空间分析技术在水利工程施工中的应用探讨.doc

空间分析技术在水利工程施工中的应用探讨摘要：水利工程施工过程中，空间是一种宝贵的资源。如果空间资源紧缺或管理不当，往往会造成大量空间冲突，且会影响施工效率，并造成一定经济损失，严重时还会产生安全事故。因此，水利工程施工前，很有必要对施工空间进行分析，力求做到合理有序的安排有限的施工空间。关键词：水利工程；空间分析；技术要求；安全性；经济性中图分类号：TV223.2-2 文献标识码：B4空间分析技术是最近几十年才逐渐发展起来的一个新型交叉学科。其主要包括拓扑分析理论、几何分析理论、统计分析理论等相关领域的理论知识，并且与实际工程关系非常紧密。空间分析技术的发展及应用与人类对空间资源的重视程度提高是密不可分的。就目前来看，国内外有关空间分析技术在实际工程应用方面的研究尚不够深入，并且其主要的研究对象多集中在房屋建筑、高速公路与铁路、城市交通等土木工程领域。这主要是在我国市场经济高速发展的带动下，国家注重基础设施、城市和农村等工程的建设，使得相关领域的施工组织管理技术得到了大力发展，从而需要引进新的施工组织管理模式来适应新时期工程建设的管理。而在国外某些发达国家，早在上个世纪80年代之前就已经完成了大部分基础设施和水利工程的修建，从而在那个时期，就已经有人将空间分析技术应用到实际工程管理当中。随后，我国部分学者对空间分析理论进行了相关的研究，并将其应用到市政与土木工程建设当中。如张建平、邢林涛等曾针对民用建筑施工研究了施工场地布置问题。见年来虽然也有个别的工程技术人员将在空间分析理论应用到水利水电工程中来，但也仅仅局限在工程设计与规划等方面。故将空间分析理论应用到水利水电工程施工中尚需做更多的工作，才能得到推广。实际工程当中，空间冲突是普遍存在的，且由空间冲突带来的事故和争论也是非常常见。据有关资料统计，自上世纪后5年在水利水电工程施工活动当中发生的工伤事故计多达1455起。这种高概率、高危害、高损失的事故大多集中在机械伤害、高空坠落、触电等场所。而这些所谓的“三高”事故，从表面商看都好像是人为所致，然而究其深层次原因，就可以发现绝大多数都是施工空间的不足或施工空间安排不合理等造成的。一般来说，水利水电工程的修建多在高山峡谷之中，从而受施工空间资源的限制特别严重，然而其施工活动非常频繁，极容易造成空间资源的紧缺或冲突。例如，水利工程中的隧洞开挖、围堰修筑、岸坡开挖、基坑开挖、大坝及厂房浇筑、机电安装等施工单项工程，在时间和空间上经常会互相交错，难免会存在空间和时间上的冲突。而对于某一具体的单项工程，如大坝施工，就存在灌浆活动、机械操作活动、浇筑活动等工作，这些施工过程常常是局限在一定的空间和时间范围内，每个工序之间互相交叉是常有的事。在施工空间资源十分稀缺的情况下，由于水利水电工程投入运营将会带来巨大的经济收益促使业主在客观上要求加快施工速度，以便提前竣工受益，从而加剧了这种矛盾的突出程度。另外，由于传统的空间资源管理，往往是凭借经验和直觉，没有任何理论依据，也会造成单个施工活动的施工时间和施工空间资源分配不当，从而引发空间冲突。总之，如何从根本上解决水利工程施工过程中时间和空间上的冲突和矛盾以及如何将空间分析技术应用到水利工程施工中去，是目前水利工程施工领域亟待解决的一个新的课题。1 空间分析技术简介空间分析技术主要分为两个发展方向：宏观空间分析技术和微观空间。其中，宏观空间分析技术主要是一种基于统计学和空间拓扑学的分析方法，当面对大量的数据时，就需要分析这些数据之间的拓扑关系以及这些数据背后的一些规律或内在联系，从而需找到更具价值的信息。如，根据污染点数位置和相关属性，来估计造成污染的原因以及污染源点的坐标位置，并推算污染的可能发展趋势，就需要采用宏观空间分析技术。当前广泛应用的地理信息系统(GIS)软件大多都有空间分析模块，其运用的空间分析技术一般就是这种宏观空间分析技术。而微观空间分析技术主要是针对某个活动或者几个活动中存在的对象在空间和时间上的关系，通过研究它们的不同时空关系来分析其将会给活动带来什么样的影响。如，土木工程施工，有施工人员、施工机械、施工对象、辅助设备等对象，在工程过程中，研究这些对象在空间上对工程进度的影响就是一种微观空间分析技术。在上世纪后期，由于土木工程管理方式的进一步发展，人们发现空间资源对工程的影响非常大，因此这种立足于工程的微观空间分析技术得到了长足的发展。空间分析技术起源最早可以追溯到上个世纪70年代，一些美国学者对空间分析技术进行了一些理论探讨。空间分析技术真正发展和大量应用是从上个世纪80年代开始的。那时已有许多学者在空问分析技术的完善和应用上做出了大量探索，并建立了一些工程进展空间分析模型。但是，这些理论绝大部分只是把空间看着一种与工程机械、材料等相类同的资源，而忽略了空间资源与其它资源相比具有的特点，低估了空间因素在实际工程中的影响力。在实际工程中，由于工程的完工的提前将带来巨大的经济效益，业主对于缩短工程进度的要求日益强烈，这就造成了空间因素不只是一种简单的资源，而是一种重要的影响工程进度的控制因素。由于工程进度的提前，往往会使得施工活动在单位时间上的需要更充裕的空间。但是，施工活动的空间范围往往是有限的，这就在客观上造成容易发生空间冲突。自上世纪90年代到现在，对于空间冲突的研究是空间分析技术的一个研究重点，一些学者在空间冲突的模型建立上有所突破，并将其成功应用于工程实际。空间分析技术在我国的发展较晚，在70、80年代几乎是一片空白，进入90年代后，才开始起步，直到近些年，由于工程发展的需要，空间分析技术在工程施工中的应用得到了进一步的重视和发展。但是，与目前国内大量应用的是宏观空间分析技术，而微观空间分析技术在我国的应用场合少、应用范围窄。空间分析技术中的微观空间分析技术在土木工程中的应用是当前空间分析技术的一个重要的发展方向。但是，由于土木工程具体施工中存在大量的对象，而且每一个对象又有不同的特点，因此这种空间分析的数据量非常大，由于受到了当前计算机技术发展的制约，当前这种理论大多应用到了市政工程的建设中，而由于水利水电工程中每个工程之间差异较大，因此如何将这种理论成功的应用到水利水电工程的施工中去尚需深入研究和探讨。2 水利工程施工中空间分析模型建立2.1水利工程施工中的空间分析对象水利工程施工中的对象比较多，而对施工影响较大并且与空间关系紧密的的对象，主要有如下几种：(1) 施工人员。人是施工生产活动中最活跃的要素，也是水利工程施工系统中最基本的要素。(2) 施工机械。各种施工机械是完成施工任务的必要手段。比如在混凝土大坝施工中就包括各种门机、塔机、缆机、载重汽车、平仓机、振捣机等施工机械。(3) 施工对象；施工对象又可以称为施工目标，其也是施工活动的是否完成的考察对象之一。与施工人员和施工机械不同的是，施工对象一般在空间的大小上随着施工的进展动态变化。(4) 施工辅助设备。施工辅助设备是指在施工过程中有效的来协调施工人员或者施工机械对施工对象的有效作用的设备，如施工过程中的脚手架、施工的风水电设备等都是施工辅助设备。(5) 其它对象。在施工过程中，还存在其它的一些与施工空间相关系的对象，如施工中的保护对象就是这种对象。大坝浇筑中相邻浇筑块的已浇混凝土，就是旋工保护对象。另外，施工中需要的原材料，预制件等也属于这类对象。2.2水利工程施工中的空间类型根据施工中的空间分析对象可将其分为：施工人员空间、工机械空间、工对象空间、时对象空间、危险空间和保护空间。对于在施工过程中的某一特定对象，根据其工作的要求和自身保护的要求，可以将空间分为：实体空间、安全工作空间和效率空间。各空间之间的关系如图1所示。图1 水利工程施工中的各空间对象、类型间的关系2.3水利工程施工通道建模在水利工程的施工过程中，施工人员、材料设备及施工机械在施工场地内的进出必须有个通道，如果这个通道规划不好，很容易跟施工场地内正在进行的施工活动发生冲突出现工程事故。为此，在进行施工场地空间分析时，必须对不同通道进行建模分析。通道建模时，引入了路径分析思想。一般来说，路径分析时，会尽量把一些相临的路径和通道进行合并，以减少通道维护成本。但是对于水利工程，因为其中的通道一般都具有临时性，常会随着时间变动，所以在通道规划时，主要针对不同的运输对象，对其进行不同的通道设计。通道设计的主要原则如下：(1) 通道的安全性。主要是为了避免当前运输路径与正在进行的施工活动产生空间冲突。(2) 通道的经济性。经济性主要包括流量经济性和空间经济性。流量经济性主要是指所有运输通道中的长度和笔直度，因为施工通道越长，其运输成本就会越高，如果施工路径越笔直度，那么运输速度就会越快，总运输距离就会越短。由于水利工程施工空间非常有限，所以通道设计时，要尽量减少占用施工活动空间，这样既能够为别的施工活动创造更多的施工空间，还能够减少施工成本，这就是通道设计的空间经济性。(3) 对其它施工活动的影响。水利工程施工通道设计时，既要保证施工运输的安全性和经济性，还要考虑通道在运行时可能会对其它施工活动产生不利影响。为此，还建立了通道综合评价指标：M=k1S+k2P-k3I其中，k1、k2、k3为通道的安全性参数、经济性参数以及对其它施工活动的影响参数的重要性系数；S、P、I分别为安全性参数、经济性参数以及对其它施工活动的影响参数。3 水利工程施工中空间冲突空间冲突的存在给施工活动的展开带来了不利影响。主要表现在以下几个方面：1) 安全影响。空间安全的影响是带给工程施工最直接的影响，也是最严重的影响。例如，机械伤害、高空坠落、触电等是施工过程中最典型的安全事故。因此，在水利工程施工中，要想从源头上消除施工安全隐患，就必须首先对施工场地进行空间分析。2) 经济性影响。如果工程建设过程中出现安全事故，肯定会造成一定经济损失，并且是一种“显式”损失。但是，因空间资源安排不合理而造成的施工效率下降等造成的损失确很难引起人们注意，因而是一种“隐式”经济损失。其实，这种“隐式”经济损失有时也非常大，也会给工程总造价产生一定影响。例如，施工材料和设备的运输路径与其他施工活动空间发生冲突时，肯定会增加运输造价。3) 施工效率影响。水利工程施工中，不仅需要实体空间，还需要工作空间，如果工作空间过小，势必会影响施工效率。而传统鉴别空间冲突的方法，主要通过两种活动同时进行时是否会带来安全隐患和经济损失来判断是否存在空间冲突，显然与实际情况差别较大。实际上，造成施工效率损失的空间干扰，也是一种空间冲突。总之，在水利工程施工过程中，空间是一种宝贵的资源。如果空间资源紧缺或管理不当，往往会造成大量空间冲突，且这种冲突既会影响施工效率，也会带来经济损失甚至是安全事故。4 结语水利工程施工空间有限，如何避免施工过程当中的空间冲突，在施工前，必须进行施工空间分析，从而合理有序的分配和管理施工空间，为水利