автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Организация строительства водопропускных сооружений на новых железнодорожных линиях

МЕЖДУНАРОДНЫЙ МЕЖАКАДЕМИЧЕСКИЙ СОЮЗ

На правах рукописи

ИЛЬИН ВЛАДИМИР АНДРЕЕВИЧ

ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА НОВЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЛИНИЯХ

Специальность 05.02.22 - Организация производства

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада

Москва 2005

Работа выполнена в Дальневосточном Государственном университете путей сообщения

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, академик МАИ

Спиридонов Эрнст Серафимович;

доктор технических наук, профессор,

академик МАИ

Клыков Михаил Степанович;

доктор технических наук Марченко Леонид Николаевич.

Защита состоится 25 февраля 2005 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 097.024.МАИ.32 Высшей межакадемической аттестационной комиссии.

С диссертацией можно ознакомиться в диссертационном зале совета.

Диссертация в форме научного доклада разослана « 2Ц » января 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор, академик МАИ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Ускоренное развитие экономики Дальнего Востока, расширение экономических и торговых связей внутри страны и с странами Азиатско-Тихоокеанского региона требуют развития существующих железнодорожных транспортных коммуникаций и организации новых железнодорожных транспортных схем и коридоров. Это актуально и в связи с тем, что новое железнодорожное строительство на Дальнем Востоке было заморожено на протяжении более, чем десяти прошедших лет.

Однако реализация современных железнодорожных строительных проектов, характеризующихся необходимостью привлечения значительных финансовых вложений, сложными взаимосвязями различных комплексов работ, сжатыми сроками строительства, суровыми природно-климатическими условиями, отсутствием необходимой инфраструктуры, квалифицированного персонала, строительных мощностей, ресурсной необеспеченностью и др., требует новых подходов к организации, планированию и управлению на всех звеньях строительного производства, его ускорения на основе рациональной концентрации сил, ресурсов и эффективного их использования.

В системе строительства железной дороги решающую роль играет комплекс работ по возведению водопропускных сооружений, являющийся срокообразующим и создающий линейную основу железнодорожной линии. Этот комплекс является одним из наиболее сложных, затратных и ресурсоемких при сооружении железнодорожной линии. Поэтому качественное решение вопросов организации строительства искусственных сооружения имеет особое значение.

Анализ исследований по проблеме организации и планирования работ по возведению водопропускных устройств в угппгшх ноппго

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

вивлиогекл

С1

железнодорожного строительства показал необходимость отыскания принципиально новых методологий разработки производственных программ, их оптимизации по времени и ресурсам Эти методологии должны базироваться на новых математических моделях и методах, новых информационных системах, учитывать экстремальные условия железнодорожных строек и новые условия хозяйствования.

Цель исследования заключается в разработке новых организационных решений по строительству искусственных сооружений для новых железнодорожных линий на основе новых математических моделей и методик, реализация которых на практике должна обеспечивать формирование железнодорожных строительных программ с минимальными сроками возведения объектов и рациональным использованием стоимостных, трудовых и материально-технических ресурсов.

Методы исследования основываются на системном подходе, методах теории расписаний и организации строительного производства, методах математического программирования, теории запасов, методов линейного программирования, новых информационных технологиях и интегрированных программных средствах, позволивших подготовить новые организационно-технологические модели и оптимизационные методики формирования производственных программ строительства водопропускных сооружений, методики планирования организации материально-технического обеспечения строительства.

Научная новизна. Степень научной новизны диссертационной работы определяется тем, что в ней с системных позиций и на новом модельном и математическом уровне поставлена комплексная проблема совершенствования организации строительства водопропускных сооружений в тесной взаимоувязке с работами подготовительного периода, выполнением работ по сооружению земляного полотна, путейско-строительными работами на уровне специализированных бригад и ве-

дущих механизмов, выявлены факторы, влияющие на результаты их функционирования и сформулированы принципы формирования. К элементам научной новизны работы относятся следующие результаты- исследованы и выявлены главные срокообразующие процессы при возведении массовых водопропускных сооружений и вскрыты их связи с другими комплексами работ в железнодорожном строительстве;

- предложены новые организационно-технологические решения для разнотипных строительных объектов, организационно-технологических схем и условий строительства;

- разработаны эффективные методики формирования и расчета поточных строительных расписаний, учитывающие организационные, технологические и ресурсные взаимосвязи строительных комплексов водопропускных устройств;

- предложена комплексная методика разработки календарных программ возведения массовых водопропускных сооружений, основанная на методах тории расписаний, обеспечивающая подготовку строительных графиков, оптимизированных во времени и ресурсам.

- разработана методы интенсифицирования строительно-монтажных процессов строительства водопропускных сооружений, позволяющие формировать производственные программы директивной продолжительности при минимальном привлечении дополнительных ресурсов типа "мощности";

- подготовлены теоретические и практические рекомендации по определению спроса и формированию наиболее выгодных по затратам вариантов планов поставок материалов и конструкций на искусственные сооружения.

Апробация работы. Автор ознакомил научную и техническую общественность с результатами исследований путем выступлений с докладами на:

- Всероссийской научно-практической конференции "Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта в новых условиях развития Дальневосточного региона". Хабаровск.: ДВГАПС, 1993;

- Дальневосточной научно-практической конференции "Эффективность работы железнодорожного транспорта Дальневосточного региона". Хабаровск.: ДВГАПС, 1995;

- научно-практическом семинаре "Новые информационные технологии в управлении на транспорте и организации учебного процесса". Хабаровск.: ДВГАПС, 1997;

- 58-й научной конференции творческой молодежи "Научно-технические и экономические проблемы транспорта". Хабаровск.: ДВГУПС, 2000;

- 62-й межвузовской научно-технической конференции творческой молодежи "Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования". Хабаровск.: ДВГУПС, 2004.

Основные результаты выполненной работы включены в учебный процесс института транспортного строительства ДВГУПС в дисциплинах строительного цикла при подготовке инженеров путей сообщения-строителей.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе монография "Совершенствование управления в транспортном строительстве на основе автоматизированных рабочих мест руководителей работ (АРМ РР)" в объеме 5,8 п.л. -Хабаровск, Издательство Дальневосточного государственного университета путей сообщения (ДВГУПС), 2004.

Практическая ценность работы. Рассмотренные методики принятия решений по организации строительства водопропускных сооружений и разработанная на их основе интегрированная информационная система успешно апробированы в ОАО "Дальмостострой" на строительстве ав-

тодороги Чита-Хабаровск-Находка, железнодорожном обходе Бурей-ской ГЭС, в ОАО "ТрансСахаМост" и ОАО "Сахатрансстрой" на строительстве железной дороги Томмот-Якутск, ООО "Дальтоннельстрой", Дорстройтресте Дальневосточной железной дороги, проектном институте ОАО "Дальгипротранс". Внедрение информационной системы формирования производственных программ возведения искусственных сооружений при сооружении новых железных дорог и реконструкции существующих магистралей показало высокую эффективность предложенных методов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Строящаяся железнодорожная линия представляет собой сложную совокупность инженерных сооружений, которые необходимы для нормальной эксплуатации железной дороги и подвижного состава. В процессе ее строительства необходимо учитывать сложные взаимосвязи различных комплексов работ, отыскивать эффективные организационные решения, которые должны обеспечивать согласованность темпов и заданных сроков возведения линии, ритмичную, производительную работу строительных и обеспечивающих подразделений. При исследовании этой сложной проблемы особое место занимает и задача ускорения темпов работ по вводу в эксплуатацию водопропускных устройств. Это обусловлено тем, что искусственные сооружения, во многом, определяют общий срок строительства железной дороги.

Исследование организационных решений по строительству искусственных актуально и ввиду их высокой стоимости. Так, например, доля объемов работ по строительству мостов на железнодорожной магистрали Беркакит-Томмот-Якутск составляет около 25% от ее общей стоимости. Из водопропускных сооружений наибольший удельный вес по численности приходится на малые и средние мосты, количество которых достигает 0,8-1,2 моста на один километр линии и которые составляют 75-88% годовой программы работ мостостроительных трестов в северной климатической зоне. Наличие большого числа малых мостов и водопропускных труб создает дополнительные сложности в организации железнодорожного строительства.

К усложняющим факторам также можно отнести значительную рас-средоточенность водопропускных устройств по железнодорожной линии, повторяемость одних и тех же работ, имеющих разные объемы, частые передислокации бригад и строительной техники с одной строи-

тельной площадки на другую, значительные различия в трудоемкости работ по смежным строительным процессам. Разработка организационно-технологических решений усложняется также необходимостью подчинения ритма сооружения водопропускных устройств общему темпу строительства железной дороги.

На принятие организационных решений по постройке водопропускных устройств существенное влияние оказывает и технологическое усложнение строительных процессов, особенно в экстремальных природных условиях. Это обстоятельство потребовало внедрения в практику мостостроения технологической специализации с созданием бригад, специализирующихся на выполнении однородных видов работ, вплоть до объединения их в отдельные строительные подразделения. Например, в мостоотряды, осуществляющие только проходки скважин в многолетних мерзлых породах.

Технологическая специализация обусловила тесную организационную и плановую связь не только между смежными специализированными процессами по возведению малых мостов, но и между подразделениями по отсыпке земляного полотна и укладке пути, заводами железобетонных и металлических конструкций, транспортными организациями и т.д. При этом организационные и плановые взаимосвязи между транспортными строительными подразделениями резко усложнились, что потребовало новых подходов к взаимоувязанному формированию производственных расписаний.

В этих условиях крайне важно обеспечить координацию работ всех участников строительства, подчинить их деятельность общему ритму сооружения железной дороги, учесть влияние многочисленных случайных факторов, которые вызывают отклонение всей системы от первоначально запланированного хода работ.

Причинами возникновения случайных факторов, существенно

тормозящих ход строительного производства, являются: неудачные организационные решения, к котором относятся и недостатки в организации строительного производства; не полный учет природно-климатических условий строительства; сбои в работе техники, которые приводят к простоям машин и механизмов; недостатки в материально-техническом снабжении, вызывающие перебои в снабжении материалами, деталями и конструкциями.

Поиск эффективных организационных решений для поддержания организационно-технических параметров подсистемы строительства массовых водопропускных сооружений в заданном режиме, а в случае отклонений параметров системы, оперативное внесение необходимых изменений в производственные процессы для ее восстановления - важнейшие задачи оперативного планирования и организационного регулирования строительства инженерных объектов на железных дорогах - новостройках. От тщательности и четкости проработки этих вопросов зависит бесперебойная работа механизированных колонн и сборочно-укладочного комплекса.

Опыт сооружения железных дорог Сибири и Дальнего Востока доказал, что в проектных решениях по организации строительства железнодорожных объектов и при оперативном управлении, не всегда достаточно рационально решаются вопросы использования трудовых ресурсов, строительной техники, материальных ресурсов, нередко допускается распыление сил и средств Степень согласованности в использовании различного вида ресурсов резко снижается при возведении многочисленных водопропускных сооружений, что компенсируется на практике увеличением продолжительности инвестиционно-строительного цикла, строительством временных мостов или обходов. Все это подчеркивает актуальность и сложность совершенствования организации строительства массовых водопропускных сооруже-

ний, особенно в условиях скоростного строительства новых железных Дорог.

Поиск эффективных организационных решений для поддержки организационно-технологических параметров подсистемы строительства водопропускных объектов и комплексов в заданном режиме является важнейшей задачей организационного регулирования. От тщательности и четкости ее проработки зависит бесперебойная работа подразделений по сооружению земляного полотна и сборочно-укладочного комплекса. В условиях Дальнего Востока и Сибири, характеризующихся сложными климатическими, топографическими, геологическими и гидрологическими условиями с густой гидрографической сетью, подготовка комплексных организационных решений по строительству искусственных сооружений, взаимоувязанных с основными железнодорожными строительными работами требует дополнительных исследований.

Совершенствованию организации строительства водопропускных сооружений на железной дороге посвящены многочисленные отечественные и зарубежные исследования. Предложены различные подходы к ее решению, подготовлены эффективные информационные технологии, основная часть которых успешно реализуется в практике железнодорожного строительства. На современном этапе развития строительного производства многие ученые: Б.А. Волков, A.A. Гусаков, А.П. Гончарук, К.А. Антанавичус, Ю.А. Куликов, Н.И. Ильин, Р.Ф. Шиханова и др. считают, что научной и методологической основой организации строительства должны быть теория систем и теория математического моделирования сложных систем.

Использование системного подхода и имитационных моделей для организации строительства железных дорог позволяет с большой степенью адекватности отражать динамизм и стохастичность строительного производства и его организационно-технологические взаимосвязи в

пространстве и времени, воспроизводить и исследовать постоянно меняющиеся производственные ситуации, которые сложно формализовать, достигать нужного результата за счет имитации функционирования системы железнодорожного строительства.

В решении этой проблемы, а также в создании новых математических методов в строительстве широко известны научные работы М.И. Иванова, С. П. Лершина, Г.Н. Жинкина, Э.С. Спиридонова, A.A. Гусакова, Б.А. Волкова, Г.С. Переселенкова, В.И. Рыбальского, Ю.А. Авдеева, Л.В. Киселевой, В.А. Афанасьева, A.B. Гавриленкова, С.М. Гончарука, А.К. Шрайбера, А.И. Татаринова, М.С. Будникова, A.B. Болотина, В.А. Тимошенко, В.И. Воропаева, H.A. Шадрина, В.Н. Мастаченко, М.С. Клыкова, А.О. Неймана, Ю.Б. Калугина, Б.С. Малышева, С.Я. Луцкого, A.C. Финицкого, Т В. Шепитько, Е.В. Басина, М.Д. Спектора, И.И. Рыжкина, Г.П. Соловьева, Г.Л. Шалягина, Т.В. Шепитько, М.Д. Спектора, A.B. Гинс-бурга, С.М. Яровенко.

Системный подход в научных исследованиях предусматривает декомпозицию целостной системы, путем разбиения ее на ряд подсистем различного уровня и установления взаимосвязей между ними по принципу от общего к частному. Рассматривая организацию железнодорожного строительства, как большую систему, представляющую собой множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, ограничимся раскрытием тех ее элементов, которые связаны с объектом исследования, т е. с организацией строительства водопропускных сооружений.

До производства работ по искусственным сооружениям необходимо выполнить работы подготовительного периода. По мере окончания строительства водопропускных устройств и участков земляного полотна (нижнего строения пути) открывается фронт работ для постройки верхнего строения пути (ВСП).

Существующее между рассмотренными комплексами работ пространственно-временное взаимодействие выражается в форме ограничений на выполнение тех или иных работ. Другими словами, технологически и организационно подсистемы данного уровня между собой тесно связаны. Прямые и обратные связи выступают в роли обособленных подсистем взаимодействия между смежными подсистемами. Схема декомпозиции системы организации строительства укрупненных комплексов сооружений железной дороги по нижнему и верхнему строению пути в виде подсистем первого уровня приведена на рис. 1.

2 2

1 - подсистемы первого уровня

2 - связи первого уровня

Рис. 1. Схема декомпозиции системы организации строительства комплексов железной дороги

В отличие от строительства водопропускных устройств, земляные работы подвижны в пространстве, имеют линейно-протяженный характер. Как площадочные, они рассматриваются только на уровне земле-ройно-транспортных комплектов машин, выполняющих земляные работы на небольшом участке строящейся железной дороги и в пределах непродолжительного отрезка времени, зависящего от покилометрового профильного объема земляных масс и производительности механизированной колонны.

Составные части нижнего строения пути сооружаются специализированными подразделениями В комплексном потоке по строительству нижнего строения пути строительно-монтажные подразделения имеют единую цель - сдачу готовых водопропускных сооружений и участков земляного полотна под укладку железнодорожного пути.

Перечисленные особенности позволяют рассматривать составляющие элементы нижнего строения пути, как обособленные подсистемы второго уровня. В организационном аспекте между подсистемами этого уровня существует сложное взаимодействие, выражаемое связями второго уровня (рис. 2). Сложность такого взаимодействия заключается в том, чтобы увязать время сооружения соответствующих водопропускных устройств и участков земляного полотна.

Дальнейшее исследование всей совокупности отношений и связей предполагает раскрытие внутренней структуры отдельно взятой подсистемы, анализ составляющих ее элементов, установление связей с внешними подсистемами Такой прием, основанный на глубоком изучении внутренних закономерностей подсистемы без утери связей с подсистемами высшего (первого, второго) уровня, типичен для системного анализа и требует изучения специфических свойств объекта исследования.

Таким образом, на третьем уровне необходимо в максимальной степени отразить специфику функционирования подсистемы организации строительства водопропускных сооружений в взаимосвязи с работами подготовительного периода, возведением земляного полотна и работами сборочно-укладочного комплекса. При этом целесообразно рассмотреть: структуру (состав и очередность) выполняемых работ; организационно-технологические параметры исследуемых процессов и объектов; средства возведения объектов с учетом ограниченности трудовых ре-

сурсов и средств механизации; связь процессов с внутренними и внешними параметрами системы.

Рис. 2. Схема декомпозиции системы второго уровня

Организация работ по строительству водопропускных устройств наиболее тесно связана с возведением земляного полотна, состав работ которого в значительной степени зависит от их объемно-конструктивных решений, вида и состояния грунтов, залегающих в основании фундаментов искусственных сооружений, высотой насыпей у подходов к ним, их отверстием. В свою очередь пространственные объемно-конструктивные решения, при рассмотрении объектов на уровне технологически законченных циклов работ, не влияют на очередность проведения работ.

Поэтому в комплекс работ по сооружению водопропускных объектов можно отнести следующие основные процессы в порядке очередности выполнения с последующей сдачей объектов под укладку железнодорожного пути: строительство фундаментов МВС, сооружение сборных опор, монтаж железобетонных или металлических пролетных строений малых мостов. Согласно этого перечня сооружение фундаментов МВС

выполняет специализированная бригада нулевого цикла, монтаж тела трубы, опор и пролетных строений малых мостов - соответствующие специализированные бригады монтажников.

Однако рассмотрение основных процессов только по технологически законченным циклам работ с принятым уровнем специализации не дает оснований для окончательного формирования организационных решений при сооружении водопропускных объектов. Дополнительное представление дают организационно-технологические параметры процессов и объектов, среди которых необходимо установить главные срокообра-зующие процессы и их продолжительности.

Применительно к нижнему строению пути, согласно определению С.П. Першина, важнейшим признаком таких процессов является степень его участия при формировании общего срока строительства объекта, являющихся слагаемыми в сумме общего срока.

При сооружении нижнего строения пути к главным срокообразующим процессам следует отнести процессы формирования законченных частей малых водопропускных сооружений и возведение готового земляного полотна на объекте, то есть фундаменты, опоры, пролетные строения, земляное полотно. Тогда общий срок строительстваН"о объекта определится из выражения

Т - 4 (Ф) I 4 («О , |(ПС) , . (ЗП)

I ~ М-) Т 1|-1 т Т 1|-| '

(ф) (ОЛ) (ПС) (ЗП)

где ^ . . . Ь-1 - продолжительности процессов возведения, соответственно, фундаментов, опор, пролетных строений, земляного полотна. В приведенной формуле слагаемые выражения отражают технологическую последовательность и связь между главными срокообра-зующими процессами.

Взаимодействие с внешними процессами выражается в виде ограничений на различные сроки: начало строительства фундаментов ИССО,

окончание сооружения земляного полотна, что не находит своего отражения при декомпозиции системы 2-го уровня Согласно требований СНиП, водопропускные устройства должны быть построены до начала земляных работ Однако, для мостов это требование относится только к береговым опорам, готовность которых обеспечит выполнение работ по устройству подходов к мостам и земляных работ вокруг устоев.

Сооружение промежуточных опор и монтаж пролетных строений можно производить одновременно с земляными работами или, для пролетных строений, после них, так как данные процессы не взаимодействуют между собой, а в некоторых случаях становятся зависимыми от последних.

В то же время, земляные работы и монтажа пролетных строений необходимо осуществить до начала укладки пути. Все изложенные отношения и связи между подсистемой организации сооружения ИССО и подсистемами организации строительства железнодорожной линии высшего уровня иллюстрирует рис. 3, который представляет собой схему декомпозиции системы третьего уровня.

Таким образом, приведенный системный анализ совокупности процессов строительства железной дороги позволил установить важные связи между разнородными процессами, их специфические особенности, что необходимо учесть при моделировании организации строительства массовых, водопропускных сооружений.

При системном анализе изучаемой проблемы нами установлено, что со стороны внешних процессов на подсистему водопропускных сооружений накладываются временные ограничения. В этих условиях наиболее приемлемой модельной основой отображения состояния данной подсистемы будет время и, поэтому под моделью будем понимать формальный, математический способ описания изменения состояний системы во времени.

Рис. 3. Схема декомпозиции третьего уровня

Для графического отображения модели предложим комплексный линейный график (рис. 4.), в котором организационная схема возведения участка линии будет в виде линейной модели, графически воспроизводящей строительные процессы в пространстве и времени. Работы малых водопропускных сооружений, носящих площадочный характер, с целью упрощения в общей модели покажем без отображения в пространстве.

Это представляется возможным, поскольку внешние строительные процессы, связанные с строительством мостов, достаточно указать в виде срока окончания работ подготовительного периода сроков начала земляных работ (¡нзр, дат начала монтажа рельсошпаль-ной решетки !"мр и которые отображаются в модели, только как фиксированные точки на шкале времени в месте расположения ¡-го малого водопропускного сооружения. Указанные сроки можно получить в рамках методик, разработанных под руководством профессора Э.С. Спиридонова, где ограничения на строительство водопропускных устройств устанавливаются в результате годичных циклов путевых и земляных работ без внутренних перебазировок подразделений на участке линии, сдаваемой во временную эксплуатацию.

Число объектов модели изменяется от 1, . , I, . ,1М и равно количеству мостов на участке линии 1ул, сдаваемых к моменту укладки железнодорожного пути. По каждому мостовому сооружению задаются продолжительности специализированных процессов возведения объектов I* , , ^. В модели включены и такие параметры как: С>, - сроки начала специализированных процессов

гическими моделями строительства водопропускных сооружений

сооружения фундаментов, монтажа опор и пролетных строе-

X оф I ООП f one

нии;1|)р . ii,„ . %s - сроки окончания специализированных процессов сооружения фундаментов, монтажа опор и пролетных строений; jP > ik ' Js - специализированные процессы, выполняемые бригадами р-ой, k-ой и s-ой специализации, где ]=1,2,3;Ts - интервал вре-

X ОПП

мени между окончанием подготовительного периода i, и началом земляных работ t"3p, в котором необходимо построить i-ый объект; Тобщ-интервал времени, соответствующий годичному циклу работы мостостроительной организации в рабочих днях.

Таким образом, на основе системного анализа в рамках общей комплексной модели системы для каждой части подсистемы строительства водопропускных сооружений описаны ее границы и связи, отражающие особенности организации строительства малых мостов и позволяющие перейти к формализованному изложению задачи. Для поточной организации работ задача формирования расписания строительно-монтажных работ по возведению линейно-рассредоточенных искусственных сооружений формулируется следующим образом. На участке дороги, длиной Ly„ имеющем N объектов, требуется выполнить работы jp -ой, jK -ой, j5 -ой специализации. Работы выполняются специализированными бригадами или механизмами, которые могут перемещаться с объекта на объект в произвольной очередности.

Для каждой работы j в соответствии со специализацией работ р, k, s выбраны лимитирующие виды ресурсов типа мощностей: 1,2,.., р,..,Р -количество ресурсов jp специализации; 1,2,.., к,..,К - количество ресурсов jk специализации; 1,2,.., s,.., S - количество ресурсов js специализации. Технологическая очередность работ задана и для всех объектов одинакова. Каждая работа на объекте (соответствующей специализа-

ции) начинается сразу после окончания ее на предыдущем объекте Продолжительность выполнения работ t*. t™, t™ известны Совмещение по времени между работами i-ro объекта и одновременное выполнение работ отдельными ресурсами р-ой, k-ой, S -ой специализации на нескольких объектах не допускается

Требуется определить такую очередность выполнения работ по всем объектам на выделенном участке железнодорожной линии, при которой ресурсы строительно-монтажных подразделений использовались наиболее рационально и достигался минимальный срок реализации строительной программы. При решении этой задачи необходимо выполнить ряд технологических и организационных условий, временных организационных ограничений и временных условий, а также ограничений по ресурсам.

Технологические условия: тг, = {jp;jkJ<}= const, V,eN, где тг, - технологический маршрут выполнения работ на i-ом объекте. Организационные условия обусловлены непрерывностью использования ресурсов и могут быть представлены в виде := t"+1j; t^ j.V; е N.

Временные организационные ограничения: а) внешние; б) внутренние. Внешние временные ограничения накладываются на главные сро-кообразующие процессы и связанны с заданием внешних сроков начала и окончания работ на объектах

■™icbc. »« {с + h «г.

шах {С + С !< Г", ЦГ1>Г

ieN 1 " " ' lev *

Последнее временное ограничение введено в модель для тех случаев, когда выполняется монтаж пролетных строений с готового земляного

полотна. Внутренние ограничения на сроки начала работ по технологическим условиям представлены следующими соотношениями min It"0" }> tj*, min {}> .

icN 1 IJk ' ,JP ,CN 4. ) 4 k

Временные условия определяют а) выделенные для производства и монтажа работ временные интервалы по фундаментам и опорам Т, =[т,н = t,cnn,Tj0 = tJop]; б) интервалы времени для монтажа пролетов, определяемые как AT, =[ДТ" =Т,С =t|°p,AX° =t"MpJ; в) общий интервал времени для строительства искусственных сооружений на участке линии ТобЩ =max{t^p}-min{t"n}; Г) интервал времени для возведения фундаментов и опор мостов Т = ^ах {t"3p}- min {t,onn}

Для назначения ресурсных ограничений укажем организационные маршруты ресурсов, каждый из которых представляет собой последовательность работ по нескольким объектам, по которым, планомерно и непрерывно выполняя их, перемещается единичный ресурс типа "мощности" (бригада, машина, механизм). Количество таких маршрутов зависит от ресурсных возможностей мостостроителей, которые можно представить как: оР = {jj.jj,...,jj} VpеРа, ст* = {jjj*.....jkv} Vkekp,

(£ = {£•£.....js} VseSy, где - x, у, z -ые организационные

маршруты, соответственно, р, k, s-oro ресурсов; х, у, z - номера маршрутов р, к, s-oro ресурсов, составляющих множества X, Y, Z; t|, v, ц - число объектов, на которых производятся работы jp jk js , выполняемых р, к, s-ми ресурсами; а, ß, У - индексы ресурсов, учитывающие разновидности применяемых бригад и ведущих механизмов.

Тогда ограничения на уровень потребляемых ресурсов имеют вид

fX <Pa, VpePa,I<.Kß, VK e Kß, ¿afz<Py, Vs€Sy.

На участке строящейся линии Lyn, организационные маршруты перемещения бригад и техники могут быть образованы различными способами, формирование которых относится к задачам организационной увязки потоков во времени. Несмотря на простоту сформулированной задачи, в настоящее время в рамках теории расписаний практически невозможно реализовать разработанную модель, с точки зрения получения точного решения, не только из-за громоздкости и сложности вычислений, но и из-за существования множества неформализуемых процедур нахождения оптимума. Многие авторы к трудностям решения таких задач относят причины, которые заключаются в сложности структуры расписания работ, в отсутствии условий существования экстремума, в несовершенстве оценок сходимости предлагаемых алгоритмов и др.

Особенность решения поставленной в работе задачи состоит в трудности формализации внешних ограничений, где неясны допусти-

tonn хнзр 1НМр

__________________ , , I, . I, , которые оказывают существенное влияние

на Т,, дТ, , Т, Тобщ. Так, например, увеличение интервалов времени Т, расширяет область допустимых вариантов организационных маршрутов расписания, увеличивает сроки строительства линии.

Частичное предварительное устранение неопределенностей в задаче возможно за счет упорядочения указанных ограничений. Однако это заметно не облегчает решение поставленной задачи, которая относится к классу сложных комбинаторных задач дискретной математики. К путям их решения, относятся принципы декомпозиции общей проблемы на ряд частных задач. Поэтапное решение последних, с последующей взаимоувязкой и учетом результатов, полученных на предыдущем этапе, при-

водит к существенному снижению размерности задачи

На каждом этапе, в результате решения частной задачи формируется соответствующий неритмичный специализированный поток в виде организационных маршрутов движения специализированных бригад или механизмов по объектам с учетом сформулированных условий и ограничений. Таким образом, в общей задаче по формированию графика можно выделить следующие этапы: а) формирование рациональных организационных маршрутов буровых или сваебойных комплектов в составе бригад нулевого цикла; б) формирование рациональных организационных маршрутов строительно-монтажных бригад по монтажу опор малых мостов; в) формирование рациональных организационных маршрутов крановых комплектов в составе монтажных бригад по установке пролетных строений.

В исследовании процесс принятия решений по формированию расписания .сооружения ИССО предлагается осуществлять в направлении от последнего процесса (в технологической последовательности работ) к первому, в отличие строительства, где порядок выполнения работ строго противоположный. Поэтому, первым таким процессом, подлежащим увязке, является комплекс работ по монтажу пролетных строений.

Для него предлагается вначале решить задачу рациональной загрузки парка монтажных кранов. Решение может быть получено на основе методов линейного программирования. В качестве исходных данных указываются: М - множество пролетных строений, устанавливаемых на N объектах; Б - множество монтажных кранов в организации; т - индекс весовой группы пролетных строений в-го веса; у -индекс вида монтажного крана соответствующей грузоподъемности (у=1,2.....В); 5У - количе-

ство кранов у-го вида, с)т - количество пролетных строений т -ой весовой группы. Дополнительно задаются нормы затрат времени кранов у -го вида для каждой весовой группы, стоимости и машиноемкости выполнения работ, коэффициенты использования по времени и др

В результате решения для каждого монтажного крана становятся известными параметры 8у •= {с^т- }, необходимые для составления графика работ (- количество пролетных строений т -ой весовой группы, устанавливаемых -ым краном на I -ых объектах;

- время, требующееся для их установки) При разработке специализированного потока на монтаж пролетных строений малых мостов в соответствии с организационной схемой (рис. 5) имеется возможность предварительно определить следующие временные характеристики строительно-монтажных процессов' наиболее ранние начала

Кроме того, исходя из условия готовности опор к началу отсыпки насыпей, открывающих фронт работ для монтажа железнодорожных пролетных строений, можно рассчитать минимальные сроки сооружения

в котором производится монтаж пролетов: 1 п>у = N. ~ N. • времени и сроков функционирования процессов монтажа пролетных строений 5у-ми кранами, относятся к определению фронтов работ во временном разрезе Рассмотрим также распределение средств механизации по фронту работ в пространстве.

наиболее поздние окончания

1.опс' ¿нмр

I,, = тах •

объектов - ™*ГР + и допустимый интервал времени ,

ПС ± опс' ± НПО'

Рис. 5. Организационная схема участка железнодорожной линии с технологическими моделями строительства мостов

Для этого вначале пометим список всех мостов по ходу строительства железнодорожной линии п^, на которых будет производиться монтаж пролетных строений Бг-ми кранами Далее, начиная с первого помеченного ИССО, произведем для первого -го крана последовательное суммирование продолжительностей ^ так, чтобы % %+|

< ^ т, £ ^ т. После распределения первого монтажного

1=1 1=1

крана по фронту работ в пространстве аналогичные процедуры выполняются для оставшихся средств механизации.

Итерационные расчеты необходимо осуществлять до тех пор, пока последующие объекты окажутся помеченными или их список окажется исчерпанным Таким образом, алгоритм распределения ву-ых средств

механизации в пространстве, представляет собой многошаговый процесс, где на главном шаге производится последовательная проверка условий с последующим закреплением и запоминанием

8У'П5у V

Аналогично процессам монтажа пролетных строений определим фронты работ по времени при возведении опор и фундаментов мостов. Исходя из этого ранние начала и поздние окончания работ по сооружению опор и фундаментов определятся:

гя Кг с },

где Г\1ц - множество > -ых объектов, на которых производится монтаж опор к -ым ресурсом. А допустимый интервал времени Т™ рассчитается по

ТОП _ 1ОПП' 1НОП'

Повторив подобные рассуждения применительно к работам по уст-

ройству фундаментов, предложим расчетные формулы по определению ранних и поздних окончаний работ:

V* = min {t°nn J tf = maxi С - С}

ЧР leNp 1 ' • \ teNp ''

где Np - множество i -ых объектов, на которых выполняются работы по возведению фундаментов р -ым ресурсом Рассчитаем также полное

допустимое время занятости участка Т*р = t^ - t?* .

Знание допустимых интервалов времени применения трудовых ресурсов и средств механизации, предельных сроков начала и окончания работ всех специализированных процессов в пространственном и временном разрезе, позволяет правильно наметить способы организации работ и перейти к расчету и последовательной оптимизации комплексной поточной модели строительства водопропускных сооружений.

Однако на каждом этапе формирования, расчета и оптимизации календарной программы возведения водопропускных устройств требуется расчет временных параметров работ расписания, что предполагает применение наиболее эффективных расчетных технологий строительных потоков.

В настоящее время разработано достаточно много методов и методик определения временных параметров поточных расписаний, в том числе и в железнодорожном строительстве. В частности, широко известна методика С.П. Першина в сетевой постановке, табличный метод H.A. Шадрина, технология, предложенная В.А. Тимошенко, другие разработки.

Давая оценку этим методам можно указать на их высокую трудоемкость, недостаточную наглядность. Кроме того, они не позволяют решать поставленную задачу в общем виде и поэтому не могут быть применены в комплексной поточной модели строительства водопропускных

сооружений Поэтому в диссертации предложены новые математические методы расчета потоков, включая неритмичные, с различными организационно-технологическими зависимостями, для которых, в самом общем случае характерно:

1 2 п-1 п

1 2 п-1 п

1 2 Ф t Ф Ф... 1) Ч п-1 п

1 2 п-1 п

1 2 ФХ ФХ Ф... 1т 1т П-1 п ...ф* Фх , 1т 1т

где т - количество сооружаемых водопропускных устройств, входящих в строительный поток; п - число специализированных бригад,

работающих на объекте; I, - длительность ¡-го вида работы на ]-ом объекте.

Задача расчета таких организационно-технологических моделей за-

А(Н) (О) _

кпючается в вычислении сроков начала Ц и окончания х,-, работ, длительностью при непрерывной работе каждой специализированной или комплексной бригады.

Последнее условие, в общем случае, приводит к простоям объектов. Иначе говоря, обеспечение условия непрерывности работы бригад влечет за собой разрывы д1'"*1' между работой бригад \ и ¡+1 на объекте

Определив значения д',-"*11, можно перейти к вычислению сроков выполнения работ , (рис. 6).

т(о) Т*н) Т<0>

I i-l I i-j I t—j

Исполнитель i с

(m-1) m

Г

д,-0+.»

Т(н) т(°) (H-l)-j "(H-D-j

i

2

(m-1) | m

Исполнитель i+1

x(h)* t(O)'

I (i+i)-j 1 (i+D

Рис. 6. Модель расчета неритмичных потоков при непрерывной работе исполнителей

Вычисления календарных сроков выполняются в следующей последовательности:

I. С учетом временных ограничений, обусловленных ведением предшествующих работ, назначается срок начала выполнения строительной поточной программы .

II. Определяются календарные сроки ^ и ^ работы ¡-ой бригады на т объектах ИССО. Искомые величины вычисляются по формулам:

III Присваивается ¡.=¡+1 и назначается срок начала работы (¡+1)-ой бригады на первом объекте ИССО t<"Vi из условия предоставления фронта работ i-ой бригадой: t{rii)-i = tf°i .

бригады (¡+1) на ]-ом объекте ИССО. Вычисленные величины являются предварительными, так как они в дальнейшем могут измениться.

У. Проверяется, на всех ли объектах ИССО предоставлен фронт работ для бригады ¡+1. Проверка осуществляется путем анализа величин

f(H) _ х(о) .(О) _ f(M) , .1

l|-J l|-j ' li-J l|-j T Ij •

IY Вычисляются сроки начала и окончания работ t(!?i)_j, t(°'i)_j для

1-0 + 1) f(H) .(О) _ w A ¡-(1+1) П

д j = t(l+i)_j -t,-,. Если \/Д, это означает, что на всех

m

объектах ИССО для (¡+1)-ой бригады предоставлен фронт работ (из др<|И) = 0 следует, что при смене бригад соответствующий объект ИССО не простаивает). Таким образом, при УД')ч'+1)гО, предварительно рассчитанные сроки tjrii)-j и t'flij-j принимаются окончательными'

t(H) t(M)' .(о) ._ .(о)'

1(1+1)-, •- I(,+1 н > 1(1+1 )-i т(|+1 н •

YI. При ЗД',~(1+1)<0 выбирается наибольшее по модулю значение отрицательной величины Д)~(|+1) и осуществляется корректировка предварительно рассчитанных сроков t'rii)-, и t^H по формулам:

t(H) t(H)* , „„ ¡д |-(| + 1) .(О) _ .(о)* , тяу ,лН>+1)

1(1+1)-/ i(i+i)-j + ,,lelx|iij |, t(,+i)_, - t()+i)_j + max Таким образом определяются календарные даты по всем работам

строительного поточного графика и становится известной продолжите)

тельность его строительства Tn-m .

Разработанный метод обеспечивает расчет поточных строительных расписаний и в тех случаях, когда имеет место организация работ с разветвлением потоков (рис. 7).

Объекты

i 2 3 4 Бригада 5 J j j j '

<?< "7( 'Л ' I

1 " <2 "h y'4 / > Бригада 2 f Г/ (,' i,'/ 1 /

I / i / i / i i

i /i/i/i i

1 ' 2 ' 3 ' 41 ' 1 '

Бригада 1 I [ (,/(.>'[ /

14 w ' \ч ' \S ' I

\ v \ \ V l <. '

Vs.2 V\3 V N,4 ,' Бригада 3 1 \ i \ i \ 1 \ I

\ N \ 4

\ N \ V

■ь 1 2 3_4

Бригада 4 1 i i 1 —i

Рис 7. Связи между исполнителями в технологической модели

Как видно из рис. 7 исполнитель предоставляет фронт работ не одной, а нескольким бригадам (бригадам 2,3,4), а бригады 2,3 - бригаде 5 Для графика работ такой структуры вычисления календарных сроков работ выполняются в следующей последовательности:

Бригада 2 -_______

Бригада 1 * Бригада 3-► Бригада 5.

Бригада 4

Схема расчета показывает, что после определения календарных сроков работ для первого исполнителя можно выполнять независимые расчеты расписаний бригад 2,3,4. При этом индекс i первой бригады назначается равным единице, а для 2, 3 и 4 исполнителей i=2. Календарные сроки выполнения работ бригады 5, имеющей по схеме ¡=3, определяются из того, что с индексом i =2 выступают две бригады (исполните-

„ Т (н) т (°)

ли 2 и 3) В качестве окончательных сроков u-j, I ¡-j принимаются такие, которым соответствует max I ¡-(¡-1) .

Предложенная модель также позволяет учитывать совмещение строительных процессов ИССО во времени, что значительно расширяет область варьирования организационно-технологическими схемами и повышает устойчивость решений. Величина совмещения Д t'J"l'+1> работ, выполняемых бригадами (М) и i на объекте j задается исходя из организационно-технологических ограничений. Зная величины можно определить календарные сроки tf-j, ti°| при совместной работе двух или более строительных бригад:

= tiT + max |д;-(,+1):- A t'r<i+1)), t<°> = t<0); + max |д';(,+1)1 - Д t'r(,+1)).

Рассмотренные процедуры предназначены для расчета расписания сооружения водопропускных устройств и для условий максимально

плотного ведения строительных pfet^^H^^j.gjjre^^HC 8).

1

!

нет

Рис. 8. Блок-схема расчета строительного расписания в условиях непрерывного ведения работ на объекте

В соответствии с предложенной в работе стратегии поэтапного формирования календарной программы строительства ИССО разработана программа на основе оптимизирующей системы Solver. Оптимизационный модуль Solver обеспечивает, в рамках выставленных условий и ограничений, отыскание таких сроков ведения строительно-монтажных работ, при которых достигается конструирование расписания наименьшей продолжительности. Сборка строительного календарного графика выполняется в интерактивном режиме. При этом последовательность разработки расписания работ по строительству ИССО такова: монтаж пролетных строений, сооружение опор, возведение фундаментов. На рис 9 показаны результаты автоматизированного формирования первого фрагмента календарного графика.

Рис. 9. Оптимизированное расписание работы крана при монтаже пролетных строений

Если разработанное на основе рассмотренных рекомендаций расписание работ не укладывается в заданный срок необходимы дополнительные решения, направленные на интенсифицирование строительного производства. Они могут быть, в частности, обеспечены за счет концентрации трудовых ресурсов и средств механизации на ряде объектов путем перераспределением бригад и техники внутри мостостроительной организации.

Для рационализации принятых ранее поточных схем ведения работ необходимо оптимизировать число подразделений, комплектов машин, бригад, участвующих в строительстве водопропускных объектов и комплексов В диссертационной работе для условий поточной организации строительства получены зависимости коэффициента относительного сокращения простоев ресурсов упр и показателя эффективности использования дополнительных ресурсов бдр от количества ресурсов пбр и количества работ 14:

5 =(1 + УпрКР при <_!.

ДР пбр +1 N п6р-Упр~пбр

На основе этих зависимостей может быть осуществлен выбор близкого к оптимальному значению варианта требуемого количества ресурсов типа "мощности". Численная интерпретация указанных зависимостей приведена в табл.1 и 2.

Из приведенных таблиц видно, что наибольшая эффективность дополнительного подключения ресурсов достигается при малом количестве ресурсов (каналов) и большом количестве работ (п6р=4-5, N>50, бдР=0,6-0,7). При п^ >ю использование дополнительных ресурсов становится практически бесполезным даже при N>100.

Введение в оптимизационный модуль Solver зависимостей коэффициентов относительного сокращения простоев ресурсов Ynp и показателей эффективности использования дополнительных ресурсов 5др от количества ресурсов пбр и количества работ N позволяет в ряде случаев существенно сокращать сроки возведения объектов ИССО при минимальном резервировании мощностных ресурсов.

Табл. 1.

Коэффициенты относительного сокращения простоев Y пр при изменении п6р и 5др

п6р Коэффициенты относительного сокращения простоев Y пр

5др=1,0 6др=0,8 бдР=0,6 5др=0,4 6др=0,2

1 1,4 1,00 0,60 0,2 -0,20 -0,60

2 0,8 0,5 0,20 -0,10 -0,40 -0,70

3 0,6 0,33 0,07 -0,20 -0,47 -0,73

4 0,5 0,25 0,00 -0,25 -0,50 -0,75

5 0,44 0,20 -0,04 -0,28 -0,52 -0,76

6 0,4 0,17 -0,07 -0,30 -0,53 -0,77

7 0,37 0,14 -0,09 -0,31 -0,54 -0,77

8 0,35 0,13 -0,10 -0,32 -0,55 -0,78

9 0,33 0,11 -0,11 -0,33 -0,56 -0,78

10 0,32 0,10 -0,12 -0,34 -0,56 -0,78

В тех случаях, когда рационализация строительных потоков по постройке водопропускных объектов не позволяет выполнить заданные временные параметры необходимо рассмотрение и реализация возможностей по привлечению дополнительных мощностных ресурсов мостостроительной организации. При этом ставится задача определения таких режимов ведения общестроительных и специализированных процессов при возведении искусственных сооружений на заданном участке

новой железнодорожной линии, которые, с одной стороны - обеспечили бы получение календарного графика производств работ с сроком выполнения, меньшим или равным директивному, а с другой - потребовали бы минимального привлечения дополнительных ресурсов.

При решении этой задачи по каждой работе организационно-технологической модели строительства ИССО задается минимальная

потребность в мощностных ресурсах у^ и соответствующая продолжительность О,,, а также минимальная продолжительность с!,, При этом имеют место соотношения у^0' < у у < уИ и <3у < Ху < йу.

Табл. 2.

Коэффициенты относительного сокращения простоев У пр при изменении п^ и N

П6Р Коэффициенты относительного сокращения простоев У пр

N=10 N=20 N=30 N=40 N=60 N=80 N=100

1 -0,90 -0,95 -0,97 -0,98 -0,98 -0,99 -0,99

2 -0,30 -0,40 -0,43 -0,45 -0,47 -0,48 -0,48

3 -0,03 -0,18 -0,23 -0,26 -0,28 -0,30 -0,30

4 0,15 -0,05 -0,12 -0,16 -0,18 -0,20 -0,21

5 0,30 0,05 -0,03 -0,08 -0,12 -0,14 -0,15

6 0,43 0,13 0,03 -0,02 -0,07 -0,09 -0,11

7 0,56 0,21 0,09 0,03 -0,01 -0,06 -0,07

8 0,68 0,28 0,14 0,08 0,01 -0,03 -0,05

9 0,79 0,34 0,19 0,11 0,04 0,00 -0,02

10 0,90 0,40 0,23 0,15 0,07 0,03 0,00

Общая постановка задачи интенсифицирования состоит в отыскании календарного плана строительства комплекса водопропускных сооружений при м инимальном привлечении дополнительных специализирован-

ных монтажно-строительных бригад, техники и средств механизации Математическая модель задачи выглядит следующим образом

Дана сетевая организационно-технологическая модель {0,Т} соответствующая выполнению всех работ \ - ] € р в режиме с минимальной интенсивностью Известно заданное время выполнения проекта Т„ Сокращение продолжительности выполнения работы Н на величину Ах,, - 0|( - х(| может быть достигнуто за счет передачи части трудоемкости работы Дуц ^СцЛХц =с||(0||-ж,,) дополнительно привлекаемым исполнителям.

Требуется отыскать такой календарный план строительства ИССО {х,Т}, который минимизирует функцию^] Дуп =^си(Оп-х„) и удовлетворяет условиям с1„ < хц < для всех \ - \ е р; - т{0' < Тп; Т/0^ + х,, -Т^ <0 для всех Мер, где раннее время свер-

шения события ¡(¡).

Интенсифицированию расписания возведения ИССО должна предшествовать проверка на существование решения при заданном сроке Т„. Для проверки принимаем хч = с^, и определяем минимально-

возможный срок реализации программы по строительству водопропускных сооружений т. Если Тп>т, то задача имеет решение. Однако если принять х,; = йц, то соответствующее критическое время М можно условно рассматривать как нормальное ограничение для продолжительности

выполнения строительного проекта Т^. Таким образом, т <Тп'0'< М.

Отыскание для каждого значения Л из сегмента [т,М], минимума функции Хс^-х,,) при условиях с!,, <Ху <0„, Т^-Т^Л,

+ хч - Т^ < 0 представляет собой параметрическую задачу линейного программирования. Ограничения этой задачи покажем в следующем виде:Т((0> + х,,-Т(0><0, + х, *0„-х( ¿-с!,, - Т<°> + Т<°> £ Л.

Разработку оптимизационного механизма интенсифицирования строительного расписания выполним в рамках двойственной задачи. Для этого поставим ограничениям в соответствие неотрицательные переменные дч, И,, и V. После преобразований задача интенсифици- * рования расписания принимает следующий вид:

^-».)-{; г:.....

),к [V ) = П

0<^к <С#|к = 1,2.

В данной постановке организационно-технологическая модель строительства ИССО интерпретируется как транспортная сеть, ветви которой соответствуют работам, а узлы - событиям модели. Начальное событие ^

сетевой модели становится источником (б), а целевое - стоком (п) транспортной сети. В итоге задача оптимального интенсифицирования заключается в определении потока минимальной стоимости в транспортной сети.

При этом условия оптимальности имеют вид: Т,'0' = 0, Тп(0) = Л,

^+т<°>-т<°><0><1к) 4)к +т<°>-т<°>>о>с()к.

Алгоритм поиска оптимальных режимов интенсифицирования расписания возведения объектов ИССО заключается в последовательном отыскании значений Ь, т}°К удовлетворяющих условиям оптимальности для убывающих значений А, после чего по формуле х,=т1п{0,,Т(о)-Т1(о)| определяются значения х,,к. В блок-схеме оптимизационного алгоритма (рис. 10) использованы следующие обозначе-

ния: \ *(]'*) - закодированное событие; ¡"(П - н езакодированное событие; {1,0;} - код события, где 1 - номер предшествующего события, а О, - вторая часть кода; ац1 = О,, + Т^ - (резерв критичности);

а1)2 = ^к +Т^-Т,<0> (резервсокращения).

В первом блоке алгоритма вычисляется т|0'= тах{т,(о'+ = О-

Во втором блоке алгоритма определяется возможность сокращения продолжительности выполнения плана. Начальному событию присваивается код {0,*°}, Затем последовательно просматриваются все работы, имеющие предшествующие события. Если для этих работ выполняется условие а,,2 = 0, то последующие события получают код {¡, «•}.

После окончания кодирования начинает работать третий блок алгоритма. Проверяется наличие кода у конечного события. Если оно получает код {к,"}, то это означает, что дальнейшее сокращение продолжительности выполнения строительного расписания невозможно, так как все работы, лежащие на критическом пути, выполняются за время с!и. Если конечное событие кода не получает, начинает работать четвертый блок алгоритма.

В нем все события модели последовательно просматриваются и кодируются по следующим правилам.

Пусть \ - некоторое закодированное, но еще не рассмотренное событие с кодом {±к, «}. Тогда: а) если существует незакодированное событие ], такое, что для работы Н выполняются условия ау1 = 0, ^ < Су, то событие ] получает код {Щ}, где О, =т1г|р1сц б)

если существует незакодированное событие ], такое, что для работы \ - ] выполняется условие а|)2 = 0, то событие ] получает код {¡. О,}; в) если для некоторого незакодированного события условия "а" и "б" не выполняются, то событие \ кода не получает.

| Определение

"П =0; ^=0

VI Изменение потока

по и его по коду{±, р}

у работы \ - \

изменяется Ц

VII Изменение Т^0' для г

для А1=([|*,] ] а,1 < 0 или а^ <0)

А2=([|-,Ла„>0)

найти а = гтап(-а;и) 1 А, 1)1

Д2=птЧ-ар)

Д3=т1п(-а..3)

ДТ = т1п(д1,Д2,Дз)

длягт|0) = т<°ит

а

II Кодирован ие событий

= {о.оо} далее для [! , | ] при а|)2=0 ®) := {¡.«>}

р

IV Кодирование событий

для Р*,Л ДПЯР'Л

а)при%=0 с)приа|г=0

С|

гдеО=тпп(0,оК||) где С*=гпп(С^,-аа

Ь) При Э)2=0 сО при ^1=0

где а=п1п(р,^)

IX Определение х

Рис. 10 Блок-схема алгоритма отыскания оптимальных режимов интенсифицирования календарного графика возведения ИССО

Пусть \ некоторое нерассмотренное событие, не имеющее кода, в то время как событие \ имеет код { ¿к.О,}. Тогда: а) если для работы 1 - \ выполняются условия ^ > с,,, а,)2 = 0, то событие I получает код {- ^СЗ,}, где О, =тЦр,с11 б) если для работы выполняются условия О,

а,,1 = 0, то событие I получает код {- Щ}, где О, = ; В) событие I

остается незакодированным, если условия «а» и «б» не соблюдаются.

Результатом работы четвертого блока алгоритма является получение или неполучение конечным событием кода типа {+к, <ЭП}. Проверка наличия кода у конечного ссобытия выполняется в пятом блоке алгоритма. После получения конечным событием кода начинает работать шестой блок. Вторая часть кода, получаемого конечным событием, на первом шаге будет равна минимальному значению Су на работах критического

пути. На последующих шагах - разнице между "ценой" сокращения на предыдущем шаге и вновь полученной ценой.

Значение С1п прибавляется (при обратном кодировании - вычитается) к значениям 1",, по всем работам, лежащим на критическом пути. Для этого события просматриваются от конечного к начальному. Первая часть кода Но события определяет ¡-е событие работы, по которой и выполняется действие I, ± Оп. По достижении начального события начинает работать четвертый блок алгоритма.

Если в пятом блоке алгоритма устанавливается, что конечное событие кода не имеет, в работу включается седьмой блок алгоритма. Конечное событие остается незакодированным в том случае, когда для одной или нескольких работ будет иметь место равенство Это означает, что ни одно из условий кодирования событий, определяющих данные работы, не удовлетворено и одно из событий по каждой из этих работ остается незакодированным.

Далее определяется возможная величина сокращения продолжительности работ, лежащих на критическом пути. По работам, имеющим одно незакодированное событие, сравниваются резервы критичности и резервы сокращения. В блоке VII - это множество работ, у которых закодированы только предшествующие события, А2 - множество работ, у которых закодированы только последующие события. Минимальное значение резерва по этим работам и определит величину сокращения (ДТ) Эта величина вычитается из наиболее раннего ожидаемого времени свершения всех незакодированных событий.

В восьмом блоке алгоритма полученное значение Т^ сравнивается с заданной продолжительностью выполнения плана. Если Т^ < Тп, то работа алгоритма заканчивается Если Т^ > Тп, начинает работать второй блок, так до тех пор, пока не будет достигнуто Т^ < Тп или пока конечное событие сетевой модели не получит код типа {к,оо}. В девятом блоке алгоритма определяется продолжительность работ (ху) в оптимальном плане.

Подготовленные рекомендации по отысканию оптимальных схем ин-тенсифицировния календарных строительных графиков успешно апробированы при строительстве водопропускных сооружений автомагистрали Чита-Хабаровск. На рис. 11. показан фрагмент оптимизированного расписания строительства малых мостов на одном из участков данной автомобильной трассы Предварительные результаты применения методики интенсифицирования расписаний показали, что ее применение позволяет сокращать продолжительность функционирования объектного потока возведения ИССО на 30-35% по сравнению с первоначальной схемой организации работ и избежать "накладок" в использовании уникальной техники в экстремальных условиях Дальнего Востока и Сибири.

Календарная шкала

о Пикет

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

= - подгот период

—- -coop фундаментов

— -строит опор мостов

- монтаж прол стр

□ - возв земл полотна

Рис. 11. Календарный график сооружения мостов на новой строящейся железнодорожной линии

Разработка календарного графика сооружения водопропускных объектов и комплексов, оптимизированного по времени и мощностным ресурсам, является одной из наиболее сложных задач организации железнодорожного строительного производства. Однако ограничиться только формированием строительного расписания явно недостаточно. Необходим комплексный подход, заключающийся в планировании и работ, и ресурсов, включая материалы, конструкции и изделия.

В качестве первого этапа разработки плана материально-технического обеспечения является решение вопросов планирования спроса (потребности) на материально-техническую продукцию. Поэтому в исследовании подготовлены соответствующие технологии, позволяющие определять спрос на материалы и конструкции в соответствии с назначенными временными интервалами L и сроками выполнения строительных работ Т,{н> и Т<0). Это необходимо для формирования как оперативных (месячных, квартальных) программ производства работ по возведению ИССО, так и программ на более длительную перспективу.

Вычислительный процедуры дифференцируются в зависимости от соотношения во времени работ строительного графика и назначенного временного интервала:

а) если Т|(н> - Т<н) и Tf" < Tl0) , то весь объем R J складируемого ресурса z работы ij добавляется в итоговую потребность Q* ресурса z во временном интервале L.;

б) при выполнении условий: Tf><rLH), TJ0>>7™, Xi°><7™ новое значение Q* определяется как

х(о) _ т(н)

QLZ=QL +Ri " /L , tii

где Q l - предыдущее значение итоговой потребности в ресурсе;

в) по работам у, для которых справедливы соотношения Т{н> - и > Т<°>, итоговое значение О^ временного интервала I определяется

т<°) _ Т(н)

г) если

или ХГ' > и > предыдущее значение ОI не изменяется;

д) по тем работам у расписания е, для которых выполняются условия: Т^(н) < _ Т™>Т?\ Т]'0> - Т!"*, значение итоговой потребности О* вычисляется

Т<°)_Т(Н'

Ь)

Календаризация спроса на материально-техническую продукцию позволяет перейти к решению важных вопросов, связанных планированием и организацией поставок ресурсов непосредственно в мостостроительные подразделения, в т.ч. на объекты и комплексы ИССО. Календарная потребность О^ на материально-техническую продукцию может быть реализована множеством вариантов поставок, отличающихся объемами партий V, и интервалов К, между ними.

Каждой стратегии поставок соответствуют определенные затраты по содержанию запасов, обусловленных дискретностью поступлений, и расходы на организацию поставок. Отыскание наиболее выгодных по затратам вариантов поставок материалов позволяет осуществлять строительство объектов ИССО с гарантированными запасами и наименьшими затратами.

В условиях стационарного спроса на материально-техническую продукцию имеются научные и практические рекомендации по определению экономичных размеров партий и интервалов поставок. Однако в уело-

виях нового железнодорожного строительства, особенно в условиях Дальневосточного региона, такие рекомендация не являются правомерными вследствие неравномерного потребления материальных ресурсов. Выполненные в диссертационной работе исследования показали, что коэффициент вариации, характеризующий степень ритмичности расхода ресурсов, в среднем, составляет 0,5-1,5.

Поэтому в работе предлагается решать задачу оптимизации планов поставок ресурсов с применением метода динамического программирования. Решается она для множества ресурсов М и заключается в определении таких последовательностей объемов поставок и интервалов поставок к; для еМ, которые минимизируют суммарные издержки \Л/ по временному резервированию ресурсов, обусловленному дискретным характером поступлений, и затраты по организации поставок складируемых ресурсов т.. М={г/г} - множество складируемых ресурсов.

Для определения наиболее выгодной стратегии поставок ресурсов задача разбивается на п этапов: 1, ..., ¡,... , п-1, п, где п - величина периода планирования. Каждому этапу I' соответствует ий возможных стратегий поставок. Всего же рассматривается множество возможных стратегий и2= иг1 ...........и2П (рис. 12).

Для каждой стратегии существует определенное значение затрат или критерия оптимальности \л/2=\л/ (и21........ 11^,)= IV (и2). Критерий оптимальности является суммой издержек по всем этапам т.е. яв-

п

ляется аддитивной функцией: \«2 = £ \«2|, где \л/а - издержки подразде-

1=1

ления, соответствующие принятой элементарной стратегии и21 поставки ъ - ого ресурса на I - ом этапе.

Рис. 12. Граф элементарных стратегий поставок

Требуется выбрать такие стратегии uzl для v;sM на п этапах, которые минимизировали бы значение

w = £ = Z min w(uz1,..,uz„..,uzn) = X min{w(uz)}.

zeM 2бМ "г ZeM Uz

Процесс оптимизации плана поставок осуществляется в следующей последовательности: 1. Отбираются условные оптимальные стратегии uz =uzl,u^, в заданном временном интервале п по возрастанию календарной шкалы. 2. В обратном порядке, начиная с конечной даты заданного интервала планирования, устанавливается безусловный оптимальный план u* =uz)fu^.....i4,...,i4,.

В практических расчетах по формированию планов поставок ресурсов необходимо учитывать ограничения по предельно-максимальному размеру текущего запаса Rz, размерам интервалов поставок Kz, объемам партий Ог Однако следует заметить, что наложение этих ограничений на модель уменьшает область рассматриваемых решений, вследствие чего на некоторых этапах i могут быть пропущены оптимальные

стратегии и*., а это приводит к возрастанию критерия УУ(и2) Учет ограничений по предельно-максимальному размеру текущего запаса Я2, величина которого определяется, как правило, объемом складских помещений, заключается в том, что на каждом этапе I при вычислении размеров партий поставок Ог, проверяется условие: <Э21 < ^ -1а, где 1а= £ //"" - размер страхового запаса.

При невыполнении указанного условия рассматриваемая элементарная стратегия исключается из расчета. Аналогично, после выполнения условия «¡г Ег, производится исключение на каждом этапе 1 соответствующих вариантов из дальнейшего рассмотрения. Ег = [К2|К2 т|П < К2 < К2 так] - множество допустимых элементарных стратегий по размерам интервалов поставок ресурсов Т.

При разработке планов поставок также нередко возникает необходимость в учете ограничений по объемам партий поставок (2г,. Выполнение этих ограничений заключается в отборе на каждом шаге \ только тех стратегий и*|, для которых справедливо соотношение:

О <У и* < О

«гтш — ^ Иъ — «гтах, до

где: Ог,™ - минимально-возможный размер партии поставки; <Э2тах- предельно-максимальный объем поставляемой партии. Наличие начального запаса г2 складируемых ресурсов Ъ накладывает некоторые дополнительные условия на выбор оптимальных решений при формировании планов поставок.

В случае, если 0, номера этапов \ изменяются от 1 до (п-К21 +1), где Кв - время расходования начального запаса Ъг, определяемое из вы-

¡<¿1 .

ражения^^г^гг- этом величины ] и К, в зависимости от этапа !

1«0

изменяются в следующих пределах: (¡+К21-1)< ]< п, 0< п<0-Кг1-1+2) На

первом, втором и последнем этапах при 0 имеются также особенности в выборе элементарных стратегий ии в определении ■ Так, при наличии начального запаса 7-г, на первом этапе рассматривается только одна элементарная стратегия ц°,]=К"> которой соответствует

значение критерия \/у° '=К"' определяемого из выражения:

«^«•дЙЛ.гО-

(=0

На этапе 2 интервал поставки К для каждого состояния д^ является величиной постоянной и равной К=]-К21. Вычисление затрат выполняется по формуле: = ^ /у^'[д2(к-1) + И2]+ Р2.

Для (п-К21+1) шага характерным является то, что на этом этапе имеется всего одно состояние Б рп и две элементарные стратегии и- к и у|* к ^ с соответствующими критериями оптимальности,

значения которых определятся:

w>-kгл1)=gг¿^лг:k2,1)(1-')+hz¿//;;k21.лp2=

Величина критерия оптимальности \л/2;', включающего затраты подразделения по содержанию запаса материальных ресурсов и издержки, связанные с их поставкой рассчитывается:

1=0

где: Л2 -переменные затраты по организации поставки ресурса 2 на единицу продукции; О*,1 - размер партии поставки ресурса т периодич-

к

ностью поставки к и сроком ее расходования j, равный ; дг - из-

|>0

держки хранения единицы ресурса z единицу времени; Р2- условно-постоянные затраты по организации поставки ресурса z.

Для практических расчетов, кроме учета ограничений по объемам поставляемых партий, периодичности поставок и предельно-максимальному размеру текущего запаса, предлагается также учитывать условия комплектации, когда материалы и конструкции должны по- * ступать на объекты в виде технологических комплектов р.

В последнем случае должны быть согласованы сроки поступлений ,

на объекты ИССО поставочных комплектов Процесс выбора оптимальных решений также решается методом динамического программирования. Отличие заключается только в том, что вычисление критерия оптимальности Wpj' на каждом этапе i для соответствующих стратегий иа выполняется по формуле: =£w£J.

zip

Оптимизированные планы поставок материально-технической про- ,

дукции к реализации могут быть приняты после их взаимоувязки с возможностями обеспечивающих подразделений. На этапе согласования возможны корректировки и строительных расписаний, и программ выпуска материально-технических изделий.

Рассмотренные методики принятия решений по организации строительства водопропускных сооружений и разработанная на их основе интегрированная информационная система успешно апробированы в подразделениях ОАО "Дальмостострой" на строительстве автодороги Чита-Хабаровск-Находка, железнодорожном обходе Бурейской ГЭС, в ОАО "ТрансСахаМост" и ОАО "Сахатрансстрой" на строительстве железной дороги Томмот-Якутск, ООО "Дальтоннельстрой", Дорстройтре-сте Дальневосточной железной дороги, проектном институте ОАО

"Дальгипротранс". Внедрение информационной системы формирования производственных программ возведения искусственных сооружений при сооружении новых железных дорог и реконструкции существующих магистралей показало высокую эффективность предложенных методов.

По результатам исследования можно сделать следующие основные выводы:

1. В системе строительства железной дороги решающую роль играет комплекс работ по возведению искусственных сооружений, являющийся срокообразующим и создающий линейную основу железнодорожной линии. Этот комплекс является, как правило, наиболее дорогостоящим, организационно более сложным и ресурсоемким. Поэтому качественное и системное решение вопросов организации строительства водопропускных сооружений на железнодорожной линии имеет особое значение.

2. Анализ и обобщение существующих методов организации и планировании показал, что специализированные процессы по строительству искусственных сооружений должны рассматриваться не только в тесной взаимосвязи между собой, но и согласовываться с ресурсами обеспечивающих подразделений.

3. Системный анализ всех основных организационных процессов строящейся железнодорожной линии, позволил установить главные срокообраэующие процессы, связанные с сооружением водопропускных сооружений и их функциональные связи с разнородными комплексами работ по нижнему и верхнему строению пути.

4 На основе выявленных взаимосвязей между характеристиками и параметрами объектов строительства новой железнодорожной линии разработана общая математическая модель функционирования подсистемы организации строительства массовых водопропускных

сооружений в увязке с подготовительным периодом, земляными работами, укладкой пути.

5. В рамках комплексной модели назначены подходы к разработке и оптимизации по времени и ресурсам производственных программ сооружения водопропускных устройств. Технологии формирования строительных расписаний водопропускных объектов рассмотрены для годовых, месячных и недельно-суточных производственных графиков производства и учитывают особенности производственно-строительных процессов в экстремальных условиях Сибири и Дальнего Востока.

6. Предложены математические методы календаризации элементов планирования водопропускных сооружений, обеспечивающие расчет поточных строительных расписаний со сложными организационно-технологическими зависимостями, с совмещением строительных процессов во времени, при разветвлении строительных потоков. Подготовленные методики предназначены для расчета графиков как при непрерывной работе исполнителей, так и при максимальной плотности работ на водопропускных объектах.

7. Подготовлены оптимизационные технологии, включающие новые методики формирования и расчета специализированных бригадных потоков в увязке со сроками возведения земляного полотна, разработан алгоритм формирования рациональных маршрутов перемещения монтажных, буровых и сваебойных комплексов, обеспечивающий минимальную продолжительность возведения сооружений.

8. Для тех случаев, когда разработанные на основе принятых организационных и технологических схем ведения строительных процессов, а также назначенной последовательности сооружения объектов строительные расписания не соответствуют заданным временным ограничениям, в диссертационной работе предусмотрены дополнительные расчетные и оптимизирующие механизмы,

направленные на интенсифицирование строительно-монтажных процессов.

9. Поиск оптимальных временных режимов ведения строительных работ по сооружению водопропускных объектов и комплексов осуществляется на основе предложенной в работе оптимизационной методики, базирующейся на методах параметрического линейного программирования и обеспечивающей минимум привлечения мощностных ресурсов и выравнивание графиков их использования.

10. Задачу формирования программы возведения водопропускных объектов и комплексов новой строящейся железной дороги нельзя считать выполненной без решения вопросов расчета спроса и планирования поставок материально-технической продукции с учетом экстремальных факторов процессов материально-технического обеспечения.

11. Определение спроса на материалы, конструкции и изделия и выработка оптимальных стратегий его реализации являются одними из основных задач разработки железнодорожных строительных производственных программ возведения водопропускных объектов. Установлено, что на новых строящихся железнодорожных линиях потребление складируемых ресурсов носит, как правило, неравномерный характер. Для этих условий разработаны теоретические и практические методики, которые обеспечивают получение наиболее выгодных по затратам вариантов поставок ресурсов.

12. Для практических расчетов предложенные рекомендации учитывают ограничения по объемам поставляемых партий, периодичности поставок, предельно-максимальному размеру текущего запаса, требования комплектации и условия снабжения.

13. Рассмотренные в работе методики составляют основу интегрированной информационной системы производственного планирования, формирования расписаний, которая успешно апробирована на строи-

тельстве автодороги Чита-Хабаровск-Находка, подъездного железнодорожного пути к Эльгинскому месторождению углей, железнодорожного обхода к Бурейской ГЭС, применена в ООО "Дальтоннельстрой", ОАО "Дальгипротранс", Дорстройтресте ДВЖД Эксплуатация информационной системы показала высокую эффективность предложенных математических методик и интегрированного программного комплекса.

Список работ, опубликованных по теме диссертации: *

1. Ильин В.А. К вопросу формирования и оптимизации производственных расписаний по возведению водопропускных сооружений на строящейся железнодорожной линии. Материалы Всероссийской научно-практической конференции "Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта в новых условиях развития Дальневосточного региона". Хабаровск.: ДВГАПС, 1993. - с.43-45.

2. Ильин В.А. Определение фронта работ и ресурсных ограничений при разработке поточных строительных графиков строительства массовых водопропускных устройств. Материалы Дальневосточной научно-практической конференции "Эффективность работы железнодорожного

-г

транспорта Дальневосточного региона". Хабаровск.: ДВГАПС, 1995. -с.61-62.

3. Полоз В Н., Ильин В.А. Графоаналитическая методика и программа расчета неритмичных строительных потоков в условиях нового железнодорожного строительства. Материалы научно-практического семинара "Новые информационные технологии в управлении на транспорте и организации учебного процесса". Хабаровск.: ДВГАПС, 1997. - с.75-78.

4. Ильин В.А. АРМ руководителей работ на основе интегрированного программного пакета Framework. - Хабаровск, ЦНТИ, №51-97, 1997. - 4с.

5. Ильин В.А. Комплексное проектирование строительных работ по

возведению искусственных сооружений на участке железной дороги. Материалы 58-й научной конференции творческой молодежи "Научно-технические и экономические проблемы транспорта" Хабаровск.: ДВГУПС, 2000. -с.118-120.

6. Шалягин ГЛ., Ильин В А., Федоренко Е В. Новые информационные технологии календарного планирования специализированных работ по постройке малых и средних мостов. Материалы 62-й межвузов* ской научно-технической конференции творческой молодежи "Научно-

технические проблемы транспорта, промышленности и образования". Часть 2. Хабаровск.: ДВГУПС, 2004. - с.94-96.

7. Михеев С.Ю., Кичмарев В.Г., Ильин В.А. Планирование спроса на материально-техническую продукцию при строительстве искусственных сооружений. Материалы 62-й межвузовской научно-технической конференции творческой молодежи "Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования". Часть 3. Хабаровск.: ДВГУПС, 2004. - с.94-96.

* 8. Ильин В.А. Методика оптимизации строительных расписаний по времени и ресурсам в условиях нового железнодорожного строительст-

* ва. - Хабаровск, ЦНТИ, №51-97, 2004. - 4с.

9. Ильин В.А., Калинка A.C. К вопросу выбора рационального количества трудовых ресурсов и средств механизации при сокращении строительства сроков возведения водопропускных железнодорожных комплексов// Проблемы развития транспорта и организации производства в современных условиях: Межвузовский сборник научных трудов", Хабаровск, ХГТУ, 2004 - с. 102-107.

10. Ильин В.А., Стецюк П.Н., Ушмаров Ю.К. Формирование и оптимизация планов поставок материально-технических ресурсов при возведении водопропускных устройств на железной дороге// Проблемы развития транспорта и организации производства в современных условиях:

Межвузовский сборник научных трудов", Хабаровск, ХГТУ, 2004 - с. 132138.

11. Ильин В.А. Совершенствование управления в транспортном строительстве на основе автоматизированных рабочих мест руководителей работ (АРМ РР). - Хабаровск, Издательство Дальневосточного государственного университета путей сообщения, 2004 - 5,8 п.л.

Владимир Андреевич Ильин

ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА НОВЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЛИНИЯХ

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада

ИД № 05247 от 2.07.2001 г. ПЛД № 79-19 от 19.01 2001 г. Подписано в печать 21.1.05 Печать офсетная Бумага тип № 2. Формат 60x84'/1в Усл. печ. л. 3.8. Зак. 17. Тираж 100 экз.

Издательство ДВГУПС. 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47

РЫБ Русский фонд

2006-4 5508