馬 忠

(北京市清河管理處，北京 100192)

0 引 言

船閘是通航建筑物的一種。在天然河流，由于調(diào)節(jié)流量、渠化通航以及在運(yùn)河上因地形條件及水面坡度的限制，必須具有階梯形的縱斷面形成集中水面落差，停泊船舶(或船隊(duì))進(jìn)入閘室后，借助室內(nèi)灌水或泄水來(lái)調(diào)整閘室中的水位，使船舶在上下游水位之間作垂直的升降，從而通過(guò)集中的航道水位落差[1]。國(guó)外研究其安裝質(zhì)量控制可以分成3個(gè)階段，在20世紀(jì)40年代到50年代，主要針對(duì)人字閘門(mén)吊裝的質(zhì)量控制；在60年代到70年代[2]，主要進(jìn)行人字閘門(mén)運(yùn)轉(zhuǎn)件等中間工程的安裝質(zhì)量控制；在80年代后，主要進(jìn)行人字閘門(mén)頂樞、底樞等細(xì)節(jié)處的質(zhì)量控制[3]。有學(xué)者提出一種基于可靠性結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算的人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制方法，首先獲取閘門(mén)安裝結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)獲取參數(shù)進(jìn)行人字閘門(mén)可靠性結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制[4]。國(guó)內(nèi)則主要研究人字閘門(mén)的施工工藝優(yōu)化以及對(duì)安裝中存在的問(wèn)題進(jìn)行深入研究，從而針對(duì)性地進(jìn)行人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制。文獻(xiàn)[9]就提出一種通過(guò)優(yōu)化閘門(mén)施工工藝而實(shí)現(xiàn)其安裝中的質(zhì)量控制的方法。在人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制的過(guò)程中，受項(xiàng)目數(shù)據(jù)體量過(guò)大的影響而無(wú)法對(duì)安裝質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與整理，在控制參數(shù)為0.58～0.158的范圍內(nèi)存在目標(biāo)函數(shù)值過(guò)低的問(wèn)題。因此，針對(duì)插花船閘除險(xiǎn)加固工程提出一種新的人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制方法，通過(guò)構(gòu)建的模型實(shí)現(xiàn)人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制，實(shí)現(xiàn)在控制參數(shù)為0.58～0.158的范圍內(nèi)目標(biāo)函數(shù)值的提升。

1 設(shè)計(jì)人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制方法

1.1 設(shè)立人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制點(diǎn)

為保障插花船閘除險(xiǎn)加固工程人字閘門(mén)安裝的工序質(zhì)量，在設(shè)置質(zhì)量控制的薄弱環(huán)節(jié)與關(guān)鍵部位即控制要點(diǎn)[5]之前，需要充分了解人字閘門(mén)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1，人字閘門(mén)結(jié)構(gòu)主要包括鉸座、門(mén)楣、頂止水等結(jié)構(gòu)。

圖1 人字閘門(mén)結(jié)構(gòu)示意圖

圖1中，1為鉸座，2為支鉸，3為底坎，4為側(cè)門(mén)槽，5為門(mén)楣，6為頂止水，7為主梁，8為支臂。根據(jù)圖1所示的結(jié)構(gòu)選取的要點(diǎn)需要具備以下特征：①具備較高的技術(shù)要求，施工具備較大難度與較小把握性；②施工中的隱蔽工序或關(guān)鍵工程；③嚴(yán)重影響后續(xù)工程的安全或質(zhì)量；④采用新的材料、技術(shù)或工藝[6]。

根據(jù)上述條件篩選的墩墻、閘底板與測(cè)量放樣單元工程的質(zhì)量控制點(diǎn)具體見(jiàn)表1。

表1 墩墻、閘底板與測(cè)量放樣單元的質(zhì)量控制點(diǎn)

根據(jù)上述條件，篩選閘門(mén)埋件安裝與制作單元的質(zhì)量控制點(diǎn)具體見(jiàn)表2。

表2 閘門(mén)埋件安裝與制作單元的質(zhì)量控制點(diǎn)

1.2 人字閘門(mén)安裝質(zhì)量數(shù)據(jù)收集與整理

在得到閘門(mén)埋件的安裝與制作單元的質(zhì)量控制點(diǎn)后，收集人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制點(diǎn)的相關(guān)安裝質(zhì)量數(shù)據(jù)，包括竣工驗(yàn)收、工序檢驗(yàn)、材料檢驗(yàn)等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來(lái)源于人字閘門(mén)安裝過(guò)程中的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體分類(lèi)見(jiàn)表3。

表3 安裝質(zhì)量數(shù)據(jù)具體分類(lèi)

對(duì)各類(lèi)安裝質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，具體收集方法為：通過(guò)抽樣方法保持?jǐn)?shù)據(jù)的客觀正確；在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)進(jìn)行收集時(shí)，需要采取記錄紙或檢測(cè)表等方式。結(jié)合以上兩種方式，并盡量簡(jiǎn)化收集過(guò)程。

完成收集后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，即獲取安裝質(zhì)量數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)特征量，可以將其分為兩類(lèi)：一類(lèi)是數(shù)據(jù)集中位置的特征量，另一類(lèi)是數(shù)據(jù)離散程度的特征量[7]。分別用中位數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)方差的處理方式獲取以上兩種特征量。

第一種特征量的獲取具體如下：

x={x1,x2,...,xn}

(1)

其中：xn為x這一數(shù)據(jù)組中第n個(gè)數(shù)據(jù)。

對(duì)該數(shù)據(jù)組中的這n個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排列，具體排列方式為由大到小[8]。通過(guò)排在中間的那個(gè)數(shù)據(jù)代表整個(gè)數(shù)據(jù)組的平均水平，該值即為中位數(shù)，具體如下：

(2)

第二種特征量的獲取具體如下：

將標(biāo)準(zhǔn)方差作為波動(dòng)性的衡量指標(biāo)，具體如下式：

(3)

(4)

1.3 構(gòu)建人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制模型

假設(shè)插花船閘除險(xiǎn)加固工程人字閘門(mén)安裝項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)為質(zhì)量Q與成本C，則其動(dòng)態(tài)優(yōu)化流程可以表述為：通過(guò)對(duì)控制作用S進(jìn)行尋優(yōu)，使以下?tīng)顟B(tài)方程在控制作用下，受控過(guò)程能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即由給定的初始狀態(tài)成功轉(zhuǎn)換到期望狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)[9]。

其中狀態(tài)方程具體如下：

X(t)=(C,Q)

(5)

式中：X(t)為狀態(tài)方程。

某個(gè)給定的初始狀態(tài)具體如下：

X(t)=(Ct,Qt)

(6)

式中：t為目標(biāo)閾值。

某種期望狀態(tài)的表達(dá)式具體如下：

X(t+1)=(Ct+1,Qt+1)

(7)

目標(biāo)函數(shù)具體如下：

J=L[(C,Q),S]

(8)

式中：J為目標(biāo)函數(shù)；L為控制作用的影響值。

在構(gòu)建的人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制模型中，目標(biāo)函數(shù)在達(dá)到下式時(shí)為最優(yōu)：

y=f[(C,Q),S]

(9)

式中：y為最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)；f為控制作用的最優(yōu)影響值。

決策變量包括工序的成本、質(zhì)量、工期，分別為c(ti)、q(ti)、ti，與成本和質(zhì)量的關(guān)系如下：

C=∑c(ti)

(10)

Q=∑q(ti)

(11)

模型的控制參數(shù)具體如下：

S=|s(t)|≤ε

(12)

式中：s(t)為控制參數(shù)變量；ε為允許的接近度。

模型的約束條件則具體如下：

(13)

式中：T為插花船閘除險(xiǎn)加固工程人字閘門(mén)安裝實(shí)際工期；e、u分別為開(kāi)始與結(jié)束的某節(jié)點(diǎn)。

(14)

(15)

q(ti)≥Qm

(16)

式中：Qm為合格質(zhì)量。

Q(q(ti))≥Qm

(17)

至此實(shí)現(xiàn)人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制模型的構(gòu)建。

1.4 實(shí)現(xiàn)人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制

通過(guò)構(gòu)建的人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制模型實(shí)現(xiàn)插花船閘除險(xiǎn)加固工程人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制，包括環(huán)境、檢測(cè)、方法、機(jī)械、材料、人員的控制[10]。其中，環(huán)境控制內(nèi)容具體見(jiàn)表4。

表4 環(huán)境控制內(nèi)容

檢測(cè)控制需要分單元工程、分部工程與單位工程三級(jí)進(jìn)行。

方法控制包括安裝方案控制與安裝工序控制，需要對(duì)人字閘門(mén)安裝中的施工組織、檢測(cè)手段、組織措施、工藝流程、工序、技術(shù)方案等進(jìn)行控制，控制方法為動(dòng)態(tài)控制與主動(dòng)控制的有機(jī)結(jié)合。

機(jī)械控制需要考慮管理施工組織、施工方法、施工工藝、機(jī)械設(shè)備的實(shí)際性能、工程對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)形式以及安裝現(xiàn)場(chǎng)的條件來(lái)選用機(jī)械設(shè)備。

材料控制包括機(jī)電產(chǎn)品、啟閉機(jī)、金屬水工結(jié)構(gòu)、半成品、原材料的控制。

人員控制則需要從資質(zhì)審查與質(zhì)量意識(shí)這兩方面著手。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目概況

選取某插花船閘除險(xiǎn)加固工程項(xiàng)目，對(duì)其進(jìn)行安裝質(zhì)量控制試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體情況見(jiàn)表5。

表5 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體情況

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

利用設(shè)計(jì)的插花船閘除險(xiǎn)加固工程人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制方法對(duì)某插花船閘除險(xiǎn)加固工程項(xiàng)目人字閘門(mén)安裝進(jìn)行質(zhì)量控制，在安裝質(zhì)量控制中，獲取該方法在控制參數(shù)為0.58～0.208的范圍內(nèi)的目標(biāo)函數(shù)值數(shù)據(jù)。為了避免本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果過(guò)于單一而缺乏對(duì)比性，將基于可靠性結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算的插花船閘除險(xiǎn)加固工程人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制方法與文獻(xiàn)[9]提出的方法作為實(shí)驗(yàn)中的對(duì)比方法。獲取兩種對(duì)比方法的目標(biāo)函數(shù)值數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)中的對(duì)比數(shù)據(jù)。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分為兩組，第一組是控制參數(shù)為0.58～0.108范圍內(nèi)的目標(biāo)函數(shù)值數(shù)據(jù)；第二組是控制參數(shù)為0.108～0.158范圍內(nèi)的目標(biāo)函數(shù)值數(shù)據(jù)。

2.3 結(jié)果分析

在控制參數(shù)為0.58～0.108范圍內(nèi)，目標(biāo)函數(shù)值對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果具體見(jiàn)圖2。

根據(jù)圖2可知，設(shè)計(jì)的插花船閘除險(xiǎn)加固工程人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制方法的目標(biāo)函數(shù)值在0.194～0.239的范圍內(nèi)波動(dòng)，即其目標(biāo)函數(shù)值最高可達(dá)0.239；基于可靠性結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算的插花船閘除險(xiǎn)加固工程人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制方法的目標(biāo)函數(shù)值在0.125～0.183的范圍內(nèi)波動(dòng)，即其目標(biāo)函數(shù)值最高可達(dá)0.183；文獻(xiàn)[9]提出的方法的目標(biāo)函數(shù)值在0.092～0.150的范圍內(nèi)波動(dòng)，即其目標(biāo)函數(shù)值最高可達(dá)0.150。

圖2 0.58～0.108范圍內(nèi)目標(biāo)函數(shù)值對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在控制參數(shù)為0.108～0.158范圍內(nèi)，目標(biāo)函數(shù)值對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果具體見(jiàn)圖3。

圖3 0.108～0.158范圍內(nèi)目標(biāo)函數(shù)值對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)圖3可知，設(shè)計(jì)的插花船閘除險(xiǎn)加固工程人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制方法的目標(biāo)函數(shù)值在0.188～0.224的范圍內(nèi)波動(dòng)，即其目標(biāo)函數(shù)值最高可達(dá)0.224；基于可靠性結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算的插花船閘除險(xiǎn)加固工程人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制方法的目標(biāo)函數(shù)值在0.124～0.171的范圍內(nèi)波動(dòng)，即其目標(biāo)函數(shù)值最高可達(dá)0.171；文獻(xiàn)[9]提出的方法的目標(biāo)函數(shù)值在0.109～0.142的范圍內(nèi)波動(dòng)，即其目標(biāo)函數(shù)值最高可達(dá)0.142。

綜合圖2和圖3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，設(shè)計(jì)的插花船閘除險(xiǎn)加固工程人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制方

法的目標(biāo)函數(shù)值整體較高，基于可靠性結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算的插花船閘除險(xiǎn)加固工程人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制方法與文獻(xiàn)[9]提出的方法的目標(biāo)函數(shù)值較為相近，均偏低。

3 結(jié) 語(yǔ)

設(shè)計(jì)的插花船閘除險(xiǎn)加固工程人字閘門(mén)安裝質(zhì)量控制方法實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)函數(shù)值的提升，但在模型的設(shè)計(jì)中仍存在收集數(shù)據(jù)不足的缺陷，在以后的研究中需要收集更多數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行完善。