ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ

Проектирование водопропускных труб на автомобильных дорогах при традиционной ручной технологии производят обычно в два этапа. На первом этапе осуществляют выбор типа и размера малого водопропускного сооружения и определяют минимальную геодезическую высоту (отметку) бровки земляного полотна. На вто

ром этапе, когда уже установлено положение проектной линии продольного профиля, корректируют проект малого водопропускного сооружения.

При проектировании водопропускных труб на автомобильных дорогах, как правило, рассматривают несколько вариантов отверстия, принимая к строительству вариант с меньшей строительной стоимостью, а также учитывают унификацию сооружений по длине трассы, принимая большие, но преимущественно одинаковые размеры отверстий.

Таким образом, традиционная технология проектирования водопропускных труб предусматривает проработку ограниченного числа вариантов с выбором лучшего из рассмотренных, который, однако, не может претендовать на оптимальность.

Задача автоматизированного проектирования оптимальных водопропускных труб на автомобильных дорогах, решенная Б.М. Наумовым, сводится к проектированию каждого водопропускного сооружения на трассе или участке трассы таким образом, чтобы сумма приведенных затрат на строительство и эксплуатацию всех труб была минимальной.

Каждое водопропускное сооружение представляет собой комплекс, состоящий из тела трубы, фундамента, входного и выходного оголовков, укреплений и земляного полотна. Поэтому приведенные затраты для одного сооружения представляют в следующем виде:

где К, — стоимость строительства трубы, включая стоимость фундамента и оголовков; Kv — стоимость строительства укреплений у трубы; Кзп — стоимость земляного полотна на подходах; К03 — стоимость отвода земель под земляное полотно; Ктр — стоимость транспортирования строительных материалов и конструкций; Эп — ежегодные потери от подтопления сельскохозяйственных угодий; Эр — ежегодные затраты на текущий ремонт и содержание; ?н — нормативный коэффициент сравнительной эффективности.

При решении задачи проектирования оптимальных водопропускных труб на автомобильных дорогах определяется мимимум целевой функции с учетом выполнения комплекса ограничений[1], обусловленных номенклатурой изделий, конструктивными, техническими, технологическими условиями и возможностями поставщиков.

Используемый в этой задаче метод оптимизации является реализацией идеи методов последовательного анализа вариантов, возможных направлений, ветвей и границ. Поиск оптимального проектного решения водопропускных труб по длине дороги в рамках комплекса ограничений осуществляется в следующей последовательности.

  • 1. Выполняют гидрологические расчеты по определению максимальных расходов талых вод расчетной вероятности превышения QT и объемов стока WT с учетом суточного хода снеготаяния на малых водосборах, а также расчетных расходов Qn, и объемов стока Wn ливневых вод для каждого лога по длине автомобильной дороги, где необходимо строительство малых водопропускных сооружений. Гидрологические расчеты целесообразно выполнять с использованием математических моделей стока (см. пп. 12.3, 14.2). В этом случае для каждого малого водосбора получают расчетные гидрографы стока Q =f[t) своеобразной (а не схематизированной) для каждого водосбора формы.
  • 2. На основе использования детального метода расчета отверстий малых водопропускных сооружений (см. п. 15.5) последовательно, начиная с минимального отверстия, отыскивают первое решение, отвечающее комплексу ограничений. Это решение, называемое отправным, соответствует минимальным отверстиям труб с минимальным расходом железобетона, которые еще в состоянии пропустить расчетные расходы при заданной системе ограничений. Для отправного решения вычисляют значение целевой функции.

Значение отправного решения сразу позволяет установить множество допустимых решений М0 из исходного множества значений типоразмеров труб М: М0 а М.

Очевидно, что конкурирующими вариантами по сравнению с отправным являются варианты с большими размерами отверстий. Увеличение отверстий труб, с одной стороны, приводит к увеличению их стоимости, а с другой — к уменьшению подпоров и скоростей на выходе, что определяет уменьшение объемов земляных и укрепительных работ и их стоимости. При этом большее отверстие может формироваться путем применения труб с большими отверстиями либо путем увеличения количества отверстий, охватываемых одним сооружением.

3. Разбивают исходное множество допустимых решений М0 на конечное число непересекающихся подмножеств Мх, М2, ..., Мк с разветвлением в возможных направлениях. При этом допустимые решения одного подмножества исключают их дублирование в других (например, трубы круглые одно-, двух-, трехочковые; трубы прямоугольные одно-, двухочковые и т.д.):

где М0 — множество допустимых решений; — подмножество допустимых решений в возможных направлениях деления.

  • 4. Для каждого подмножества выполняют его оценку и выбирают наиболее перспективное направление. При этом в качестве оценок подмножеств принимают значение целевой функции первых допустимых решений в возможных направлениях. Эти оценки характеризуют влияние увеличения отверстий по отношению к отправному решению путем увеличения размеров отверстия или количества отверстий. На основе изменений оценок подмножеств можно судить о наиболее перспективном подмножестве.
  • 5. Выбрав наиболее перспективное направление движения, т.е. подмножество, в котором наиболее быстро убывает значение целевой функции с увеличением отверстия с шагом, обусловленным дискретностью переменных, отыскивают минимальное значение целевой функции для каждого сооружения.

Выполненное в Гипродорнии экспериментально-производственное проектирование с использованием изложенной выше методологии объектов, уже запроектированных по традиционной технологии, показало, что применение метода проектирования оптимальных водопропускных труб позволяет снизить строительную стоимость малых водопропускных сооружений в среднем на 9,5%, а для отдельных сооружений — до 26% и более. При этом трудоемкость проектирования снижается до 53%, а время проектирования до — 38% при общем снижении стоимости проектных работ до 28%.

  • [1] См.: Наумов Б.М. Комплексный автоматизированный метод проектирования оптимальных водопропускных труб на автомобильных дорогах: Дис.... канд. техн. наук. — М., 1981; Методические рекомендации по автоматизированному проектированию водопропускных труб с применениемТЛП-3 САПР-АД. — М.: Гипродорнии, 1984.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >