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大型桥梁工程预制梁场设计及生产优化研究 摘要 预制梁生产是桥梁工程施工的一个重要环节，其质量与生产进度直接影响 整个工程质量与工期进度。我国现阶段，一般从定性的角度出发，同时结合工 程施工人员多年的经验，以满足工期为主要目标对预制梁场进行设计，导致整 个工期内的局部时间段生产不足影响整个工期或生产过剩而增加库存，因此预 制梁场设计和生产优化问题的研究在工程施工中有着很重要的意义。 本文在综述国内外桥梁预制梁场设计和生产的研究现状的基础上，对桥梁 工程的各类现场预制梁场进行了对比分析，总结了现场预制梁场选址的影响因 素；阐述了预制梁场布置的内容，系统地提出了现场预制梁场布簧原则，建立 了基于模糊综合评价方法的预制梁场布置方案评价模型；针对现场预制梁场梁 台规模传统计算方法存在的不足，在详细分析需求不均衡的预制梁场梁台规模 确定特点之后，提出了梁台规模优化算法；用动态规划方法建立了需求不均衡 的预制梁场生产优化模型，以避免生产过程中的调度困难或资源浪费。应用实 例表明，论文提出的算法和模型具有实用性和有效性。 关键词：预制梁场布置；需求不均衡；梁台规模；动态规划；生产优化 r e s e a r c ho nt h e d e s i g na n d p r o d u c t i o no p t i m i z a t i o no ft h e l a r g e s c a l eb r i d g e sp r e f a b r i c a t e db e a m p l a n t a b s t r a c t p r o d u c i n gt h ep r e f a b r i c a t e db e a mi s a ni m p o r t a n tp r o c e s so fc o n s t r u c t i n gb r i d g e p r o j e c t ，i t sq u a l i t ya n dp r o d u c t i o nd i r e c t l yi m p a c to nt h ep r o g r e s so ft h eq u a l i t ya n d e x p e c t e dp r o g r e s so ft h ew h o l ep r o j e c t n o w a d a y s ，f r o mt h eg e n e r a lq u a l i t a t i v ep o i n to f v i e w ，t h ed e s i g no ft h ep r e f a b r i c a t e db e a mp l a n to f t e nc o m b i n e sw i t ht h ee x p e r i e n c eo f b u i l d e r st om e e tt h em a i ng o a l so ft i m el i m i tf o rt h eb r i d g e ，w h i c hr e s u l t si nt h el a c ko f p r o d u c t i o ni nl o c a lt i m eo ft h ee n t i r ec o n s t r u c t i o np e r i o da n di n f l u e n c e sc o n s t r u c t i o n p r o g r e s so ri n c r e a s e si n v e n t o r yd u et oo v e r p r o d u c t i o n t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho nt h e d e s i g no ft h ep r e f a b r i c a t e db e a mp l a n ta n dt h eo p t i m i z a t i o no fp r o d u c t i o ni nc o n s t r u c t i o ni s s i g n i f i c a n c e b a s e do nt h es u m m a r i z a t i o nf o rd o m e s t i ca n da b r o a dr e s e a r c hs t a t u so ft h ed e s i g n a n dp r o d u c t i o no ft h ep r e f a b r i c a t e db e a mp l a n t ，t h i sp a p e ra n a l y z e sv a r i o u st y p e so f p r e f a b r i c a t eb e a mp l a n to fb r i d g ec o n s t r u c t i o na n ds u m m a r i z e st h ef a c t o r sw h i c h i n f l u e n c et h el o c a t i o nc h o s e no fp r e f a b r i c a t eb e a mp l a n t t h i sa r t i c l ee x p o u n d st h e c o n t e n t sa n dt h ep r i n c i p l e so ft h el a y o u to ft h ep r e f a b r i c a t e db e a mp l a n t ，w eu s ef u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o dt op r o p o s eam o d e lf o re v a l u a t i o no ft h el a y o u to ft h e p r e f a b r i c a t e db e a mp l a n t a c c o r d i n gt ot h ed e f i c i e n c yo ft r a d i t i o n a lc a l c u l a t i o nm e t h o d f o rp e d e s t a ls c a l eo ft h ep r e f a b r i c a t e db e a mp l a n ta n da n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h e p r e f a b r i c a t e db e a mp l a n to fi m b a l a n c ed e m a n d ，w ea d v i s ea na l g o r i t h m t oo p t i m i z e p e d e s t a ls c a l e t h i sp a p e rs e t su pt h em o d e lt oo p t i m i z et h ep r e f a b r i c a t e db e a mp l a n to f i m b a l a n c ed e m a n d u s i n gd y n a m i cp r o g r a m m i n g ， w h i c ha v o i d st h es c h e d u l i n g d i f f i c u l t i e sa n dw a s t eo fr e s o u r c e si nt h ep r o d u c t i o n t h ee x a m p l e ss u g g e s tt h a tt h e a l g o r i t h ma n dm o d e l i nt h i st h e s i sa r ep r a c t i c a la n de f f e c t i v e k e yw o r d s ：t h el a y o u to ft h ep r e f a b r i c a t e db e a mp l a n t ，i m b a l a n c ed e m a n d ，p e d e s t a ls c a l e ， d y n a m i cp r o g r a m m i n g ，p r o d u c t i o no p t i m i z a t i o n 插图清单 图1 1 论文结构图4 图3 1 预制梁场布置图一一1 6 图3 2 预制梁场布置图二。1 7 图3 3 预制梁场布置图三一1 7 图4 1 普通预制梁生产工艺流程图一2 3 图4 2 先张法预应力预制梁生产工艺流程图一2 4 图4 3 后张法预应力预制梁的生产工艺流程图。2 5 图4 4 张拉操作工艺流程图一2 8 图5 1 长安大道预制梁场预制梁生产工艺流程图4 1 图5 2 中铁四局长安公跨铁大桥预制梁厂设计布置图。4 2 i i 插表清单 表2 1 四种常见预制梁场优缺点比较表l o 表3 1 常用的模糊合成算子类型l5 表3 2u 判断矩阵计算结果及一致性检验表1 8 表3 3u l 判断矩阵计算结果及一致性检验表：1 8 表3 - 4u 2 判断矩阵计算结果及一致性检验表一1 8 表3 5u 3 判断矩阵计算结果及一致性检验表一1 9 表3 - 6u 4 判断矩阵计算结果及一致性检验表1 9 表3 7 方案一的模糊单因素评价表2 0 表4 1 成品梁需求参数表。3 0 表5 1 预制梁场机械设备表一3 9 表5 2 预制梁场实验设备表4 0 表5 3 桥梁各个阶段需求量一4 3 表5 4 优化方法中间参数计算表4 5 表5 5 不同梁台规模计算表一4 5 表5 - 6 优化结果生产能力验证表一4 5 表5 7 两方法计算结果对比表。4 5 表5 8 各阶段生产极限表4 7 表5 - 9 各阶段生产优结果表一4 7 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金魍王些太堂或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：名袅祆签字日期：应班年叩肱日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金月曼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本 人授权金旦墨王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 东岳 签字日期：d 揶年中月反妇 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 、 巧峄p 签字日期知8 年十月西日力舯0 丫刃 电话： 邮编： 致谢 本论文是在导师方必和老师的悉心指导下完成的，从论文的选题，论文的 深入，直至最后的修改和定稿无不倾注了导师的心血。导师敏锐的科学眼光、 严谨的治学态度、渊博的学术知识及谦和平等的处事方式都使我受益匪浅。在 此，我谨向方必和老师表示最诚挚的感谢和最崇高敬意! 在今后的工作和生活 中，我将牢记导师的教诲，做一个对社会有用的人。 在两年半的研究生学习生活中，我还得到了其他老师和同学的真诚鼓励和 无私帮助，在此特别感谢决策所刘心报老师、江兵老师、刘林老师、裴凤老师、 程浩老师，感谢胡莹莹、王昕、宣以霞、郭卫东、何小雨、刘少伟等同学在我 课程学习和论文撰写期间，给予我的大力帮助。 最后还要感谢我的家人多年来给予的理解和支持，使我能顺利完成学业! 借此机会一并向他们致以深深的谢意! 作者：徐庆 2 0 0 8 年0 3 月3 1 日 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 建筑工程施工建设由于投资大、工程量大、工期紧和施工环境复杂等众多 影响因素，给生产计划的制定和执行带来了极大的困难。现阶段，我国施工管 理多采用整体计划与局部现场管理相结合，以局部现场管理为重点，通常主要 依靠施工技术人员的多年施工经验，造成了我国建筑工程施工一般仅仅重点考 虑工程的进度和质量，而没有形成在经济及效率方面多做研究的习惯。这样 虽然解决了当地社会、经济等方面的问题，促进了经济的发展，但是，同时也 造成了施工过程中的管理不严谨，迄今为止这种粗放型管理模式还对一些工程 施工企业、公司、单位有某种程度的影响。 随着我国社会主义市场经济体制的不断完善和经济实力的不断增强，建筑 工程施工建设形式的改变和同国际市场的接轨，以及科学技术的发展和人们科 学素养的提高，工程建设、施工所要求的科学化、严谨化等也成为施工过程中 必然的选择与必须要考虑的问题。因为，在现代社会市场经济环境下，可以利 用的施工场地必然是越来越紧张，环境保护、防止水土流失、保护生态平衡等 各种法律、法规的限制也肯定是越来越严格，如何在有限的可利用空间内，在 不违反国家法律法规的前提下，满足施工进度计划的要求完成工程建设，并同 时提高施工效率，就成为了需要深入研究的课题。国内一些较早进入市场的部 门和公司、企业、以及一些政府管理部门已经认识到这一问题，因此，有必要 研究有关施工场地布置和最优化生产的问题。 1 1 2 研究意义 预制混凝土构件因为其具有生产效率高、质量稳定、施工简洁、现场便于 管理等特点，在各类建设工程施工中得到广泛使用，尤其是在大型桥梁工程建 设中使用十分频繁，并逐渐成为各个国家或地区建设工程工业化程度高低的一 个重要标志1 2 j 。随着我国经济实力的不断增强，工程建设规模的不断扩大，预 制混凝土构件的新品种不断涌现，并广泛地应用于市政、公路、港口码头以及 桥梁等建设工程的建设中，为建设工程优质、高效和文明建设起到了积极作用， 目前我国国内生产的最大预制梁是东海大桥7 0 m 箱梁 3 1 。 二十世纪九十年代以来，随着我国改革开放的不断深入，经济实力的不断 增强，国家的基础设施建设也在逐步的完善，高速公路、铁路、城市道路等基 础设施的建设正是其中的重点，而桥梁往往是此类工程所不可或缺的，例如公 跨铁桥、大型跨海大桥以及城市立交桥等。预制梁是建筑工程中一个十分重要 的组成部分，尤其是在大型桥梁工程施工过程中，预制梁的生产是一个必不可 少的环节，其质量与生产进度直接影响整个工程质量与工期进度。因此，预制 梁场的选择与布置的好坏在整个工程中就是一项十分重要的工作。 我国现阶段预制梁场的选择与布置一般从定性的角度出发，同时结合工程 施工人员多年的经验，以满足工期为主要目标来进行布置，并没有从费用的角 度出发，以科学定量的方法确定在整个工期内生产与存储的总费用最优。所以 在进行生产时就会因为考虑不周全，出现在某个生产周期内生产不足影响工期 或生产过剩增加库存，只能临时采取增加人力、物力等投入，或扩大征地面积 等措施来解决，增加了工程投资费用。 国务院建设工程质量管理条例和建设部实施工程建设强制性标准监 督规定的颁发，极大地促进了有关技术人员对标准、规范和规定的学习和贯 彻，同时也使其迫切地感到需要提高技术水平和管理能力f 2 l 。 本文通过对预制梁生产过程，以及各个阶段的需求加以分析，并结合梁场 生产能力，给出了优化计算方法，得出满足生产条件下所需的最小制梁台数， 确定预制梁场的最优布置；然后以动态规划理论为基础，对工期内各个生产周 期的生产量及库存量进行优化，使其在整个工期内生产和库存费用最小，从而 达到预制梁场生产优化目的。 1 2 国内外研究现状 我国由于经济建设发展水平较低，对于建筑施工项目相关的研究相对比较 落后。而且，目前国内外针对施工建筑方面的研究主要偏重于生产施工技术、 方法的改进和技术实践1 4 7 】。针对预制梁场布置及生产优化研究还比较滞后，还 停留于定性分析研究，缺乏系统性的研究和先进的研究成果，研究范围有一定 局限性，大多数场地布置的研究都是对施工场地进行布置，从事预制梁场地专 题研究还不是很多。 从现有可查的文献资料来看，国内多是从定性的角度对预制梁场地布置进 行研究，对于生产优化的研究还比较少，甄宝山【8 l 从预制梁场生产实际出发对 介绍了几类不同施工条件下的现场预制梁场的选址与布置中应注意的问题，并 从定性的角度加以分析；黄建阳【9 】和黄龙华等【1 0 】都是针对具体桥梁工程的预制 梁场提出布置方法和方案，对桥梁工程预制梁场的设施及布置进行了具体的介 绍。 以上文献多为综述性文章，只是提到了布置方案及布置过程中需注意的问 题，没有针对预制梁场布置方案优选评价的研究，而影响预制梁场布置的因素 多为定性因素，定量的评价分析模型不太适用。模糊综合评价模型正是针对一 些难以定量分析的社会经济问题提出的一种评价方法，并在社会经济各个领域 广泛运用【1 1 。1 4 】，因此，模糊评价模型应用于预制梁场布置方案评价及优选十分 合适，江成城等i l5 j 对工厂布置中的众多因素进行了分析，给出了工厂布置中的 2 指标体系，并以模糊综合评价方法对工厂布置的好坏进行评价，得出布置好坏 的结论。 另外，对于预制梁场生产过程中的关键参数制梁台规模的研究也比较少， 粱毅i i6 j 对预制梁场的生产进行了研究论述，从实例出发分析了梁台数对生产能 力的影响，给出了制梁台座数量的确定方法。第一步是对制梁场内的各种设备 进行配置。第二步是对工序进行研究，得出预制梁场生产效率、单台座制梁周 期及其制梁效率，第三步得出制梁台的数量：m = n q ( 一梁场制梁效率，珂一 单台座制梁效率) 。另外，文章还对存梁台的确定进行了研究，与制梁台相似的 得出存梁台座的数量n = n x k ( 一梁场制梁效率，j 卜箱梁在存梁台座上最少 存放时间) ，文章所给出的梁台规模计算方法十分简单，并不适用于广泛的情况。 综上可知，国内对桥梁预制梁场布置的研究大多停留在对具体工程实例的 布置的论述，或对具体工程中存在的问题加以简要分析，研究结果不具备通用 性；而且，对于预制梁场的生产能力的确定缺乏科学定量的计算，对需求及生 产之间相关影响因素的分析比较简单，所得计算结果也比较粗糙。因此，国内 相关研究研究尚不成熟，需要进一步研究的地方还很多。 台湾学者c h e n gm i n y u a n 【l 卜1 8 l 等人研究了基于g i s 平台的建筑材料的合 理堆放和建筑材料在施工场内二次搬运所引起的费用减小方法，以及有关施工 场地布置时易发生矛盾冲突的分析方法和解决办法；1 9 9 0 代期间，在施工场地 布置研究的领域，t o m m e l e i n ，i d 是一个具有代表性的人物，发表了多篇有关场 地布置研究的文章，研究初期多采用专家系统和人工智能的方法，并开发了相 应的计算机软件来辅助场地布置，另外，他的合作伙伴z o u e i n ，p p 也发表了几 篇文章讨论了有关施工场地布置的研究成果【”。2 4 1 。由此可见，国外的场地布置 研究相比国内的研究更具有系统性、科学性，但是研究的范围基本是场地布置， 对具体桥梁预制梁场布置及生产优化研究也基本没有涉及。 在制梁场建设和生产过程中，合理安排各个阶段的生产也是一项十分重要 的工作。目前国内外对于多阶段的生产计划安排多应用动态规划方法来进行， 国内外学者对动态规划的研究比较成熟，相关的文献资料较多，国内文献【2 5 2 7 】 及国外文献【2 8 。2 9 】对生产存储问题中动态规划的应用作了相关研究及探讨。 综上所述，从当前国内外研究成果看，开展预制梁场布置及生产优化具有 一定的理论基础，虽然研究领域多集中于施工工厂布置或从定性角度对预制梁 场进行布置，对预制梁场生产优化研究比较少，但是在此基础上结合生产管理 知识、运筹学和建筑施工技术，对预制梁场布置及生产优化的研究完全可行且 具有十分重要的现实意义。 1 3 本文主要内容 纵观国内外文献资料，由于对预制梁场布置和生产优化的研究文献很有限， 研究的深度不够，或是研究对象范围较广，都是各有特点。本文通过对合武铁 3 路长安大道公跨铁桥工程预制梁场的现场调研及各类场地布置文献研究，发现 预制梁场场地布置不仅涉及到水文、气象、地质、地形等特定因素，还包括具 体的施工区域布置，即布置时应考虑工程需求实际情况对梁场的具体布置的影 响，需要科学分析。而对于制梁台数这一梁场关键参数的计算，施工技术人员 的经验知识占很大的比重，忽视了科学定量的计算，经常出现无计划的临时调 整实施方案，造成资源浪费或施工管理的混乱，影响工程进度，增加工程施工 成本。 本文在综合考虑预制梁场布置特点及生产实际需求的基础上，在以下几个 方面展开研究工作： ( 1 ) 通过对文献资料的查阅与桥梁工程施工现场的调研，以及对预制梁施 工场地布置系统分析的基础上，确定预制梁场的选址及布置的影响因素； ( 2 ) 在文献研究及现场调研的基础上，综合分析桥梁预制梁场的内部施工 设施及各个具体施工区域对预制梁场布置的影响，确定预制梁场内部布置设计 的原则，并引入模糊综合评价对布置设计的几套方案进行优选； ( 3 ) 本文的重点是对预制梁场的生产进行优化，这部分主要分为两步：首 先，通过对传统生产计算方法进行研究，发现其中存在一些问题，针对这些问 题并结合桥梁施工进度的需求要求，给出优化计算方法，得出预制梁场的生产 能力，并以此来确定最优的制梁台数，从而得出最优的梁场征地面积。其次， 根据各个阶段桥梁施工进度对预制梁数量的不同需求，提出多阶段生产优化模 型，运用动态规划方法求解，并用计算机编程计算出各个阶段的最优生产量及 库存量，使得整个工期内预制梁场的投资费用最小。 论文结构见图l l 所示。 图1 - 1 论文结构图 4 第二章预制梁场选址影响因素分析 当今社会，大多数行业及领域均涉及选址问题，比如工厂建设、物流中心 选址及企业经营场所选址等，预制梁场选址作为一个施工工地选址，其选址中 需要考虑的相关因素与其他经济领域的选址问题有相通之处，同时又由于受其 生产等条件的制约而有所不同，因此，预制梁场的选址除了需考虑一般选址问 题共有的因素之外，还要单独考虑其特有的影响因素。 预制梁场作为桥梁工程建设过程中的一个附属工地，其选址时有其自身的 特点，对地基状况，气候条件，地形条件及运输距离等有一定的要求。同时， 预制梁场还是大型施工场地的一个组成部分，其选址对其他一些施工场地有一 定影响，只是对桥梁施工场地的影响比较大，因此，在分析预制梁场选址影响 因素之前，对施工场地整体布置主要影响因素进行分析是十分必要的。 2 1 几种常见的选址问题 在现代社会，选址问题无时无刻不存在于我们日常生活及企业生产经营之 中。买房便是大众最普遍也是最为常见的选址行为，另外，物流中心选址、企 业经营场所选址、工厂选址及仓库选址等均是十分常见的选址行为。以下就将 介绍几种常见的选址问题中需要注意地问题。 2 1 1 工厂选址 当今社会工厂地址的选择不仅关系到工厂自身的发展，还涉及到城市规 划、地区产业结构和环境保护等问题。因此，工厂选址应注意以下几个原则： 2 1 1 1 满足工业布局需要 工业企业选址，必须按照全国工业布局或当地区域规划的要求进行，并考 虑各工业部门布局的特点。要正确处理好局部和全局的关系，做到全面安排， 统筹兼顾。 2 1 1 2 符合城市规划的要求 工业企业选址，应符合城市总体规划的要求。企业厂址和居民生活区的位 置应符合城市功能分区，两者之间应相互协调。 2 1 1 3 交通运输便利 要确保企业的正常生产，就必须保证企业生产所需的原材料能及时送达； 另外企业生产的半成品、成品的及时运出也十分重要。这就要求工厂所在地交 通运输便利，这一点在运输量大的企业尤为重要【3 0 1 。 工厂选址还有其他很多需要注意的原则，如供水供电、资源及环境保护等。 2 1 2 物流配送中心的选址 5 配送中心是现代物流的重要组成部分，是决定配送企业能够获得比较好的 效益，降低成本是一个关键的方面。因此，从配送中心的角度来看，为了使配 送成本尽可能小，配送中心的合理选址是一个重要内容【3 。其影响因素主要有 以下几个方面： 2 1 2 1 交通条件 运输效率决定了配送中心生存与发展，而当地运输条件则是运输效率的关 键，包括配送中心周边道路级别、畅通性和安全性等。 2 1 2 1 辅助性基础设施 配送中心的正常运作与所在地区的辅助性基础设施有着紧密的联系。选址 时必须考虑辅助性基础设施有通性、安全和消防等。 2 1 2 3 市场效益 盈利是配送中心服务的最终目标，而配送中心在其有限的服务范围内必须 要考虑当地的市场效益。一是被服务者与配送中心的距离，二是配送区域内所 需的服务量。 2 1 3 仓库选址 仓库作为企业的重要附属区域在企业的生产和经营过程中，发挥了巨大的 作用。其选址主要应考虑以下三个方面的内容： 2 1 3 1 建设费用 仓库作为一个附属单位，一般不具备盈利的条件，只是作为存储或调运的 中转站，因此，其建设费用的大小是选址过程中首先要考虑的内容。 2 1 3 2 地形条件 仓库作为存放货物的地点，其所在的区域的水文气候条件对于一些不易保 存的货物来讲相当关键。 2 1 3 3 地理位置 仓库所处的地理位置十分重要，主要包括运输条件、与工厂的距离、与供 货地点的距离等。 选址问题除上述三种外还有很多，比如餐饮酒店选址、药店选址、大型超 市选址及车站选址等，此处就不再一一论述。 2 2 工程施工场地布置影响因素 2 2 1 施工场地管理 工程建设施工场地布置一般需要解决施工区域内各个施工设施的合理布置 和场地管理的问题。大型工程，如铁路工程、水利工程等施工场地影响范围一 般较大，有的到十几公里范围，甚至有的工程影响范围更大。 在施工场地总平面布置时，必须考虑各个现场施工场地及设施之间的协调 6 问题。各施工场地及设施布置需要限定在施工场地总平面设计的场地范围内， 根据各自的情况选定可行、合理、经济的布置地点及方法，以满足施工过程中 的要求。在大型工程施工场地的布置过程中，一定要协调各个场地及设施布置 之间的关系，选用科学合理的布置方法，确保各自之间不会互相干扰、互相影 响，因此，单场地及设施布置最优、最合理并不代表整个施工场地布置的最合 理，需要考虑各个场地的相互影响的因素，进行综合权衡以达到整体最优。 2 2 2 施工场地交通运输系统分析 工程建设中各个施工场地由于存在大量物料需要运输，比如原材料( 石料、 水泥、钢筋等) 、成品混凝土、各种设备等，因此施工场地交通运输量大、强度 高，合理安排工程建设施工场地交通运输问题，对于确保工程顺利施工和节约 工程费用投资有重要意义。 施工场地运输一般包括：对外交通和对内交通【l 】。 对外交通是指从工地车站、码头等运输外来物资等。对内运输主要是指施 工场地范围内各个施工单位或场地单位之间的交通运输，包括物料( 混凝土等) 在各个场地单位之间的运输。对外交通对施工场地运输的影响较小，以下主要 讨论对内交通的特点。 施工场地内的交通运输特点： ( 1 ) 施工场地内各施工单位之间的运输量大、运输强度高、地形相对比较 复杂，在运输中有时会遇到相当大的困难，合理安排运输路线及运输量十分重 要。 ( 2 ) 施工场地内运输一般为单向运输，如将骨料运送到混凝土搅拌站，将 混凝土运送到施工现场，大型预制梁运送到桥梁工地等，各场地之间的距离一 般不应该设置的太远。 ( 3 ) 施工场地内的运输距离一般来说不会太远，但某些物料运输中受物料 的特点限制，需要在运达目的地之前保证其特性，如混凝土运输中必须保持它 在途中不凝结、不离析。 ( 4 ) 施工场地运输中一般多采用较大吨位的车辆，车型较宽，能满足重大 件运输。 2 2 3 其他因素分析 在工程建设施工场地布置的过程中，除了以上两点之外，还有一些自然因 素、社会因素及公共设施等对施工的正常进行影响也比较大。如气象条件、水 文条件、地质条件、地形条件、供水、供电及废弃物处理等。 因此，施工场地布置在工程建设中是一项十分重要的工作，是一项协调性 很强，且具有动态性的工作，施工场地布置中有许多临时建筑物及设施设备， 随着工程建设的需要依次建设，在使用完成之后，往往都需要废弃拆除或转移， 7 由此可见，施工场地布置是一个动态的过程，与工程建设相互影响。合理的布 置会保证工程施工的顺利进行，反之，则会影响施工进度，甚至影响当地自然 环境及经济建设。 2 3 预制梁场选址的一般位置 上文讨论了几种常见的选址问题及施工场地布置中的一些主要影响因素， 桥梁预制梁场的选址与上述几种选址既有所关联又有所不同。在桥梁等工程施 工中，一般主要考虑施工投资、运输便利、工期等因素，施工单位在条件允许 下，大多就近在桥梁施工现场附近设置预制场自行生产、架设桥梁。由于各个 施工工地现场地形、气候、交通条件情况千差万别，每个梁场建设都会有所区 别，在桥梁施工场地附近地质、地形和地价等情况不能满足设置预制梁场时， 就会选用其他地点来建设预制梁场。 根据预制梁场与桥梁的相对位置，现阶段比较常见的预制梁场主要有以下 四种：引道及其附近预制梁场、桥下预制梁场、远距离预制梁场和桥上预制梁 场1 8 】【1 6 】【32 1 。 2 3 1 引道及其附近预制梁场 此类型的预制场比较普遍，只要附近地基及征地费用等条件满足，一般都 采用此种预制梁场。此类预制梁场一般设在桥后引道上，位于桥台后地基良好 的路基上，多选在挖方区。预制梁场内部布置根据梁数量、尺寸及设备进行设 计，场内使用龙门吊运输，在龙门吊轨道内依次布置制梁区、存梁区，便于大 型梁在场内运输。此类预制梁场的优点在于梁运输方便，缺点在于对地基要求 较高，可选择的地点较少。详细区分还可分为路基外预制梁场和路基上预制梁 场【8 1 。 2 3 1 1 路基外预制梁场 当桥台后路基不满足预制梁场建设条件或存在结构物不适宜建设梁场时， 一般考虑采用路基外预制梁场。即在桥梁或桥后路基一侧选择一块合适的场地 做预制梁场地，由于预制场地外挎于桥梁的一侧所以又称为外挎梁场32 1 。 该类型预制梁场设在路基一侧，必要时可在路基两侧制梁。根据梁片数量、 尺寸及设备情况征地。制梁区使用大型龙门吊进行搬运，设置足够的存梁区。 2 3 1 2 路基上预制梁场 在其他地点建设预制梁场不便时，可采用该类型预制梁场。要求桥头引道 上有较长的平坡，并且路基较宽( 一般应大于2 4 米) 。其内部布置与上述预制 梁场基本一致。该类型预制梁场由于设置的地点所致，往往严重影响引道路面 施工。 2 3 2 桥下预制梁场 8 当地形条件特别困难，无法采用引道及其附近预制梁场时，可以考虑桥下 预制场，此类预制场一般设在河滩上，因此，对地基要求十分严格，地基承载 力必须满足施工要求，而且要求在枯水期能完成预制施工任务。 另外，由于桥下预制梁场与桥梁施工有所重叠，受桥墩影响，一般无法设 置自行龙门吊等设备。因而施工机械化程度低，各工序相互干扰，相互影响， 管理难度较大。 该类预制梁场一般只设预制区和架梁区，混凝土制拌场设置在其他条件好 的位置，砼进行远运。按场地情况一般可分为宽阔河滩上预制场和堤内狭窄预 制场1 8 1 。 2 3 2 1 宽阔河滩上预制梁场 在河滩上设置预制梁场要具备以下两个条件：地基承载力满足预制梁生产 要求；枯水期能完成预制梁的生产。场内可采用跨墩龙门吊搬运，并可利用跨 墩龙门吊安装若干孔，然后可在这几孔上拼装架桥机【8 】。 2 3 2 2 堤内狭窄预制梁场 在很多跨河桥下堤内都有高出河面的台地，但这些场地都比较窄长，不可 能像河滩上那样大面积布置预制场，此时可采用该类型预制梁场，根据场地情 况，沿一孔垂直线路方向顺桥平行布置。此类预制场对设备要求较高，须有龙 门吊将梁提升到桥上，并配备平移装置将梁装上运梁平车，然后由架桥机安装。 2 3 3 桥上预制梁场 在市内桥梁施工时，由于受地价等因素的影响，施工场地比较紧张，现场 一般不单独设置预制梁场，若在城外预制梁片，则梁的运输十分困难，此时可 考虑在桥墩之间拼装支架，制作安装2 3 孔主梁，然后把施工完成的跨径部分 作为预制场，并顺次使预制场扩展出去。该类预制梁场要求预制台座可活动， 大梁安装采用跨墩龙门吊比较方便。由于施工要求比较复杂，一般不适用于大 型梁预制。 2 3 4 远距离预制梁场 远距离预制场就是在与桥梁施工现场完全不相关的环境下制梁，此类预制 场不受桥梁施工现场条件限制，而且便于集中管理，场地面积一般也不受限制， 在预制梁数量大时优点明显；但是，此类预制场因为与桥梁施工工地相距较远， 运输极为不利，费用也大大增加。这种预制梁场一般在城市立交桥施工中比较 常见，或是几个施工工地都需要大批的预制梁，则可以采用这种预制梁场，不 过建设时应注意与各个工地的保持适宜距离。 综上可知，前两种预制梁场都靠近桥梁施工场地，虽各有不同，但对于大 型预制梁的运输来说比较方便；桥上预制梁场由于自身的条件所致，一般不采 用；第四种预制梁场由于距离桥梁施工场地较远，对于大型预制梁的运输来说 9 比较困难，且运输费用较高；由此可见，一般情况下均采用前两种预制梁场， 远距离预制梁场一般用于预制梁需求较大的工程，或桥梁较多的工程等情况， 设置一个预制梁场可以避免建设多个预制梁场时投资过大及设备利用不充分等 问题，桥上预制梁场一般只有在不得已得情况下才采用。各桥梁预制梁场的优 缺点见表2 1 。 表2 1 四种常见预制梁场优缺点比较表 优点缺点 引道及其附近与桥梁距离较近，可供选择的地址较少， 预制梁场便于大型梁的运输不够灵活 与桥梁距离较近，与桥梁施工场地有重叠， 桥下预制梁场 便于大型梁的运输施工不便 桥上预制梁场节省征地费用施工复杂 选址灵活，与桥梁距离较远， 远距离预制梁场 便于自由安排生产运输不便 2 4 桥梁预制梁场选址影响因素 由上文可知，预制梁场作为桥梁施工场地的附属工地，其选址主要受以下 几个方面因素影响【l6 j ： 2 4 1 费用因素 在保证生产产量和质量的前提下节约投资费用，是施工单位主要考虑的问 题之一。预制梁场作为桥梁等工程的配套附属工地，一般都建设在桥梁等工地 的附近地区。而现阶段相当一部分桥梁等工程施工工地都地处市郊或直接就在 市内，征地费用往往成为工程项目投资主要考虑的因素之一。因此，如何使选 择的预制梁场场址经济合理，是预制梁场建设首先必须考虑的问题。 2 4 2 运输因素 预制梁场生产过程中须用到大型设备及大量的钢筋等材料，运输量较大， 而且，桥梁预制梁大多重达几吨甚至几十吨，运输极不方便。因此，结合桥梁 工程实际情况，预制梁场的选址应有利于大型设备、大宗物资及预制梁的运输， 以减少运输过程中带来的不便，增加运输费用。 2 4 3 地形因素 许多大型桥梁预制梁因为其重量较大，所以对地基的要求相当严格，应尽 量选在地形、地质较好的地方，以减少土石方基础加固工程的投入；对于达不 到标准的地基可以适当进行加固，加固后也不能达到标准或加固投资较大的场 地一般不选为预制梁场建设地，需另选合适的场地。 1 0 2 4 4 其他因素 在预制梁场的选址中，公共设施和自然环境因素也是不可忽视的。 公共设施主要是指三供( 供水、供电和供气) 和废物处理( 废水和固体废 物处理) 。首先，在预制梁生产过程中需要用到一些机械设备及大型设备( 如龙 门吊) ，用电必须满足，而且为满足施工人员的同常生活所需，供电、供水等就 必须提供；其次，一些生产废料的处理也不能随意丢弃，必须保证当地的生态 环境不被破坏。 自然因素主要是指施工当地的气象、地质、水文等条件，必须考虑防洪排 涝，确保雨季施工安全。在预制梁场选址之前必须实地调查当地的自然条件， 以免出现雨季洪涝等突发情况影响正常施工的进行。 第三章预制梁场的布置及其评价 预制梁场的建设主要包括两个方面，一是预制梁场的选址；二是预制梁场 的布置。前者第二章已经进行了详细的讨论，本章将对预制梁场的布置进行论 述，并运用模糊综合评价模型对几个布置方案进行优选。 3 1 施工场地布置准则 施工场地布置就是用系统理论的思想和方法对场地的各个区域进行优化布置和 安排，主要目的是以最优的方式将各个施工区域、机械设备、材料和施工人员有机结 合起来，使得施工场地建设费用最低1 3 3 】。 3 2 预制梁场功能区划分 桥梁预制梁场一般分为制梁区、存梁区、钢筋及波纹管等物料堆放区、钢 筋加工区、混凝土加工区、生活区及运输便道。其中，混凝土加工区在预制梁 场中不一定存在，一般大型工程中均统一设置一个混凝土加工厂，对各个施工 区域进行统一配送，这种情况下制梁场不单独设置混凝土加工区。 制梁区作为预制梁场的主要组成部分，预制梁的生产和各种关键性的机械 设施布置主要都集中于这一区域。钢筋加工区与存梁区应靠近制梁区布置，便 于钢筋等物料搬运至制梁区及完工预制梁的吊运和存放； 存梁区是用来存放预制梁的区域，一般桥梁架梁是每隔一段时间进行一次 集中架设，在每次架设之前预制梁都是存放在规定的区域之内。而预制梁完成 之后就吊运至存梁区存放，因此，存梁区与制梁区之间应尽量相邻，便于龙门 吊等吊运器械的作业。 物料堆放区是堆放生产预制梁过程中所需物料的区域，为便于场内搬运， 物料堆放区与钢筋加工区应靠近布置，以减少钢筋等物料在场内的搬运。 运输便道一般应采用环形布置，贯穿全场，以满足物料的进场运输及预制 梁运输，一般设置两个出口，一进一出，对于只需设置一个出口的情况，应对 道路宽度进行测量，以满足大型梁的运输。 3 3 预制梁场的布置 3 3 1 预制梁施工组织流程 预制梁的施工组织流程为【2 l 】：前期准备工作一台座施工一铺底模一底肋板 钢筋及波纹管的安装一预应力束孔道检查一安装侧模一绑扎面板钢筋一检查签 证一浇注混凝土一制作试块一混凝土养护、拆模一穿入钢绞线一预应力张拉、 压浆、封端一起吊运输至存梁区。 3 3 2 预制梁场布置原则 预制梁场布置应结合桥梁施工进度，预制梁施工组织流程及施工场地自然 条件来进行，以“制梁速度快、质量高和建成费用低”为目的【1 6 】。因此，确定 预制梁场布置原则时主要考虑以下几个方面f 3 4 。6 】： ( 1 ) 建设投资费用：预制梁场的建设费用受场地占地大小影响较大，制梁 区作为预制场的主要组成部分，其面积的大小将直接影响预制梁场的占地大小， 及征地的费用。因此，在满足桥梁施工进度的情况下如何确定最优的制梁台规 模，使制梁区面积最小就是一个必须要考虑的内容( 此部分内容将在第四章详 细论述) ：， ( 2 ) 满足施工进度：预制梁场作为桥梁工程的一个分项工程，主要任务就 是为桥梁提供预制梁，必须按照桥梁工程特点、工期要求、场地条件及起重运 输条件，合理安排预制梁场的生产计划，确定梁场生产能力，合理布置预制梁 场以满足桥梁施工的进度； ( 3 ) 整体性因素：根据预制梁生产要求，综合考虑各个工序之间的生产顺 序，合理安排各个施工区布置，尽量避免倒流作业，做到生产工艺流程合理； ( 4 ) 场内运输距离：场内施工所用的各种物料包括钢筋、钢绞线及混凝土 等，在场地运输应以运输距离最小为目标，杜绝二次搬运，保持物料运输畅通； ( 5 ) 空间因素：预制场地内部布置时应有效利用场地，充分利用场区地形 条件，因地制宜，布置力求紧凑，尽量缩短工艺之间的流水线路；工棚及施工 人员的住房应尽量靠四周布置，既少占施工面积又可以充当围墙，既减少使用 面积，又节约建设费用； ( 6 ) 流动性因素：各个区域之间布置应按照生产工艺流程来进行，确保生 产过程中流动的畅通，生产流程连续化，道路上不允许堆放任何物品，保证道 路畅通，道路设置宜采用环形单向道，场区宜设置两个出入口，如只需设置一 个出口，则道路设置时，应满足考虑预制梁及物料运输时的车辆通行宽度； ( 7 ) 安全因素：布置时应考虑生产安全，水路、电路应该沿场地四周布置， 避免影响施工，造成事故。 3 4 基于模糊综合评判法的预制梁场布置 随着我国桥梁等大量工程的建设，施工技术人员积累了大量的工程实践经 验。一般施工技术人员在制定布置方案时，大多根据工程概况、施工技术条件、 工程所属的地理位置特点及类似工程的经验等，提出若干可行的方案，再进行 优选，确定可行方案。由于预制梁场布置过程中涉及大量难以定性的指标，因 此，本文运用模糊综合评价对若干可行方案进行评价。 3 4 1 模糊综合评判法概述 模糊综合评判法作为模糊数学的一种具体应用方法，最早是由我国学者汪 培庄提出的。模糊综合评判就是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理， 将一些边界不清、不易定量的因素定量化，从多个因素对被评价事物隶属等级 状况进行综合性评价的一种方法。模糊综合评判主要分为两步：第一步先按每 个因素单独评价；第二步再按所有因素综合评价。其优点是：数学模型简单， 对多因素、多层次的复杂问题评判效果比较好。模糊综合评判法的特