高拱坝施工方案优化研究.docx

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1、高拱坝施工方案优化研究高拱坝施工方案优化需要综合考虑多个随机指标，属于随机多属性决策经过。当前针对高拱坝施工方案优化的研究，基本上没有完好考虑各指标的随机特性，降低了方案优化结果的准确性。同时，在当前随机多属性决策中，指标融合权重多是人为设定，难以客观表达不同指标之间的重要性。针对以上问题，本研究提出了基于随机占优度的高拱坝施工方案优化方法。根据仿真计算结果，得到各方案的施工进度指标的概率分布；基于随机占优理论及随机占优度，得到各方案对之间的随机占优度；将PROMETHEE方法进行改良，采用CRITIC方法建立各评价指标权重，并进行指标融合，得到各施工方案优先排序。工程实例表明，此方法能够在考

2、虑施工进度指标随机性的情况下，实现高拱坝施工方案的优化。关键词：水利工程施工；高拱坝施工方案优化；随机占优度；改良的PROMETHEE方法高拱坝施工是一个复杂的随机动态经过，遭到天气、施工机械运行状态等诸多随机因素的影响。施工进度仿真为高拱坝施工方案制定及优化提供了重要手段。根据不同施工方案的施工进度仿真结果，对施工方案进行优化分析，得到综合最优的施工方案。然而由于高拱坝施工经过及仿真计算的随机性，在施工进度优化经过中，各评价指标均具有一定的随机性，因而高拱坝施工方案优化经过属于随机多属性决策经过。在当前已有高拱坝施工方案优化研究中，基本上没有考虑评价指标的随机性，或者将评价指标的随机性进行简

3、化，可能导致施工方案优化结果的偏差；同时，在当前随机多属性决策中，指标融合经过中权重多是人为设定，难以客观表达不同指标之间的重要性。为此，本研究提出基于随机占优度的高拱坝施工方案优化方法，实现高拱坝施工方案优化分析。针对高拱坝施工方案优化分析，当前已有部分研究。练继亮等1综合考虑指标特征值的模糊性，采用专家打分法确定各指标权重，建立了混凝土施工方案的多目的多层次综合评价体系；刘全等2采用熵权法得到各指标权重，以获取最优的施工方案；张孝远等3采用三角模糊数和互补两两比拟赋权法确定各指标权重体系中各层的权重，实现了高混凝土坝施工方案优选的模糊多属性决策；刘锋等4采用改良的灰色关联法，从整体角度寻求

4、系统的最优设计方案；卞小草等5提出施工方案评价指标具有模糊性和灰色关联的特点，为了加强指标权重的客观性和可信度，引入前景价值函数来描绘决策者的风险态度，构建改良后的灰靶评价模型。然而当前已有研究中，部分没有考虑评价指标的随机性，或者将各评价指标的模糊性或随机性进行简化，没有完好体现各指标的随机特征，降低了方案优化结果的准确性。为了实现高拱坝施工方案的优化分析，需要采用随机多属性决策理论进行研究。当前随机多属性决策研究主要有：姜广田等6针对具有正态随机变量的多属性决策问题，将随机变量转化为区间变量，通过区间数的比拟建立两两方案之间比拟的优势可能度矩阵，并利用PROMETHEE方法得到方案的排序结

5、果；汪新凡等7针对属性权重信息不完全确定、属性值为正态分布随机变量且数据信息来自于不同时期的动态随机多属性决策问题，提出了动态随机多属性决策方法；李庆胜等8提出了一种VIKOR决策新方法，通过构建前景值决策矩阵，运用VIKOR方法，在可接受优势和决策经过稳定的条件下对方案进行择优；陈振颂等9针对具有正态三角模糊随机变量且属性权重未知的多属性决策问题，提出基于前景均值方差(M-V)准则的正态三角模糊随机多属性决策方法。郝晶晶等10提出了基于前景理论的多阶段随机多准则决策方法，对于随机参数，将其转化为三角模糊函数进行描绘；王坚强等11提出一种基于WC-OWA算子的多准则决策方法，根据3原则，将正态

6、分布转化为区间数，以进行方案优化排序；CuizhenNiu12提出了近似高阶随机占优理论，并对近似高阶随机占优理论的特点进行了分析；Montes13等针对不确定条件下自然状态的概率分布不明晰，或者不同方案的效应函数不明确的情况，给出了多个决策模型进行方案决策；ChunqiaoTan14等针对具有期望水平的离散多属性决策问题，提出了基于前景随机占优的多属性决策方法。然而当前随机多属性决策研究中，部分是将随机指标转化为区间型变量，这种方法导致了指标分布特性的消失。采用随机占优准则，能够在保持原有统计分布的前提下，实现多方案的比照分析。然而在当前针对随机占优准则的研究中，在指标融合时，指标权重部分是

7、决策者人为设定，主观性较强，难以客观体现指标之间关系。因而，本研究针对随机占优度指标融合经过中的指标融合权重进行改良，通过采用CRITIC方法，实现对各指标权重的自适应更新。综上所述，当前高拱坝施工方案优化研究中，基本上都没有完好考虑各指标的随机特征，降低了方案优化结果的准确性；同时，当前随机多属性决策中，部分将属性参数转化为区间型变量，导致了各指标分布特征的消失，且指标融合经过中权重多是人为设定，难以客观表达不同指标之间的重要性。针对以上问题，本文提出了基于随机占优度的高拱坝施工方案优化方法。采用随机占优度，得到各指标之间定量随机占优关系，同时采用CRITIC方法对指标融合经过进行改良，建立

8、指标之间客观权重，实现指标融合，建立了高拱坝施工方案优化方法。1数学模型根据高拱坝施工特点，针对高拱坝施工方案优化，建立高拱坝施工方案优化数学模型。在高拱坝施工方案优化经过中，根据多个方案的仿真计算结果得到各属性值的概率密度函数。在进行高拱坝施工方案优化经过中，必须保证施工总工期T(i)、第l个关键节点工期形象相貌M(i,l)知足计划要求，同时各方案最大施工强度Imax(i)要小于最大施工能力Imax。2基于随机占优度的高拱坝施工方案决策根据高拱坝实时施工进度仿真分析结果，得到多个方案施工进度参数。针对各个施工方案评价指标，采用随机占优度理论，得到针对各施工评价指标的方案对优先度。在指标融合经

9、过中，对传统的PROMETHEE方法进行改良，采用CRITIC方法得到各评价指标权重，并得到各施工方案综合净流量。通过比照分析，得到各施工方案综合排序，实现施工方案的优化分析。基于随机占优度的高拱坝施工方案优化流程如图1所示。2.1随机占优准则及随机占优度方案A和方案B，对于评价指标C的属性值分别为区间a,b上的随机变量XA和XB，方案A与方案B之间的随机占优关系与随机变量XA和XB之间随机占优关系一致。F(x)和G(x)分别为随机变量XA和XB的累积密度函数，E(XA)和E(XB)分别为随机变量XA和XB的期望，则各阶随机占优准则表述如下。根据以上定义，能够得到更高阶的随机占优关系，但是更高

10、阶的随机占优关系在实际中应用比拟少16。然而以上随机占优理论仅能对两个方案之间的随机占优关系进行定性判定，在方案优化经过中，为了进行定量分析，需要获得方案之间的随机占优度。2.2基于随机占优度的高拱坝施工方案优化根据屡次仿真计算，得到高拱坝不同备选施工方案的仿真计算结果，得到各施工方案对各评价指标的决策矩阵X，X中每一个属性值均为随机变量。2.3基于改良PROMETHEE的指标融合在PROMETHEE方法中，利用出流量及入流量判定各方案的优先程度。施工方案入流量表示其他方案对于本方案的优先度，出流量表示本方案相比于其他方案的优先度。方案入流量及出流量如图3所示。根据以上得到的随机占优度，分别建

11、立各方案对各指标的出流量+j(Ai)、入流量-j(Ai)与净流量j(Ai)。CRITIC法最早由Diakoulaki提出19，其基本思想为：利用指标的比照强度和冲突度来衡量指标客观权重。其中比照强度表示同一指标各个评价方案之间取值差距的大小，以标准差的形式表示；指标之间的冲突性以指标间的相关性为基础，若指标间有较强的正相关，讲明两个指标冲突性降低。由于CRITIC既兼顾了指标之间的相关性，又考虑到了数据之间的比照强度，因而是一个比拟完善的客观赋值方法20。3工程实例采用以上理论方法，对中国西南地区某拱坝施工进度进行了研究。此高拱坝最大坝高210m，总混凝土方量约313万m3，共分为29个坝段。

12、现场共有两台拌合楼和四台缆机进行混凝土的生产和运输。根据第八年4月1日高拱坝形象相貌进行分析，高拱坝形象相貌如图4所示。截至此时间，已经浇筑570个坝块，共浇筑混凝土127.93万m3，共有5#至24#共20个坝段进行浇筑。根据实时施工进度，对不同悬臂高度的施工情况进行仿真计算分析，分别对非孔口坝段悬臂高度70m与孔口坝段悬臂高度60m方案一，非孔口坝段悬臂高度60m与孔口坝段悬臂高度50m方案二，非孔口坝段悬臂高度80m与孔口坝段悬臂高度70m方案三，进行比照分析，根据高拱坝施工特点，选择总工期天数d下面简称C1、最大月浇筑强度万m3/月下面简称C2、平均间歇天数d下面简称C3及龄期超过14

13、d的坝块所占比例下面简称C4作为评价指标，根据仿真计算，得到各方案指标如表1所示。以上综合考虑了各施工指标的随机性，如不考虑施工指标的随机性，分别选取各施工方案施工工期距离平均工期近期的仿真计算结果，进行方案比照分析。各方案仿真结果指标参数如表7所示。通过比照，在不考虑随机性的情况下，固然各方案之间的排序不变，但是采用本文方法，各方案之间综合评价指标的区分度明显增加，因而，对于属性值均值较为接近的施工方案之间，同样能够采用基于随机占优度的施工方案优化方法进行优化，进而提高施工方案优化效率。在本文施工方案排序的建立经过中，权重确实定均是以实际仿真参数结果客观确定。然而当前主要研究中，指标权重大部

14、分都是主观确定。采用文献6方法对各施工方案进行分析，不同主观权重的计算结果如表9所示。在不同主观权重情况下，各方案的综合指标及方案排序均会出现变化，相比于本文提出的方法，采用主观权重方法，难以为现场提供客观评价根据，导致施工方案难以有效指导现场施工。4结论与瞻望针对当前高拱坝施工方案优化研究中，基本上都没有完好考虑各指标的随机特征，同时，当前随机多属性决策中，指标融合经过中权重多是人为设定，难以客观表达不同指标之间的重要性的问题，本研究提出了基于随机占优度的高拱坝施工方案优化方法。根据仿真计算结果，建立各方案对各评价指标属性值的概率分布，根据随机占优度定义，得到各评价指标中各方案对的随机占优度。通过对PROMETHEE进行改良，采用CRITIC方法，建立了各指标的客观权重，实现了指标融合。根据对某高拱坝施工进行分析表明，此方法能够实现对高拱坝施工方案的优化分析。然而在当前研究中，仅考虑了施工进度指标对施工方案优化的影响，尚未考虑经济指标、施工难度指标等对施工方案优化的影响。在下一步研究中，应将这些施工因素考虑到施工方案优化中，以进一步提高本方法在现场施工中的指导作用。