程浇筑范围为716-788，处于坝体中部100m范围，泄洪底孔上下50m范围。这部分坝体单仓号体积大，可浇筑坝段也多。因此高峰年和高峰月浇筑强度的出现时间是合理的。坝体月浇筑强度年内有波动，这种波动与月有效施工天数、浇筑部位以及过孔洞、基础固结灌浆、最大悬臂高度控制等因素相关。表5-5方案一混凝土月浇筑强度表年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月总计2016002.936.327.423.999.610.636.8112.7416.6714.8191.92201711.8414.0615.4413.1216.417.7916.314.914.2917.4120.7923.26195.6201822.3322.1215.6717.820.6818.9219.9721.8419.6320.6924.319.06243.01201922.919.2618.1917.3918.6116.9820.7921.5920.9220.4323.224.39244.65202022.3119.2314.8812.8312.1211.64.410000097.3830100025800206001540010200500357911135791113579111357911135720162017201820192020图5-1方案一月浇筑强度直方图42 第五章大坝浇筑规律分析与研究5.4.2方案1的机械月混凝土浇筑强度与效率分析缆机浇筑强度分析：根据表5-6和图5-2，方案1的6台缆机平均月浇筑高峰强度最高为4.1万方，出现在2018年11月和2019年12月。为泄洪底孔开始安装钢衬前和坝体浇筑到788高程左右。与其他工程相比，缆机平均月强度并不高。表5-6方案一缆机月浇筑强度统计表高层缆高层缆高层缆低层缆低层缆低层缆年份月份平均机1机2机3机1机2机3201630.560.540.520.470.470.440.5201641.061.11.11.11.111.1201651.21.31.181.421.281.171.3201660.690.760.720.690.660.580.7201671.71.751.731.611.761.341.6201681.952.081.721.591.881.531.8201691.421.391.310.91.120.831.22016102.372.52.1422.311.652.22016113.223.372.92.462.42.52.82016122.882.612.252.622.42.242.5201712.032.331.961.92.091.652.0201722.532.52.082.282.752.12.4201733.072.882.542.682.622.672.7201742.412.242.212.312.251.882.2201753.13.052.292.852.892.422.8201763.223.043.073.242.722.713.0201773.072.652.712.862.482.732.8201782.642.742.362.682.212.42.5201792.782.552.322.612.112.132.42017103.362.893.252.982.242.92.92017114.063.423.653.423.343.163.52017124.154.14.143.723.863.593.9201813.843.683.743.743.534.023.8201824.073.743.873.913.233.543.7201832.952.832.342.922.672.72.7201843.252.892.83.173.122.833.0201853.713.353.313.623.413.493.5201863.263.173.023.363.213.083.2201873.733.523.073.423.143.343.4201883.93.433.833.883.673.383.7201893.773.413.193.133.223.173.32018104.053.693.483.243.143.333.543 第五章大坝浇筑规律分析与研究高层缆高层缆高层缆低层缆低层缆低层缆年份月份平均机1机2机3机1机2机32018114.594.074.324.23.444.034.12018123.8333.313.212.893.043.2201913.913.864.153.93.83.573.9201923.513.533.13.083.412.873.3201933.163.213.43.113.412.943.2201942.943.213.312.642.692.792.9201953.313.343.093.173.112.793.1201963.063.023.062.822.332.922.9201973.743.663.673.323.343.293.5201983.923.574.023.213.583.523.6201994.23.883.962.593.333.153.52019103.983.513.533.23.393.043.42019114.283.644.023.294.493.693.92019124.324.294.014.174.173.674.1202014.033.583.843.723.573.823.8202023.543.193.013.352.973.373.2202032.22.882.392.092.482.992.5202042.251.752.192.212.222.332.2202052.082.021.992.011.982.182.0202062.061.981.931.9921.772.0202070.830.820.640.710.750.720.74.54.03.53.02.52.01.51.00.50.0357911135791113579111357911135720162017201820192020图5-2方案一缆机平均月浇筑强度直方图缆机浇筑混凝土效率分析：根据表5-7和图5-3，高峰时段2018年和2019年，6台缆机平均月综合浇筑混凝土效率大多在50%以下，少数月份在50-60%之间。根据表表5-8和图5-4，高峰时段2018年和2019年，6台缆机有效时间内平均月浇筑混凝土效率大多在70%以下，少数月份在70-80%之间。这说明缆机有较44 第五章大坝浇筑规律分析与研究为将近20-30%的时间可以用于辅助吊装。表5-7方案一缆机综合效率统计表高层缆高层缆高层缆低层缆低层缆低层缆年份月份平均机1机2机3机1机2机3201630.1510.1470.140.1260.1260.1190.13201640.2770.2870.2870.2870.2870.260.28201650.2830.3060.2760.3340.3010.2750.30201660.1580.1730.1630.1570.1510.1420.16201670.3570.3690.3620.3410.3690.3030.35201680.3940.4170.350.320.3750.3180.36201690.2810.2670.260.1760.2140.1650.232016100.4240.4460.3820.3560.4170.3010.392016110.5610.5860.5060.4290.4230.4390.492016120.460.420.3610.4180.3890.3590.40201710.310.3560.2990.2910.3240.250.31201720.4110.4060.3430.380.4530.3460.39201730.4670.4440.3880.4130.4030.4130.42201740.3770.3540.3460.3760.3550.2930.35201750.4680.4580.3510.4340.4490.3750.42201760.5070.4720.4990.5040.440.440.48201770.4690.4040.410.4570.3790.4130.42201780.40.410.3660.410.3290.3640.38201790.4190.3920.3720.40.3360.3390.382017100.4940.4370.4880.4580.3390.4350.442017110.6080.5160.550.5150.5180.4970.532017120.60.6120.6030.550.5770.5320.58201810.550.5310.5430.5360.530.5840.55201820.610.5830.6110.60.5270.5710.58201830.4260.4150.3460.4250.3920.4090.40201840.4890.4470.4250.470.4610.430.45201850.5360.4980.4890.530.4980.5060.51201860.4870.4770.4560.520.4940.4780.49201870.5330.4930.4490.50.450.470.48201880.5360.4980.5630.5750.5120.5190.53201890.5640.510.4750.490.480.4930.502018100.5680.5220.5020.4680.4420.490.502018110.6480.6250.650.6180.5220.5990.612018120.5320.4370.4730.4530.4250.4470.46201910.5630.5570.5690.5680.5260.5170.55201920.5280.5620.4710.4980.530.4580.51201930.4560.4590.4790.4350.5050.4320.46201940.4530.50.4970.4120.4210.4260.4545 第五章大坝浇筑规律分析与研究高层缆高层缆高层缆低层缆低层缆低层缆年份月份平均机1机2机3机1机2机3201950.4540.4860.4390.4540.4510.4110.45201960.4650.4510.440.4220.3530.4310.43201970.540.5330.5180.4820.4960.4750.51201980.5580.5070.5790.4610.4960.5160.52201990.5990.5660.6010.380.5090.4630.522019100.5590.4990.5220.4660.4790.4550.502019110.6350.5550.5720.4750.670.5560.582019120.6240.6120.5720.5870.5870.5090.58202010.5780.5050.5470.5290.5220.5440.54202020.5370.5180.4840.4890.4650.510.50202030.3550.420.3660.2930.3720.4020.37202040.3540.2780.3350.320.320.3430.33202050.3040.3030.2810.2840.2840.2930.29202060.3140.30.2760.2930.3050.260.29202070.1190.1130.090.1050.1050.1070.110.700.600.500.400.300.200.100.00357911135791113579111357911135720162017201820192020图5-3方案一缆机综合效率直方图表5-8方案一缆机有效时间浇筑效率统计表高层缆高层缆高层缆低层缆低层缆低层缆年份月份平均机1机2机3机1机2机3201630.2380.2310.220.1980.1980.1860.21201640.4320.4480.4480.4480.4480.4040.44201650.4440.4810.4340.5250.4720.4320.46201660.2550.2780.2620.2520.2420.2280.25201670.560.580.5690.5350.5790.4750.55201680.5730.6060.5090.4650.5450.4620.53201690.4040.3850.3750.2530.3090.2370.332016100.6310.6630.5690.530.6210.4470.5846 第五章大坝浇筑规律分析与研究高层缆高层缆高层缆低层缆低层缆低层缆年份月份平均机1机2机3机1机2机32016110.6890.720.6220.5280.520.5390.602016120.5550.5070.4360.5050.470.4340.48201710.3910.4490.3770.3670.4090.3150.38201720.5130.5070.4290.4750.5660.4320.49201730.7330.6970.6090.6480.6330.6490.66201740.5870.5520.5390.5850.5530.4570.55201750.7350.7190.550.6820.7040.5890.66201760.8150.7580.8020.8110.7070.7070.77201770.7360.6330.6440.7170.5950.6480.66201780.5810.5950.5320.5960.4790.5290.55201790.6040.5640.5350.5760.4840.4880.542017100.7340.650.7260.6810.5050.6480.662017110.7470.6340.6760.6320.6360.6110.662017120.7250.7390.7290.6640.6970.6420.70201810.6930.670.6850.6760.6680.7370.69201820.7620.7280.7630.7490.6580.7140.73201830.6680.6510.5440.6670.6150.6410.63201840.7620.6970.6630.7330.7190.670.71201850.840.7820.7670.8310.7810.7930.80201860.7820.7660.7320.8360.7940.7680.78201870.8370.7730.7040.7840.7060.7370.76201880.7790.7240.8180.8350.7440.7540.78201890.8110.7350.6840.7060.6910.710.722018100.8460.7760.7470.6970.6580.7290.742018110.7960.7680.7980.760.6410.7360.752018120.6430.5270.5710.5470.5130.540.56201910.710.7020.7180.7160.6640.6520.69201920.6590.7020.5880.6220.6620.5720.63201930.7150.7210.7520.6830.7930.6780.72201940.7050.7780.7750.6420.6560.6630.70201950.7120.7630.6890.7120.7070.6450.70201960.7480.7240.7080.6790.5670.6920.69201970.8480.8360.8120.7560.7790.7450.80201980.8110.7370.8410.670.7210.750.76201990.8630.8140.8650.5470.7330.6670.752019100.8310.7430.7770.6940.7130.6760.742019110.780.6820.7020.5840.8230.6830.712019120.7540.7390.690.7090.7090.6140.70202010.7290.6370.690.6670.6580.6860.68202020.6950.670.6270.6330.6020.660.65202030.5560.6590.5730.4590.5840.6310.5847 第五章大坝浇筑规律分析与研究高层缆高层缆高层缆低层缆低层缆低层缆年份月份平均机1机2机3机1机2机3202040.5520.4330.5220.4980.4980.5340.51202050.4760.4750.440.4460.4460.4590.46202060.5050.4820.4430.4710.4910.4180.47202070.1870.1780.1410.1650.1650.1680.170.900.800.700.600.500.400.300.200.100.00357911135791113579111357911135720162017201820192020表5-4方案一缆机有效时间浇筑效率直方图5.4.3方案1的机械坝体浇筑进程分析根据表5-9和图5-5，方案1大坝浇筑月平均上升高度5-6m，符合常规工程经验。从图5-5可以看出：初期大坝浇筑呈现中间偏右凸出，两岸低的特征，这主要是：因为中间偏右坝段开浇早，且固结灌浆完成时间早，为了避免老混凝土，中间偏右坝段逐渐超过其他坝段，而两岸坝段由于固结灌浆，影响坝体上升速度。之所以偏右与某大坝河床坝段偏右有关。表5-9方案一各月坝段浇筑高程统计表月末到达年份月份月末到达最低高程月末已浇坝段平均高程最高高程20163546.5553.56550.0120164548558.9555.4520165554566.9560.3720166558.5568.4562.8920167560.8573.5567.3820168564.5579.5572.0620169566581.6573.99201610569586580.23201611577.7594.8586.8201612580.8601592.7948 第五章大坝浇筑规律分析与研究月末到达年份月份月末到达最低高程月末已浇坝段平均高程最高高程20171582.8607597.0220172587.9610601.320173593.9615.99606.7420174596.8621.5611.520175602.8627.5616.5720176608.8633.5622.6520177613.8636.5627.9720178618.3642.5632.3820179623.2645.5636.72201710629.2651.5642.07201711632.2657.3647.58201712640.4663.5653.9820181645.4669.1659.820182649.9675.1665.6820183653.7682670.0720184656.7688674.8320185662.7691679.9620186670.5694684.7620187675700689.9920188679.5704.169620189682.5712.6700.93201810687.3717706.07201811696.3723.32712.15201812702.3732716.7520191705.3735723.5120192716.3741728.3320193719.3746.8734.2620194723.8752.8738.5620195725.7758743.1220196734.3763.3747.6920197737.7769.3753.4120198746.7772.3759.6920199753.2775.3765.88201910762.2781.3772.36201911765.2786.3780.08201912774.2795.4788.5120201784.8804.91796.8520202790.8812.3804.6120203799.8817.5811.4720204806.7824.8818.2720205813834825.2849 第五章大坝浇筑规律分析与研究月末到达年份月份月末到达最低高程月末已浇坝段平均高程最高高程20206819834831.4820207828834834图5-5方案一半年浇筑面貌图5.4.4方案1的老混凝土等其他结果分析方案1的老混凝土方量是8.08万方，受老混凝土影响的混凝土方量是23.32万方。按照孔洞施工时间，无法避免的老混凝土仅有泄洪底孔底板仓，15—21坝段共七个坝段，按照3m筑块高度，每仓混凝土量在5000方左右，无法避免老混凝土量应该在3.5万方左右，其他4.5万方是由于孔洞、固结灌浆和高差控制因素共同制约形成的。接缝灌浆进度方面，坝体浇筑11个月后，坝体平均浇筑至601高程，开始接缝灌浆，至2020年12月份坝体接缝灌浆完成。底部基本每两个月完成一个灌区灌浆，坝体上部基本1个月左右完成一个灌区接缝灌浆。表5-11方案一接缝灌浆进度表最大悬臂灌区代码起始高程结束高程灌浆开始时间灌浆结束时间高度灌区15455542017/02/08/232017/02/11/2364.5灌区25545632017/04/23/032017/04/28/0367.5灌区35635722017/05/26/152017/06/01/1564.5灌区45725812017/08/02/002017/08/09/0066.6灌区55815902017/10/01/052017/10/08/0567.3灌区65905992017/11/25/122017/12/03/1267.3灌区75996082018/01/21/012018/01/30/0168.050 第五章大坝浇筑规律分析与研究最大悬臂灌区代码起始高程结束高程灌浆开始时间灌浆结束时间高度灌区86086172018/02/20/012018/03/01/0167.1灌区96176262018/03/21/132018/03/31/1365.0灌区106266352018/05/24/012018/06/03/0165.0灌区116356442018/07/05/162018/07/15/1662.0灌区126446532018/08/26/152018/09/06/1560.8灌区136536622018/10/30/232018/11/10/2367.0灌区146626712018/12/18/052018/12/30/0567.0灌区156716802019/01/25/232019/02/06/2367.0灌区166806892019/03/15/142019/03/27/1466.8灌区176896982019/04/24/072019/05/07/0765.3灌区186987072019/07/03/022019/07/16/0268.3灌区197077162019/08/15/102019/08/28/1065.3灌区207167252019/09/26/222019/10/09/2262.3灌区217257342019/11/07/132019/11/21/1359.3灌区227347432019/12/13/192019/12/27/1961.0灌区237437522020/01/24/212020/02/07/2164.3灌区247527612020/02/23/212020/03/08/2161.3灌区257617702020/04/01/002020/04/16/0060.0灌区267707792020/05/01/072020/05/16/0758.3灌区277797882020/06/23/232020/07/08/2355.0灌区287887972020/08/15/042020/08/30/0446.0灌区297978092020/09/24/182020/10/09/1837.0灌区308098212020/10/24/172020/11/08/1725.0灌区318218342020/11/23/172020/12/08/1713.05.5其他方案与基本方案的对比5.5.1方案2的计算结果以及与方案1的对比分析方案2的方案参数说明方案2的研究目的是为了与方案1比较孔洞施工时间对于浇筑进度的影响，其孔洞施工参数以及其与方案1的差别如表2-8所示。方案1孔洞层间混凝土浇筑间歇10d，方案2层间间歇为：导流底孔和中孔层间间歇15d，泄洪底孔层间间歇20d，表孔层间间歇13d。总体上方案2考虑孔洞时间有所延长。导流底孔施工时间约延长35d，中孔约延长25d，泄洪底孔约延长25d，表孔40d。51 第五章大坝浇筑规律分析与研究表5-12方案2的参数变化导流底孔导流中孔泄洪中孔表孔方案底板停顶板停底板停歇顶板停歇底板停歇顶板停歇底板停歇顶板停歇歇时间歇时间时间时间时间时间时间时间方案一1525152560201515方案二152015204520说明：单位（天）方案2的月混凝土浇筑强度与工期等结果分析方案2的坝体浇筑工期为53.2个月，比方案1推迟了11天左右。根据前节方案参数，尽管在存在导流底孔、泄洪底孔和表孔的17-19坝段单个坝段孔洞施工时间延长125d左右，但是对于整个坝体工期的影响仅为11d左右。可见导流底孔层间施工时间延长对混凝土浇筑影响不大。方案2的老混凝土方量是5.02万方，受老混凝土影响的混凝土方量是16.38万方。与方案1相比老混凝土量接近必然产生的老混凝土量。表5-13方案二混凝土月浇筑强度表年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月总计20162.936.327.423.999.610.636.8112.7416.6714.8191.92201711.8114.0815.6512.3115.5316.7815.7614.9815.6214.7820.921.54189.74201824.9221.8114.6419.0120.3618.8320.6621.6421.0620.5123.6621248.1201919.9920.5319.6716.519.0717.0119.6321.9321.2120.5123.0824.05243.18202022.3719.6615.2612.7412.2811.375.870.0699.6130100090025800700206001550040010300200510000357911135791113579111357911135720162017201820192020图5-6方案二月浇筑强度直方图52 第五章大坝浇筑规律分析与研究表5-14方案2过孔口时间与方案1以及溪洛渡工程比较（单位d）方案导流底孔导流中孔泄洪底孔表孔方案194.878.6133.383方案2977713486溪洛渡工程79-111130-131*91-143无说明：溪洛渡工程导流中孔为一个坝段布置两个孔，高度9m，本工程布置一孔，高度7m5.5.2方案3的计算结果以及与方案1的对比分析方案3的方案参数说明与方案1相比，方案3模拟边界条件上的变化主要是减少固结灌浆时间，方案3的河床坝段固结灌浆仅考虑1次14d，其他陡岸坡坝段考虑4-5次不等，每次3d。方案3的月混凝土浇筑强度与工期分析与方案1相比，方案3坝体浇筑工期为51.3个月，比方案1的52.83个月提前仅1.5个月。月混凝土浇筑强度方面，方案3的高峰强度为25.87万方，出现在2017年12月，超过25万方的月份还有2018年11月和2019年1月。高峰强度出现早。混凝土浇筑高峰年为2018年，2017年-2018年的浇筑强度较方案1都有较大幅度提高。表5-15方案三混凝土月浇筑强度表年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月总计20162.935.666.669.0910.618.6811.2310.6611.3313.8490.69201714.8614.3216.9317.1518.9117.3118.3616.0917.3120.2324.0825.87221.42201823.0221.3120.0317.1820.9319.4721.122.5920.2621.0325.2521.85254.02201925.0216.5314.2617.1619.1418.4219.4121.6820.1720.1423.123.5238.53202020.4714.9312.2811.787.520.8167.7953 第五章大坝浇筑规律分析与研究3010009002580070020600155004001030020051000035791113579111357911135791113520162017201820192020图5-7方案三月浇筑强度直方图方案3的机械坝体浇筑进程与老混凝土分析对比图5-8和图5-5可以看出：在方案3坝体浇筑进程中，由于固结灌浆时间减少，坝体中间偏右部位上升凸起没有方案1明显，泄洪底孔部位的下凹明显。方案3的老混凝土方量是6.61万方，受老混凝土影响的混凝土方量是20.47万方，也比方案1有所减少。图5-8方案三半年浇筑面貌图5.5.3方案4的计算结果以及与方案1的对比分析方案4的方案参数说明方案4的模拟参数与方案1相比，变化的主要是月有效工作天数和层覆盖时间。方案4的月有效天数确定参照某气象中心提供2013年1-3月坝区强风观测资料，在方案1有效工作天数基础上扣除3-5d超过9级大风的天数，10-12月资料是根据气象中心有关人员介绍推断出来。层覆盖时间由方案1的3-4h缩短为54 第五章大坝浇筑规律分析与研究2-3h。表5-16方案4和方案1的月有效施工天数对比表月份123456789101112全年方案4天数24.521.923.723.123.722.423.725.6252425.325.8288.7方案1天数29.526.923.723.123.722.423.725.6252529.330.8308.7方案4的月混凝土浇筑强度与工期分析表5-17方案四混凝土月浇筑强度表年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月总计20162.796.467.74.799.52108.5713.3513.8814.4791.53201714.412.1114.5517.6317.2916.3717.4518.0213.2116.0120.4320.31197.78201820.51717.4617.2117.7117.7819.6120.616.118.620.1721.23223.97201918.7819.719.1216.6717.4618.6520.3122.5220.8421.2621.7222.25239.28202020.9818.319.4818.2215.1613.8611.723.04120.76251000208001560010400520000357911135791113579111357911135720162017201820192020图5-9方案四月浇筑强度直方图浇筑工期：方案1浇筑工期52.83个月，方案4的浇筑工期53.8，方案4滞后一个月。年浇筑强度：年浇筑强度方面，方案4后期年浇筑强度明显增加，2018年年浇筑强度降低，2020年强度增高。5.5.4方案6的计算结果以及与方案4的对比分析方案6的方案参数说明与方案4相比，方案6在原有6台缆机的基础上增加一台缆机，同时拌合楼由4座增加到5座，增加的一座拌和楼布置在底线系统。方案6的月混凝土浇筑强度分析55 第五章大坝浇筑规律分析与研究表5-18方案六混凝土月浇筑强度表年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月总计20163.036.227.424.3910.4210.718.0814.8517.3913.6996.2201713.6211.917.2218.8619.0915.6916.1516.2117.0820.3221.9723.7211.81201823.112.9619.2323.0624.0121.0721.5723.1320.3822.7320.9322254.17201924.2415.8419.9617.5620.8722.9323.3123.7522.7823.4823.7922.47260.98202017.4314.1213.754.0649.36301000900258007002060015500400103002005100003579111357911135791113579111320162017201820192020图5-10方案六月浇筑强度直方图浇筑工期：方案4浇筑工期53.8个月，方案6的浇筑工期49.9个月，方案6提前3.9个月。浇筑强度：年浇筑强度方面，方案6与方案4相比总体上除最后一年外基本都高于方案4。在泄洪底孔左右浇筑面展开后的，更有利于发挥第七台缆机作用。月浇筑强度方面和方案4相比高峰时段的月浇筑强度有所提高，但总体与方案1持平。5.6结论与建议1.关于强风对于浇筑进度的影响1）由于强风资料缺乏，前期较少考虑强风对浇筑进度的影响，通过本次计算分析结果可以看出：强风对于浇筑进度的影响还是较为明显的。2）缩短层覆盖时间到2-3小时，增加第7台缆机还是有必要的，不仅可以提高54个月完成大坝浇筑目标的保障程度，同时还有提前完成大坝浇筑的可能性。56 第五章大坝浇筑规律分析与研究3）缩短层覆盖时间涉及浇筑模板承载能力的提高，建议进一步研究提高模板承载力的措施。4）强风季节控制新开仓时间也是应对措施之一，增加强风观测资料，把握强风规律，在仿真模型需要进一步考虑。2.关于固结灌浆对于浇筑进度的影响固结灌浆对于浇筑进度的影响比较显著，固结灌浆不仅影响浇筑工期，也影响浇筑面貌，引起浇筑强度波动。有必要研究减少固结灌浆的措施；3.关于孔洞施工时间和钢衬安装对进度的影响固结灌浆孔洞施工时间对于浇筑工期影响较小，但是对于老混凝土影响较大，建议借鉴溪洛渡工程等钢衬安装经验和措施，缩短泄洪底孔的安装时间。4.关于泄洪底孔施工期间缆机辅助吊装在6台缆机配置情况下，某工程泄洪底孔施工期间缆机辅助安装时间是较为充分的，即使延长辅助吊装时间对于整个坝体浇筑进度而言影响不大。5.关于拟灌区龄期对于浇筑进度的影响拟灌区龄期对于浇筑工期影响不大，但是对于老混凝土影响显著。57 第六章结语第六章结语6.1结论某水电站工程大坝为双曲高拱坝，坝高289m，混凝土工程量达880万立方米，计划浇筑工期为54个月。大坝施工方案采用6台缆机，双平台布置，为了提高缆机效率，降低缆机吊深，供料平台采用不同高程双供料平台。双供料平台的设定使仿真中必须考虑供料平台的选择，及供料能力的确定；双缆机平台使仿真模型必须考虑不同于单缆机平台的缆机的调配以及运行干扰。本文所述模型对于以上问题均作了研究。针对混凝土拱坝施工一般采用离散事件仿真方法，并以数值方法建模为常用方法构建大坝形体模型。仿真计算过程中多使用二维平面图展示工程面貌，后期采用GIS等三维平台处理，对仿真结果进行三维演示，实现施工过程重现。针对这一点，本文基于离散事件系统仿真方法和设计应用范围更为广泛的AutoCAD平台，利用ActiveX基于C#.NET对AutoCAD进行二次开发构造混凝土拱坝仿真平台。利用AutoCAD在功能模块，可以实现在AutoCAD中将不包含任何附加信息的混凝土拱坝三维实体模型与仿真信息结合，作为仿真过程中的操作对象，三维实体的面积、体积、坐标等信息均可直接在AutoCAD中获取，三维实体包含的仿真信息可作为计算模型识别实体的标识，将AutoCAD三维模型作为仿真系统的大坝形体模型，从而实现大坝形体模型的建立与可视化在同一平台上。既提高了仿真计算的建模精确性、便利性，并能够在AutoCAD界面中动态展示混凝土拱坝施工过程。本文运用此系统对七个施工方案进行了仿真计算，取得了较为合理的结果，同时表明了本系统的简便性和实用性。通过对基本方案的计算结果的分析以及其与他方案计算结果的对比分析，了解了此水电站大坝的基本浇筑规律，了解了各种因素对大坝施工进度的影响程度，对指导大坝浇筑工作具有相当的指导意义，并对针对施工方案提出了改进意见。6.2今后工作方向混凝土拱坝浇筑施工仿真从80年代的二滩拱坝开始经过数十年的发展，其58 第六章结语仿真方法相对成熟，在不少水利工程项目中得到了广泛的应用，在水利行业得到了认可。本文的研究工作也是在前人的成果上取得了一定的进步，但仍存在许多需要完善的地方：本文着重混凝土拱坝浇筑仿真系统的大坝形体模型的建立、系统与AutoCAD形体模型的信息交互，利用AutoCAD平台对仿真计算结果进行动态演示的功能的开发。然而，系统仍然有很多值得探讨，仍然值得更加深入的研究。（1）仿真结果可视化部分，每次可视化演示时度都必须从大把开始浇筑，这与基于阶段的仿真计算过程相违背，在之后的工作中还需要对此功能进行完善。（2）本文基于AutoCAD的三维功能将AutoCAD三维模型同仿真信息相结合，替代数值模型作为仿真系统的大坝形体模型。但这个替代过程是不彻底的，我们从三维模型中直接获得面积、体积等信息，但是某系坐标信息没有直接在三维实体中获得，而是从另外建立的轮廓线模型中获得。这需要在今后的二次开发工作中进行研究解决。（3）在此系统中，对于大坝的特殊结构（孔口等）虽然在实体模型中体现得很充分，但是仿真系统并不能直接通过AutoCAD识别这些结构，仍要通过仿真参数的输入来了解这些信息。这需要我们对AutoCAD系统进行深入的了解与开发。（4）AutoCAD作为平面设计的先驱，其三维设计功能并不是最强大的，探索其他三维设计软件与仿真系统结合的可能性也是十分必要的。（5）可以考虑将P3等项目管理软件与本系统进行对接，从而获取仿真进度的模拟数据，作为项目管理工作的依据。59 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