筑路機械論文范文
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第1篇
1筑路機械機群智能化的多智能主體系統(tǒng)基礎(chǔ)
1.1筑路機械機群系統(tǒng)混雜分層結(jié)構(gòu)
與一般的多智能主體系統(tǒng)不同，在本文中，多智能主體系統(tǒng)被應(yīng)用于工程機械機群的智能化，具體來說，是以高等級路面施工機群的智能化為研究對象。
高等級路面施工機群主要由以下5種機械設(shè)備組成：瀝青拌合設(shè)備、攤鋪機、振動壓路機、裝載機和自卸車。由于是路面施工，這些設(shè)備的工作環(huán)境以高噪聲、高振動、受天氣狀況影響大等為特點。而且，結(jié)合現(xiàn)階段工程實際，要盡量控制機群智能化所需成本，否則，將會降低施工企業(yè)對機群智能化改造的接受程度。
當(dāng)前的筑路工程中，主要靠人工指揮，機械由人工操作，存在著如下弊端：資源配置不夠合理；施工信息交換量小，實時性差；易出現(xiàn)物料斷流或積壓（因為物料具有實效性，所以造成極大浪費）；能耗大，生產(chǎn)率低。
當(dāng)前的筑路工程中，主要靠人工指揮，機械由人工操作，存在著如下弊端：資源配置不夠合理；施工信息交換量小，實時性差；易出現(xiàn)物料斷流或積壓（因為物料具有實效性，所以造成極大浪費）；能耗大，生產(chǎn)率低。
1.2機群系統(tǒng)中的多智能主體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
一般的，在多智能主體系統(tǒng)中，多采用分布式控制策略，即各個智能主體的區(qū)別在于完成不同的職能，相互之間并無控制關(guān)系。這樣做的好處是系統(tǒng)最大地體現(xiàn)了分布式控制的優(yōu)點，系統(tǒng)靈活性強，易擴展，魯棒性強，可重用性好。缺點在于這樣的系統(tǒng)史多地適用于純軟件環(huán)境，在應(yīng)用于硬件實現(xiàn)的系統(tǒng)中時，會造成系統(tǒng)成本過高、設(shè)計過于復(fù)雜、系統(tǒng)反應(yīng)速度較低。對于本文所研究的機群系統(tǒng)而言，為了降低系統(tǒng)的最終成本，系統(tǒng)面向筑路工程機械機群設(shè)計，采用了混雜分層式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。采用該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于可以大大簡化系統(tǒng)設(shè)計，將傳統(tǒng)的中央控制與分布式控制結(jié)合起來，在提高系統(tǒng)靈活性的同時，保持系統(tǒng)的反應(yīng)速度和不過于增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。
該系統(tǒng)中的智能主體可分為兩類：一類是動作執(zhí)行智能主體，即各單機智能主體；另一類是控制智能主體，包括中央智能控制主體及其他控制主體。
該系統(tǒng)中，各智能化單機（包括智能化拌和機、攤鋪機、壓路機、自卸車等）構(gòu)成了系統(tǒng)的底層。單機本身具有一定的智能和自，在一定范圍內(nèi)控制自身運行狀態(tài)。同時，這些單機都要受上層智能控制主體的控制。上層智能控制主體可按照其職能劃分為5個：中央控制智能主體，混合料拌和智能主體，混合料運輸智能主體，混合料攤鋪智能主體和道路壓實智能主體。中央主體處于最高層，有最大的權(quán)限，其他智能主體處于第二層，負責(zé)各自的專項工作，有相對的局部權(quán)限，這是與工程實際相對應(yīng)的。中央控制智能主體負責(zé)監(jiān)督、協(xié)調(diào)工程現(xiàn)場，綜合現(xiàn)場的各種信息，為工程指揮提供決策支持，并負責(zé)對工程指揮的決策進行解釋和任務(wù)分配。混合料拌和智能主體指揮拌和機完成混合料的拌和，并指揮裝載機組協(xié)同完成工作。混合料運輸智能主體指揮自卸車組，完成混合料由拌和機到攤鋪機的輸送，以及混合料原料的運輸。混合料攤鋪智能主體負責(zé)調(diào)度和指揮各攤鋪機，完成路面攤鋪工作。道路壓實智能主體負責(zé)調(diào)度和指揮壓路機組，完成路面壓實任務(wù)。路面質(zhì)量檢測系統(tǒng)負責(zé)反饋路面質(zhì)量信息給中央主體。各個主體之間由無線的微波信道構(gòu)成通訊鏈路，交換信息，共享信息，構(gòu)成多智能主體協(xié)同工作的機群智能化系統(tǒng)中央控制主體是機群系統(tǒng)的核心，用于協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運作。包括如下主要功能：
①任務(wù)規(guī)劃調(diào)度，負責(zé)管理所有任務(wù)的內(nèi)容，進展?fàn)顟B(tài)，性質(zhì)，合作者情況等信息，根據(jù)當(dāng)前所有任務(wù)的級別和調(diào)度規(guī)則，形成任務(wù)調(diào)度隊列；
②協(xié)調(diào)控制中心負責(zé)協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的運行，是實現(xiàn)人-機交互的主要功能模塊，同時還解決協(xié)作過程中的沖突和矛盾，具有應(yīng)變意外情況的能力。在中央控制主體中構(gòu)建了知識庫系統(tǒng)作為決策支持。
其余的控制主體有如下特征：
①空間的分布化：處于不同的物理坐標(biāo)；
②內(nèi)建的平行化：在同一時間各自執(zhí)行不同的任務(wù)；
③功能的專門化：各控制主體的任務(wù)小同，在各個控制主體內(nèi)部可采用不同的控制方式。
1.3采用多智能主體設(shè)計機群系統(tǒng)的優(yōu)點
（1）分布式智能。將一個復(fù)雜的筑路任務(wù)通過分布式智能主體分解為有限復(fù)雜程度的多個了任務(wù)，由中央主體、拌和主體、運輸主體、攤鋪主體和壓實主體這5個主體各自負擔(dān)相應(yīng)的子任務(wù)，充分發(fā)揮各個主體的功能與能動性，減輕了中央主體的工作負擔(dān)與控制的復(fù)雜程度。同時，由于各個主體也進行了智能化，提高了對環(huán)境的適應(yīng)性。在傳統(tǒng)的集中控制方式中，中央控制系統(tǒng)由于承擔(dān)了所有的控制工作，往往功能十分復(fù)雜，設(shè)計與實施時都需要耗費大量的人力物力。系統(tǒng)的風(fēng)險也集中在中央控制系統(tǒng)，可靠性要求高，成本史是成倍提升。通過多智能主體設(shè)計，將系統(tǒng)的智能分布到各個主體上，實現(xiàn)了分布式智能，簡化了中央控制。
（2）容錯性。由于各個主體具有不同等級的決策權(quán)限，并依據(jù)其決策權(quán)限等級來共享機群系統(tǒng)的信息，單個主體的出錯不會造成整個系統(tǒng)的失控。即使中央主體出故障，機群其他部分還可以獨立完成當(dāng)前任務(wù)的作業(yè)。在筑路施工過程中，由于環(huán)境惡劣，系統(tǒng)出現(xiàn)故障在所難免。例如設(shè)備保障、通訊故障、電力供應(yīng)故障以及人為錯誤等，都是施工現(xiàn)場現(xiàn)實存在的問題。當(dāng)中央主體出現(xiàn)故障，發(fā)出錯誤指令時，下級控制主體可對本地的局部信息和系統(tǒng)共享信息進行綜合，對這個錯誤指令向中央主體發(fā)出疑問，處理主體故障。
（3）高可靠性。由于實現(xiàn)了功能的分布化，提高了整個機群系統(tǒng)的可靠性。機群中的各個主體具有相對獨立性，自行其是，單機智能主體或者單個控制主體的故障不會造成全局失控。特別是中央主體一旦失效，其他智能控制主體可以通過相互間的通訊和協(xié)調(diào)，在一定時間內(nèi)保證施工的正常進行。這一點，集中控制方式的機群系統(tǒng)根本無法實現(xiàn)，因為它的中央控制系統(tǒng)一旦失效就全局癱瘓了。
（4）高效率。強調(diào)機群系統(tǒng)的交互性和協(xié)作性，有利于提高機群系統(tǒng)的工作效率，降低能耗，節(jié)省物料，從而降低整個施工的成本。
2筑路機械機群智能化系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵問題
2.1筑路機械機群多智能主體系統(tǒng)的實現(xiàn)
各主體間的通訊網(wǎng)絡(luò)。通訊網(wǎng)絡(luò)的實施是主體間信息共享與交換的基礎(chǔ)。物理實現(xiàn)以無線通訊為主，采用自建的微波通訊系統(tǒng)或者GSM/GPRS短信系統(tǒng)，保證各主體間信道的暢通。網(wǎng)絡(luò)拓撲采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在本系統(tǒng)的5個控制主體之間均存在獨立的數(shù)據(jù)鏈路，實現(xiàn)信息的交換與共享。
各智能主體的決策推理機設(shè)計與功能定義。包括多主體的協(xié)同決策模式研究，各智能主體的決策規(guī)則，中央智能控制主體和各智能控制主體在決策樹中所處的地位以及各自的權(quán)限分配。
管理層指令的基于多智能主體的分布式計算求解的算法，就是怎樣把管理層下達的一個筑路任務(wù)分解并分配給相應(yīng)的智能主體，形成任務(wù)調(diào)度序列，由中央智能控制主體居中協(xié)調(diào)，共同完成施工任務(wù)，實現(xiàn)施工調(diào)度的優(yōu)化。
多智能主體的信息處理與融合算法。
機群調(diào)度決策系統(tǒng)信息綜合（含機群多智能主體狀態(tài)參數(shù)、故障參數(shù)，環(huán)境參量與突發(fā)事件）研究，其中包含了一個基于專家知識庫的故障診斷系統(tǒng)。
2.2筑路機械各單機智能主體的實現(xiàn)
單機智能主體的控制系統(tǒng)實現(xiàn)如圖3所示，主要采用人-機共棲模式的智能主體形式，核心是研究“人-機”協(xié)調(diào)決策的方法。
由于各機種的自動化程度不同，人在決策中參與的程度也就有所區(qū)別。實現(xiàn)的要點在于：
①主體對象的定義，包括單機的功能、屬性、需要檢測的信息等；
②主體的定位方式，主體之間通訊方式與主體內(nèi)部異構(gòu)通訊協(xié)議的集成，包括主體間的通訊方式，主體內(nèi)部各子系統(tǒng)的通訊，以及二者間的交互；
③對應(yīng)各機種的知識庫，確定最優(yōu)工藝路線與參數(shù)，并集成于各智能主體。
④最終建立各單機智能主體的智能決策控制體系。
3基于多智能主體的機群智能化技術(shù)的實施路線
當(dāng)前，國內(nèi)外的工程機械廠商已經(jīng)推出了全系列的智能化的單機，單機智能化的技術(shù)己經(jīng)成熟了。但是，這樣的智能單機還不能直接應(yīng)用到智能化的機群之中，需要添加通訊設(shè)備和智能主體控制裝置。因此，實施基于多智能主體的機群系統(tǒng)的最好方式是：充分利用國內(nèi)外現(xiàn)有的工程機械單機智能化技術(shù)，將機群智能化技術(shù)作為獨立的專有技術(shù)開發(fā)，作為單機的智能主體可以兼容國內(nèi)外主要廠商的產(chǎn)品。
另外，采用開放式的開發(fā)方式，可成立機群智能化的標(biāo)準(zhǔn)化組織，定義當(dāng)前的智能單機改造成單機智能主體所需提供的外部接口，由各個廠商作為組織成員提供，這樣既保護了各自的知識產(chǎn)權(quán)，又帶動了我國工程機械行業(yè)的科技進步，有利于將機群智能化標(biāo)準(zhǔn)樹立為在我國實現(xiàn)的國際工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。特別是在我國加入WTO以后，它對實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)國際化，搶占技術(shù)制高點，有著尤為重要的意義。
參考文獻：
[1]牛占文，王樹新，鄭尚龍.機群智能化工程機械故障診斷系統(tǒng)研究[J]，機械科學(xué)與技術(shù)，2003，22（6）：999～1002
[2]史忠植.多智能主體及其應(yīng)用[M]，北京：科學(xué)出版社，2005
第2篇
關(guān)鍵詞:公路設(shè)計;應(yīng)注意的問題；三大控制
1 公路的平、縱線形設(shè)計應(yīng)注意的問題
公路施工圖設(shè)計文件是指導(dǎo)現(xiàn)場施工的技術(shù)文件,如果在設(shè)計中存在錯、漏等現(xiàn)象,特別是在對區(qū)域地質(zhì)調(diào)查力度不足,將導(dǎo)致開工后產(chǎn)生大量變更,不但增加投資,而且耽誤施工進度,給業(yè)主增加了許多風(fēng)險,同時也給業(yè)主帶來很大的投資壓力。
1.1平面線形設(shè)計
1)應(yīng)盡量選用不設(shè)超高的平曲線半徑。一方面可以避免因處理單向排水而增加工程費用;另一方面,可以保證公路的通行安全、舒適。
2)路堤擋土墻之類的結(jié)構(gòu)物因臺后填土區(qū)很難控制好填筑質(zhì)量,而影響公路使用質(zhì)量。
3)應(yīng)盡量避開人口密集的地帶。路線穿越這些區(qū)域使正常的人行通道遭受破壞,同時拆遷的難度、費用、施工的地方干擾要增大,從而要增加工程的造價和施工難度。
4)避免橫坡較陡的半填半挖。這種路基一方面使左右半邊路基沉降不均,另一方面施工時對橫坡較陡的基礎(chǔ)未處理好,很容易引起滑坡和不均勻沉陷。
1.2縱面設(shè)計
1)盡量減少零填挖地段。因為這種地段水穩(wěn)定性差,或因處理水穩(wěn)定性而增加工程造價。
2)應(yīng)盡量將路線走高一些,避免采用明涵這種結(jié)構(gòu),因這種結(jié)構(gòu)物不但增加造價,而且容易跳車,有條件的涵洞要明涵暗做。
3)盡量用人行通道涵代替人行天橋的功能,以減少人行天橋。這樣會避免因天橋過多而影響 公路景觀和通行能力及難度。
2路基軟基與提高路基水穩(wěn)定性應(yīng)注意的問題
2.1 路基通過軟基地段必須進行軟基處理
在軟基處理方法中選擇既經(jīng)濟、工后沉降小又方便施工的軟基處理方案是軟基處理的關(guān)鍵。
2.2路基的水穩(wěn)定性問題
1)零填挖路基因路基低,水位高,路基的水穩(wěn)定性差。處理這種特殊路基最好的辦法是除換填或原狀土處理壓實外,盡可能的降低地下水及隔斷地下水源。比如,通過加深兩邊水溝或在水溝地下設(shè)盲溝,將水阻斷并引出路基外。
2)挖方地段路基,往往誤認(rèn)為路基基礎(chǔ)好,路面不易破壞。其實挖方地段很容易破壞,公路使用一段時間后,路面出現(xiàn)開裂。這種破壞主要是水破壞所致。常年雨水多,從邊坡兩側(cè)經(jīng)過護面墻水溝底滲透到路肩處,甚至路基中間。如果有地下水當(dāng)然必須做地下水的排水處理。對挖方地段的處理,經(jīng)過實踐采用水溝底下設(shè)盲溝,并阻斷外來水源的方案。
3橋涵等結(jié)構(gòu)物設(shè)計應(yīng)注意的問題
3.1不能簡單套用標(biāo)準(zhǔn)圖
標(biāo)準(zhǔn)圖往往是在比較理想的條件下制定的,而實際工程因施工復(fù)雜、耐久性、施工條件等多種因素,這是標(biāo)準(zhǔn)圖難以包括的,因此應(yīng)注意以下問題:
1)材料的選擇應(yīng)注意耐久性。因公路使用期長,必須高度重視材料的耐久性。
2)應(yīng)充分考慮復(fù)雜的施工因素。公路施工,土石方工程量大、重型機械多,過去的涵洞標(biāo)準(zhǔn)圖很難適應(yīng)這一要求。
3)分離式立交橋及人行天橋不宜采用呆板的結(jié)構(gòu)形式,應(yīng)根據(jù)實際地形與公路景觀協(xié)調(diào)一致。所有立交橋的凈空高度不能選擇規(guī)范要求的低限標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)考慮今后公路養(yǎng)護抬高路面標(biāo)高的影響。
4從“三大控制”角度合理確定結(jié)構(gòu)物取材
對公路應(yīng)從控制投資、工期、質(zhì)量角度全面地看待就地取材這個問題;同時考慮當(dāng)?shù)夭牧蟽α俊⑷债a(chǎn)量對整個工程所占的比重是否滿足工程進度日需要量。現(xiàn)在 公路標(biāo)準(zhǔn)高,工程量巨大。如果一味強調(diào)就地取材,勢必會因小失大;不利于工程質(zhì)量、不利于工期、不利于控制造價。比如, 公路高填方處的大石拱橋涵,長則100多m,短則幾十米,單算涵臺基礎(chǔ)、拱圈與工砌體達3000多m3。比以前低等級公路上的一座大石橋還多。如果全線這類涵洞較多者,材料供應(yīng)是相當(dāng)困難的。往往一條線全面動工后,石料是供不應(yīng)求,且材料猛漲。因此,對公路橋涵等結(jié)構(gòu)物的設(shè)計,盡量從“三大控制”角度綜合考慮取材問題。應(yīng)從各合同段的具體情況出發(fā),適當(dāng)設(shè)置石材橋涵或混凝土橋涵。建議墻身砌體工程量小,可采用石材。
1)確保城市主干道路的直行車輛順暢快速地通行,同時兼顧節(jié)點左右轉(zhuǎn)向交通。
2)盡量提高較大交通流向匝道的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),保證工程范圍內(nèi)轉(zhuǎn)向交通順暢銜接,滿足城市快速樞紐的互通需要。
3)結(jié)合城市道路的現(xiàn)實功能需要,充分利用立交立體空間,盡量利用既有道路和橋梁,減少占地、減少沿線拆遷量和降低工程量,以達到降低工程投資的目的。
5 從設(shè)計角度提高“三背回填”質(zhì)量
“三背回填”主要指橋臺背、涵臺背、擋土墻背部分的回填。
1)采用可以減小沉降量或避免沉降量的方案。對位于填方段的小跨徑的板橋應(yīng)采用先填后采用挖孔灌注樁這樣的埋置式橋臺。這種方法可以減小沉降量。
2)回填材料的選擇。在砂礫級配好、施工方法合理的情況下可以保證填筑質(zhì)量。在使用量小、不利于機械作業(yè)時,最好采用漿砌片石回填。
3)設(shè)計應(yīng)考慮回填土壓實的影響。過去的涵洞稍不對稱回填都可以使涵墻傾倒或破壞。
6從施工角度提出對公路設(shè)計的建議
6.1 標(biāo)準(zhǔn)化審定
目前對公路設(shè)計尤其是橋梁工程設(shè)計缺乏嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化審定,經(jīng)常出現(xiàn)在同一工程建設(shè)項目中不同標(biāo)段的相同參數(shù)的橋梁而工程設(shè)計截然不同的情況,這在下部結(jié)構(gòu)立柱(或墩)工程中尤為突出,雖然施工單位購買了大量的定型模板,卻達不到一定的周轉(zhuǎn)次數(shù),從而增加了施工成本,造成了物資的浪費。
6.2 堅持經(jīng)濟實用與美化并重的理念
6.2.1 應(yīng)充分考慮項目所在地的材料資源
工程設(shè)計應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐牟牧腺Y源。盡量優(yōu)先選用地材豐富、用量大的結(jié)構(gòu)型式。這樣可以非常有效地降低工程成本.保證工程進度。如在片石豐富的地區(qū)可以大量使用漿砌片石工程,在砂石材料豐富的地區(qū)可以大量使用混凝土工程。
6.2.2 選擇合理的結(jié)構(gòu)尺寸和強度
由于設(shè)計人員受經(jīng)驗和習(xí)慣的影響,在結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇安全系數(shù)時,常常因為意見不一致或思想保守,造成結(jié)構(gòu)物尺寸越來越大,混凝土強度越來越高,從而加大施工成本,造成了資源浪費,給投資單位帶來了不必要的經(jīng)濟損失。如原先設(shè)計公路立柱混凝土標(biāo)號為C25已能滿足使用要求。而現(xiàn)在基本上都采用C30,增加的混凝土強度指標(biāo)造成了強度富余,資源浪費。
6.2.3 在滿足經(jīng)濟實用的條件下增加美化工程
在靠近城市或風(fēng)景區(qū)的地段,可以增設(shè)景觀燈光:結(jié)構(gòu)設(shè)計時可以采用有曲線輪廓的橋梁結(jié)構(gòu)型式:在綠化工程中可采用常青的灌木植物,以起到美化、交通誘導(dǎo)和降低駕駛員疲勞的作用。
6.3 考慮施工安全性
現(xiàn)在公路設(shè)計尤其是橋梁工程設(shè)計經(jīng)常出現(xiàn)異型結(jié)構(gòu)和大量使用支架現(xiàn)澆工藝的情況。根據(jù)多年的施工經(jīng)驗。筆者認(rèn)為,在條件允許的情況下應(yīng)盡可能地選擇預(yù)制工藝和采用通用且標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)型式。在施工工藝中采用常規(guī)的作業(yè)方法,這樣可以避免支架跨坍和墜人(或物)事故發(fā)生,有效地降低安全生產(chǎn)事故發(fā)生率和縮短合同工期。
6.4 加強外業(yè)勘察工作
6.4.1 應(yīng)加大地質(zhì)勘探頻率
在公路結(jié)構(gòu)物施工中所發(fā)生的工程變更,基本上是因為基坑開挖后地基承載力不足等,如某公路08標(biāo)段的結(jié)構(gòu)物就因地基承載力不足,致使80%以上的工程都發(fā)生了變更,甚至個別結(jié)構(gòu)物因遺漏了地質(zhì)勘探而延長了工期,增加了成本,可見地質(zhì)勘探的頻率和準(zhǔn)確度對工程的重要性。
6.4.2 應(yīng)提高測量工作的準(zhǔn)確度
測量工作的偏差在工程變更尤其在路基土石方工程中較為常見,如清表前原地表標(biāo)高的復(fù)測基本上都會發(fā)生變更:在結(jié)構(gòu)物中因地面線測量的錯誤,造成橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)偏差的情況也屢見不鮮,如該路率水特大橋因測量問題主橋樁頂標(biāo)高比地面線巖層頂面標(biāo)高低了近7.2m,無法施工,后變更為抬高至地面線標(biāo)高。可見測量工作的準(zhǔn)確度不僅會影響工程造價,更會影響工程的質(zhì)量和施工的難度。
6.5 提高設(shè)計人員的綜合素質(zhì)
目前大多數(shù)設(shè)計人員是由院校畢業(yè)后直接進入設(shè)計單位工作的,很少有在施工單位工作的經(jīng)歷,往往只從標(biāo)準(zhǔn)圖冊和理論計算上進行設(shè)計,很少考慮項目所在地的地形地貌、氣候、資源及施工的難易程度,造成項目在實施過程中存在大量的現(xiàn)場變更,增加了工程造價。
