基于模糊數(shù)學(xué)理論的預(yù)制梁場規(guī)劃建設(shè)及施工管理

梁允偉

(廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和綜合國力的不斷增強(qiáng)，國家對于基礎(chǔ)設(shè)施的需求也與日俱增，其中，高速公路建設(shè)得到了空前的發(fā)展。在高速公路建設(shè)過程中，橋梁建設(shè)是必不可少的環(huán)節(jié)。在橋梁工程施工過程中，一般都是在預(yù)制梁場中制作預(yù)制梁，這是因?yàn)椴捎妙A(yù)制梁結(jié)構(gòu)具有施工方便、施工效率高、施工周期短、便于現(xiàn)場管理等特點(diǎn)。同時(shí)，在預(yù)制梁場內(nèi)制作的成品梁經(jīng)過運(yùn)輸和吊裝安放到設(shè)計(jì)位置上，其質(zhì)量與生產(chǎn)進(jìn)度直接影響整個(gè)工程質(zhì)量與工期進(jìn)度[1]。因此，在橋梁的施工期，對于預(yù)制梁場的選址以及設(shè)計(jì)都是極其重要的。針對預(yù)制梁場的選址與設(shè)計(jì)內(nèi)容包括兩個(gè)方面：預(yù)制梁場的宏觀選址與細(xì)觀設(shè)計(jì)。本文基于模糊數(shù)學(xué)的相關(guān)方法與應(yīng)用，利用多屬性模糊決策理論對預(yù)制梁場場內(nèi)布置方案進(jìn)行評價(jià)，建立模糊多屬性決策模型進(jìn)行計(jì)算分析，并驗(yàn)證其是否與項(xiàng)目實(shí)際相符合。

1 預(yù)制梁場選址的基本原則與影響因素

1.1 預(yù)制梁場選址的基本原則

通常，在主體工程的施工過程中，雖然預(yù)制梁場是作為附屬工地，但是其選址的好壞影響著整個(gè)工程的工期進(jìn)度以及施工成本。因此，通過對國內(nèi)外工程實(shí)例的預(yù)制場選址分析，總結(jié)預(yù)制梁場選擇位置時(shí)須遵守的原則：

(1)預(yù)制梁的生產(chǎn)與橋梁主體工程的施工之間不能相互干擾、相互影響。

(2)應(yīng)在施工區(qū)范圍內(nèi)或者施工區(qū)附近選擇合適的場地作為預(yù)制梁場。

(3)預(yù)制梁的制作受制作材料的影響，為方便施工，應(yīng)與工程主體材料相互利用。

(4)地形和地質(zhì)條件滿足預(yù)制梁的生產(chǎn)要求并能盡量減少臨時(shí)工程量。

1.2 預(yù)制梁場選址的影響因素

除了遵守上述幾項(xiàng)原則之外，預(yù)制梁場選址根據(jù)項(xiàng)目的生產(chǎn)、進(jìn)度、工期以及成本的不同要求，其位置選擇有很大的區(qū)別。因此，在這里總結(jié)以下幾個(gè)方面的因素影響[2]：

(1)場地因素，是否具有合適作業(yè)面積的場地。

(2)運(yùn)輸因素，對外交通和對內(nèi)交通條件是否便利。

(3)費(fèi)用因素，在保證預(yù)制梁的生產(chǎn)效率和質(zhì)量的前提下，工程成本控制是施工單位考慮的主要目標(biāo)。

綜上所述，一般情況下預(yù)制梁場選址思路如圖1所示。

2 三角模糊決策模型

目前模糊數(shù)學(xué)的相關(guān)方法在工程施工中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，不斷參照具體適用工程，其研究已經(jīng)取得巨大的成功[3]。我們可以利用多屬性模糊決策理論對預(yù)制梁場場內(nèi)布置方案進(jìn)行評價(jià)，建立模糊多屬性決策模型進(jìn)行計(jì)算，并驗(yàn)證其結(jié)果是否與項(xiàng)目實(shí)際相符合。

2.1 建立評價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)預(yù)制梁場布置的依據(jù)以及影響因素分析，設(shè)計(jì)方案評價(jià)體系見圖2。

(1)生產(chǎn)安全性：指預(yù)制梁場的場內(nèi)布置設(shè)計(jì)是否能夠保證施工人員安全。

(2)基本生活條件：勞動者在整個(gè)工程順利進(jìn)行中屬于不可缺少的部分。

(3)生產(chǎn)便利程度：根據(jù)預(yù)制梁生產(chǎn)工序的要求，安排合理的空間布局，在生產(chǎn)預(yù)制梁時(shí)各種資源的使用有比較好的流水作業(yè)線路，避免回流作業(yè)，增加成本。

(4)對外交通：若對外交通方便快捷，顯然能夠增加生產(chǎn)效率，有利于成本控制。

(5)內(nèi)部交通：預(yù)制梁生產(chǎn)是一個(gè)連續(xù)的過程，各個(gè)相關(guān)功能區(qū)的運(yùn)輸需方便快捷，并且盡可能減少運(yùn)輸距離，提高工作效率，節(jié)約成本。

(6)梁體運(yùn)輸：在預(yù)制梁場設(shè)計(jì)布置時(shí)，必須將梁體運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸工具、道路情況充分考慮以滿足生產(chǎn)施工需求。

(7)機(jī)械化程度：為了提高預(yù)制梁場的生產(chǎn)效率，預(yù)制梁場在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該最大限度發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的作用。

(8)土地利用率：預(yù)制梁場的布置應(yīng)該因地制宜，力求以最小的布置用地達(dá)到最大的生產(chǎn)力度，滿足項(xiàng)目工程的需要。

(9)梁臺和模具利用率：通過比較精確的定量分析得到合理的生產(chǎn)設(shè)計(jì)，保證工程能夠按時(shí)按質(zhì)完成目標(biāo)。

(10)租地與征地費(fèi)用：通常是采用租賃的形式來獲得場地使用權(quán)，要合理地進(jìn)行租地與征地，在不影響工程進(jìn)度的情況下，盡可能地節(jié)約成本。

(11)場地平整費(fèi)用：不同的地段，因其地質(zhì)情況不同可能平整地面的費(fèi)用也不相同，因此，在合理滿足工程需要的情況下，須盡量減少土地的平整費(fèi)用。

(12)設(shè)備運(yùn)行和勞動力成本：合理地對機(jī)械設(shè)備和人工勞動力需求進(jìn)行分析，得到最適合的配比，達(dá)到比較好的成本控制目標(biāo)。[4]

圖2 評價(jià)指標(biāo)體系示意圖

2.2 構(gòu)造模糊決策模型

模糊多屬性決策模型相對于傳統(tǒng)的經(jīng)典多屬性決策模型來說，多了一個(gè)模糊因子，使最后的決策更加合理。下面對該模型進(jìn)行定義：令被評價(jià)的方案的集合為C={C1，C2，…，Cm}，每一個(gè)方案都有一個(gè)自己的屬性，故令屬性集為D={D1，D2，…，Dn}，與此同時(shí)，每一個(gè)屬性的重要程度不一樣，因此令其相對重要程度權(quán)重的集合為ω={ω1，ω2，…，ωn}，但是，在實(shí)際的應(yīng)用中，指標(biāo)屬性和其權(quán)重一般都是語言描述的，有的描述很準(zhǔn)確，有的就比較模糊，例如：“不行”表示確定不好，“可能”則表示很模糊，因此，必須利用模糊子集或模糊數(shù)來度量這些指標(biāo)屬性和權(quán)重，將具有不確定性的屬性指標(biāo)、權(quán)值和語言描述等都定義成相應(yīng)的模糊子集或模糊數(shù)。其模糊指標(biāo)矩陣可以定義為R：

(1)

于是模糊決策矢量可表示為：

W=ω⊙R={w1，w2，…，wn}⊙

(2)

2.2.1 建立綜合三角模糊數(shù)互判矩陣

(3)

2.2.2 計(jì)算評價(jià)指標(biāo)的三角模糊數(shù)權(quán)重

(4)

2.2.3 建立綜合三角模糊數(shù)屬性評價(jià)矩陣

一般情況下，我們將傳統(tǒng)的評價(jià)語言轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)字來表示。但是，數(shù)字一旦定下就是一個(gè)固定不變的精確值了。然而，對于評價(jià)來說，過度的精確評價(jià)顯然是不現(xiàn)實(shí)的，也不客觀。因此，為了追求更高的準(zhǔn)確性和客觀事實(shí)性，本文利用三角模糊數(shù)來對語言變量進(jìn)行描述。為了讓計(jì)算更加簡便，建立權(quán)重相同的三角模糊數(shù)等級，此處與語言描述相對應(yīng)的三角模糊數(shù)等級見表1。

表1 語言描述和三角模糊數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系表

每位專家根據(jù)三角評估指標(biāo)，結(jié)合表1中的模糊語言變量數(shù)量，建立綜合三角模糊數(shù)評估方案得分矩陣，然后通過綜合模糊評估方法的疊加獲得專家權(quán)重，綜合三角模糊數(shù)評估方案得分矩陣如表2所示。

表2 綜合三角模糊數(shù)評估方案得分矩陣表

2.2.4 計(jì)算三角模糊數(shù)總評結(jié)果

(5)

2.2.5 對被評價(jià)方案總評結(jié)果的三角模糊數(shù)進(jìn)行排序決策

(6)

3 應(yīng)用實(shí)例

廣西某高速項(xiàng)目標(biāo)段，沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，是該項(xiàng)目最為突出的一個(gè)特點(diǎn)。途經(jīng)喀斯特巖溶地貌區(qū)，山嶺重丘區(qū)，地面起伏大，山體陡峭、溝壑沖槽分布廣泛。為了滿足高等級公路所需的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，克服各種不利地形，該高速公路主線的橋梁隧道總長超過70 km，橋隧比高達(dá)34.3%，這一比重僅次于河池至百色高速公路。

對常見的預(yù)制場以及廣西某高速項(xiàng)目標(biāo)段預(yù)制梁場的布置設(shè)計(jì)進(jìn)行評價(jià)，分析得到三個(gè)預(yù)制梁場的布置方案中最符合工程實(shí)際需求的布置方案，并對其最后的結(jié)果評價(jià)，輔助決策者做出正確的選擇。在評價(jià)之前，應(yīng)該找到具有一定權(quán)威的專家組成專業(yè)評分小組：三位專家的評分結(jié)果組建三角模糊互補(bǔ)評價(jià)指標(biāo)矩陣，另有五名專家建立屬性評分矩陣。[5]方案分析如下：

3.1 建立綜合三角模糊數(shù)互判斷矩陣

3.2 計(jì)算評價(jià)指標(biāo)三角模糊權(quán)重

根據(jù)公式(3)、(4)，利用MATLAB編程進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，最終得到關(guān)于評價(jià)指標(biāo)的三角模糊數(shù)權(quán)重值，見表5。

3.3 建立綜合三角模糊屬性評分矩陣

專家打分后，對評分結(jié)果進(jìn)行匯總分析，假設(shè)每位專家都具有相同的權(quán)威性，方便計(jì)算，取等權(quán)重wr=1/3，計(jì)算結(jié)果如下頁表6所示。

表6 綜合三角模糊數(shù)評價(jià)矩陣表

3.4 計(jì)算三角模糊數(shù)總評分值

根據(jù)公式(5)，對專家判斷信息進(jìn)行匯總分析得到評價(jià)對象的最終三角模糊總評分值如表7所示。

表7 三角模糊總評分表

3.5 計(jì)算評價(jià)對象的三角模糊數(shù)總分值的期望值排序

根據(jù)公式(6)，計(jì)算評價(jià)對象的三角模糊數(shù)期望如表8所示。

表8 三角模糊總評分的期望值表

最后，決策者可以根據(jù)表8中的評價(jià)對象的總體評估水平的預(yù)期值和項(xiàng)目實(shí)際情況做出全面的決策。如果僅考慮本文所列指標(biāo)，應(yīng)選出具有最高預(yù)期值的方案，符合項(xiàng)目實(shí)際情況。

4 結(jié)語

本文在總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析了基于模糊數(shù)學(xué)理論的道路橋梁工程預(yù)制梁場的選址與設(shè)計(jì)。主要研究結(jié)果如下：

(1)對比分析了各類型預(yù)制梁場特點(diǎn)，總結(jié)預(yù)制梁場選址的原則與影響因素。

(2)分析預(yù)制梁場場內(nèi)細(xì)觀布置的影響因素，從工作環(huán)境、交通條件、資源利用、生產(chǎn)成本等四個(gè)方面建立預(yù)制梁場場內(nèi)細(xì)觀布置方案的評價(jià)指標(biāo)體系，考慮細(xì)觀布置方案屬性指標(biāo)的隨機(jī)性與模糊性，運(yùn)用三角模糊數(shù)方法，構(gòu)建預(yù)制梁場場內(nèi)細(xì)觀布置方案優(yōu)選模型。

(3)以廣西某高速公路中第二標(biāo)段項(xiàng)目為實(shí)例，利用上述模型進(jìn)行預(yù)制梁場的宏觀選址和細(xì)觀場內(nèi)布置方案優(yōu)選，并與項(xiàng)目實(shí)際布置情況進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證了本文理論模型的可行性與合理性。