基于不確定性分析的地下洞室群施工進(jìn)度仿真分析與優(yōu)化研究.pdf

1、隨著我國(guó)水電建設(shè)的發(fā)展和施工技術(shù)的改進(jìn)，水電站地下洞室群的數(shù)目越來(lái)越多，其規(guī)模也越來(lái)越大，這給其施工管理帶來(lái)了挑戰(zhàn)。而施工進(jìn)度又是地下洞室群施工管理的重點(diǎn)。地下洞室群施工面臨著施工工期緊、施工工藝復(fù)雜、不確定性因素多等難點(diǎn)，同時(shí)面臨如何使制定的進(jìn)度計(jì)劃更有效地指導(dǎo)實(shí)際施工等問(wèn)題。如何解決這些問(wèn)題，是目前地下洞室群施工進(jìn)度研究的重點(diǎn)。因此，本文就上述問(wèn)題展開深入的研究分析，并取得了以下研究成果：
　　1、確定了地下洞室群施工進(jìn)度各不

2、確定性參數(shù)的概率分布類型，采用馬爾科夫蒙特卡洛（Markov chain Monte Carlo，MCMC）采樣方法和基于均勻設(shè)計(jì)的敏感性分析方法對(duì)不同類型的仿真參數(shù)進(jìn)行了采樣和優(yōu)化。
　　地下洞室群施工中存在多種不確定性因素。目前考慮不確定性因素的施工進(jìn)度仿真研究?jī)H集中在對(duì)具有隨機(jī)性的工序時(shí)間進(jìn)行概率分析從而計(jì)算完工概率方面，沒(méi)有考慮巖性、施工干擾等多方面的不確定性；并且，現(xiàn)有施工進(jìn)度仿真研究中采用蒙特卡洛方法（Monte Ca

3、rlo，MC）模擬不確定性因素，具有仿真次數(shù)多、結(jié)果不穩(wěn)定、沒(méi)有考慮隨機(jī)序列之間的相關(guān)性等缺陷。針對(duì)上述問(wèn)題，首先分析了不確定性仿真輸入?yún)?shù)的概率分布類型；其次，采用Markov概率轉(zhuǎn)移方程改進(jìn)了巖性參數(shù)的概率分布；最后，采用MCMC方法對(duì)不確定性仿真輸入?yún)?shù)進(jìn)行采樣，通過(guò)馬爾可夫鏈的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率方程考慮了仿真參數(shù)各個(gè)采樣狀態(tài)之間的相互影響，克服了目前大多采用的MC方法的缺點(diǎn)，為施工進(jìn)度仿真、魯棒性分析與優(yōu)化提供了輸入數(shù)據(jù)。除此之外，采

4、用基于均勻設(shè)計(jì)的參數(shù)敏感性分析方法分析了資源配置參數(shù)取值變化對(duì)施工工期的影響，為施工組織設(shè)計(jì)中初始施工方案的優(yōu)化配置和實(shí)際施工中進(jìn)度控制關(guān)鍵參數(shù)的確定提供了科學(xué)依據(jù)。
　　2、綜合考慮地下洞室群施工中的不確定性因素，提出了基于不確定性分析的地下洞室群施工進(jìn)度仿真理論與建模方法。
　　針對(duì)目前地下洞室群施工進(jìn)度仿真對(duì)巖性、機(jī)械故障、施工干擾等不確定性因素考慮不足的缺點(diǎn)，建立了基于不確定性分析的耦合CPM（Critical Pa

5、th Method）和CYCLONE（Cycle Operation Network）的地下洞室群施工進(jìn)度仿真模型：運(yùn)用MCMC方法對(duì)基于不確定性分析的仿真模型輸入?yún)?shù)進(jìn)行采樣，通過(guò)概率分布函數(shù)考慮了活動(dòng)節(jié)點(diǎn)持續(xù)時(shí)間的不確定性；采用Markov概率轉(zhuǎn)移方程改進(jìn)仿真模型中巖性參數(shù)的選取方法，更準(zhǔn)確地考慮巖性施工參數(shù)的不確定性；為仿真干擾發(fā)生時(shí)的施工進(jìn)度，仿真模型中增加了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模塊，實(shí)現(xiàn)了考慮機(jī)械故障率變化的施工進(jìn)度仿真，為施工進(jìn)度

6、魯棒性分析提供了便捷的途徑。
　　3、考慮趕工程度對(duì)機(jī)械故障率的影響，建立了施工機(jī)械故障率影響下的施工進(jìn)度系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與離散事件仿真耦合模型。
　　針對(duì)目前地下洞室群施工過(guò)程模擬所采用的離散事件仿真方法沒(méi)有考慮施工進(jìn)度和機(jī)械故障之間的相互影響，以及通過(guò)隨機(jī)概率函數(shù)對(duì)機(jī)械故障進(jìn)行MCMC采樣沒(méi)有考慮機(jī)械故障率的變化等問(wèn)題，本文建立了施工機(jī)械故障與施工進(jìn)度相互影響的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，采用模型中的不同趕工程度的反饋關(guān)系模擬了機(jī)械故障率

7、的變化，在模型中運(yùn)用隨機(jī)概率分布來(lái)描述時(shí)間延遲等變量以及加入“突發(fā)性磨損”等輔助變量，從不同方面考慮了機(jī)械故障的不確定性。利用離散事件仿真?zhèn)戎赜趯?duì)施工工藝細(xì)節(jié)的分析，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)側(cè)重于從施工系統(tǒng)整體的角度對(duì)變量之間因果關(guān)系或連續(xù)變化的過(guò)程進(jìn)行分析的優(yōu)點(diǎn)，建立了考慮施工機(jī)械故障率的施工進(jìn)度系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與離散事件仿真耦合模型，為預(yù)測(cè)施工干擾下的施工工期及魯棒性指標(biāo)提供了合理的依據(jù)。
　　4、為提高施工進(jìn)度的抗干擾能力，對(duì)地下洞室群施工進(jìn)度

8、魯棒性及其分析方法進(jìn)行了研究。
　　針對(duì)現(xiàn)有研究以工期最短為仿真目標(biāo)，沒(méi)有考慮施工進(jìn)度抵抗不確定性干擾的能力的問(wèn)題，首先根據(jù)地下洞室群施工進(jìn)度仿真模型的邏輯構(gòu)成結(jié)構(gòu)，提出了時(shí)間偏差和結(jié)構(gòu)偏差兩個(gè)判斷施工進(jìn)度魯棒性優(yōu)劣的指標(biāo)，為施工進(jìn)度魯棒性度量提供更全面的判斷依據(jù)；其次，提出了基于關(guān)鍵鏈的魯棒性施工進(jìn)度緩沖確定方法，在考慮工序緊前緊后關(guān)系的同時(shí)，考慮了資源約束對(duì)緩沖區(qū)的影響；最后建立了以工期和魯棒性綜合最優(yōu)為目標(biāo)的施工進(jìn)度優(yōu)化模型

9、，并采用遺傳算法進(jìn)行求解，為提出魯棒性高的施工方案提供了依據(jù)。
　　5、考慮工期與魯棒性相互制約的關(guān)系，提出了基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的地下洞室群施工進(jìn)度仿真多方案評(píng)價(jià)與優(yōu)選方法。
　　地下洞室群施工工期與魯棒性這兩個(gè)關(guān)鍵因素，存在互相制約、此消彼漲的關(guān)系。目前地下洞室群施工仿真多方案優(yōu)選的研究中主要采用基于特爾菲法的線性加權(quán)求解法或采用層次分析法的多目標(biāo)規(guī)劃方法，由于這些方法存在主觀認(rèn)識(shí)依賴程度高，加權(quán)系數(shù)缺少依據(jù)，缺乏后分析等不