小湾工程大坝混凝土浇筑施工计算机仿真系统研究
|
摘要
高混凝土坝施工系统是一个复杂的系统，施工过程中存在一些不确定
因素的影响，致使机械效率不能正常发挥以致影响施工进度。为了使施工
项目按期、高质量的完成，需要制定合理的机械布置方案，监测实际施工
进程，评估实际施工效果，分析影响施工进程的因素，调整后阶段的施工
计划，对施工过程机械实施有效的管理和控制。本文主要研究以下几方面
的问题。
首先用系统仿真的基本原理对混凝土坝施工系统进行分析。用系统的
观点，从系统的角度来看，混凝土坝施工是一个系统。首先通过对混凝土
坝施工系统存在问题状况的分析，确定该系统的目标，然后确定系统的构
成部件及其功能、部件间的关系，系统的影响因素，最后提出混凝土坝施
工系统计算机模拟的辅助决策模型。
然后利用面向对象方法（OOM）建立了小湾混凝土坝施工系统的计算
机模拟模型。由于面向对象的方法更符合人类认识客观世界的方式，OOM
中的对象、类及类继承、封装等概念与现实世界贴近，这为模拟模型的构
造提供了方便。在系统分析的基础上，通过分析传统结构化方法的不足，
重新研究了小湾混凝土坝施工系统的构模。
分析了小湾工程缆机联合浇筑规则和缆机干扰控制的重合度规则，对
充裕度的概念和规则进行了定义，并分析了充裕度与重合度之间的关系。
对小湾混凝土浇筑计算机仿真系统进行设计，提出了设计原则、结构、
所需模型和数据。
建立了小湾混凝土浇筑计算机仿真系统。结合小湾工程实例对大坝施
工进行模拟计算，并对计算结果进行了详尽的分析。
In the concrete-dam construction process, there are many uncertainties influencing
the construction process, which results in the low efficiency of construction machines.
Therefore the concrete-dam construction is a complicated system. In order to
complete the construction project on schedule, it is necessary to make the right
scheme of machines deployment, evaluate the effect of actual construction, analyze
the factors influencing construction process, forecast the construction development
trend, and adjust the construction plan of later works, manage and control the
construction process effectively. This paper studied the questions as follows.
Firstly, in order to model the concrete-dam construction process, the
concrete-dam construction system has been analyzed using simulation theory. Based
on the system theory, the concrete-dam construction is a big system. Analyzing of
actual condition of concrete-dam construction system, the systems objectives were
determined, the system’s structure and function of each structure was defined, the
relation between structures was revealed, and then a simulation model of
concrete-dam construction system was presented.
We applied the object-oriented method (OOM) to established the simulation
model of Xiao Wan construction system. The object-oriented method (OOM) is in
accord with the manner in which mankind understand the world. The conceptions of
OOM such as object, class, inherit and enclose are close to the reality and which make
the modeling process easy. After the system analysis of the construction in Chapter 2,
we restudied the modeling of concrete-dam construction system, establishing a model
of concrete-dam construction system simulation based on the object-oriented method,
which overcome the shortage of traditional structural method.
We analyzed the formula of the crane machine’s workflow and the superposition
degree using in conflicts control when many cranes machine working together.
Abundant Intensity is defined and some characters of the conception is revealed. Then
some discussions are made in the relation between the superposition degree and
abundant intensify.
Xiao Wan Dam Construction simulation system’s design principle, design
method, system structure, modeling approach and data organization are also specified
to some extent.
Xiao Wan Dam Construction simulation system application is developed. We
used the Xiao Wan project as an example to test the application. The simulation of the
construction process is done and the simulation result has been analyzed in detail in
this paper.
因素的影响，致使机械效率不能正常发挥以致影响施工进度。为了使施工
项目按期、高质量的完成，需要制定合理的机械布置方案，监测实际施工
进程，评估实际施工效果，分析影响施工进程的因素，调整后阶段的施工
计划，对施工过程机械实施有效的管理和控制。本文主要研究以下几方面
的问题。
首先用系统仿真的基本原理对混凝土坝施工系统进行分析。用系统的
观点，从系统的角度来看，混凝土坝施工是一个系统。首先通过对混凝土
坝施工系统存在问题状况的分析，确定该系统的目标，然后确定系统的构
成部件及其功能、部件间的关系，系统的影响因素，最后提出混凝土坝施
工系统计算机模拟的辅助决策模型。
然后利用面向对象方法（OOM）建立了小湾混凝土坝施工系统的计算
机模拟模型。由于面向对象的方法更符合人类认识客观世界的方式，OOM
中的对象、类及类继承、封装等概念与现实世界贴近，这为模拟模型的构
造提供了方便。在系统分析的基础上，通过分析传统结构化方法的不足，
重新研究了小湾混凝土坝施工系统的构模。
分析了小湾工程缆机联合浇筑规则和缆机干扰控制的重合度规则，对
充裕度的概念和规则进行了定义，并分析了充裕度与重合度之间的关系。
对小湾混凝土浇筑计算机仿真系统进行设计，提出了设计原则、结构、
所需模型和数据。
建立了小湾混凝土浇筑计算机仿真系统。结合小湾工程实例对大坝施
工进行模拟计算，并对计算结果进行了详尽的分析。
In the concrete-dam construction process, there are many uncertainties influencing
the construction process, which results in the low efficiency of construction machines.
Therefore the concrete-dam construction is a complicated system. In order to
complete the construction project on schedule, it is necessary to make the right
scheme of machines deployment, evaluate the effect of actual construction, analyze
the factors influencing construction process, forecast the construction development
trend, and adjust the construction plan of later works, manage and control the
construction process effectively. This paper studied the questions as follows.
Firstly, in order to model the concrete-dam construction process, the
concrete-dam construction system has been analyzed using simulation theory. Based
on the system theory, the concrete-dam construction is a big system. Analyzing of
actual condition of concrete-dam construction system, the systems objectives were
determined, the system’s structure and function of each structure was defined, the
relation between structures was revealed, and then a simulation model of
concrete-dam construction system was presented.
We applied the object-oriented method (OOM) to established the simulation
model of Xiao Wan construction system. The object-oriented method (OOM) is in
accord with the manner in which mankind understand the world. The conceptions of
OOM such as object, class, inherit and enclose are close to the reality and which make
the modeling process easy. After the system analysis of the construction in Chapter 2,
we restudied the modeling of concrete-dam construction system, establishing a model
of concrete-dam construction system simulation based on the object-oriented method,
which overcome the shortage of traditional structural method.
We analyzed the formula of the crane machine’s workflow and the superposition
degree using in conflicts control when many cranes machine working together.
Abundant Intensity is defined and some characters of the conception is revealed. Then
some discussions are made in the relation between the superposition degree and
abundant intensify.
Xiao Wan Dam Construction simulation system’s design principle, design
method, system structure, modeling approach and data organization are also specified
to some extent.
Xiao Wan Dam Construction simulation system application is developed. We
used the Xiao Wan project as an example to test the application. The simulation of the
construction process is done and the simulation result has been analyzed in detail in
this paper.
引文
参考文献
[1]苑克伦，砼坝混凝土施工系统的实时控制，天津大学硕士学位论文，1989
[2]Grady Booch,Object-Oriebted Development,IEEE Trans On Software Engineering,
1986,12(2),211～221
[3]Chell A. Roberts, Yasser M. Dessouky, An Overview of Object Oriented
Simulation, Simulation, 70: 6, June, 1998, 359-368
[4]O. Byung Kwon, Beishan Jie, An Object-Oriented Approach to Simulation Model
Construction for CIM System, 66: 2, February, 1996,93～105
[5]Tamotsu Kamigaki,Nobuto Nakamura, An Object-Oriented Visual
Model-Building and Simulation System for FMS Control, 67: 6, December, 1996,
373～385
[6]冯惠军、冯允成，一个面向对象的仿真建模框架，系统工程理论与实践，
1995.5,61～66
[7]熊光楞、彭毅，先进仿真技术与仿真环境，北京：国防工业出版社，1997 年
5 月
[8]施炳华，计算机在施工建筑中的应用，中国环境科学出版社，1996 年 5 月
[9]张礼卫，水利工程施工中计算机信息管理系统，人民长江，1998，3，43～45
[10]敖麟、金和平，三峡工程管理系统（TGPMS）的总体结构，三峡工程建设，
1998，9，22～24
[11]朱光熙，计算机模拟技术在水利工程施工中的应用与展望，1994
[12]Halpin,D.W. CYCLONE－A method for modeling job site processes. Journal of
Construction Division, ASCE.103(3). 1977,489-499
[13]Ioannou,P.G. UM_CYCLONE User’s Guide. Department of Civil Engineering,
The University of Michigan,Ann Arbor,Mich. 1989
[14]Halpin,D.W. MicroCYCLONE user’s manual.Div.of Constr. Engrg.and Mgmt,
Purdue University,West Lafayette,Ind. 1990
[15]Paulson,B.C.Jr. Interactive graphics for simulating construction operation. Journal
of Construction Division,ASCE.104(1). 1978, 69-76
[16]Chang,D. RESQUE:A resource based simulation system for construction process
planning. PhD thesis,University of Michigan, Ann Arbor,Mich. 1989
[17]Liu,L.Y.and Ioannou,P.G. Graphical object-oriented discrete-event simulation
system. Proc.Winter Simulation Conf., 1992,1285-1291
[18]Huang,R.Y. Dynamic interface simulation for construction operations. PhD
dissertation, Dept.of Civ.Envir.Engrg., Purdue University,West Lafayette,Ind.
1994
56
参考文献
[19]Odeh,A.M. CIPROS: Knowledge-based construction integrated project and
process planning simulation system. Dept.of Civ.Envir.Engrg., Purdue
University, West Lafayette,Ind. 1992
[20]Martinez,J.C., Ioannou,P.G. General purpose simulation with STROBOSCOPE.
Proc. Winter Simulation Conf., 1994, 1159-1166
[21]AbouRizk,S. and Ruwanpura,J.Y. Special purpose simulation template for utility
tunnel construction. Proc.of the Winter Simulation Conference., 1999,948-955
[22]Hajjar.D.and AbouRizk,S. Simphony:an environment for building special
purpose construction simulation tools. Proc.of the Winter Simulation Conference.
1999, 998-1006
[23]Shi,J.and S.M.AbouRizk. Resource-based modeling for construction simulation.
Journal of Construction Engineering and Management,ASCE. 1997,123(1),26-33
[24]Shi,J. Activity-Based Construction(ABC) Modeling and Simulation Method.
Journal of Construction Engineering and and Management, ASCE. 1999,125(5),
354-360
[25]孙锡衡，钟登华等，地下洞室群施工系统分析. 天津大学学报，1991 年增刊，
9-14
[26]钟登华，孙锡衡，循环网络模拟技术. 系统工程理论与实践，1994.2，7-12
[27]王仁超，王启文等，金沙江溪洛渡水电站施工场内交通与渣场动态优化调度
研究，天津大学水利水电工程系，2001.12
[28]夏大勇，吴庆鸣等，天生桥一级电站溢洪道开挖的计算机仿真， 武汉水利
电力大学学报，1998.2，65-68
[29]巫世晶，贺小明等，大坝碾压混凝土浇筑及施工机械配套的仿真研究，红水
河，1999.2，35-38
[30]王民寿，杨兴国等，小湾水电站地下厂房施工期洞室群施工仿真模拟的研究，
云南水力发电，2000.2，44-49
[31]王仁超，彦德，朱光熙，堆石坝填筑施工过程的管理与控制，水力发电学报，
1996.2， 62-70
[32]秦杰，黄达逵等，三峡大坝混凝土施工实时仿真计算，大连理工大学学报，
2002.5，359-365
[33]吴庆鸣，唐秋鸿，陈东，三维动画在混凝土施工仿真中的应用，中国农村水
利水电，1999.10，38-40
[34]王仁超，邱世明，张立岗，基于 OOM 的混凝土坝浇筑施工模拟系统，水利
水电技术，1999.12，49-53
[35]邱世明， 混凝土坝施工过程管理与控制决策支持系统研究，天津大学硕士
学位论文，2000
[36]钟登华，李景茹，复杂地下洞室群施工交通运输系统仿真与优化研究，系统
仿真学报，2002,14（2）,140-142
57
参考文献
[37]钟登华，胡程顺，复杂工程系统可视化仿真建模方法与应用，系统仿真学报，
2002，14（7），839-843
[38]郑瑛，王建平， 计算机仿真技术在水电工程施工中的应用， 中国三峡建设，
2000.5， 39-40
[39]Mohamed Marzouk, Osama Moselhi, Optimizing Earthmoving Operations Using
Object-Oriented Simulation, Proc. of the Winter Simulation Conference.
2000,1926-1932
[40]Kanna,G.,Martinez,J.C., A Framework for Incorporating Dynamic Strategies in
Earth-Moving Simulations, Proc. of the Winter Simulation Conference.
1997,1119-1126
[41]顾培亮编，系统分析与协调，天津，天津大学出版社，1998
[42]肖田元，张燕云编，系统仿真导论，北京，清华大学出版社，2000
[43]刘藻珍，魏华梁编，系统仿真，北京，北京理工大学出版社，1998
[44]王红卫编，建模与仿真，北京，科学出版社，2002
[45]孙锡衡，齐东海编，水利水电工程施工计算机模拟与程序设计，北京，中国
水利水电出版社，1997
[46]康凤举编，现代仿真技术与应用，北京，国防工业出版社，2001
[47]Shi,J., Object-Oriented Technology for Enhancing Activity-Based Modeling
Functionality. Proceeding of the 2000 Winter Simulation Conference, 2000,
1938-1944
[48]朱海滨，面向对象技术——原理与设计，长沙，国防科技大学出版社，1992
[49]汪成为，郑小军等编，面向对象分析、设计及应用，北京，国防工业出版社，
1992
[50]水利电力部水利水电建设总局，水利水电工程施工组织设计手册（2－施工
技术），北京，中国水利水电出版社，1990
[51]洪维元，胡彬，面板堆石坝填筑施工中几个问题的分析，人民长江，2000.10
18-21
[52]吴哲,孙永娟，混凝土面板堆石坝的料场规划问题，水力发电，1997.10，41-44
[53]冯志军，土木工程施工交通运输系统计算机仿真及图像模拟研究，天津大学
硕士学位论文，1993
[54]Kamat,V.R., Martinez,J.C. Visualizing Simulated Construction Operations in 3D,
Journal of Computing in Civil Engineering, 2001,15(10), 329-337
[55]钟登华，郑家祥等编著，可视化仿真技术及其应用，北京，中国水利水电出
版社，2002
[56]吴家铸，党岗等编著，视景仿真技术及应用，西安，西安科技大学出版社，
2001
[57]王小同，杜芳等，可视化仿真及其应用综述，计算机工程，1998,24(8)，20-23
58
参考文献
[58]张霞，演员模型：一种多媒体数据表达模型，软件学报，1996.8，471-480
[59]Kate Gregory 著，Visual C++5 开发使用手册（康博创作室译），北京，机械
工业出版社，1998
[60]David J.Kruglinski, Scot Wingo., Visual C++6.0 技术内幕，北京，希望电子出
版社，2001
[1]苑克伦，砼坝混凝土施工系统的实时控制，天津大学硕士学位论文，1989
[2]Grady Booch,Object-Oriebted Development,IEEE Trans On Software Engineering,
1986,12(2),211～221
[3]Chell A. Roberts, Yasser M. Dessouky, An Overview of Object Oriented
Simulation, Simulation, 70: 6, June, 1998, 359-368
[4]O. Byung Kwon, Beishan Jie, An Object-Oriented Approach to Simulation Model
Construction for CIM System, 66: 2, February, 1996,93～105
[5]Tamotsu Kamigaki,Nobuto Nakamura, An Object-Oriented Visual
Model-Building and Simulation System for FMS Control, 67: 6, December, 1996,
373～385
[6]冯惠军、冯允成，一个面向对象的仿真建模框架，系统工程理论与实践，
1995.5,61～66
[7]熊光楞、彭毅，先进仿真技术与仿真环境，北京：国防工业出版社，1997 年
5 月
[8]施炳华，计算机在施工建筑中的应用，中国环境科学出版社，1996 年 5 月
[9]张礼卫，水利工程施工中计算机信息管理系统，人民长江，1998，3，43～45
[10]敖麟、金和平，三峡工程管理系统（TGPMS）的总体结构，三峡工程建设，
1998，9，22～24
[11]朱光熙，计算机模拟技术在水利工程施工中的应用与展望，1994
[12]Halpin,D.W. CYCLONE－A method for modeling job site processes. Journal of
Construction Division, ASCE.103(3). 1977,489-499
[13]Ioannou,P.G. UM_CYCLONE User’s Guide. Department of Civil Engineering,
The University of Michigan,Ann Arbor,Mich. 1989
[14]Halpin,D.W. MicroCYCLONE user’s manual.Div.of Constr. Engrg.and Mgmt,
Purdue University,West Lafayette,Ind. 1990
[15]Paulson,B.C.Jr. Interactive graphics for simulating construction operation. Journal
of Construction Division,ASCE.104(1). 1978, 69-76
[16]Chang,D. RESQUE:A resource based simulation system for construction process
planning. PhD thesis,University of Michigan, Ann Arbor,Mich. 1989
[17]Liu,L.Y.and Ioannou,P.G. Graphical object-oriented discrete-event simulation
system. Proc.Winter Simulation Conf., 1992,1285-1291
[18]Huang,R.Y. Dynamic interface simulation for construction operations. PhD
dissertation, Dept.of Civ.Envir.Engrg., Purdue University,West Lafayette,Ind.
1994
56
参考文献
[19]Odeh,A.M. CIPROS: Knowledge-based construction integrated project and
process planning simulation system. Dept.of Civ.Envir.Engrg., Purdue
University, West Lafayette,Ind. 1992
[20]Martinez,J.C., Ioannou,P.G. General purpose simulation with STROBOSCOPE.
Proc. Winter Simulation Conf., 1994, 1159-1166
[21]AbouRizk,S. and Ruwanpura,J.Y. Special purpose simulation template for utility
tunnel construction. Proc.of the Winter Simulation Conference., 1999,948-955
[22]Hajjar.D.and AbouRizk,S. Simphony:an environment for building special
purpose construction simulation tools. Proc.of the Winter Simulation Conference.
1999, 998-1006
[23]Shi,J.and S.M.AbouRizk. Resource-based modeling for construction simulation.
Journal of Construction Engineering and Management,ASCE. 1997,123(1),26-33
[24]Shi,J. Activity-Based Construction(ABC) Modeling and Simulation Method.
Journal of Construction Engineering and and Management, ASCE. 1999,125(5),
354-360
[25]孙锡衡，钟登华等，地下洞室群施工系统分析. 天津大学学报，1991 年增刊，
9-14
[26]钟登华，孙锡衡，循环网络模拟技术. 系统工程理论与实践，1994.2，7-12
[27]王仁超，王启文等，金沙江溪洛渡水电站施工场内交通与渣场动态优化调度
研究，天津大学水利水电工程系，2001.12
[28]夏大勇，吴庆鸣等，天生桥一级电站溢洪道开挖的计算机仿真， 武汉水利
电力大学学报，1998.2，65-68
[29]巫世晶，贺小明等，大坝碾压混凝土浇筑及施工机械配套的仿真研究，红水
河，1999.2，35-38
[30]王民寿，杨兴国等，小湾水电站地下厂房施工期洞室群施工仿真模拟的研究，
云南水力发电，2000.2，44-49
[31]王仁超，彦德，朱光熙，堆石坝填筑施工过程的管理与控制，水力发电学报，
1996.2， 62-70
[32]秦杰，黄达逵等，三峡大坝混凝土施工实时仿真计算，大连理工大学学报，
2002.5，359-365
[33]吴庆鸣，唐秋鸿，陈东，三维动画在混凝土施工仿真中的应用，中国农村水
利水电，1999.10，38-40
[34]王仁超，邱世明，张立岗，基于 OOM 的混凝土坝浇筑施工模拟系统，水利
水电技术，1999.12，49-53
[35]邱世明， 混凝土坝施工过程管理与控制决策支持系统研究，天津大学硕士
学位论文，2000
[36]钟登华，李景茹，复杂地下洞室群施工交通运输系统仿真与优化研究，系统
仿真学报，2002,14（2）,140-142
57
参考文献
[37]钟登华，胡程顺，复杂工程系统可视化仿真建模方法与应用，系统仿真学报，
2002，14（7），839-843
[38]郑瑛，王建平， 计算机仿真技术在水电工程施工中的应用， 中国三峡建设，
2000.5， 39-40
[39]Mohamed Marzouk, Osama Moselhi, Optimizing Earthmoving Operations Using
Object-Oriented Simulation, Proc. of the Winter Simulation Conference.
2000,1926-1932
[40]Kanna,G.,Martinez,J.C., A Framework for Incorporating Dynamic Strategies in
Earth-Moving Simulations, Proc. of the Winter Simulation Conference.
1997,1119-1126
[41]顾培亮编，系统分析与协调，天津，天津大学出版社，1998
[42]肖田元，张燕云编，系统仿真导论，北京，清华大学出版社，2000
[43]刘藻珍，魏华梁编，系统仿真，北京，北京理工大学出版社，1998
[44]王红卫编，建模与仿真，北京，科学出版社，2002
[45]孙锡衡，齐东海编，水利水电工程施工计算机模拟与程序设计，北京，中国
水利水电出版社，1997
[46]康凤举编，现代仿真技术与应用，北京，国防工业出版社，2001
[47]Shi,J., Object-Oriented Technology for Enhancing Activity-Based Modeling
Functionality. Proceeding of the 2000 Winter Simulation Conference, 2000,
1938-1944
[48]朱海滨，面向对象技术——原理与设计，长沙，国防科技大学出版社，1992
[49]汪成为，郑小军等编，面向对象分析、设计及应用，北京，国防工业出版社，
1992
[50]水利电力部水利水电建设总局，水利水电工程施工组织设计手册（2－施工
技术），北京，中国水利水电出版社，1990
[51]洪维元，胡彬，面板堆石坝填筑施工中几个问题的分析，人民长江，2000.10
18-21
[52]吴哲,孙永娟，混凝土面板堆石坝的料场规划问题，水力发电，1997.10，41-44
[53]冯志军，土木工程施工交通运输系统计算机仿真及图像模拟研究，天津大学
硕士学位论文，1993
[54]Kamat,V.R., Martinez,J.C. Visualizing Simulated Construction Operations in 3D,
Journal of Computing in Civil Engineering, 2001,15(10), 329-337
[55]钟登华，郑家祥等编著，可视化仿真技术及其应用，北京，中国水利水电出
版社，2002
[56]吴家铸，党岗等编著，视景仿真技术及应用，西安，西安科技大学出版社，
2001
[57]王小同，杜芳等，可视化仿真及其应用综述，计算机工程，1998,24(8)，20-23
58
参考文献
[58]张霞，演员模型：一种多媒体数据表达模型，软件学报，1996.8，471-480
[59]Kate Gregory 著，Visual C++5 开发使用手册（康博创作室译），北京，机械
工业出版社，1998
[60]David J.Kruglinski, Scot Wingo., Visual C++6.0 技术内幕，北京，希望电子出
版社，2001