Оптимизация параметров линейного строительного потока

Наиболее общепринятой и эффективной формой организации механизированных работ в строительстве является поточная, обеспечивающая равномерные загрузку машин и выполнение работ.

Поток — это параллельно-последовательное выполнение комплекса работ комплектом машин, дифференцированным на отдельные звенья (сочетания машин), осуществляющие технологически законченные циклы работ (например, звенья бульдозеров, скреперов, экскаватора с автосамосвалами, имеющие каждое комплектующие машины). Каждое звено на конкретном участке выполняет работы технологически после выполнения работ предыдущим звеном, готовя, в свою очередь, необходимый задел для последующего звена. В любой момент времени, за исключением периодов развертывания и свертывания потока, каждое звено работает на конкретном участке параллельно другим звеньям в пределах фронта работ потока. При этом под участками имеют в виду составные части линейно-протяженных (автомобильная дорога, подземный или наземный трубопровод и т. д.) или сосредоточенных (карьеры, здания и т. д.) объектов, выполнение работ на которых осуществляется последовательно в соответствии с направлением или конструкцией объекта. Участок характеризуется составом работ, постоянным в его пределах, линейным законом изменения машиноемкости и средними нормами времени на их выполнение машинами звеньев.

При проектировании организации выполнения механизированных работ поточная форма, как правило, представляется в виде графика-циклограммы в прямоугольной системе координат (рис. 1), где на горизонтальной оси (абсцисс) последовательно откладываются участки трассы в соответствии с планом трассы (для автомобильных дорог, трубопроводов) или конструкцией объекта (карьеры, здания), на вертикальной оси (ординат) — календарное время выполнения работ.

Участки объекта обозначают индексами. Комплекты (сочетания) машин нумеруют в порядке технологической последовательности выполнения работ индексами. График работ машин комплекта на объекте — непрерывная кусочно-линейная функция времени выполнения работ.

Рис. 1 График-циклограмма поточного строительства

Итак, в качестве исходных на объект распределены машины типоразмеров, из которых формируются комплекты (звенья) машин. Каждый комплект содержит типоразмеры машин .

Однако в пределах каждого участка звенья машин будут загружены неодинаково, время выполнения работ будет различным, что обусловливает разноритмичность частных потоков (звеньев). Поэтому для обеспечения технологической последовательности выполнения работ на всех участках при условии непрерывного функционирования каждый поток во времени должен быть сдвинут относительно предыдущего на необходимую величину начального шага. В результате разноритмичности потоков шаги на каждом участке будут различными, но не меньшими минимально возможных. Это обусловлено необходимостью обеспечения достаточного фронта работ (как минимум захватки) для последующего частного потока на каждом участке и непересечения его с предыдущим. Величина начального шага частного потока имеет смысл возможных потенциальных простоев в процессе функционирования с соответствующими затратами, если начинать работы на объекте в момент начала работ предыдущего частного потока.

От величины шагов зависит и продолжительность выполнения работ всем потоком на объекте, так как.

(22).

где — продолжительность выполнения работ звеном на участке .

Величина затрат на поточное выполнение работ зависит как от величин первоначальных шагов частных потоков, так и от качества распределения работ на участках между звеньями.

На объектах типа земляное полотно автомобильной дороги при наличии грунта в источниках грунта (резервы, карьеры) минимизация затрат на поточное выполнение работ может быть проведена путем оптимального распределения работ на участках между звеньями потока.

Величина первоначального шага звена (частного потока) должна быть не менее суммы слагаемых шагов для каждого участка объекта:

(23).

где — часть шага, необходимая для обеспечения достаточной длины захватки для звена, работающего по технологической последовательности после звена (рис. 2):

Рис. 2 Определение части шага, необходимой для обеспечения минимальной длины захватки для звена

(24).

где — необходимая минимальная длина захватки для звена (опережение звена), обеспечивающая технологическую возможность выполнения работ, м; - длина участка, м; - часть шага, ч, необходимая для предотвращения возможных пересечений графиков смежных (и) звеньев на участке (рис. 3):

(25).

где — текущий индекс участка при суммировании; - индекс звена, предшествующего в потоке звену; - продолжительности выполнения работ звеньями и на участке; - функции продолжительности выполнения работ звеньями и на участках (=1, …,) нарастающим итогом.

Тогда для любых сопряженных звеньев.

Из массива чисел на начало каждого участка выбирается максимальное значение и принимается в качестве начального шага звена, на величину которого звено вступает в работу позже звена .

Как известно, срок потока, ч, определяется периодом его развертывания (сумма начальных шагов звеньев) и временем выполнения работ последним звеном.

Широкие пределы взаимозаменяемости типоразмеров землеройно-транспортных машин (при возведении земляного полотна автомобильной дороги и при наличии грунта в источниках грунта) в пределах каждого участка с соблюдением технологической последовательности потока дают множество допустимых планов распределения объемов, сроков выполнения, приведенных затрат и себестоимости работ.

Из них надо выбрать оптимальный по условию.

(28).

где — начальный и конечный пункты перебазирования машины на объект в процессе работы и с объекта на базу механизации: — индекс базы механизации.

Функция (28) содержит срок выполнения работ, который требует определения .

Качество и результаты функционирования потока определяются множеством случайных факторов строительного процесса, к которым относятся отказы машин в работе из-за поломок, выпадение дождей, факторы организационного характера (отсутствие указаний технического персонала, болезнь исполнителей, нарушение трудовой дисциплины и т. д.). Учет случайных факторов на стадии проектирования потока затруднен в связи с отсутствием исходной информации в каждом конкретном случае. Поэтому отклонения фактического выполнения работ от планового в конкретных условиях могут быть проанализированы, а график потока — оперативно откорректирован.

На стадии проектирования потока затраты времени на перебазирование машин по объекту можно не учитывать, полагая их незначительными.

Тогда функция цели, руб.,.

после несложного преобразования получает вид машина механизированный строительство объект.

(30).

или, выражая затраты ресурсов машин через объемы работ, получим:

где — искомый объем работ на участке для машин звена в измерителях, изм.;

где — норма времени на выполнение работ на участке в объеме измерителя (или отнесенная к измерителю) машиной типоразмера в звене, маш.-ч/изм.

Условия-ограничения:

• (33)
• (34)

(35).

(36).

(37).

Физический смысл условий:

• — условие (33) — ограничение сверху на возможные объемы работ по способам исполнения на участке, обусловленные технологическими возможностями машин, объемами грунта в источниках грунта и т. д. Если комплекс работ на участке не содержит работ для машин звена или их выполнение машинами звена невозможно, то ;
• — условие (34) — весь объем работ на участке должен быть выполнен;

• — условие (35) — на технологическую последовательность выполнения работ. Величина начального шага должна быть такой, чтобы на каждом участке звено выполняло работы после звена ;
• — условие (36) — определение фактического срока выполнения работ на объекте;

— условие (37) — неотрицательность искомых переменных, которыми являются объемы работ по способам выполнения на участках, начальные шаги звеньев и срок выполнения работ .

Задачу в описанной постановке можно решить с применением стандартной программы симплекс-метода.

Изложенная методика оптимизации загрузки машин по участкам объекта требует как исходного распределения парка машин по объектам программы работ.

Если на участках имеется несколько работ, подлежащих распределению по способам выполнения, то в формулах (31, 35, 36) затраты и время выполнения работ необходимо рассматривать суммарными по всем работам участка, а ограничения (33, 34) рассматривать по всем работам участков.