筑路机械论文范文
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第1篇
1筑路机械机群智能化的多智能主体系统基础
1.1筑路机械机群系统混杂分层结构
与一般的多智能主体系统不同，在本文中，多智能主体系统被应用于工程机械机群的智能化，具体来说，是以高等级路面施工机群的智能化为研究对象。
高等级路面施工机群主要由以下5种机械设备组成：沥青拌合设备、摊铺机、振动压路机、装载机和自卸车。由于是路面施工，这些设备的工作环境以高噪声、高振动、受天气状况影响大等为特点。而且，结合现阶段工程实际，要尽量控制机群智能化所需成本，否则，将会降低施工企业对机群智能化改造的接受程度。
当前的筑路工程中，主要靠人工指挥，机械由人工操作，存在着如下弊端：资源配置不够合理；施工信息交换量小，实时性差；易出现物料断流或积压（因为物料具有实效性，所以造成极大浪费）；能耗大，生产率低。
当前的筑路工程中，主要靠人工指挥，机械由人工操作，存在着如下弊端：资源配置不够合理；施工信息交换量小，实时性差；易出现物料断流或积压（因为物料具有实效性，所以造成极大浪费）；能耗大，生产率低。
1.2机群系统中的多智能主体系统结构
一般的，在多智能主体系统中，多采用分布式控制策略，即各个智能主体的区别在于完成不同的职能，相互之间并无控制关系。这样做的好处是系统最大地体现了分布式控制的优点，系统灵活性强，易扩展，鲁棒性强，可重用性好。缺点在于这样的系统史多地适用于纯软件环境，在应用于硬件实现的系统中时，会造成系统成本过高、设计过于复杂、系统反应速度较低。对于本文所研究的机群系统而言，为了降低系统的最终成本，系统面向筑路工程机械机群设计，采用了混杂分层式的系统结构（如图1所示）。采用该结构的优点在于可以大大简化系统设计，将传统的中央控制与分布式控制结合起来，在提高系统灵活性的同时，保持系统的反应速度和不过于增加系统的复杂性。
该系统中的智能主体可分为两类：一类是动作执行智能主体，即各单机智能主体；另一类是控制智能主体，包括中央智能控制主体及其他控制主体。
该系统中，各智能化单机（包括智能化拌和机、摊铺机、压路机、自卸车等）构成了系统的底层。单机本身具有一定的智能和自，在一定范围内控制自身运行状态。同时，这些单机都要受上层智能控制主体的控制。上层智能控制主体可按照其职能划分为5个：中央控制智能主体，混合料拌和智能主体，混合料运输智能主体，混合料摊铺智能主体和道路压实智能主体。中央主体处于最高层，有最大的权限，其他智能主体处于第二层，负责各自的专项工作，有相对的局部权限，这是与工程实际相对应的。中央控制智能主体负责监督、协调工程现场，综合现场的各种信息，为工程指挥提供决策支持，并负责对工程指挥的决策进行解释和任务分配。混合料拌和智能主体指挥拌和机完成混合料的拌和，并指挥装载机组协同完成工作。混合料运输智能主体指挥自卸车组，完成混合料由拌和机到摊铺机的输送，以及混合料原料的运输。混合料摊铺智能主体负责调度和指挥各摊铺机，完成路面摊铺工作。道路压实智能主体负责调度和指挥压路机组，完成路面压实任务。路面质量检测系统负责反馈路面质量信息给中央主体。各个主体之间由无线的微波信道构成通讯链路，交换信息，共享信息，构成多智能主体协同工作的机群智能化系统中央控制主体是机群系统的核心，用于协调系统的运作。包括如下主要功能：
①任务规划调度，负责管理所有任务的内容，进展状态，性质，合作者情况等信息，根据当前所有任务的级别和调度规则，形成任务调度队列；
②协调控制中心负责协调整个系统的运行，是实现人-机交互的主要功能模块，同时还解决协作过程中的冲突和矛盾，具有应变意外情况的能力。在中央控制主体中构建了知识库系统作为决策支持。
其余的控制主体有如下特征：
①空间的分布化：处于不同的物理坐标；
②内建的平行化：在同一时间各自执行不同的任务；
③功能的专门化：各控制主体的任务小同，在各个控制主体内部可采用不同的控制方式。
1.3采用多智能主体设计机群系统的优点
（1）分布式智能。将一个复杂的筑路任务通过分布式智能主体分解为有限复杂程度的多个了任务，由中央主体、拌和主体、运输主体、摊铺主体和压实主体这5个主体各自负担相应的子任务，充分发挥各个主体的功能与能动性，减轻了中央主体的工作负担与控制的复杂程度。同时，由于各个主体也进行了智能化，提高了对环境的适应性。在传统的集中控制方式中，中央控制系统由于承担了所有的控制工作，往往功能十分复杂，设计与实施时都需要耗费大量的人力物力。系统的风险也集中在中央控制系统，可靠性要求高，成本史是成倍提升。通过多智能主体设计，将系统的智能分布到各个主体上，实现了分布式智能，简化了中央控制。
（2）容错性。由于各个主体具有不同等级的决策权限，并依据其决策权限等级来共享机群系统的信息，单个主体的出错不会造成整个系统的失控。即使中央主体出故障，机群其他部分还可以独立完成当前任务的作业。在筑路施工过程中，由于环境恶劣，系统出现故障在所难免。例如设备保障、通讯故障、电力供应故障以及人为错误等，都是施工现场现实存在的问题。当中央主体出现故障，发出错误指令时，下级控制主体可对本地的局部信息和系统共享信息进行综合，对这个错误指令向中央主体发出疑问，处理主体故障。
（3）高可靠性。由于实现了功能的分布化，提高了整个机群系统的可靠性。机群中的各个主体具有相对独立性，自行其是，单机智能主体或者单个控制主体的故障不会造成全局失控。特别是中央主体一旦失效，其他智能控制主体可以通过相互间的通讯和协调，在一定时间内保证施工的正常进行。这一点，集中控制方式的机群系统根本无法实现，因为它的中央控制系统一旦失效就全局瘫痪了。
（4）高效率。强调机群系统的交互性和协作性，有利于提高机群系统的工作效率，降低能耗，节省物料，从而降低整个施工的成本。
2筑路机械机群智能化系统实现的关键问题
2.1筑路机械机群多智能主体系统的实现
各主体间的通讯网络。通讯网络的实施是主体间信息共享与交换的基础。物理实现以无线通讯为主，采用自建的微波通讯系统或者GSM/GPRS短信系统，保证各主体间信道的畅通。网络拓扑采用网状结构，在本系统的5个控制主体之间均存在独立的数据链路，实现信息的交换与共享。
各智能主体的决策推理机设计与功能定义。包括多主体的协同决策模式研究，各智能主体的决策规则，中央智能控制主体和各智能控制主体在决策树中所处的地位以及各自的权限分配。
管理层指令的基于多智能主体的分布式计算求解的算法，就是怎样把管理层下达的一个筑路任务分解并分配给相应的智能主体，形成任务调度序列，由中央智能控制主体居中协调，共同完成施工任务，实现施工调度的优化。
多智能主体的信息处理与融合算法。
机群调度决策系统信息综合（含机群多智能主体状态参数、故障参数，环境参量与突发事件）研究，其中包含了一个基于专家知识库的故障诊断系统。
2.2筑路机械各单机智能主体的实现
单机智能主体的控制系统实现如图3所示，主要采用人-机共栖模式的智能主体形式，核心是研究“人-机”协调决策的方法。
由于各机种的自动化程度不同，人在决策中参与的程度也就有所区别。实现的要点在于：
①主体对象的定义，包括单机的功能、属性、需要检测的信息等；
②主体的定位方式，主体之间通讯方式与主体内部异构通讯协议的集成，包括主体间的通讯方式，主体内部各子系统的通讯，以及二者间的交互；
③对应各机种的知识库，确定最优工艺路线与参数，并集成于各智能主体。
④最终建立各单机智能主体的智能决策控制体系。
3基于多智能主体的机群智能化技术的实施路线
当前，国内外的工程机械厂商已经推出了全系列的智能化的单机，单机智能化的技术己经成熟了。但是，这样的智能单机还不能直接应用到智能化的机群之中，需要添加通讯设备和智能主体控制装置。因此，实施基于多智能主体的机群系统的最好方式是：充分利用国内外现有的工程机械单机智能化技术，将机群智能化技术作为独立的专有技术开发，作为单机的智能主体可以兼容国内外主要厂商的产品。
另外，采用开放式的开发方式，可成立机群智能化的标准化组织，定义当前的智能单机改造成单机智能主体所需提供的外部接口，由各个厂商作为组织成员提供，这样既保护了各自的知识产权，又带动了我国工程机械行业的科技进步，有利于将机群智能化标准树立为在我国实现的国际工程技术标准。特别是在我国加入WTO以后，它对实现产业国际化，抢占技术制高点，有着尤为重要的意义。
参考文献：
[1]牛占文，王树新，郑尚龙.机群智能化工程机械故障诊断系统研究[J]，机械科学与技术，2003，22（6）：999～1002
[2]史忠植.多智能主体及其应用[M]，北京：科学出版社，2005
第2篇
关键词:公路设计;应注意的问题；三大控制
1 公路的平、纵线形设计应注意的问题
公路施工图设计文件是指导现场施工的技术文件,如果在设计中存在错、漏等现象,特别是在对区域地质调查力度不足,将导致开工后产生大量变更,不但增加投资,而且耽误施工进度,给业主增加了许多风险,同时也给业主带来很大的投资压力。
1.1平面线形设计
1)应尽量选用不设超高的平曲线半径。一方面可以避免因处理单向排水而增加工程费用;另一方面,可以保证公路的通行安全、舒适。
2)路堤挡土墙之类的结构物因台后填土区很难控制好填筑质量,而影响公路使用质量。
3)应尽量避开人口密集的地带。路线穿越这些区域使正常的人行通道遭受破坏,同时拆迁的难度、费用、施工的地方干扰要增大,从而要增加工程的造价和施工难度。
4)避免横坡较陡的半填半挖。这种路基一方面使左右半边路基沉降不均,另一方面施工时对横坡较陡的基础未处理好,很容易引起滑坡和不均匀沉陷。
1.2纵面设计
1)尽量减少零填挖地段。因为这种地段水稳定性差,或因处理水稳定性而增加工程造价。
2)应尽量将路线走高一些,避免采用明涵这种结构,因这种结构物不但增加造价,而且容易跳车,有条件的涵洞要明涵暗做。
3)尽量用人行通道涵代替人行天桥的功能,以减少人行天桥。这样会避免因天桥过多而影响 公路景观和通行能力及难度。
2路基软基与提高路基水稳定性应注意的问题
2.1 路基通过软基地段必须进行软基处理
在软基处理方法中选择既经济、工后沉降小又方便施工的软基处理方案是软基处理的关键。
2.2路基的水稳定性问题
1)零填挖路基因路基低,水位高,路基的水稳定性差。处理这种特殊路基最好的办法是除换填或原状土处理压实外,尽可能的降低地下水及隔断地下水源。比如,通过加深两边水沟或在水沟地下设盲沟,将水阻断并引出路基外。
2)挖方地段路基,往往误认为路基基础好,路面不易破坏。其实挖方地段很容易破坏,公路使用一段时间后,路面出现开裂。这种破坏主要是水破坏所致。常年雨水多,从边坡两侧经过护面墙水沟底渗透到路肩处,甚至路基中间。如果有地下水当然必须做地下水的排水处理。对挖方地段的处理,经过实践采用水沟底下设盲沟,并阻断外来水源的方案。
3桥涵等结构物设计应注意的问题
3.1不能简单套用标准图
标准图往往是在比较理想的条件下制定的,而实际工程因施工复杂、耐久性、施工条件等多种因素,这是标准图难以包括的,因此应注意以下问题:
1)材料的选择应注意耐久性。因公路使用期长,必须高度重视材料的耐久性。
2)应充分考虑复杂的施工因素。公路施工,土石方工程量大、重型机械多,过去的涵洞标准图很难适应这一要求。
3)分离式立交桥及人行天桥不宜采用呆板的结构形式,应根据实际地形与公路景观协调一致。所有立交桥的净空高度不能选择规范要求的低限标准,应考虑今后公路养护抬高路面标高的影响。
4从“三大控制”角度合理确定结构物取材
对公路应从控制投资、工期、质量角度全面地看待就地取材这个问题;同时考虑当地材料储量、日产量对整个工程所占的比重是否满足工程进度日需要量。现在 公路标准高,工程量巨大。如果一味强调就地取材,势必会因小失大;不利于工程质量、不利于工期、不利于控制造价。比如, 公路高填方处的大石拱桥涵,长则100多m,短则几十米,单算涵台基础、拱圈与工砌体达3000多m3。比以前低等级公路上的一座大石桥还多。如果全线这类涵洞较多者,材料供应是相当困难的。往往一条线全面动工后,石料是供不应求,且材料猛涨。因此,对公路桥涵等结构物的设计,尽量从“三大控制”角度综合考虑取材问题。应从各合同段的具体情况出发,适当设置石材桥涵或混凝土桥涵。建议墙身砌体工程量小,可采用石材。
1)确保城市主干道路的直行车辆顺畅快速地通行,同时兼顾节点左右转向交通。
2)尽量提高较大交通流向匝道的设计标准,保证工程范围内转向交通顺畅衔接,满足城市快速枢纽的互通需要。
3)结合城市道路的现实功能需要,充分利用立交立体空间,尽量利用既有道路和桥梁,减少占地、减少沿线拆迁量和降低工程量,以达到降低工程投资的目的。
5 从设计角度提高“三背回填”质量
“三背回填”主要指桥台背、涵台背、挡土墙背部分的回填。
1)采用可以减小沉降量或避免沉降量的方案。对位于填方段的小跨径的板桥应采用先填后采用挖孔灌注桩这样的埋置式桥台。这种方法可以减小沉降量。
2)回填材料的选择。在砂砾级配好、施工方法合理的情况下可以保证填筑质量。在使用量小、不利于机械作业时,最好采用浆砌片石回填。
3)设计应考虑回填土压实的影响。过去的涵洞稍不对称回填都可以使涵墙倾倒或破坏。
6从施工角度提出对公路设计的建议
6.1 标准化审定
目前对公路设计尤其是桥梁工程设计缺乏严格的标准化审定,经常出现在同一工程建设项目中不同标段的相同参数的桥梁而工程设计截然不同的情况,这在下部结构立柱(或墩)工程中尤为突出,虽然施工单位购买了大量的定型模板,却达不到一定的周转次数,从而增加了施工成本,造成了物资的浪费。
6.2 坚持经济实用与美化并重的理念
6.2.1 应充分考虑项目所在地的材料资源
工程设计应充分考虑当地的材料资源。尽量优先选用地材丰富、用量大的结构型式。这样可以非常有效地降低工程成本.保证工程进度。如在片石丰富的地区可以大量使用浆砌片石工程,在砂石材料丰富的地区可以大量使用混凝土工程。
6.2.2 选择合理的结构尺寸和强度
由于设计人员受经验和习惯的影响,在结构设计选择安全系数时,常常因为意见不一致或思想保守,造成结构物尺寸越来越大,混凝土强度越来越高,从而加大施工成本,造成了资源浪费,给投资单位带来了不必要的经济损失。如原先设计公路立柱混凝土标号为C25已能满足使用要求。而现在基本上都采用C30,增加的混凝土强度指标造成了强度富余,资源浪费。
6.2.3 在满足经济实用的条件下增加美化工程
在靠近城市或风景区的地段,可以增设景观灯光:结构设计时可以采用有曲线轮廓的桥梁结构型式:在绿化工程中可采用常青的灌木植物,以起到美化、交通诱导和降低驾驶员疲劳的作用。
6.3 考虑施工安全性
现在公路设计尤其是桥梁工程设计经常出现异型结构和大量使用支架现浇工艺的情况。根据多年的施工经验。笔者认为,在条件允许的情况下应尽可能地选择预制工艺和采用通用且标准的结构型式。在施工工艺中采用常规的作业方法,这样可以避免支架跨坍和坠人(或物)事故发生,有效地降低安全生产事故发生率和缩短合同工期。
6.4 加强外业勘察工作
6.4.1 应加大地质勘探频率
在公路结构物施工中所发生的工程变更,基本上是因为基坑开挖后地基承载力不足等,如某公路08标段的结构物就因地基承载力不足,致使80%以上的工程都发生了变更,甚至个别结构物因遗漏了地质勘探而延长了工期,增加了成本,可见地质勘探的频率和准确度对工程的重要性。
6.4.2 应提高测量工作的准确度
测量工作的偏差在工程变更尤其在路基土石方工程中较为常见,如清表前原地表标高的复测基本上都会发生变更:在结构物中因地面线测量的错误,造成桥梁下部结构设计出现偏差的情况也屡见不鲜,如该路率水特大桥因测量问题主桥桩顶标高比地面线岩层顶面标高低了近7.2m,无法施工,后变更为抬高至地面线标高。可见测量工作的准确度不仅会影响工程造价,更会影响工程的质量和施工的难度。
6.5 提高设计人员的综合素质
目前大多数设计人员是由院校毕业后直接进入设计单位工作的,很少有在施工单位工作的经历,往往只从标准图册和理论计算上进行设计,很少考虑项目所在地的地形地貌、气候、资源及施工的难易程度,造成项目在实施过程中存在大量的现场变更,增加了工程造价。
