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高碾压混凝土拱坝施工过程仿真与优化研究

作　者: 郑家祥
导　师: 钟登华
学　校: 天津大学
专　业: 工程管理
关键词: 高拱坝施工仿真碾压混凝土多目标决策综合评价施工进度
分类号: TV52
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

高碾压混凝土拱坝具有坝体薄、温控要求高等特点,其施工过程是极其复杂的,影响因素众多,如供料方式、仓面施工工艺、温控措施、机械设备匹配等,尤其100m以上高碾压混凝土拱坝施工系统分析是一项重要的研究课题。本文研究了高碾压混凝土拱坝施工过程仿真与优化的理论方法及其应用,取得了以下研究成果:(1)通过对高碾压混凝土拱坝施工过程的系统分析,将系统仿真方法成功运用于高碾压混凝土拱坝施工规划与控制中。(2)提出了基于GIS的高碾压混凝土拱坝施工可视化仿真方法。采用将GIS与仿真技术相结合的途径,为高碾压混凝土拱坝施工仿真建模提供了直观有效的方法。提出采用随机过程理论来探讨施工过程中浇筑块的空间状态转移问题,实现了对高碾压混凝土拱坝施工系统的数值化描述。(3)针对高碾压混凝土拱坝施工仿真的约束条件与目标,综合考虑运输供料子系统和坝面作业子系统的耦合问题,建立了高碾压混凝土拱坝施工过程的随机动态逻辑模型。(4)建立了高碾压混凝土拱坝施工多方案比较分析的综合评价体系;深入研究了高碾压混凝土拱坝施工方案多目标决策问题,提出了高碾压混凝土拱坝施工方案多目标决策理论与方法,并采用模糊综合评判方法对仿真结果进行分析,为解决施工多方案评判问题提供了理论支持。(5)研制开发了高碾压混凝土拱坝施工仿真软件系统,该系统由施工机械管理、参数采集管理、仿真计算、成果查询等模块组成,具有施工过程仿真计算,计算成果动态演示、可视化查询等功能,实用性强。(6)结合我国目前最高的沙牌碾压混凝土拱坝,对其施工过程进行了详细的系统分析,针对其约束条件与目标,建立了沙牌拱坝施工过程的仿真模型;通过施工多方案的仿真计算分析,为工程设计制定合理可行的施工方案提供了先进的技术手段;特别是针对沙牌大坝施工进度滞后的实际情况,提出了大坝混凝土施工进度的调整方案和工期的保证措施,并进行了施工进度的动态实时预测,在工程建设中发挥了重要作用。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-20
  1.1 研究背景和意义  9-11
  1.2 混凝土大坝施工过程仿真现状及发展趋势  11-13
  1.3 本文研究的技术路线  13
  1.4 本文研究涉及的若干理论基础  13-18
    1.4.1 系统仿真基本原理及其在工程领域中的应用现状  13-15
    1.4.2 模糊数学的基本理论及在仿真中的应用现状  15-16
    1.4.3 地理信息系统及其在水利学科中的应用  16-17
    1.4.4 系统综合评价原理及其研究现状  17-18
  1.5 本文研究的主要内容  18-20
第二章高碾压混凝土拱坝施工过程仿真理论与方法  20-38
  2.1 引言  20
  2.2 可视化仿真  20-21
  2.3 可视化仿真建模方法  21-23
    2.3.1 图形辅助建模的理论基础——层次化、模块化建模  21
    2.3.2 施工过程仿真建模思路  21-22
    2.3.3 可视化仿真模型构成  22-23
  2.4 施工过程仿真原理与仿真框架  23-26
    2.4.1 施工过程仿真原理  23-24
    2.4.2 施工过程仿真框架  24-26
  2.5 基于GIS 的可视化原理和方法  26-30
    2.5.1 三维数字模型  27-28
    2.5.2 三维数字模型可视化交互  28-29
    2.5.3 三维数字模型动态演示及可视化查询  29-30
  2.6 可视化仿真系统结构设计  30-31
  2.7 施工过程仿真系统的分析方法  31-36
    2.7.1 拱坝仿真过程Markov 性描述  31-33
    2.7.2 转移概率矩阵及概率计算方法  33-36
  2.8 本章小结  36-38
第三章高碾压混凝土拱坝施工过程仿真建模分析  38-63
  3.1 引言  38
  3.2 高碾压混凝土拱坝施工系统描述  38-42
    3.2.1 高碾压混凝土拱坝施工影响因素  40-41
    3.2.2 高碾压混凝土拱坝坝面作业系统  41-42
    3.2.3 高碾压混凝土拱坝混凝土运输系统  42
  3.3 高碾压混凝土拱坝施工仿真系统约束及目标分析  42-45
    3.3.1 系统仿真目标  42
    3.3.2 约束条件  42-45
  3.4 高碾压混凝土拱坝施工仿真建模分析  45-57
    3.4.1 系统建模边界界定  45
    3.4.2 系统空间坐标建立  45-46
    3.4.3 拱坝分层分块方法  46-51
    3.4.4 模型参数的确定  51-57
  3.5 高碾压混凝土拱坝施工仿真模型的建立  57-62
    3.5.1 高碾压混凝土拱坝施工过程仿真模型  58-61
    3.5.2 高碾压混凝土拱坝三维数字模型  61-62
  3.6 本章小结  62-63
第四章高碾压混凝土拱坝施工多方案综合评价  63-78
  4.1 引言  63
  4.2 高碾压混凝土拱坝施工仿真多方案综合评价理论与方法  63-74
    4.2.1 仿真方案设置及评价指标体系的建立  63-65
    4.2.2 施工方案评价指标体系分析  65-70
    4.2.3 施工方案综合评价与优选  70-74
  4.3 基于随机影响的仿真结果模糊综合评判  74-77
    4.3.1 基于仿真计算的指标值隶属函数确定方法  74-76
    4.3.2 指标体系综合评判  76-77
  4.4 本章小结  77-78
第五章高碾压混凝土拱坝施工过程仿真系统研制与开发  78-86
  5.1 引言  78
  5.2 系统目标设计及功能结构  78-80
    5.2.1 系统目标需求分析及设计  78-79
    5.2.2 系统功能结构设计  79-80
  5.3 系统数据库设计  80-82
    5.3.1 数据表的设计  80-81
    5.3.2 触发器的设计  81
    5.3.3 数据库的安全设计  81-82
  5.4 仿真系统的特点及功能描述  82-85
    5.4.1 系统主要特点  82-83
    5.4.2 系统主要功能  83-85
  5.5 本章小结  85-86
第六章工程应用实例  86-114
  6.1 引言  86
  6.2 工程简介  86-98
    6.2.1 工程概况  86-87
    6.2.2 工程地质条件  87
    6.2.3 水文气象  87
    6.2.4 枢纽布置及主要工程建筑物  87-89
    6.2.5 沙牌拱坝主要科研成果  89
    6.2.6 沙牌拱坝施工  89-97
    6.2.7 真空溜管输送混凝土相关研究  97-98
    6.2.8 工程施工总工期  98
  6.3 仿真计算边界条件分析  98-102
    6.3.1 运输系统  98-99
    6.3.2 坝面作业系统  99-100
    6.3.3 其他  100-101
    6.3.4 拱坝仿真施工参数  101-102
  6.4 仿真计算及分析  102-113
    6.4.1 拱坝混凝土运输系统仿真  102-107
    6.4.2 拱坝施工过程仿真  107-108
    6.4.3 仿真计算及成果分析  108-109
    6.4.4 拱坝施工建议方案  109-111
    6.4.5 拱坝施工图及三维可视化效果图  111-113
  6.5 本章小结  113-114
第七章结束语  114-118
参考文献  118-125
发表论文和参加科研情况说明  125-126
致谢  126

高碾压混凝土拱坝施工过程仿真与优化研究

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