学士河口村面板堆石坝土石方调配系统仿真研究

目录摘要 1前言 31 绪论 41.1 课题研究的目的和意义 41.2 研究现状及存在的问题 61.2.1 研究现状 61.2.2 存在的问题 71.3 研究内容及手段 82 计算机仿真基本原理 92.1 概述 92.1.1 仿真基本要素及活动 92.1.2 仿真试验的工作流程 92.2 离散事件仿真系统 102.2.1 仿真钟推进方法 122.2.2 事件步长法流程图 122.2.3 时间步长法流程图 132.3 仿真建模 132.3.1 仿真建模的基本要求 132.3.2 建模方法 143 面板堆石坝土石方调配系统概述 143.1 土石方调配的前提 143.2 土石方调配的原则 153.3 土石方调配系统概述 163.3.1 系统组成要素及特性 173.3.2 系统组成要素的联系 173.4 土石方调配数学优化模型概述 183.4.1 目标函数 183.4.2 约束条件 183.4.3 土石方调配模型求解方法 213.5 土石方调配建模思路 233.6 土石方调配建模基本步骤 234 面板堆石坝土石方调配软件设计 254.1 仿真开发语言 254.1.1 编程语言的发展 254.1.2 Delphi编程语言简介 264.2 系统结构设计 274.3 数据库管理 274.3.1 Access数据库 284.3.2 ODBC接口 294.4 数据库设计 294.5 软件功能的实现 305 面板堆石坝土石方调配仿真软件开发实例 315.1 工程概述 315.2 参与土石方调配的数据分类 325.2.1 场地特征数据 335.2.2 进度计划数据 345.2.3 关系描述数据 375.2.4 生产记录数据 375.3 其他数据分类 375.3.1 调运单价表 375.3.2 主要道路表 395.3.3 折算系数表 395.3.4 利用方式表 405.3.5 填筑特性表 405.4 土石方调配仿真建模功能 415.5 土石方调配结果及分析 445.5.1 调配结果 445.5.2 结果分析 466 总结与展望 516.1 主要研究成果 516.2 展望 51致谢 53参考文献 54河口村面板堆石坝土石方调配系统仿真研究学生：李倩指导老师：周宜红、赵春菊教学单位：水利与环境学院摘要：面板堆石坝是土石坝中最有代表性的一种，因其具有良好的安全性、适应性和经济性，使其逐渐成为坝工建设之首选。土石方调配是面板堆石坝施工中关系全局的核心问题，牵涉到工程的施工进度计划、施工总布置、料场规划、施工机械配置等诸多方面。因此，如何优质高效地调配土石方并使之能够顺利地实施，关系到工程的成败。计算机仿真技术在面板堆石坝领域的应用和发展日益广泛，从最初把仿真成果仅仅作为一种决策参考，逐渐发展成面板堆石坝工程规划、设计和施工管理中不可缺少的技术手段,并对实现土石方的高效调配起着重要作用。计算机技术应用于水电工程施工近30年，随着计算机技术的不断发展，仿真技术在面板堆石坝的应用与发展也日益广泛，其应用范围从辅助施工组织设计发展到三维动态显示。面板堆石坝的计算机仿真就是运用系统工程的方法，建立面板堆石坝施工过程的数学模型，通过计算机模拟其施工过程，进行仿真计算，快速地求出施工过程各时期的开挖、填筑进度情况和各种需要的定量技术指标。本文运用计算机仿真技术和系统工程的分析方法，研究了河口村面板堆石坝的土石方调配系统，开发了相应的仿真软件。鉴于该工程的实际特点，建立了一个比较完备的数据库，为优化计算提供数据支持。本文介绍了国内外比较流行的土石方调配方法，并根据数据库分类情况提出了离散时间的仿真调度模型，利用调度规则：1）优先考虑资源需求量大的项目；2）优先利用建筑物开挖料，尽量提高直接上坝率，然后从中转场中取料，最后如果仍未满足该阶段坝体填筑需求时，从料场取料；3）优先选用调配单价小的供料源。最后，结合土石方调配计算模块的特点和河口村工程施工情况，开发了其土石方调配仿真系统，得出了土石方调配方案。Abstract:TheconcretefaceRockfilldamisoneofthemosttypicalearthrockfilldams.Becauseofitssecurity,adaptabilityandeconomization,theconcretefacerockfilldamhasbecomethefirstchoicebypeopleinthedamconstructiongradually.Earthworkdeploymentisthecoreissueofthewholesituationoftheconstructionofrockfilldam.Itconcernsconstructionprogressschedule,generalconstructionarrangement,stockgroundplanningandconstructionmachineallotmentandotherissues.Therefore,howtodeploysoilefficientlyandtomakeitimplementsmoothlyisconcerningofaproject’ssuccessorfailure.Computersimulationtechnicsisappliedonthefieldoftheconcretefacerockfilldamincreasinglybydays.Computersimulationresultsasareferenceofdecision-makingfrominitialhasgraduallydevelopedtoanindispensabletechnicalmeansindamprojectplanninganddesigningorconstructionmanagement.Anditplaysanimportantroleinachievinganefficientallocationofearth.Itisabout30yearsfromthecomputerbeingusedonhydropowerconstruction.Withthedevelopmentofcomputer,computersimulationtechnicsisusedanddevelopedonconcretefacerockfilldamconstructionmoreandmorewidely.Itsapplicationrangehasdevelopedfromaidedconstructiondesigntothree-dimensionaldynamicdisplay.Thecomputersimulationforrockkfilldamistousethemethodofsystemengineering,establishesmathematicalmodeloftheconstructionprocessoftheconcretefacerockfilldam.Throughsimulationandcalculationtotheconstructionprogress,theexcavationoftheconstructionprocessinvariousperiods,constructionprogressandtherationtechnicalindexofvariousneedscanbequicklyobtained.Computersimulationtechnicsandtheanalyticmethodofthesystemengineeringareusedinthisarticle.TheauthorhasstudiedtheearthworkdeploymentsystemoftheconcretefacerockfilldamoftheHekouVillageanddevelopedcorrespondingsimulationsoftware.Theauthorhasalsobuiltupacompletedatabaseinviewoftheactualfeatureoftheprojectforsupportingtheoptimizationofcomputing.Inthisarticletheauthorhasintroducedsomepopularmethodsofearthworkdeploymentinothercountriesandaccordingtothedatabaseclassificationtheauthorhasalsomadeasimulationschedulingmodelofdiscretetime.Theauthortakesadvantageofthefollowingschedulingrules:1)Biggerdemandprojectconsidersfirst;2)Buildingsexcavationmaterialshouldbefirstusedintheconstructiondirectlyaspossibleaswecan,thentakenmaterialfromthetransitfield,andfinally,ifnotmeettheneedsofdamfilling,takenmaterialfromstockground关键词：面板堆石坝计算机仿真数据库土石方调配软件开发Keywords:Concretefacerockfilldamcomputersimulationdatabaseearthworkdesignsoftwaredevelopment前言我国有两千多年的水利建设历史，大禹通过疏、排、拦、蓄等不同手段来治水，李冰修建的都江堰至今还造福子民。水利工程中的挡水建筑物主要有重力坝、拱坝和土石坝三种坝型，其中历史最悠久的是土石坝，如今已经成为世界坝工建设中应用最广，发展最快的一种坝型[1]。面板堆石坝是土石坝的主要坝型之一，具有投资省、工期短、安全性好、就地取材、施工方便、导流简易、适应性广等优点。面板堆石坝成为目前富有竞争力的坝型之一，也是当前水利水电工程中重点推广的三大新坝型之一[2]。国内外已建成和在建的高堆石坝中中国就有三座排名于世界前五中，见表1。目前世界面板堆石坝的发展达到了一个共识：中国的经验和技术，代表着世界的先进水平。表1国内外在建或已经建成的高堆石坝表名称坝高（m）坝型装机容量（MW）国家建设年份水布垭233面板堆石1600中国2002～2009Bakum205面板堆石－马来西亚1996～2003Aguamilpa187面板堆石－墨西哥1993竣工三板溪185.5面板堆石1000中国2002～2007糯扎渡261.5直心墙堆石5500中国2004开工，在建土石方调配问题是面板堆石坝施工中关系全局的核心问题，也是涉及空间和时间的复杂动态问题。其物料需求大，种类多，而且与施工进度计划、施工机械的配置、道路系统的布置、施工场地的布置以及施工进度的协调等密切相关，各种因素相互影响、相互制约，需要综合个方面考虑。施工仿真技术在水电工程建设中的推广应用，使得土石方调配方案的优化更简单易行。中国将计算机仿真技术应用于堆石坝施过程的研究始于1980年。1988年，武汉水利电力大学史精生等人编写程序，针对鲁布革工程计算出一系列的机械配套结果，并以费用最小原则，提出了较为满意的方案，主要解决了坝体不同高程的施工对机械配套的不同要求的问题；刘则邹在此基础上，考虑了坝面作业和运输系统，还采用马尔可夫链法，对施工天气进行预报，把天气影响的随机干扰以接近真实状态作用于坝面作业系统，同时加强坝面施工作业对物料运输的反馈，及时调整机械配套情况；另外，一些学者对系统模拟模型表示和建立方法进行了较为深入的研究，提出了循环网络模拟技术、动态循环网络模拟技术、排队网络模拟技术、Perti网络模拟技术、面向对象模拟术、自适应控制理论等施工模拟理论与方法。计算机技术应用于水电工程施工近30年，随着计算机技术的不断发展，仿真技术在堆石坝的应用与发展也日益广泛，其应用范围从辅助施工组织设计发展到三维动态显示。目前，从新疆吉林台一级面板堆石坝、江苏溧阳抽水蓄能电站面板堆石坝等小型项目到天生桥一级面板堆石坝、湖北清江水布垭面板堆石坝等大中型项目都广泛地应用了计算机仿真技术。因此，应用计算机仿真技术对面板堆石坝的土石方调配过程进行模拟，能够满足检验土石方调配结果在技术上是否可行的要求。本文将针对河口村面板堆石坝，进行土石方动态调配仿真软件的设计。绪论课题研究的目的和意义中国自1985年修建西北口面板堆石坝开始，用现代技术修建混凝土面板堆石坝，面板堆石坝在全国得到迅速发展和广泛应用。至2004年的不完全统计，己建成和在建的坝高大于30m的面板堆石坝150座左右，其中坝高大于等于100m的达37座[3]，见表1-1。已建成的水布垭面板堆石坝，高233m，目前居于世界同类坝型之首。中国的面板堆石坝的数量、规模、技术难度已名列世界前茅。面板堆石坝的主体是堆石体，材料用量多、费用大。由于施工期渡汛的需要，坝体要在一个或两个枯水期达到渡汛挡水的要求，填筑强度较高。复杂的自然条件、技术条件和施工过程中的不确定性因素致使施工组织设计更加困难。在实际施工组织过程中，常常因为料源不足、运输能力差、施工强度跟不上进度，从而延误工期或者增加了运输任务致使成本增加。因此，如何优质高效地调配土石方并使之能够顺利地进行填筑施工是影响整个工程质量、造价和工期的重要问题，关系着工程的成败[4]。表1-1中国混凝土面板堆石坝（坝高大于等于100m）序号坝名地点河流坝高（m）装机容量（MW）完成年份1水布垭湖北巴东清江233160020092三板溪贵州锦屏清水江185.5100020073洪家渡贵州黔西六冲河179.5600在建4天生桥一级贵州、广西红水河178120020005滩坑浙江青田小溪162600在建6紫平铺四川都江堰岷江158760在建7吉林台新疆尼勒克喀什河157460在建8马鹿塘云南麻栗坡盘龙江154300在建9龙首二级甘肃张掖黑河146.5157200410瓦屋山四川洪雅周公河140240在建11九旬峡甘肃张掖洮河136.5300在建12珊溪浙江文成飞云江132.5200200113公伯峡青海循化黄河132.21500200414乌鲁瓦提新疆和田喀拉喀马云南墨江把边江130280在建16引子渡贵州平坝三岔河129.5360200217街面福建尤溪尤溪129300在建18白溪浙江宁海白溪124.418200119鄂坪湖北竹溪汇湾河124.3114在建20黑泉青海大通宝库河123.512200021芹山福建周宁穆阳溪12270199922白云湖南城步巫水12054199823古洞口湖北兴山古夫河117.645199924芭蕉河湖北鹤峰芭蕉河115200在建25泗南江云南墨江洒南疆115200在建26高塘广东怀集白水河111.360在建27金造桥福建屏南金造溪111.360在建28双沟吉林抚松松江河109.7280200329那兰云南金平藤条河108.7150在建30鱼跳重庆南川大溪河10648200131鲤鱼汤重庆开县桃溪河1051.5在建32洞巴广西田林西洋河10572在建33茄子山云南龙陵苏帕河103.616200034思安江广西桂林思安江103.412200335盘石头河南鹤壁淇河102.210200336柴石滩云南宜良南盘江101.860200037白水坑浙江江山江山港101.3402003堆石坝的计算机仿真技术就是运用系统工程的方法，建立堆石坝施工过程计算机模拟的数学模型，对施工过程进行仿真计算，通过计算机快速地求出施工过程各时期的填筑进度情况和各种需要的定量技术指标。依靠计算机仿真软件，管理人员既可以时刻了解工程实际施工状况，分析它与施工计划的差异，了解差异产生的原因，预测未来施工发展趋势，调整未来的施工计划，又可以控制实施过程中各种因素对于施工进程的影响，为施工过程管理决策提供有效的分析手段[5]。因此，本课题的目的是：建立合理的面板堆石坝土石方调配仿真系统，在协调堆石坝填筑、各项开挖工程进度的前提下，规划土石方流以达到挖、填、转、弃、采等各种土石方的综合平衡，提高开挖料的直接利用率，减少采、弃、转等环节的施工费用，最终实现面板堆石坝土石方优化调运的施工方案。研究现状及存在的问题研究现状计算机仿真技术最早应用于20世纪70年代初，奥地利施立格混凝土坝的修建，其采用了确定性数字模拟技术对缆机浇筑混凝土方案进行优选。实践表明，模拟的浇筑速度和进程与实际施工情况非常吻和。目前，国内外的面板堆石坝仿真研究现状主要有以下三个方面：1）仿真建模面板堆石坝施工仿真采用循环网络、Petri网和其他一些建模方式，其中循环网络技术是最常用的堆石坝建模方式。Halpin在1977年提出了循环网络Cyclone的理论，使得模拟技术在工程界的应用得到飞速发展[6]。循环网络通过定义特定的图示符号来描述各种状态，根据施工作业及逻辑关系，将它们用矢线连接起来，并加入控制机制构造出图示模型来表达实际施工过程[7]。基于早期的普通循环网络模型，随后出现的动态随机循环网络通过在结点中引进函数功能，使得构造的模型能够更好的描述实际工程施工的动态变化情况[8]。近年来，天津大学的学者将循环网络模型与网络计划技术CPM（CriticalPathMethod）相结合，提出了一种全过程动态仿真技术，一方面克服了循环网络模型的复杂性，另一方面利用了CPM网络的进度分析功能，得到了较广泛的应用[9]。2）仿真策略施工组织设计通常采用施工全过程的静态仿真，根据给定的方案寻求合理机械配置以及进行工期和工程量的计算和论证。全过程静态仿真建立的模型相对简单，而且基本上可以满足设计初期的仿真需要，这种全过程仿真技术发展至今已经比较成熟，是众多开发者选用的仿真策略。近年来，随着工程设计界提出新的“设计革命”，水利工程逐渐向着数值化、可视化、智能化方向发展，实时仿真技术成为了施工仿真中的新趋势[10]。在堆石坝施工过程的实时仿真领域中，已经有学者取得了一些初步的成果：20世纪90年代中期，天津大学运用自适应控制理论与方法，建立了高堆石坝施工过程管理与控制模型[11]；近来有学者研究了基于Petri网的施工过程的建模以及流程的仿真和分析，用层次化的方法建立了整体的施工过程模型，提出了一个施工过程管理的框架；还有一些学者则针对堆石坝施工过程中的某一个方面建立了动态模型，例如料物调配模型、交通运输模型、坝体填筑模型等[12]。3）可视化仿真技术可视化仿真（VisualSimulation，VS）是计算机可视化技术和系统建模技术相结合后形成的一种新型仿真技术，其实质是采用图形或图像方式对仿真计算过程的跟踪、驾驭和结果的后处理，同时实现仿真软件界面的可视化，具有迅速、高效、直观、形象的建模特点。可视化系统以三维图形、图像的形式提供了坝区三维场景交互式漫游、坝体填筑和料场开挖的工程进度的查询、施工方案和施工过程的动态仿真等功能，从而突破了传统的施工仿真系统的二维表现形式的限制[13]。随着计算机科学、系统科学和工程科学与技术的迅速发展，三维动态可视化仿真理论与方法及其在水利水电工程中的应用逐渐成为研究的重点，并获得了一系列富有创新性的理论方法与应用研究成果[14]。存在的问题堆石坝土石方调配仿真结果，为我们提供了施工期内土石方流向、数量和时间，不仅技术上合理并且理论上最优。但实际上由于各方面的原因，在施工过程中和我们进行堆石坝施工仿真时就会发现，土石方优化调运的技术上存在一些微观上的不可行之处，在进行优化调度时存在下列一些问题：1）有些数学规划模型过于复杂。随着计算机技术的飞速发展，复杂目标函数和大量非线性约束的数学规划都可运用计算机来解决。但如果土石方调配时段划分的过多也导致计算机有无法求解的情况，并且数学模型过于复杂也会导致初始资料增多，降低模型的使用范围，将很难保证模型的可行性。2）数学规划模型不能解决所有问题。运输系统是一个动态的、随机的程，车辆在运输过程中存在着很多随机因素，如：在料场、卸料点的装卸和排队等待时间等。水电工程场内布置受地形条件影响大，道路布置密集、道路交叉点多。岔口处同时有多个车辆通过时，就会发生并发和冲突，并且在一些地段会形成运输“瓶颈问题”，影响运输系统顺利运行。传统的解析方法只能计算性能指标，可以说是一种确定性的分析方法，不能很好的解决运输问题。3）缺乏深入完善的整体施工仿真模型。在仿真过程中，往往由于开发者对施工细节考虑的不够全面以及对施工过程中的不确定性因素考虑不足，不能根据实际情况及时调整施工计划和优化施工过程，对施工现场的指导性不强。以往所做的研究大多是针对施工的某一个方面进行的，例如：道路运输、料场规划等，没有一个好的系统能够融和这些模型。4）需求分析不够。开发人员在系统分析和设计阶段花费的时间过少，往往导致以下昂贵的代价：不得不重新构造代码；由于不良的代码结构造成昂贵的维护代价；很难集成系统中各独立成份；项目管理困难；超出预算和工期，等等[15,16]。尽管软件工程学的理念正逐渐得到越来越多人的认可，但是在水利工程仿真中的应用仍然不够深入，使得开发出的仿真软件未能尽如人意。研究内容及手段堆石坝施工系统是一个复杂的大系统，本文按照系统工程的分析方法，将堆石坝施工系统分为土石方调配规划和交通运输两个子系统，主要研究了料场规化系统的规划特点和管理重点，根据面板堆石坝的土石方平衡设计特点，采用运筹学方法建立面板堆石坝土石方动态调配数学模型。本文的主要研究内容为：1）根据面板堆石坝土石方调配特点以及施工特点，对土石方调配问题进行系统分析，将其分解为土石方调配规划和施工交通运输两个子系统，本文主要研究土石方调配规划系统，建立相应的数据库。2）根据面板堆石坝的土石方平衡设计特点，建立面板堆石坝土石方动态调配数学模型。该模型不仅考虑定量的约束条件，而且结合专家及工程技术人员的知识和经验，考虑到土石方调配过程中的定性约束条件，使调配结果更符合实际施工中的调配过程。3）通过一个工程实例，编制相应的程序以验证面板堆石坝土石方调配系统模型的合理性和适用性。计算机仿真基本原理概述仿真基本要素及活动计算机仿真也称为系统仿真，是人们根据系统的特征，通过建立原型系统的计算机模拟模型来实现的，以计算机为主要工具，运行真实系统或预研系统的仿真模型，通过对计算机输出信息的分析与研究，实现对实际系统运行状态和演化规律的综合评估与预测。计算机仿真采用数学模型，它使用数学语言描述系统行为子集的特性。其工作过程一般是：首先，建立系统的数学模型；然后，建立系统的仿真模型，主要是设计算法，并转化为计算机的程序，使系统的数学模型能为计算机所接受并能在计算机上运行；最后，运行仿真模型，进行仿真试验，再根据仿真试验的结果，进一步修正系统的数学模型和仿真模型[17]。计算机仿真的三个基本要素是系统、模型、计算机（包括硬件和软件），联系着它们的三项基本活动是数学模型建立（一次建模）、仿真模型建立（二次建模）、仿真试验，见图2-1。图2-1计算机仿真三要素和三项基本活动仿真试验的工作流程仿真的一般工作流程见图2-2，具体步骤如下：第一步：系统建模。要针对实际系统建立模型。建模与形式化的任务是根据研究和分析的目的，确定模型的边界。第二步：仿真建模。其主要任务是根据系统特点和仿真要求选择合适的算法。当采用该算法建立仿真模型时，其计算的稳定性、计算精度、计算速度应能满足仿真的需要。第三步：程序设计。将仿真模型用计算机能执行的程序来描述。程序中还要包括仿真实验的要求，如仿真运行参数、控制参数、输出要求等。第四步：模型运行。分析模型运行结果是否合适，从前几步查找问题所在，并进行修改，直到结果满意。第五步：进行仿真实验、处理仿真结果。图2-2仿真的工作流程离散事件仿真系统根据所用仿真方法的不同，通常将仿真分为连续系统仿真和离散事件系统仿真。面板堆石坝仿真属于离散事件仿真系统。基于离散事件系统仿真技术的调度方法是仿真技术的最新应用。其基本原理是，在调度规则的引导下，在仿真模型上试探性地经历整个加工过程，记录该过程中系统的状态变化及导致系统状态改变的事件，产生调度方案并统计性能数据。这是一种实验性和试探性的方法，不会出现无解的现象，而且产生的每一个调度都是调度问题的可行解。通常采用两种方法对调度结果进行优化：1）对同一问题分别给定不同的参数，多次进行仿真调度，得到多个调度方案，通过比较目标函数值，从中选择一个相对好的解；2）针对具体的问题，采用好的调度规则，直接得到好的调度结果，从而减少仿真调度的次数。所谓好的规则，是指经过理论推导、仿真或实践证明有利于调度目标的调度规则。仿真系统的实现通常需要设定：1）仿真钟。若使仿真系统能够比较逼真的模拟真实生产系统，需要实现时间的均匀推进，在仿真系统中定义了仿真钟，通过引入一个定时器，规定每产生一个定时器事件，对应系统仿真环境中的仿真钟推进一步。2）规则库。规则库涵盖了系统调度的一般方法与规则。通过引入规则库，可以有效借鉴相关的知识与方法，更加合理地调度施工系统。规则调度方法是指系统运行时，根据一定的规则或策略来决定下一步操作的调度方法。由于决策规则简单明确、容易实现而被大量地用于调度的研究和实现中，这种方法放弃了寻找最优解的努力，转而寻找可行解，其结果是建议性的，可以用于指导实际生产。3）数据源。仿真初始参数可以直接从监控系统中获得实时数据，这可以满足动态实时调度的需求。仿真系统需要记录仿真过程中系统的状态变化以及导致系统改变的事件，在系统基础数据库中，仿真过程中的数据被保存下来。操作者可以根据需要随时调用以往工作数据或者输入其它数据以及通过系统自动生成随机数据等进行仿真与分析。实时数据的获得能力增加了仿真系统的精确性与反应速度，而其它数据录入方式在系统性能分析、安排计划、调度培训功能中同样非常重要。将系统模型转换为一个可以在计算机上运行的仿真模型，一般需要完成下列三部分工作：设计仿真策略，即确定仿真模型的控制逻辑和仿真钟的推进机制；构造仿真模型，即确定模型的具体操作；仿真程序设计与实现，即采用某种程序设计方法及语言，实现仿真策略和仿真模型。仿真钟推进方法仿真时钟有两种推进方式：时间步长法和事件步长法。1）时间步长法选择适当的时间间隔△t作为仿真时钟推进时的增量，时钟每次由t推进到达t+△t后就检查是否有事件发生。若有事件发生，相应地改变系统中相关实体的状态，并认为相应事件发生在t+△t时刻。这种方法会因时钟步长的精度问题而使一些发生在t至t+△t时段内的信息不准确或丢失。但随着计算机性能和速度的提高，可以将仿真时钟步长取得很小，使仿真达到所要求的精度。2）事件步长法在这种方式中，仿真钟是按下一个最早发生事件的发生时间推进。即时间控制部件从事件表中始终选择具有最早发生时间的事件记录，然后仿真钟修订到该事件发生时刻。对每一类事件，仿真模型建立相应的事件子程序，并根据最早发生事件的类型调用相应的事件子程序，进行事件处理，然后返回事件控制部件。这样，事件的选择与处理不断地进行，仿真钟就从一个事件发生时间推进到下一个最早发生事件的时间上，直到仿真运行结束。事件步长法流程图事件步长法流程图如图2-3所示。图2-3事件步长法框图时间步长法流程图时间步长法流程图如图2-4所示。图2-4时间步长法框图仿真建模仿真建模的基本要求系统模型是对实际系统的一种抽象，是系统本质的表述，是人们对客观世界反复认识、分析，经过多级转换、整合等相似过程而形成的最终结果，它具有与系统相似的数学描述或物理属性，以各种可用的形式给出研究系统的信息[18]。正确建立的模型，能更深刻、更集中地反映实体的主要特征和运动规律，从而达到对实体的抽象。归纳起来，仿真建模必须满足以下几个要求：清晰性。一个大的系统往往由许多子系统组成，因此对应的系统模型也由许多子模型组成。在子模型与子模型间，除了为实现研究目的所必需的信息联系以外，相互耦合要尽量少，结构尽可能清晰。切题性。系统模型只应该包括与研究项目有关的方面，也就是与研究目的有关的系统行为子集的特性的描述。对于同一个系统，模型不是唯一的，研究的目的不同，模型也不同。准确性。同一个系统的模型按其精确程度要求可分为许多级。对不同的工程，精确度要求不一样。集合性。是指把一些个别的实体能组成更大实体的程度，有时要尽量从能合并成一个大的实体的角度考虑对一个系统的分割。建模方法离散事件系统研究和仿真中最基本的问题是系统的建模。根据事件发生时间对所考察对象演变过程的分析而言是否有必要纳入研究范围，可划分为：不带时标的DEDS模型：有限状态自动机模型、Petri网络模型、过程代数模型、时序逻辑模型等；带时标的DEDS模型：赋时Petri网络模型、TIM/RTIL模型、双子代数模型、排队网络模型、Markov链与GSMP模型等。根据系统输入信息及状态演变的确定或不确定性，分成确定性DEDS模型和随机性DEDS模型；也可根据状态变化的量化特征，分成逻辑（定性）模型与数量（定量）模型等。从现有模型的形成过程看，DEDS建模的常用方法主要有排队论方法、网络图或事件图法、形式语言与自动机方法、随机过程描述法和抽象代数方法等。面板堆石坝土石方调配系统概述面板堆石坝土石方调配过程是一个复杂的客观过程。由于面板堆石坝物料需求量大，常常是多料源、多料种上坝，而且与施工进度计划密切相关，是涉及空间和时间的复杂动态问题，并且与施工机械的配置、道路系统的布置、施工场地的布置以及施工进度的协调等诸多方面，相互影响、相互制约。因此，面板堆石坝的土石方调配过程是一个从宏观到微观，逐步细化的过程，需要综合而全面的考虑，才能制定出切实可行的优化调配方案。土石方调配的前提和基础面板堆石坝土石方调配问题的影响因素主要有施工进度计划、施工总布置、料场规划等，它们相互联系，相互制约。因此，这些影响因素必须从工程的规划阶段就开始考虑，是具体土石方调配活动的前提和基础。其相互关系如图3-1所示。1）施工进度计划是面板堆石坝施工组织设计中研究的主要内容。施工进度计划规定了各项工程施工的顺序和速度，是控制工程施工的依据。对于面板堆石坝来说，坝体填筑和建筑物开挖进度一般是其施工的控制性进度计划。在设计中主要根据工程总工期和拦洪渡汛标准，以施工导流为主导对坝体施工进行分期，同时也需要与土石方挖填平衡相协调。由于枢纽建筑物开挖料与坝体填筑开挖料在供需的质量上、数量上和时间上往往存在一定的矛盾，为满足开挖料直接上坝的要求，需拟定控制时段的施工强度，经反复协调论证后确定。2）施工总布置主要包括枢纽布置和施工道路布置，其布置是否合理也关系到面板堆石坝土石方调配的方案优化。3）料场规划是施工组织设计的重要内容之一，也是指导和组织上石方动态调配的具体依据。料场规划应包括料场的空间规划和时间规划。图3-1土石方调配活动关系图土石方调配的原则料场规划在面板堆石坝施工中是极为重要的，然而，料场却往往容易出现问题，不少工程都经历过一些挫折，主要表现在料源选取不合适，导致料场施工道路布置困难、开采条件差、开采强度低、开采成本高和施工碾压困难等，个别工程甚至出现料源质量和数量均不能满足工程需要的情况，从而使工程造价大幅度增加或拖延工期。因此，如何根据坝体结构特点和一般要求，选取最优料源，以提高上坝料的开采强度，缩短工期和降低工程造价，是一项非常重要的研究工作[19]。面板堆石坝的施工，要在较短时期内将料场大量的土、砂、石料，有计划、有次序的分期分批开采出来，以填筑大坝，并达到一定的质量要求，这就必须做好料场规划，其基本原则如下[20]：优先使用建筑物开挖料所谓开挖料，即溢洪道、导流洞、泄洪洞、引水发电洞等枢纽建筑物开挖所得到的有效料。开挖料的利用在国内外堆石坝施工中放在优先考虑的位置，并力求建筑物开挖料与坝体填筑料平衡。料源质量要符合要求，并且料源充足规划料场的实际可开采总量，应考虑料场的调查勘探精度、料物天然容重与坝面压实容重的差值，以及料场开采、加工、运输等各种损失量，按有关规定留有足够的储备。就地取料就地、就近取材；先上游、后下游，或优先采用上游料场，最宜将上游料场填筑在坝体上游部分，下游料场填筑在坝体下游，以减少干扰；其次，要“高料高用、低料低用”，尽量减少运输过程中的坡度，特别在使用大型载重汽车运输时，为避免重车上坡，也可采用“高料低用”。有利于直接上坝，即施工道路网要畅通、施工机械要配套料尽其用，并有利于高强度施工充分考虑当地实际情况，尽量少占农田，充分利用代替料力争少占农田耕地，更应少占好地，充分利用代替料，以及其他水工建筑物开挖渣料，这些均为国内外填筑堆石坝一致的经验。代替料的种类很多，如枢纽建筑物的各种弃渣、风化料、各种坡积料等，特别是各种建筑物的开挖弃料，应该仔细研究其性质，如能作为筑坝材料，不仅解决了料源问题，还解决了弃渣场地，节约了运输、开挖等工序，降低了造价，缩短了工期，否则弃渣将会堵塞下游河道，造成发电尾水抬高，后患很难处理。土石方调配系统概述面板堆石坝土石方调配系统研究的目的是在协调堆石坝填筑、开挖各项进度的前提下，达到挖、填、转、弃、采等各种料物的综合平衡，提高开挖料的直接利用率，减少采、弃、转等环节的费用，最终实现面板堆石坝土石方的优化调运。土石方调配系统中包含着各要素以及各要素之间存在的相互关系。系统组成要素有：开挖项目、填筑项目、中转场、弃渣场、料场、道路及施工机械等。各要素之间的相互关系主要是指各要素在时间和空间上的相互联系。系统组成要素及特性开挖项目：是指因工程建设需要而进行开挖的施工项目，如坝基、坝肩、电站厂房、导流工程等。填筑项目：是指工程建设中所有需要进行填筑的项目，如大坝、上下游围堰以及场地回填等。中转场：是指由于开挖项目与填筑项目在施工进度上存在着不一致，而用于临时存放能满足设计参数要求的开挖料备用场所。中转场要求将具有不同物理性质的料物分开存放，它既是能提供料物的场所又是能接受料物的场所。弃渣场：即开挖料弃料的场所，存放不能满足填筑项目要求的开挖料，或存放虽能满足要求，但因暂时无处需要填筑且无中转场存放而弃渣。料场：是指专门用于开采填筑料物的场所。料场主要用于补充坝体填筑中各建筑物供料不足部分或局部填筑区特殊的质量要求。系统组成要素的联系各组成要素的时间联系土石方调配系统中各组成要素的时间联系，主要是指在整个的施工期内，开挖项目和填筑项目分别会受到各自施工进度的制约，中转场、弃渣场以及开采料场在每个时段内的物料调配情况，会对下一时段的土石方调配产生影响。因此，在土石方动态调配平衡中，必须考虑各要素之间的时间联系。各组成要素的空间联系土石方调配系统中各组成要素的空间联系实质上表现为施工过程中各要素之间的物料流动，而物料的流动是通过运输道路的选择来实现的。在土石方调配系统中，开挖项目、料场以及中转场为供料源，填筑项目、中转场以及弃渣场为受料源。可以看出，中转场既为供料源，又是受料源。因此，土石方调配系统的料物流向（见图3-2）可以分为六类：从开挖部位运到填筑部位，意味着开挖料可以直接利用于填筑部位；从开挖部位运至中转场，意味着暂时未被利用的开挖料转运到中转场备用；从开挖部位运至弃渣场，意味着将不能使用或无处中转的料物丢弃；从料场运至中转场，意味着受施工中各种因素制约，料场需提前开采，转运至中转场以供下期填筑备用；从料场运至填筑部位，意味着将料场开采料直接利用于填筑部位；从中转场运至填筑部位，意味着将存放于中转场的料物运至填筑部位利用。图3-2土石方流向图土石方调配数学优化模型概述根据土石方调配系统分析，此问题的线性规划数学模型主要通过开挖项目、填筑项目、中转场、弃渣场、料场、施工道路等各系统要素的属性以及相互关系来进行表述，建立以全过程调配费用最低为目标函数，综合考虑影响动态调配平衡的定量和定性因素为约束条件的数学模型。本数学模型假定施工布置规划以及开挖和填筑施工进度等前期工作已经完成。因此，土石方动态调配平衡问题的数学模型可简述如下：目标函数土石方调配系统的目标是土石方调配系统的总费用最低，因此目标函数为所有调配活动费用的总和。经系统分析，有六部分组成，设调配系统总费用函数为F，则目标函数如下：F=Min是t时段由供料源i调配到受料源j的土石料的调运单价；为t时段由供料源i调配到受料源j的土石方调配量；i为供料源编号，j为受料源编号，t为调配时段。约束条件开挖项目供料约束各时段从某开挖项目到所有受料源的调配量之和应等于此开挖项目该时段内的开挖量总和。++＝——时段开挖项目到填筑项目的料物调配量；——时段开挖项目到中转场的料物调配量；——时段开挖项目到弃渣场的料物调配量；——时段开挖项目的开挖工程量。填筑项目受料约束各时段所有供料源到某填筑项目的调配量之和应等于此填筑项目该时段内的填筑总量。++＝——时段中转场到填筑项目的料物调配量；——时段料场到填筑项目的料物调配量；——时段填筑项目的填筑工程量。料场开采量约束整个施工过程中，某料场运至填筑项目和中转场的料物总量应小于该料场的料物储量。——时段料场到中转场的料物调配量；——料场储量。料场开采强度约束——料场在时段的最大开采量各时段内，某料场运至填筑项目和中转场的料物总量应小于该时段内料场最大开采量。——时段料场的最大开采量。中转场容量约束在各时段内，置于中转场的料物总量不应超过中转场的容量。++-——时段初中转场的料物堆存量；——中转场的容量。中转场出料约束中转场在某时段初已有供料源转存料量应大于该时段中转场需提供给填筑项目的料物量。其中，——时段初中转场库存开挖项目的开挖料量；——时段中转场需将库存开挖项目的开挖料运至填筑项目的料物量；——时段初中转场库存料场的开采料量；——时段中转场需将库存料场的开采料运至填筑项目的料物量。中转场平衡约束（时空转移条件）中转场此时段初始堆存量应为此中转场上一段初始堆存量与上一时段进出此中转场的土石料的代数和。++-＝中转场调配结束的零约束所有中转料场在土石方调配的最后时段内，其中可利用中转料量为零。-+-＝0弃渣场容量约束各个弃渣场的总堆存量小于各个场的容量。——弃渣场容量。运输路径约束运输路径约束反映了开挖项目、填筑项目、中转场、弃渣场、料场的使用规划，这其中包括质量规划、空间规划、时间规划等定性因素的描述，以及各自相互的空间关系。因此，运输路径约束是进行土石方动态调配最重要也是最基本的数据。根据土石方调配系统分析，可建立起二维矩阵，其中在某时段内，对于不可能运输路径取值为0，表示该时段通过此运输路径进行料物调配的调配量为0，即=0。优先料源约束优先料源约束是指某些开挖项目或者料场的料物在优先满足坝体相应颗粒级配的部位填筑要求下，多余的料物在其它受料源进行统一调配。如有多个优先选择的料源，则按照选定的优先级别进行调配。 ＝＝非负约束要求线性规划的所有变量为非负数。；综合上述，便构成了土石方动态调配系统的数学模型。土石方调配模型求解方法土石方动态调配模型是典型的线性规划问题。常用的解法有单纯形法、大M法和多项式算法等。1）单纯形法。单纯形法是典型的运筹学方法，是美国运筹学家Dnaztgi于1947年首创的，它给出了一种在可行解集的极点中搜索最优解的准则，使得我们不必枚举出所有极点便能较快找到最优解，单纯形法可以不受变量多少或约束条件多少的限制，是求解线性规划问题的一种十分有效的方法，其计算过程如图3-2所示。图3-2单纯形法计算过程本文采用单纯形法求解，可归纳为以下几步计算过程：第一步：除非负性条件为不等式外，其它约束条件为不等式时，引入变量，使其变为等式。第二步：选择初始基本可行解，即迭代法的起点。初始可行解是假定的，初始基本可行解的变量为基本变量，其余为非基本变量。令其基本变量不等于零，一般选择引入变量作为初始基本变量，得到初始基本可行解。由引入变量可以看出，基本变量具有正单位系数，约束条件方程中只出现一个，而且目标函数中不含基本变量。第三步：确定新的基本变量。选择非基本变量进入基本变量。一般选择在目标函数中影响目标函数最大的那个系数的变量。该变量所在的列为基准列。新的基本变量进入后，原基本变量应退出一个变量。这个变量称为退出变量。一般基准列中各约束条件方程的系数除其右边常数项的最小值变量作为退出变量。退出变量所在的行称为基准行。确定新的基本变量后，经加减消元。求出一组新的基本可行解。第四步：确定最优解。求极大值时，目标函数的系数均不为正时，为最优解。求极小值时，目标函数的系数均不为负时，为最优解。2）大M法。大M法是对单纯形法的改进，当线性规划的初始基本可行解不容易判断时，人工的添加一个单位子块，并在目标函数里面给这些人工变量前面都乘上一个足够大的正数，这样就迫使人工变量的取值只能为0。土石方调配建模思路土石方调配系统是一个受空间、时间约束限制的复杂系统，其思路为：以全过程调配费用最低为目标函数，综合考虑调配过程中定量和定性化的约束条件。将整个施工过程划分为若干时段进行规划，并将状态转移关系引入到中转料场的平衡约束，从而表达时空转移条件，通过时空转移将动态问题静态化。再采用运筹学方法（单纯形法）求解，进行调配系统的综合平衡规划，最终求出最优的调配方案。土石方调配建模基本步骤根据前述所建立的土石方动态调配数学模型和面板堆石坝特点，就可以对其进行动态调配。土石方动态调配的主要目的是：得出调用以及调配后土石方流的详细信息，包括土石方流的流向、所经道路量等；为确定土石方调配优化方案提供决策依据，并为下一步进行施工边界条件。土石方动态调配建模基本步骤如下：确定调配单价表3-1单位物质运价表调配单价是对调配成本影响最直接的参数，可以按照国家规定的规范、标准确定，它由三部分组成：运输费、装车费、开采费。运输费用是指每单位方量的土石料运输所需费用；装车费是指单位方量的土石料装运所需采费是指单位方量土石料开采所需费用。当开挖项目开挖料直接上坝时以装车费计算；当由中转场供料上坝时，调配单价则以运输费加装车费计算；当由开采料场供料时，调配单价以开采费加运输费及装车费计算。在线性规划中，某种物质需要调运时，其计量单位可以是重量、包装单位或其它。已知有m个地点可以供应该种物质（以后通称产地，用i=1,……,m表示），有n个地点需要该种物质（以后通称销地，用j=1,……,n表示），从第i个产地到第j个销地的单位物质运价为Cij，见表3-1。料场整体规划土石方调配系统整体规划是指对系统内各个要素进行确定和划分。开挖项目、填筑项目、料场、中转场、弃渣场以及道路等各个要素及其相互关系。它们是进行土石方调配最基础的数据，进行调配规划的前开挖项目、料场的确定是根据料物性能的不同来进行分解的，例如开挖项目中的覆盖层和深层开挖的用途不同，就分解为两个项目。开挖项参数有开挖总量、自然容重、开挖损失系数等；料场的主要参数有总储容重、开采损失系数等。填筑项目的确定也是根据不同料性来进行分解。例如面板堆石坝坝料性不同，一般可分解为垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区等。其主要参数为填筑项目总填筑量、压实容重、坝面损失系数等。弃渣场由于没有料性的要求，其划分是由不同的施工布置位置来确要参数为弃渣场容量、堆积容重等；中转场是指同一类型料物所中转的场地，当同一个中转场同时承担几种料物时，则分解为多个中转场分别进行堆存。其主要参数为中转场容量、回采率等。施工道路是指在面板堆石坝施工过程期间所用到的场内施工道路，其主要参数为道路编号和道路名称等。划分调配时段时段划分的粗细对调配成果有一定的影响。一方面，时段内各开挖项目的开挖方量和各填筑项目的填筑方量和进度是调配过程中的约束条件。另一方面，由于任一时段内的调配进料不允许在本时段内调出，则在划分时段内的中转量就会受到限制。因此，时段划分越细则对中转场调配进出料的限制配过程就越接近实际。面板堆石坝土石方调配的主要作用是从宏观的角度来研究施工期最佳流向及数量，而坝体的填筑进度一般为控制性进度。因此，根据坝期来进行时段划分就可以满足宏观控制的要求。分期规划土石方调配系统分期规划是指对各时期内的调配约束条件确定括开挖项目、开挖量约束和填筑项目、填筑量约束，它们是依据施工总进度、开采强度约束和开采料场的施工条件来确定；弃渣场受料是根据具体施工过程中的施工要求来确定的；道路运输路径约束，是调配过程中最重要的参数，主要依据土石方调配的质量规划、空间规划、时间协调等因素来确定，其运距的取值由该分期的实际情况而定。如果道路坡度较大或者曲折，则应乘以一定的折算系数放距。综上所述，完成以上土石方动态调配建模的基本步骤后，就可以建立数学优化模型。通过程序求解即可得出优化后的调配方案。再根据料场情况和坝体填筑分区的特点，就可以对各种可行的情况加以组合，得出调配方案。最后，通过比较分析从中选择较优的方案。面板堆石坝土石方调配软件设计土石方动态调配系统较为复杂，其软件的分析、设计、实现和维护是一项艰巨的任务。在软件开发时，采用软件工程的思想和方法可以提高软件开发的工作效率，保证程序的可靠性和维护性，本文采用此方法对面板堆石坝土石方动态调配系统进行了分析、设计与实现。仿真开发语言编程语言的发展开发人员对问题域的认识是人类的一种思维活动，人类的任何思维活动都是借助于他们所熟悉的某种自然语言进行的。而系统的最终实现必须用一种计算机能够阅读和理解的语言来对系统进行描述，这种语言就是编程语言。编程语言的发展经历了机器语言、汇编语言、高级语言、面向对象的语言（OOPL）四个阶段，目前，OOPL被广泛应用于程序开发。面向对象的编程语言（Object-orientedProgramLanguage）与以往各种语言的根本不同是，它的设计出发点就是为了能更直接地描述问题域中客观存在的事物（即对象）以及它们之间的关系。OOPL使程序能够比较直接地反映客观世界的本来面目，而且使软件开发人员能够运用人类认识事物所采用的一般思维方法来进行软件开发。在一个比较理想的OOPL程序中，问题域有哪些值得注意的事物，程序中就有哪些对象；问题域中的事物之间是什么关系，程序中的对象之间就具有什么关系。这样程序与问题域具有很紧密的对应关系。面向对象的语言和人类认识、理解客观世界所使用的自然语言之间的距离是比较小的。现在，程序开发者采用的编程语言有VisualBasic语言、VisualC++语言、VisualFoxPro语言、Java语言、Delphi语言等。本文开发Delphi编程语言简介Delphi是全新的可视化编程环境，为我们提供了一种方便、快捷的Windows应用程序开发工具。它使用了MicrosoftWindows图形用户界面的许多先进特性和设计思想，采用了弹性可重复利用的完整的面向对象程序语言(Object-OrientedLanguage)、当今世界上最快的编辑器、最为领先的数据库技术。Delphi拥有一个可视化的集成开发环境（IDE），采用面向对象的编程语言ObjectPascal和基于部件的开发结构框架。Delphi它提供了500多个可供使用的部件，利用这些部件，开发人员可以快速地构造出应用系统。开发人员也可以根据自己的需要修改部件或用Delphi本身编写自己的部件。主要特点如下：1）直接编译生成可执行代码，编译速度快。由于Delphi编译器采用了条件编译和选择链接技术，使用它生成的执行文件更加精炼，运行速度更快。在处理速度和存取服务器方面，Delphi的性能远远高于其他同类产品。2）支持将存取规则分别交给客户机或服务器处理的两种方案，而且允许开发人员建立一个简单的部件或部件集合，封装起所有的规则，并独立于服务器和客户机，所有的数据转移通过这些部件来完成。这样，大大减少了对服务器的请求和网络上的数据传输量，提高了应用处理的速度。3）提供了许多快速方便的开发方法，使开发人员能用尽可能少的重复性工作完成各种不同的应用。利用项目模板和专家生成器可以很快建立项目的构架，然后根据用户的实际需要逐步完善。4）具有可重用性和可扩展性。开发人员不必再对诸如标签、按钮及对话框等Windows的常见部件进行编程。Delphi包含许多可以重复使用的部件，允许用户控制Windows的开发效果。5）具有强大的数据存取功能。它的数据处理工具BDE(BorlandDatabaseEngine)是一个标准的中介软件层，可以用来处理当前流行的数据格式，如Xbase、Paradox等，也可以通过BDE的SQLLink直接与Sybase、SQLServer、Informix、Oracle等大型数据库连接。Delphi既可用于开发系统软件，也适合于应用软件的开发。6）强大的网络开发能力，能够快速的开发B/S应用，内置的IntraWeb和ExpressWeb使得对于网络的开发效率超过了其他任何的开发工具。7）Delphi使用独特的VCL类库，使得编写出的程序显得条理清晰，VCL是现在最优秀的类库，它使得Delphi在软件开发行业处于一个绝对领先的地位。用户可以按自己的需要，任意的构建、扩充、甚至是删减VCL，以满足不同的需要。系统结构设计图4-1土石方调配系统结构图土石方动态调配系统软件的总体目标是：能够高效、简便地进行面板堆石坝的土石方动态调配优化，为施工组织设计人员提供信息和决策支持。为确保实现目标，在系统结构设计时遵循以下原则[21]：1）阶段性。软件设计首先从总体到局部的步骤进行全面规划，然后再按由分到总的步骤分期实施，做到既有总体结构的描述，又有子系统的详细划分。2）实用性。注重软件的实用性，而且要考虑大量数据的存贮、维护与更新的方法，使软件在一个相当长的生命期内能正常的运行以及简便的维护。3）开放性。软件应具备较友好的人机界面，便于用户使用。基于以上的原则以及对面板堆石坝土石方调配系统的分析，将其分解为土石方调配规划模块和交通运输系统仿真模块，为使两模块之间能够有效的藕合，通过共享工程数据库的方式来实现两者之间的数据传递，其系统结构图见图4-1。本文只开发土石方调配规划模块。数据库管理数据管理是程序设计中的一个很重要的方面，如果数据管理得当，会给程序设计带来很大的方便，而且还可以提高程序的运行效率。因此，在程序设计之前，确定适当的数据结构是十分有必要的[22,23]。本文在录入数据时采用MicrosoftAccess，建立ODBC数据源，再通过Delphi的BDE访问ODBC数据源对象。数据库结构图如图4-2所示。图4-2仿真调度数据库结构图Access数据库Access是一种功能强大、使用灵活方便、目前比较流行的关系型数据库管理系统。关系型数据库也就是把相互联系的数据存放在一个个单独的表内以后，需要在这些表之间定义表间的关系，Access就是使用这种关系，对数据库中的数据进行组织的。在Access中，允许用户生成多个表，表的数目取决于用户的需要。各表之间相关的关系一般有三种形式：一对一关系、一对多关系和多对多关系。要使表间建立关系，需要对每一个表选择一个主关键字字段，并要求该字段对于表中的每一个记录都是唯一的。在用Access关系数据库开发一个应用程序之前，首先必须对数据库理论有一个基本的理解，其次应充分理解如何把数据库分为不同的表，每个表间的关系是什么样的类型，然后才能归一化数据，即用关键字段把这些表联系起来。ODBC接口MicrosoftOpenDatabaseConnectivity(ODBC)是数据库服务器的一个标准协议，它向访问网络数据库的Windows(R)应用程序提供了一种通用的语言。可以对多种数据库安装ODBC驱动程序，用来连接数据库并访问它们的数据。ODBC接口允许应用程序访问数据库管理系统(DBMS)中的数据，并使用结构化查询语言(SQL)作为访问数据的标准。ODBC接口的优势之一是开放的互操作性。程序员可以不关心数据源跟哪种数据库系统相连(可以是单层，如FoxPro，access，excel，dbase等，也可以是多层，如SQLServer，Sybase，Oracle等)，只要知道数据源的名字，以及该数据源包含哪些表，视图和它们的域构成，然后就可以用ODBCAPI和ODBCSQL语句来编写应用程序。对表可以进行记录项滚动、更新(增加、编辑、删除)、排序、计算等操作[24,25]，ODBC的体系结构如图4-2所示。图4-2ODBC体系结构数据库设计工程数据库的建立主要是为调配规划和仿真计算服务的。数据库是系统录入原始数据的基本工具，同样也是软件进行中间运算、统计功能等的中间媒介。所以，在建立工程数据库时，应注意的原则有：1）尽量避免用户重复输入、避免或减少数据空间的占用；2）方便编程、查询与统计运算；3）符合工程中数据组织的一般习惯。基于工程数据库的设计原则以及本系统结构设计的特点，土石方调配系统软件的工程数据库设计思路为：将全部运行资源存储在数据库中，其数据库系统有两个接口：一个是数据维护接口，数据库管理员或仿真人员通过此接口管理仿真资源，执行对工程、模型、数据等工程资源和对象的定义、修改和删除等操作；另一个是运行接口，系统仿真人员通过此接口进行仿真资源配置，构成实验框架和运行仿真工程。数据库既是仿真过程的信息载体，又是仿真功能模块间数据交换的桥梁纽带，在仿真运行中，除个别全局变量外，模块之间的数据和控制信息传递、交换以及交互操作都通过数据库来进行。根据土石方调配系统的特点，工程数据库可分为两类，即原始资料数据库，用于存储调配规划和仿真边界的初始条件数据；结果数据库，用于存储调配优化和仿真结果数据。数据库各表内字段定义的基本形式如表4-1所示。表4-1填筑项目表字段字段名称字段类型中文含义NumString填筑项目编号NameString填筑项目名称AmountSingle填筑总量DensitySingle自然容重软件功能的实现面板堆石坝土石方调配系统由土石方调配规划和交通运输系统两个子模块组成，两者既互相独立又相互联系。针对土石方调配规划系统的特点，本文开发了相应的软件系统，其实现的软件功能分别为建模功能、模型计算功能、成果输出和分析功能，流程图见图4-3。其软件功能的实现将在下一章结合工程实例具体说明。图4-3河口村面板堆石坝土石方调配流程图面板堆石坝土石方调配仿真软件开发实例工程概述河口村水库工程是一座以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电、改善河道基流等综合利用的大（2）型水利枢纽，沿坝轴线从右往左依次为混凝土面板堆石坝、溢洪道、引水发电洞、1#泄洪洞及2#泄洪洞。电站厂房位于坝下游400m的左岸，布置有上、下厂房。大坝为1级建筑物；泄洪洞、溢洪道、发电洞进口为2级建筑物；发电洞、电站厂房为3级建筑物；临时建筑物级别为4级。水库大坝坝线位于余铁沟口上游约350m处，混凝土面板堆石坝趾板建基面最低高程为165.00m，坝顶高程288.5m，相应最大坝高123.50m，防浪墙高3.7m，坝顶长度530.0m，坝顶宽9.0m，上游坝坡1：1.5，并设6.0m宽的“之”字形上坝公路，下游综合边坡溢洪道布置在左坝肩龟头山南鞍部地带，为3孔净宽15.0m的开敞式溢洪道，由引渠、控制闸、泄槽和挑流鼻坎四部分组成。进口引渠底板高程259.7m，堰顶高程267.50m，溢洪道总长度174.0m泄洪洞在坝址左岸的溢洪道左侧附近，由引渠段、进口闸室、洞身和出口段组成，设高位和低位两条。低位洞为1#泄洪洞，进口高程为195.00m（设两个事故检修门和二个弧型工作门），洞身长600m，断面9.0m×13.5m，出口采用挑流消能，该洞施工期参与导流；高位洞为2#泄洪洞，由导流洞经龙抬头改建而成，进口高程为210.00m（设一个事故检修门和一个弧型工作门），洞身长61发电引水建筑物由引渠、拦污栅、喇叭口、事故检修门及门井、主洞、上、下厂房、岔管等组成，装机4台，总装机容量11.6MW（2×5.0MW和2×0.8MW）。根据枢纽的地形、地质条件，布置一条发电洞，进口底板高程216.00m，主洞洞径3.5m，洞身长692.88m；岔洞洞径1.70m，洞身长75.39m。小电站岔洞洞径为1.7m，支管管径1.2m，考虑供水的需求，小电站机组配合旁通管布置。岔洞均采用压力钢管。主洞引水流量为20.40m3/s，大电站2台大机组额定流量均为8.10m3/s，小电站2参与土石方调配的数据分类表5-1河口村面板堆石坝分期表在料物调配问题解决中，对分期施工进度的考虑主要有三点：一是分期分区的填筑工程量；二是不同建筑物的分期开挖工程量；三是在不同施工期内料场、中转场、弃渣场的动态特性。在录入数据时应该考虑自然方、堆方和坝上方（堰方）之间的折算系数，折算系数的具体信息将在后面的折算系数表中进行说明。图5-1河口村面板堆石坝坝体分期填筑剖面图根据大坝填筑施工分区及进度规划，围堰从2009年10月初开始填筑，2010年1月底完工，坝体分四期填筑，从2010年2月初开始填筑，2012年3月底完工。坝体填筑分期分区规划见图5-1，大坝分期见表5-1。场地特征数据料场特征信息表5-2料场特征表料场特征信息表包括料场的编号、名称、储量等信息，如表5-2，料场特性指具有不同料场空间位置、不同类型的料物储量的特征。在调配中要满足料场开采料与坝体分区填筑料的一致性。在调配关系中，选用松树滩土料场作为大坝铺盖土料场，谢庄土料场作为围堰防渗土料场，河口村土料场南区土料作为备用料场，。其中，料场储量按自然方录入。临时堆料场特征信息临时堆料场特征信息表包括临时堆料场的编号、名称和容量等信息，如表5-3所示。临时堆料场容量在一般情况下作为堆方量录入。本工程共设弃渣场特征信息弃渣场特征信息表包括弃渣场的编号、名称和容量等，如表5-4所示，其容量一般情况下也按堆方量录入。本工程表5-4弃渣场特征表进度计划数据开挖项目信息本工程最主要的开挖项目有大坝土建工程、溢洪道开挖、泄洪洞开挖、导流洞开挖、发电洞开挖、厂房开挖等开挖项目。大坝土建工程开挖见表5-5，其他开挖项目见表5-6。对于坝体的不同施工分区，重点应考虑两个问题：一是分区料物种类特性，在考虑料场开采料、建筑物开挖料利用时考虑；二是分期施工的填筑工程量，在料物数量平衡规划中考虑。一个开挖项目必须具有同样的料物性能，只能用于坝体的某一分区。如果一个开挖项目的料物性能不同（如一部分用于大坝次堆石区，一部分用于下游堆石区）时，其用途不同，则须分解为不同的项目。开挖项目信息表包括开挖项目编号、名称、开挖量、开挖时间等信息。其中，开挖量如未经注明均按自然方录入。表5-5大坝土建工程开挖列表表5-6其他开挖项目列表填筑项目信息填筑项目主要按照坝体分期（四期）、分区（主堆石区、次堆石区、垫层区、过渡区）和上下游围堰划分。所有的填筑量均按坝上方计算。填筑项目信息主要包括填筑项目编号、名称、填筑量、填筑时间等信息，填筑量均按坝上方或堰方录入。围堰填筑从2009年10月初开始至2010年1月底完成，填筑工程量为20.85万m3，历时4个月，平均填筑强度为5.84万m3/月。2009年11月初河床截流，2011年3月份拆除下游围堰防渗部分填筑量，共3.46万m3。坝体填筑共分四期进行，一期为临时断面，设两个台阶，临时断面顶高程为225.5m，台阶高程分别为195.5m和172m，二期全断面填筑至238.5m高程，三期全断面填筑至286m高程，四期为坝顶部分填筑，顶高程为288.5m。表5-7填筑项目列表坝体一期填筑工程量为138.73万m3，从2010年2月初开始至6月底完成，历时5个月，平均填筑强度25.22万m3/月，坝体临时断面达到225.5m高程，满足度汛要求，临时断面平均上升速度为11m/月。坝体二期填筑工程量为229.68万m3，从2010年7月初开始至2011年2月底完成，历时8个月，平均填筑强度28.71万m3/月，坝体全断面上升到238.5m高程，具备一期面板施工条件，坝体全断面平均上升速度为8m/月。坝体三期填筑工程量为197.17万m3，从2011年3月初开始至9月底完成，历时7个月，平均填筑强度28.17万m3/月，坝体填筑至286m高程，坝体全断面平均上升高度为7m/月。坝体四期填筑工程量为1.04万m3，在坝顶防浪墙施工完成后进行，安排在2012年3月份进行，历时1个月。根据以上工期安排，填筑项目分类信息如表5-7所示。关系描述数据调配关系表中列出了所有的供料区（建筑物开挖、中转场、料场）与受料区（大坝和围堰、中转场）以及供料区与弃渣场之间的匹配关系，匹配关系只针对岩性，而不考虑时间上是否同步。所以，当开挖工期和填筑工期发生改变时也能够重新进行匹配。调配关系表中包括运距、松散系数、弃渣系数、路径和调配单价等信息，它是仿真与建模的基础。实际施工中，路径、弃渣系数和调配单价通常会发生改变，用户可以先修改表中的相关数据，再通过土石方计算模块生成新的调配方案。生产记录数据建筑物开挖生产信息、料场开采生产信息和填筑生产信息分别记录了每天的开挖、开采和填筑情况，应该由施工方当天录入；而中转场和弃渣场生产信息则依据前面三表的信息，分别统计了每天各自的容量变化。其他数据分类调运单价表表5-8调运单价表产地i销地j大坝上游围堰下游围堰1号弃渣场2号弃渣场3号弃渣场4号弃渣场1号临时堆料场2号临时堆料场123456789左岸覆盖层1000010.570000右岸覆盖层200010.5700000河床覆盖层300000010.57010.57左岸石方4000031.880031.880右岸石方500031.88000031.88河床石方600031.8800031.880右岸灌浆洞明挖700036.4900000右岸灌浆洞洞挖800048.3800000左岸F11断层石方9000030.8300008号路拆除1000000010.5700石料场覆盖层11000000.89000石料场石方12000002.03000左岸防渗覆盖层13000011.490000左岸防渗石方14000033.170000左岸防渗滑坡体15000033.170000溢洪道覆盖层16000010.57010.5700溢洪道可利用石方17000024.730000溢洪道石方18000024.73024.73001号泄洪洞进口覆盖层19000010.5700001号泄洪洞进口明挖石方20000000028.3501号泄洪洞出口口覆盖层2100000010.57001号泄洪洞