Một số giải pháp định hướng trong tối ưu hóa thiết kế bố trí mặt bằng xây dựng - ThS. Nguyễn Trọng Hoan

Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết Một số giải pháp định hướng trong tối ưu hóa thiết kế bố trí mặt bằng xây dựng dưới đây để nắm bắt những nội dung về các giải pháp định hướng tối ưu hóa mặt bằng xây dựng, ứng dụng thiết kế bố trí mặt bằng xây dựng. Hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn.

Một số giảI pháp định hướng tối ưu hoá thiết kế bố trí mặt xây dựng ThS Ngun Träng Hoan - Khoa Kinh tÕ thủ lỵi Tãm tắt Tác giả muốn đề cập đến việc ứng dụng lý thuyết toán học, toán tối ưu để giải vấn đề theo hàm mục tiêu đặt thiết kế bố trí mặt xây dựng Qua nghiên cứu kết cho thấy tối ưu hoá thiết kế bố trí mặt xây dựng dựa lý thuyết toán học có sở khoa học ứng dụng tính toán cho công trình cụ thể Hồ chứa nước Định bình I Đặt vấn đề Thiết kế bố trí MBXD giải vấn đề quy hoạch, bố trí công trình lâu dài tạm thời, sở, dịch vụ phục vụ sản xuất công trường (nhà làm việc, nhà cán công nhân viên, công trình phúc lợi, xí nghiệp sản xuất phụ ), hƯ thèng kho b·i, hƯ thèng giao th«ng, hƯ thống cung cấp điện, hệ thống cấp thoát nước tổng mặt công trình đơn vị Việc tổ chức bố trí tổng mặt xây dựng ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình công nghệ xây dựng, kế hoạch tiến độ xây dựng, chất lượng công trình, an toàn lao động đặc biệt giá thành công trình Mặt xây dựng phần quan trọng hồ sơ Thiết kế tổ chức xây dựng được trọng giai đoạn nay, mà kinh tế thị trường tạo môi trường cạnh tranh liệt kinh doanh xây dựng, mà chất lượng công trình giá thành xây dựng yếu tố định tồn phát triển Doanh nghiệp xây dựng, việc nghiên cứu tổ chức mặt xây dựng cần thiết, đòi hỏi từ thực tế sản xuất kinh doanh xây dựng Xuất phát từ yêu cầu thực tiển cấp thiết ngành xây dựng mà đặc biệt xây dựng công trình thuỷ lợi, việc nghiên cứu để đưa số giải pháp định hướng việc tối ưu hoá bố trí mặt xây dựng công trình cần thiết II Các gải pháp định hướng tối ưu hoá mặt xây dựng Tối ưu hoá mặt xây dựng tiến hành dựa toán tối ưu Đưa toán thiết kế MBXD thành nhiều toán nhỏ, toán tối ưu theo hàm mục tiêu định theo nội dung thiết kế MBXD Kết có tập hợp các toán tối ưu theo mục tiêu nêu Trong khuôn khổ báo tác giả muốn giới thiệu giải pháp định hướng tối ưu hoá thiết kế bố trí mặt xây dựng Định hướng tối ưu vị trí công trình tạm xí nghiệp sản xuất phụ Các xí nghiệp sản xuất phụ công trường sở để sản xuất loại vật liệu xây dựng, thành phẩm, phận, chi tiết, cấu kiện để phục vụ cung cấp cho công trường Sau tính toán công suất, quy mô xưởng sản xuất phụ cần tiến hành xác định vị trí xây dựng công trình tạm cách hợp lý công trình phụ trợ thường xuyên tiếp nhận vật liệu từ nơi chuyển vận chuyển sản phẩm nơi sản xuất Mặt khác công trình thường tồn thời gian dài, lượng vận chuyển lớn phục vụ cho nhiều hạng mục công trình Vì việc chọn vị trí hợp lý kinh tế kỹ thuật mục tiêu đề cần giải Giá thành sản phẩm điểm tiêu thụ mặt xây dựng chịu tác ®éng lín tõ chi phÝ vËn chun vËy c¸c xí nghiệp sản xuất phụ phải bố trí vị trí giá thành công tác, vận chuyển nhỏ Các điểm tiêu thụ vật liệu ®­ỵc nèi liỊn b»ng mét hƯ thèng ®­êng giao thông nội công trường Tạo thành đồ thị mặt xây dựng theo dạng sau: Đường vận chuyển dạng nhánh ( hình 1a) Đường vận chuyển dạng vòng ( hình 1b) B F C D E D B A F H A G E C I Hình 1a Hình 1b Như sơ đồ vận chuyển vật liệu từ xí nghiệp sản xuất phụ đến hạng mục công trình đồ thị mà khoảng cách hai ®Ønh lµ ®é dµi qu·ng ®­êng, mỉi ®Ønh lµ mét vị trí đối tượng cần vận chuyển Mục tiêu đề tối ưu địa điểm xí nghiệp sản xuất phụ MBXD Theo lý thuyết đồ thị xí nghiệp sản xuất phụ bố trí trọng tâm đồ thị phương án vận chuyển có tổng cước phí vận chuyển bé vị trí tối ưu mà ta cần tìm Bài toán cần giải thực tế mặt xây dựng có quy hoạch đường giao thông chưa có quy hoạch đường giao thông Trường hợp mặt xây dựng có đường giao thông, điểm tiêu thụ hạng mục công trình hệ thống công trình mặt xây dựng liên thông với đường giao thông nội công trường mà ta thường gọi đường thi công tạo thành đồ thị Theo lý luận nhà khoa học F.Emaranzana, S.L HaKimi thuật toán Thái Thanh Sơn toán tìm vị trí tối ưu xí nghiệp sản xuất phụ giải phương pháp "Hội tụ", tức tìm trọng tâm đồ thị j n mAi =  Lij aij cij  j 1 Trong Lij quảng đường từ i j aij khèi l­ỵng vËt liƯu vËn chun tõ ij cij - cước phí vận chuyển Trường hợp mặt xây dựng có địa hình tương đối phẳng không phức tạp ta xác định vị trí xí nghiệp sản xuất phụ trước Sau xác định vị trí tối ưu xí nghiệp sản xuất phụ ta quy hoạch đường giao thông theo phương án tối ưu Xác định điểm cung cấp tối ưu sở xét đến giá thành vận chuyển phương án nhỏ Các điểm tiêu thụ vật liệu nằm rải rác mặt xây dựng rộng lớn biểu diển góc phần tư thứ hệ trục toạ độ XOY G tổng giá thành vận chuyển từ nơi cung cấp đến nơi tiêu thụ đ c phí vận chuyển cho đơn vị vật liệu đ/T km khối lượng vật liệu cần chuyển cho điểm tiêu thụ [T] Li- khoảng cách vận chuyển tính theo đường thẳng từ điểm cung cấp đến điểm tiêu thụ (km ) n- số điểm tiêu thụ Giá thành vận chuyển phương án n G c.a i Li i Trong khoảng cách vận chuyển tính theo đường thẳng Li tính công thøc : Li  ( x  xi )  ( y  y i ) x,y lµ toạ độ A(x,y ) điểm cung cấp tối ưu cần tìm xi, yi toạ độ điểm tiêu thụ biết Ai( xi, yi ) Hàm mục tiêu cần tìm : n G c.a i ( x  xi )  ( y  y i ) i Giải toán băng phương pháp giải tích hay phương pháp Gradient Định hướng tối ưu công tác vận chuyển công trường Trên mặt xây dựng nói chung đặc biệt mặt xây dựng công trình thuỷ lợi nói riêng với diện tích rộng lớn, địa hình phức tạp, nhiều hạng mục công trình có quy mô lớn tiến hành đồng thời thời điểm Do lượng vật liệu cần cung cấp từ kho hay từ điểm khai thác tới nơi sản xuất lớn Mối liên hệ điểm cấp vật liệu điểm tiêu thụ hoạt động thường xuyên, liên tục, cân đối kịp thời mặt xây dựng Phương án vận chuyển tối ưu công trường điều kiện để giảm gía thành xây dựng Tối ưu công tác vận chuyển công trường ứng dụng toán vận tải Mục tiêu tối ưu: n m c ij Lij x ij  j 1 i Tìm khối lượng vận chuyển xij để phương án vận chuyển có tổng giá thành vận chuyển nhỏ Với điều kiện ràng buộc: xij = (i = 1,2,3,…m ) xij = bj (j = 1,2,3n ) =bj xij Bài toán vận chuyển giải phương pháp sau: Giải toán phương pháp vị; Giải toán phương pháp thu hẹp tắc Giải toán phương pháp đơn hình ; 1/ 2/ 3/ 4/ Định hướng tối ưu hệ thống kỹ thuật cấp điện mặt xây dựng Tìm mạng lưới đường ngắn cho mạng kỹ thuật cấp điện tìm cách dựng bao trùm ngắn đồ thị liên thông cho trước Bài toán đặt dựa lý thuyết đồ thị - Trên mặt xây dựng có nhiều điểm tiêu thụ điện, điểm hạng mục công trình chính, nhà làm việc, nhà ở, kho bãi, xưởng sản xuất phụ Mổi điểm tiêu thụ đỉnh đồ thị, đỉnh nối với đoạn thẳng đường dây tải điện gọi cạnh đồ thị Tập hợp đỉnh, cạnh tạo thành đồ thị - Một đồ thị hữu hạn đỉnh nối với gọi đồ thị liên thông; - Chu trình đồ thị tập hợp gồm số đỉnh số cạnh chia mặt phẳng chứa đồ thị thành hai miền khác nhau, muốn liên hệ hai miền với phải bỏ cạnh Như theo lý thuyết "cây bao trùm" đồ thị liên thông chu trình; - Mỗi cạnh đồ thị khoảng cách hai điểm tiêu thụ có độ dài đường dây tải điện định Định hướng tối ưu điện tích kho bãi chứa vật liệu công trường thông qua thông số tính toán tối ưu chu trình cung ứng vật liệu Công trình xây dựng có quy mô lớn nhu cầu điện tích kho bãi chứa vật liệu lớn Lượng vật liệu dự trữ thường xuyên công trường tác động trực tiếp đến hiệu vốn đầu tư xây dựng công trình Cụ thể bị tác động yếu tố chi phí sau: - Chi phí xây dùng kho b·i chøa vËt liƯu; - Chi phÝ b¶o quản; - Chi phí vận chuyển vật liệu; -thiệt hại ứ đọng vốn dự trữ vật liệu công trường Để tính diện tích kho bãi hợp lý phù hợp với nhu cầu sử dụng công trường không lãng phí, cần xác định lượng vật liệu dự trữ cần thiết thường xuyên tối ưu công trường, lượng vật liệu dự trữ đảm bảo cung cấp liên tục cho thi công, không để xẩy thiếu vật liệu không đồng bộ, không kỳ hạn gây ảnh hưởng đến tiến độ thi công Lượng vật liệu dự trữ thường xuyên thông thường xác định cách: - Phương pháp xác định lượng vật liệu dự trữ thường xuyên biểu đồ; - Phương pháp xác định lượng vật liệu dự trữ thường xuyên giải tích Phương pháp phân tích tối ưu lượng vật liệu dự trữ thường xuyên Các thông số đầu vào : Q - Tổng lượng vật liệu tiªu thơ ; T - Thêi gian cung cÊp vËt liệu (kỳ kế hoạch ) (ngày); cvc - Chi phí vận chuyển vật liệu (đồng VN / đợt cấp) ; ck - Chi phÝ l­u kho (®ång VN /TÊn, m3 ngày) Các biến : q - Độ lớn lượng hàng cấp theo đợt; t - Độ dài chu kỳ cÊp ; n - S è chu kú cÊp ; C(q)- Chi phí vận chuyển lưu kho Giải toán theo phương pháp tìm cực trị hàm số Cực trị hàm C(q) điểm [q0,C(q)] cho ta xác định độ lớn tối ưu lần cấp q0 tỉng chi phÝ vËn chun vµ chi phÝ l­u kho lµ thÊp nhÊt C(q) = C k (q) + C vc (q) C((q) C(q) C(qo) C k(q) Cvc(q) qo q Để xác định q0 ta tính đạo hàm C(q) vµ cho C(q) = C (' q )  Q.Cvc T C k  0 q2 - Lượng vật liệu lần cấp tối ưu là: q0  2.Q.C vc T C k - Thêi gian kú cÊp tèi ­u to t0  2.T C vc Q.C k - Sè lÇn cÊp tèi ­u no n0  Q.T C vc 2.C k Đại lượng Dt = q để tính diện tích kho tối ưu chứa vật liệu dự trữ công trường Ngoài thêi gian chu kú cÊp tèi ­u (t ) làm để lựa chọn điều động thiết bị vận chuyển Số lượng lần cấp (n ) làm sở để lập kế hoạch cung ứng vật tư III ứng dụng Trong phạm vi đề tài nghiên cứu ứng dụng kết nghiên cứu để giải số toán tối ưu cho công trình khu đầu mối Hồ chứa nước Định Bình Một số kết lời giải tối ưu: a) Tìm phương án vận chuyển đá từ mỏ khai thác đến bãi chứa vật liệu công trường có tổng giá thành vận chuyển nhỏ - Giá thành phương ¸n tèi ­u : 4.832.830 10 VND - Khèi lượng vận chuyển phương án: X11 = 24500 m3; X21 = 48260 m3; X22 = 35780 m3; X23 = 37560 m3; X34 = 84800 m3; X43 = 70710 m3; X44 = 114000 m3 b) Tìm phương án vận chuyển cát vàng từ mỏ khai thác đến bãi chứa vật liệu công trường có tổng giá thành vận chuyển nhỏ - Giá thành phương án tối ­u : 2.354.100 10 VND - Khèi l­ỵng vËn chuyển phương án: X15 = 22100 m3; X21=22700 m3 X25 =73400m3; X32 = 39600 m3; X34 = 8900m3; X35 = 6700 m3; X43 32300 m3; X45 = 3000 m3 c) Tìm phưong án vận chuyển xi măng từ kho đến điểm tiêu thụ có tổng giá thành vận chuyển nhỏ - Giá thành phương án tối ­u : 193.584 10 VND - Khèi l­ỵng vận chuyển phương án: X13 = 5280 t ; X14 = 480 t; X21 = 12000 t; X22 = 18240 t ; X33 = 21600 t ; X42 = 11520 t ; X51 = 3360 t ; X54 = 37920 t ; X62 = 9600 t d)Tèi ­u diÖn tÝch kho bãi chứa vật liệu Kết tính toán khối l­ỵng mét kú cÊp tèi ­u (q ) TT Loại VL ĐV Q Cvc Ck (1000đ) (1000đ) T 2QCvc T.Ck 2QCvc/TCk qo Xi măng Tấn 5600 30 18000 6,0 201600000 180 1.120.000 1.058 Đá dăm m3 7500 30 7500 3,0 112500000 90 1.250.000 1.118 Cát vàng m3 14100 30 14000 3,0 394800000 90 4.386.667 2.094 ThÐp TÊn 30 1330 6,0 532000 180 2.956 54 200 DiÖn tÝch kho, b·i chøa vËt liÖu tèi ­u cho tõng lo¹i vËt liƯu TT Dt = q0 1058 1118 2094 54 lo¹i kho, b·i Kho xi măng Bãi đấ Bãi cát Bãi thép p 1,3 4 4,2 F (m2) 814 280 524 13  1,5 1,1 1,1 1,1 S (m2) 1221 307 576 14 e) Tối ưu mạng kỹ thuật cấp điện cho công trình khu đầu mối Hồ chứa nước Định Bình 0.3 0.2 0.2 0.4 0.5 0.2 0.4 0.3 0.3 0.2 0.6 1.2 0.5 0.8 0.9 1.1 0.5 0.4 0.7 0.4 0.6 0.4 0.7 Sơ họa mạng kỹ thuật cấp điện IV Kết luận Lý thuyết toán học toán tối ưu tảng vững chắc, sở khoa häc viƯc nghiªn cøu tèi ­u thiÕt kế MBXD Thông qua lý thuyết đồ thị, lý thuyết quy hoạch tuyến tính, công trình nghiên cứu đưa số giải pháp ứng dụng để giải số toán cụ thể đặt thiết kế MBXD thực tế Công trình nghiên cứu đề xuất số mục tiêu tối ưu đưa giải pháp nhằm tối ưu hàm mục tiêu Cụ thể là: Tối ưu vị trí xí nghiệp sản xuất phụ phục vụ thi công; Tối ưu công tác khai thác, vận chuyển vật liệu địa phương từ mỏ khai thác đến bãi chứa vật liệu công trường; Tối ưu công tác vận chuyển công trường; Tối ưu tÝnh to¸n diƯn tÝch kho b·i chøa vËt liƯu; Tối ưu mạng kỹ thuật cấp điện công trường Như vấn đề nhằm định hướng tối ưu hoá mặt xây dựng nêu có hướng giải Tuy nhiên để có phương pháp hoàn hảo tối ưu hoá MBXD nhiều mục tiêu cần phải nghiên cứu để tìm hướng giải Summary Some orientation sollutions in optimal design of construction site In this paper the author would like to deal with application of methematical theory especially optimum in order to solve optmal design of construction site After research optimal design of construction site based on methematical theory has scientific foundations and the author apply this method for construction of Dinh Binh reservoir ... chuyển giải phương pháp sau: Giải toán phương pháp vị; Giải toán phương pháp thu hẹp tắc Giải toán phương pháp đơn hình ; 1/ 2/ 3/ 4/ Định hướng tối ưu hệ thống kỹ thuật cấp điện mặt xây dựng Tìm... Tối ưu công tác vận chuyển công trường; Tối ­u tÝnh to¸n diƯn tÝch kho b·i chøa vËt liệu; Tối ưu mạng kỹ thuật cấp điện công trường Như vấn đề nhằm định hướng tối ưu hoá mặt xây dựng nêu có hướng. .. tế Công trình nghiên cứu đề xuất số mục tiêu tối ưu đưa giải pháp nhằm tối ưu hàm mục tiêu Cụ thể là: Tối ưu vị trí xí nghiệp sản xuất phụ phục vụ thi công; Tối ưu công tác khai thác, vận chuyển