автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Календарное планирование возведения водопропускных сооружений на строящейся железной дороге

МЕЖДУНАРОДНЫЙ МЕЖАКАДЕМИЧЕСКИЙ СОЮЗ

На правах рукописи

ИЛЬИН ВЛАДИМИР АНДРЕЕВИЧ

УДК 625.003:69.3:656.2

КАЛЕНДАРНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ВОЗВЕДЕНИЯ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА СТРОЯЩЕЙСЯ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГЕ

Специальность 05.02.22 - Организация производства

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

Москва 2004

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.

Защита состоится 21 мая 2004 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 апреля 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор, академик МАИ Лазарев Г.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Устойчивые и высокие темпы роста производства в стране требуют адекватной поддержки транспортного обслуживания. Повышение качества работы транспорта на современном этапе тесным образом связано с созданием новых железнодорожных схем доставки массовых грузов и пассажиров. В наибольшей степени сооружение новых железнодорожных транспортных коридоров актуальна для регионов Сибири и Дальнего Востока, имеющих явно недостаточные транспортные коммуникации. Однако реализация современных железнодорожных строительных проектов, характеризующихся сложными взаимосвязями различных комплексов работ, сжатыми сроками строительства, сложными природно-климатическими условиями, ресурсной необеспеченностью и др., требует существенного улучшения методов планирования и организации.

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 решение вопросов календарного планирования возведения водопропускных сооружений на железнодорожной линии имеет особое значение.

Анализ исследований по проблеме организации и планирования работ по возведению водопропускных сооружений в условиях нового железнодорожного строительства показал необходимость отыскания принципиально новых решений при разработке производственных расписаний, их оптимизации по времени и ресурсам. Эти решения должны базироваться на новых математических моделях и методах,

новых информационных технологиях, учитывать экстремальные условия железнодорожных строек и новые условия хозяйствования.

Цель исследования заключается в разработке новых методологий календарного планирования работ по возведению искусственных сооружений для новых железнодорожных линий, реализация которых на практике должна обеспечивать формирование железнодорожных строительных проектов с минимальными сроками возведения объектов и рациональным использованием ресурсов.

Методы исследования основываются на теории систем, методах теории расписаний и организации строительного производства, методах математического программирования, новых информационных технологиях и интегрированных программных средствах, позволивших разработать новые организационно-технологические модели и решения для разнотипных строительных объектов и комплексов, оптимизационные методики формирования календарных производственных строительных программ возведения водопропускных сооружений.

Научная новизна. Степень научной новизны диссертационной работы определяется тем, что в ней с системных позиций и на новом математическом уровне поставлены и решены задачи совершенствования организации и планирования работ по строительству массовых водопропускных сооружений на уровне специализированных бригад и ведущих 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.

Апробация работы. Автор ознакомил научную и техническую общественность с результатами исследований путем выступлений с докладами на научно-технических конференциях, совещаниях, семинарах.

Публикации. Основные положения исследований опубликованы в 6 печатных работах.

Практическая ценность работы. Рассмотренные методологии составляют основу интегрированной информационной системы подготовки и оптимизации расписаний, успешно апробированной в ОАО "Дальмо-стострой" на строительстве федеральной автомобильной дороги Чита-Хабаровск (проект "Восток"), подъездного железнодорожного пути к Эль-гинскому месторождению углей, железнодорожном обходе Бурейской ГЭС, в ООО "Дальтоннельстрой", Дорстройтресте ДВЖД, ОАО "Дальги-протранс". Внедрение интегрированной информационной системы разработки и оптимизации расписаний показало высокую эффективность предложенных методологий.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Современное железнодорожное строительство имеет сложную взаимосвязь различных комплексов работ, эффективная организация которых должна обеспечивать согласованность темпов и заданных сроков возведения линии, ритмичную, производительную работу всех участников строительства. Ускорение строительства водопропускных сооружений в системе строительства железной дороги играет решающую роль, так как без готовности их невозможно открытие движения по железнодорожной линии.

Строительный комплекс водопропускных устройств относится к одному из наиболее дорогостоящих, организационно более сложных и ресурсоемких. Так, например, доля объемов работ по строительству мостов на железнодорожной магистрали Беркакит-Томмот-Якутск составляет около 35% 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 водопропускных сооружений, значительная рассредоточенность объектов по железнодорожной линии, повторяемость одних и тех же работ, имеющих различные объемы, частые передислокации бригад и техники с одной строительной площадки на другую, значительное различие в трудоемкости строительно-монтажных работ по смежным процессам значительно усложняет решение задач организационно-технологического и календарного моделирования строительства водопропускных сооружений.

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 мате-

риально-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 и техники, 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 сооружений, особенно в условиях скоростного строительства новых железных дорог. Успешное решение поставленных вопросов особенно важно при сооружении новых железнодорожных коммуникаций в необжитых районах Сибири и Дальнего Востока со сложными климатическими, топографическими, геологическими и гидрологическими условиями с гус-

той гидрографической сетью.

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, АА Гусаков; А.П. Гончарук, К.А. Антанавичус, Р.Ф. Шиханова, Куликов Ю.А., Н.И. Ильин 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 С.П. Першина, М.И. Иванова, Г.Н. Жинкина, Э.С. Спиридонова, А.А. Русакова, С.Р. Владимирского, В.И. Рыбальского, Ю.А. Авдеева, ГС. Пересе-ленкова, Л.В. Лукашук, Б.А. Волкова, В.А. Афанасьева, А.В. Гавриленко-ва, С.М. Гончарука, А.К. Шрайбера, А.И. Татаринова, М.С. Будникова, А.В. Болотина, В.А. Тимошенко, В.И. Воропаева, Н.А. Шадрина, В.Н. Мастаченко, М.С. Клыкова, А.О. Неймана, Э.П. Григорьева, Ю.Б. Калугина, С.А. Синенко, Б.С. Малышева, С.Я. Луцкого, А.С. Финицкого, А.И.

Брехмана, Т.В. Шепитько, Е.В. Басина, М.Д. Спектора, А.В. Гинсбурга, С.М. Яровенко, А.И. Салунского.

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.

Однако, организация строительства водопропускных сооружений и участков земляного полотна и имеет свои особенности и сложности из-за разнородности входящих в него производственных процессов и объектов строительства. Так, строительство каждого водопропускного со-

оружения осуществляется на определенном, установленном проектом, участке трассы, производство работ, на котором ограничено строительной площадкой.

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.

Рис. 2. Схема декомпозиции системы второго уровня

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

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 фунтов, 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 реше-

ний 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 СП. 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 строительства Тн Н"0 объекта определится из выражения

(ф) <ОЛ) (ПС) <ЭП)

где - продолжительности процессов возведения, со-

ответственно, 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 водопропускных сооружений, 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 малых мостов это требование относится только к береговым опорам, готовность которых

обеспечит выполнение работ по устройству подходов к мостам и всего комплекса земляных работ вокруг устоев.

Сооружение промежуточных опор и монтаж пролетных строений можно производить одновременно с земляными работами или, для пролетных строений, после них (часто, это один из вариантов при монтаже пролетных строений с насыпи; когда нет подъезда с "поля"), так как данные процессы не взаимодействуют между собой, а в некоторых случаях становятся зависимыми от последних.

В то же время, процессы сооружения земляного полотна и монтажа пролетных строений по объектам необходимо осуществить до начала, укладки рельсошпальной решетки, что обеспечит непрерывный ход работ путеукладчика. Все изложенные отношения и связи между подсистемой организации сооружения водопропускных устройств 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 дат начала монтажа

рельсошпальной решетки и которые отображаются в модели, только как фиксированные точки на шкале времени в месте расположения ^го малого водопропускного сооружения.

Указанные срокиможно 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, . ,Ы и равно количеству мостов на участке линии Цл, сдаваемых к моменту укладки железнодорожного пути. По каждому мостовому сооружению задаются продолжительности специализированных процессов возведения объектов ^, , ^ . В модели включены и такие параметры как:

1,""° - сроки начала специализированных процессов сооружения фундаментов, монтажа опор и пролетных строений;

Рис. 4. Комплексная модель участка железнодорожной линии с технологическими моделями строительства водопропускных сооружений

1 оф i ООП 1 one

ii]p . ijj, . ^ij, - 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;

Т| - интервал времени между окончанием подготовительного пе-

11ОПП 4.НЭР

и началом земляных работ ij , в котором необходимо построить i-ый объект;

Тобц- 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 железнодорожной линии длиной Ly„ имеющем N объектов, требуется выполнить работы -ой специализации. Работы выполняются специализированными бригадами или механизмами, которые могут перемещаться с объекта на объект в произвольной очередности.

Для каждой работы в соответствии со специализацией работ выбраны лимитирующие виды ресурсов типа мощностей: количество ресурсов специализации; - количество ресур-

сов ^специализации; 1,2,.., s,.., S - количество ресурсовспециализа-

ции. Технологическая очередность работ задана и для всех объектов одинакова. Каждая работа на объекте (соответствующей специализации) начинается сразу после окончания ее на предыдущем объекте.

Продолжительность выполнения работ 1*р» ^ известны. Совмещение по времени между работами ¡-го объекта и одновременное выполнение работ отдельными ресурсами специали-

зации 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 железнодорожной 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: ТТ1 = "Ор»1= где тт, -тех-

нологический маршрут выполнения работ на объекте. Организационные условия обусловлены непрерывностью использования ресурсов и

могут быть представлены в виде

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.

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

Временные условия определяют: а) выделенные для производства работ интервалы времени по фундаментам и опорам б) интервалы времени для монтажа пролетов, определяемые как в) общий интервал времени для строительства искусственных сооружений на участке линии г) интервал времени для возведения фундаментов и опор мостов

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 пред-ставитькак: = {jj.jp.---.jp} ^реРа, а,® = >^кекр,

-ые организационные

маршруты, соответственно, ресурсов; - номера маршру-

тов р; к, э-ого ресурсов, составляющих м н о жХеУс2тлвуа1- число объектов, на которых производятся работы , выполняемых

ресурсами; - индексы ресурсов, учитывающие разновид-

ности применяемых бригад и ведущих механизмов.

Тогда ограничения на уровень потребляемых ресурсов имеют вид

¿о£ 2Ра> УреР^о^К,, УкеКр, ¿а* £РТ> Уз ев,.

На участке строящейся железнодорожной линии 1_уп, 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 расписание 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 диссертационной работе задачи состоит в трудности формализации внешних ограничений, где не-

10ПП 1НЗр 4-НМр

ясны допустимые значения ц , !| , 1| , которые оказывают существенное влияние на Т|, ДТ| ,Т, Тоб1Ц. Так, например, увеличение интервалов времени расширяет область допустимых вариантов организационных маршрутов расписания, увеличивает сроки строительства железнодорожной 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 взаимо-

увязкой и учетом результатов, полученных на предыдущем этапе, приводит 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 расписания можно выделить следующие этапы:

а) формирование рациональных организационных маршрутов буровых или сваебойных комплектов в составе бригад нулевого цикла по устройству фундаментов малых мостов;

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 диссертационной работе процесс принятия решений по формированию расписания сооружения водопропускных устройств предлагается осуществлять в направлении от последнего процесса (в технологической последовательности работ) к первому, в отличие от собственно 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 мостостроительной организации. Решение может быть получено на основе методов линейного программирования. В качестве исходных данных указываются: М - множество пролетных строений, устанавливаемых на N объектах; S - множество монтажных кранов в мостостроительной организации; m - индекс весовой группы

пролетных строений веса; -индекс вида монтажного крана соответствующей грузоподъемности (у=1,2.....В); ^ - количество кранов у-го

вида; <Зт - количество пролетных строений m -ой весовой группы. Дополнительно задаются нормы затрат времени монтажных кранов у -го вида для каждой весовой группы, стоимости и машиноемкости выполнения работ, коэффициенты использования по времени, номинальные и плановые фонды времени работы в году кранов у -го вида.

В результате решения для каждого монтажного крана становятся известными параметры необходимые для составления

расписания работ ( - количество пролетных строений -ой весовой группы, устанавливаемых -ым краном на -ых объектах; время, требующееся для их установки).

При разработке специализированного потока на монтаж пролетных строений ИССО в соответствии с организационной схемой (рис. 5) имеется возможность предварительно определить следующие временные

характеристики строительно-монтажных процессов: наиболее ранние

♦ нпс- _ . (хООП \ • Аооп , *ф , 10П I

начала ~ п,,п 14 ||!1П|П (ч 1чр "г 4 наиболее поздние окончания С = птах С'' •

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

объектов и допустимый интервал времени ,

ТПС копе жНПС'

в котором производится монтаж пролетов: 1 п,у ~ 1и. ~ Ч,

Все операции, связанные с расчетом допустимых интервалов времени и сроков функционирования процессов монтажа пролетных строений кранами, относятся к определению фронтов работ во вре-

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

менном разрезе. Рассмотрим также распределение средств механизации по фронту работ в пространстве. Для этого вначале пометим список всех мостов по ходу строительства железнодорожной линии nSy> на

которых будет производиться монтаж пролетных строений Sr -ми кранами. Далее, начиная с первого помеченного ИССО, произведем для

первого SY-го крана последовательное суммирование продолжительному N+l стей t™ так, чтобы X^s m> S ^ m. После распределения ¡=1 s ¥ ¡=1 s ¥ первого монтажного 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 Бу-ых средств

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

Y 5у S у

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:

где Nu- множество i -ых объектов, на которых производится монтаж опор -ым ресурсом. А допустимый интервал времени рассчитается по

ТОП _ АОПП* 1МОП1

формуле 1ц, -1ц, -i|j, .

Повторив подобные рассуждения применительно к работам по устройству фундаментов, предложим расчетные формулы по определению ранних и поздних окончаний работ:

=тт{^пп}> С =тах{СР-1°п}1

где Ыр - множество \ -ых объектов, на которых выполняются работы по возведению фундаментов р -ым ресурсом. Рассчитаем также полное

допустимое время занятости участка

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 Н.А. 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 1 п*1 п

1 2 I П-1 к

« 2 1 п 1 л

1 п-1 л 1т-| *" 1п>1 1л>1

1 2 1т 1т I п-1 п 1т 1т 1т7

где m - 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 заключается в вычислении сроков начала и окончания 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 между работой бригад ! и ¡+1 на объекте ] Определив значения д',0*1', можно перейти к вычислению сроков выполнения работ Ъ-], .

Вычисления календарных сроков выполняются в следующей последовательности:

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

Определяются календарные сроки и работы бригады на m объектах ИССО. Искомые величины вычисляются по формулам:

III. Присваивается i:=i+1 и назначается срок начала работы (¡+1)-ой бригады на первом объекте ИССО t{!iij-i из.условия предоставления фронта работ i-ойбригадой: tjrlij-i = ti-i •

IY. Вычисляются сроки начала и окончания работ t("+i)_j, для бригады (¡+1) на j-ом объекте ИССО. Вычисленные величины являются предварительными, так как они в дальнейшем могут измениться.

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

= t(5i)-j-t(H. Если- \/Д)"(1+1) 0t это означает, что на всех m объектах. ИССО для бригады предоставлен фронт работ (из

следует, что при смене бригад соответствующий объект ИССО не простаивает). Таким образом; при VA'f(i+1>^Ot предварительно рассчитанные сроки принимаются окончательными: t[!?i)_j*=t(!ii)-]i t|Sii>-j'=t(i?i)-J-

выбирается наибольшее по модулю значение »¡-(¡+1)

отрицательной величины nj и осуществляется корректировка предварительно рассчитанных сроков по формулам:

Таким образом определяются календарные даты по всем работам строительного поточного графика и становится известной продолжительность его строительства

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 A tí"*4 работ, выполняемых бригадами (¡-1) и i на объекте j задается исходя из организационно-технологических ограничений.

Зная величины можно определить календарные сроки tí-j, tí?, при совместной работе двух или более строительных бригад:

Разработанный метод является составной частью комплексной системы календарного планирования водопропускных сооружений. Он обеспечивает расчет поточных строительных расписаний и в тех случаях, когда имеет место организация работ с разветвлением потоков. Предложенные расчетные процедуры предназначены для расчета расписания сооружения водопропускных устройств как при непрерывной работе исполнителей, так и для условий максимально плотного ведения строительных работ на объекте.

В соответствии с предложенной в работе стратегии поэтапного формирования и оптимизации календарной программы строительства ИССО с участием диссертанта разработан программный комплекс 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. 6 показаны результаты автоматизированного формирования первого фрагмента календарного графика.

Рис. 6. Оптимизированное расписание работы крана при монтаже пролетных строений

Календарный график на весь комплекс работ по строительству водопропускных сооружений на одном из участков новой строящейся железнодорожной линии, подготовленный с использованием предложенных в диссертации методологий, представлен на рис. 7. Апробации комплексной методики формирования и оптимизации расписаний по строительству водопропускных устройств (на примере строительства автодороги

Рис. 7. Календарный график сооружения мостов на новой строящейся железнодорожной линии

Чита-Хабаровск) показала, что ее применение позволяет сократить продолжительность функционирования объектного потока на 30-35% по сравнению с первоначальной схемой организации работ и избежать "накладок" в использовании уникальной техники в экстремальных условиях Дальнего Востока и Сибири.

Для внедрения предложенных в диссертационной работе комплексной методики автором подготовлена интегрированная информационная система формирования расписаний для персональных ЭВМ. Созданный программный комплекс, кроме решения основных задач по формированию и оптимизации календарных строительных программ сооружения водопропускных сооружений обеспечивает автоматизацию задач контроля и учета выполнения строительно-монтажных процессов.

Интегрированная информационная система календарного планирования сооружения водопропускных сооружений успешно апробирована на строительстве федеральной автомагистрали Чита-Хабаровск (проект "Восток"), подъездного железнодорожного пути к Эльгинскому месторождению углей, железнодорожного обхода к Бурейской ГЭС, применена в ООО "Дальтоннельстрой", ОАО "Дальгипротранс", Дорстройтре-сте ДВЖД. Эксплуатация информационной системы показала высокую эффективность предложенных математических методик и интегрированного программного комплекса.

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 решение вопросов календарного планирования возведения водопропускных сооружений на железнодорожной линии имеет особое значение.

2. Анализ и обобщение существующих методов календарного планирования показал, что специализированные процессы по строительству искусственных сооружений должны рассматриваться в тесной взаимосвязи с комплексом работ по проведению подготовительного периода, работами по отсыпке земляного полотна и монтажу рельсошпальной решетки.

3. Системный анализ всех основных организационных процессов строящейся железнодорожной линии, позволил установить главные срокообразующие 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 календарных

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. Рассмотренные в работе методики составляют основу интегрированной информационной системы формирования расписаний,- включающую оптимизационный модуль Solver, которая реализована на персональных ЭВМ. Созданный программный комплекс, кроме решения основных задач по формированию и оптимизации календарных строительных программ сооружения водопропускных сооружений обеспечивает автоматизацию задач контроля и учета выполнения строительно-монтажных процессов.

9. Интегрированная информационная система календарного планирования сооружения водопропускных сооружений успешно апробирована на строительстве автодороги Чита-Хабаровск-Находка, подъездного железнодорожного пути к Эльгинскому месторождению углей, железнодорожного обхода к Бурейской ГЭС, применена в 000 "Дальтоннельст-рой", 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 транспорта Дальневосточного региона". Хабаровск.: ДВГАПС, 1995. -с.61-62.

3. Ильин В.А. (в соавт.) 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. Ильин В.А. (в соавт). Новые информационные технологии календарного планирования специализированных работ по постройке малых

и средних мостов. Материалы 62-й межвузовской научно-технической конференции творческой молодежи "Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования". Хабаровск.: ДВГУПС, 2004.-С.94-96.

Владимир Андреевич Ильин

КАЛЕНДАРНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ВОЗВЕДЕНИЯ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА СТРОЯЩЕЙСЯ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГЕ

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

ИД № 05247 от 2.07.2001 г. ПЛД № 79-19 от 19.01 2001 г. Подписано в печать 7.4.04 Печать офсетная. Бумага тип № 2. Формат60х841/|в Усл. печ. л. 2.2. Зак. 106Тираж ЮОэкз.

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

IM 1 5 а 9