水电站工程施工中钢筋下料优化问题初探

水电站工程施工中钢筋下料优化问题初探

摘要:水电站施工中,钢材消耗量巨大,而目前的钢筋下料却仍然停留在以经验为主的下料配表状态,浪费很大,人为导致废材增加,也无法量化多余损耗量。这些原因导致施工企业成本负担很大,大大降低了企业的市场竞争力。进一步深入研究这些问题,对于企业节约成本,提高竞争能力有很重要的作用。

关键词:水电工程;下料;整数规划;优化

1 前言

本文主要是在总结国内外的研究成果的基础上,针对目前成果在反映钢筋需求与库存的动态性方面的不足,重点利用定量分析方法建立了多规格一维下料模型和单规格一维下料模型,同时,还定性地总结了水电工程施工中钢筋配料问题的长期实践经验,这些经验可以大大增加多规格一维下料问题解题的边界条件,使得问题的解决实际意义更强,方法更快速实用。对工业工程生产过程中的线性原料优化下料问题给出了通用性的启示和具体的方法,具有普遍的借鉴作用和较为实际的应用价值,将对企业的成本工作产生很大的影响。

2 面向工艺的钢筋下料优化思想

2.1 输变电线路铁塔下料优化的一种新思路

在电力工业输变电线路铁塔下料中,有如下实例:生产流程由上料员在工位5上料,工位1～工位3的操作者完成定位调整,工位4的操作者控制机床动作,工位1的操作者将排料单上的零件,经组合后,选定组指挥加工。堆放3通常堆放最长件,也是将要清离现场的一批零件。堆放1,2的零件长度一般比堆放3长度短,它类似于计算机中的堆栈。现场设置的料头堆,长度都很小,不占场地。对铁塔基数较大的,现场通常允许堆放料数一般为3～4种零件,即己开始下料而未下完的零件材料一般为3～4种零件,料头因其很短,不计入现场数。这个工艺条件,即为优化排料的工艺约束条件。目前的排料工作是由工位1的工作者担任,同时与工位2～4的操作者配合完成定位调整,由于现场的噪声影响及没有预先的规划,难免会产生排料不合理的地方,而一旦发生,又无更改余地另一方面对材料利用率的控制显得过于粗糙。针对这种情况,一种面向工艺的优化下料系统,运行该系统产生生产下料清单,操作者只要按此清单执行即可,不需要再现场排料。

2.2 对水电工程钢筋下料的启发

上述优化系统具有明显的面向工艺和面向实际生产的特点,也为后续研究简化模型和流程提供了很好的思路启发。

水电工程的钢筋加工相比较铁塔加工而言,复杂的地方在于原材料规格多,需求规格和长度变化更大,考虑不同的钢筋接头形式则问题更复杂。但是,二者处理下料问题的思路是一致的。在水电钢筋下料施工中,可以把问题分步、分块简化处理,只针对某一仓面、某种钢筋来应用上述优化思想,则问题较之铁塔系统一般都简单些。这样的简化处理是有依据的。因为如下原因,本文放弃了寻求所谓全局优化的方法而只对某一仓面的某种确定规格确定的强度等级和确定的直径钢筋进行设计。因为,水电工程分为若干单项、单位、分部、分项工程,某一仓面的钢筋下料题只是钢筋分项工程的一个环节。前述己说明,水电施工不确定因素

太多,不必也不可能针对所谓的全局去优化,同时,某种规格钢筋的下料与其他规格的钢筋的下料并没有任何联系,除非要求代换。就算代换,还是转化为确定规格下料问题。这样,一个水电站施工过程中的钢筋问题就变成很多个“单个仓面某种确定规格下料问题”的组合,问题被简化。下面就在工程中钢筋的下料问题做些论述。

某仓面钢筋,其主要使用坯料为L=4.5米。还有部分使用坯料为L=3.0米的。根据这种情况,我们采取上述跨料处理框图进行材料的优化分析、对比,从而确定原材料利用率最高的下料方案。具体分析过程如下:

通过分析,可得出,优先考虑L=4.5米的大规格下料,再考虑L=3.0米的短规格下料, L=4.5米的大规格与L=3.0米的短规格再搭配下料的方式,可提高原材料的利用率,减小材料的损耗。由此可见,采取上述方式进行优化下料,计算简化,高效,特别适合在施工现场进行下料优化操作,进行及时优化调整。

3 可简化计算的部分管理经验

目前的水电工程施工中,经过钢筋配料问题的长期实践,建设者已摸索出其中的一些特点(区别于其他建筑工程和其他线材下料问题).总结这些经验,可以大大增加多规格一维

下料问题(钢筋下料问题的一般情况)解题的边界条件,使得问题的解决实际意义更强,方法

更快速实用。这些经验,在下料问题开始前,可以直接应用,大大减少在计算之前坯料的数量,减少定量分析中的“组合”数目,便于计算。

(1)在实际生产过程中,一根原材料上套裁成品钢筋的长度不超过3种是比较合理的。而且,设计图上的某根钢筋套裁后的各段钢筋如果不是利用了余料,只存在不多于一根的长度为非整数或非0.5米的整数倍数的长度。否则会导致实际切割加工不便,容易造成差错,同时也降低了生产效率。这种经验,使得“组合爆炸问题”造成的难度被大大降低。

(2)竖向钢筋的长度确定为3米、4.5米两种规格,当然,起始扎筋时和钢筋到顶时具体调整。这是因为,竖向钢筋由于人力所限,太长不易施工,且临时连接如果不可靠,极易引发安全事故;同时,因为混凝土施工规范中规定混凝土的自由下料高度不超过2米,竖向钢筋太长,影响混凝土卧罐水工大体积混凝土常用料具的下放,尤其是在一些仓面狭窄的部位。

(3)水平钢筋首先用原材料(即从钢铁厂出厂的标准长度,一般为9米或12米组合,当剩余长度小于标准原材料长度时再进入套裁组合优化过程。

(4)余料长度必须首先考虑规范要求,再考虑接头的经济问题。

以上几点,均是多年被实践者证明有效的下料经验,充分重视这些经验,可以大大减少定量研究的难度。因为下料的经济性是仅是施工过程中的一个问题,断料结果能否在施工中具有方便快捷的可操作性,也是一个很重要的问题,忽略了现场施工的难度问题的断料结果,不具有可实施性。所以,上述这些经验不但是可用的,有效的,也是必要的。

4 结语

施工过程中面对的问题是库存钢筋经常有多种规格,那么问题要进一步得到解决,就不能回避针对多种规格的原材料、多种下料需求的多规格一维下料问题。对这一问题,主要解决方法是总结行之有效的施工经验,用定性的方法去尽量增加该问题的边界条件,使得定

性和定量方法尽量能各自发挥特长,求得快速而有效的结果。本文总结了施工实践中的经验,并在施工程序和总体布置上参考了输变电铁塔下料的一种新思想,方法实用、快速而有效。