设计优化的成本控制

设计优化的成本控制（精选8篇）

篇1：设计优化的成本控制

优化设计与设计阶段造价控制的论文

摘要：工程建设项目具有资金投入大，建设周期长等特点，这决定了项目在建设周期内的各环节实施造价控制难度的增大。而工程建设项目在设计阶段的造价控制在项目整个建设过程中起着决定性作用。因为工程建设项目在全寿命周期内，设计阶段虽是耗费时间与资金最少的阶段，但却是对项目投资产生影响最大的阶段。以下文章就对设计阶段造价控制展开探讨。

关键词：国内外优化设计与工程造价控制的现状;设计阶段造价控制措施

在工程造价控制中，往往会忽视了设计阶段工程造价控制的重要性，设计阶段是造价控制的关键阶段，是能动控制工程造价的最佳切入点，必须将造价控制的重点转移到设计阶段。最佳造价控制效果需要综合运用各种方法，文章首先分析了国内外优化设计与工程造价控制的现状，然后提出了设计阶段造价控制的有效措施，供大家参考借鉴。

1建设工程优化设计与工程造价控制的现状

1.1国内的工程优化设计与工程造价的现状分析。我国在工程优化设计方面开展的工作在起步阶段，实施的阶段重点在审图公司提出意见后和现场出现问题后才展开图纸优化设计，往往是做事后修补的工作。优化图纸的层面只在施工图阶段优化较多。还有情况下是当施工图出来后进行造价预算，当发现造价成本超出预算后展开图纸优化，这时面临即将开工的现状，安排图纸优化设计往往时间仓促，来不及全面的优化图纸，造成工程造价和工程质量的效果方面未能很好的把握平衡。

1.2国外的工程优化设计与工程造价的现状分析。国外的工程优化设计方面开展得比较成熟，对工程优化设计能安排专业的顾问公司对项目的工程设计进行全程优化监控和设计。另一方面，工程的管理体制比较成熟。例如美国的有完善的建筑师学会，采用注册建筑师的管理体制，对工程设计的负责人不仅对设计的效果做把控，更需要对工程造价的控制做考核，注册建筑师对工程项目不停留在设计阶段，更需全面负责工程各个实施阶段，对工程设计中出现浪费成本的问题能及时并较早的发现，这样的体制下培养出来建筑师的综合素质高，成本意识强，深受建设单位的信赖。

2设计阶段造价控制要点

设计阶段，做好技术与经济的统一是合理确定和控制工程造价的首要环节。必须要采取必要的措施，充分调动设计人员和工程经济人员的积极性，使他们密切配合，严格按照设计任务书规定的投资估算，利用技术经济比较，在降低和控制工程造价上下功夫。工程经济人员在设计过程中应及时地对工程造价进行分析比较，反馈信息，能动地影响设计，控制设计阶段的造价主要从以下几个方面考虑：

2.1建设单位需对设计成果设立明确的经济效益目标。建设单位对设计成果要有明确的设计任务书，在设计任务书中不仅要求常规的设计规范和设计时间，更重要是把经济指标明确提出，包括选择的设计标准，设备的选型参数，建设面饰材料的选择等参数要有详细的要求，保证设计成果体现建设单位的设计需求，减少了设计变更的可能性，大大的提高建设单位的管理效益。

2.2增强设计标准和标准设计意识。设计是技术和经济上对拟建工程的实施进行的全面安排，也是对建设项目进行规划的过程。利用优秀的设计标准规范进行设计有利干降低投资、缩短工期。

2.3优化设计方案，有效控制工程造价。在设计阶段设计质量、深度是否达到国家标准，功能是否满足使用要求，不仅关系到建设项目一次性投资的多少，而且影响建成交付使用后经济效益的良好发挥，如产品成本、经营费、日常维修费、使用年限内大修费部分更新费用的`高低，还关系到国家有限资源的合理利用和国家财产以及人民群众生产财产安全等重大问题。据统计，设计费只占工程全寿命费用1%不到，正确的决策的条件下，它对工程造价的影响程度可达75%以上。由此可见，设计是有效控制工程造价的关键。以往重施工、轻设计的观念应改革，控制工程费用应从设计抓起。

设计方案通过建设单位认可后，并不能代表设计方案就是完善的，需设计人员在不改变方案的效果的前提下，积极主动的对方案的细部进行逐项优化，选择经济的结构方案，效能高的设备选型，美观经济的饰面材料。可以看出，优化设计方案是控制工程造价的关键，保证优化后的图纸在满足业主的使用功能的前提下，更保证了工程造价的经济性。在方案的整体方向符合公司的要求条件下，在以下方面是优化的重点：方案的平面布置，结构柱网和基础布置，设备的选型，营销的需求方面都需要展开全面的评审过程和优化工作，保证在方案能得到各职能部门的参与。

2.4大力推行限额设计，严格控制投资规模。限额设计的目的是设计的全过程中需要设计人员在每个设计环节需符合成本目标要求，特别是发现高于要求后要主动积极的把成本控制在目标之内。限额设计是以项目立项批复所确定的建设规模，内容，标准为依据，在投资概算限额范围内进行工程设计，以提高投资的经济效益。从业主的角度讲，业主的资金是有限的，其目的是通过项目建设实现经济效益。设计的任务就是利用业主的有限资金，合理确定工程标准，规模，确保项目的实施完成，保护业主的经济效益。设计过程中要积极推行限额设计，按照设计程序分阶段层层控制总投资，使其贯穿与可行性研究，初步设计，技术设计直到施工图设计各个阶段，形成纵向控制。各专业设计阶段，按各专业进行投资分解，分块限额，具体分配到单元和专业，形成横向控制。提倡限额设计并不是单纯的追求降低造价，应该坚持科学，采用优化设计使技术和经济紧密结合，通过技术比较，经济分析和效果评价，力求以最少的投入，创造最大的效益。由于现行是设计收费是以工程造价按比例收取的，由于缺乏利益驱动机制，设计单位和设计人员不会主动控制和降低工程造价的鉴于此，对于技术比较成熟的项目还比较适合EPC承办方式，将技术风险转移给设计承包商，让其主动实行限额设计，控制工程造价。

2.5严格控制设计变更，有效控制工程投资。由于初步设计毕竟受到外部条件的限制，如工程地质、设备材料的供应、物资采购、供应价格的变化，以及人们主观认识的局限性，往往会造成施工图设计阶段甚至施工过程中的局部变更，由此会引起对己确认造价的改变，但这种正常的变化在一定范围内是允许的。至于涉及到建设规模、产品方案、工艺流程或设计方案的重大变更时，就应进行严格控制和审核。因此，要加强设计变更的管理和建立相应的制度，防止不合理的设计变更造成工程造价的提高，在施工图设计过程中，要克服技术与经济脱节现象，加强图纸会审、审核、校对，尽可能把问题暴露在施工之前。对影响工程造价的重大设计变更，要用先算帐，后变更的办法解决，以使工程造价得到有效控制。

3结语

要实现对工程造价进行有效控制，就必须从设计阶段入手，立足于合理、切实的设计方案，对后期施工、竣工验收以及使用起到良好的导向作用。如何在设计阶段有效控制工程造价，只有把技术与经济有机结合、大力推行限额设计、严格控制设计变更、加强设计监理等方面进行不断地探索和研究。只有设计人员懂经济，概预算人员懂技术，双方紧密联系，相互配合，正确处理技术先进与经济合理两者之间的对立统一，就能使工程造价控制达到良性循环，使有限的资金得到充分合理的使用。

参考文献

[1]王利芬.关于建设工程设计阶段工程造价控制的探讨[J].中国科技博览，.

[2]戚安邦.工程项目全面造价管理[M].天津：南开大学出版社，.

[3]GB50352-.民用建筑设计通则[S].2005.

篇2：设计优化的成本控制

【论文关键词】建筑工程 结构设计 成本

【论文摘要】结构成本是整个设计阶段成本管理中的重中之重，因为结构成本往往因为规划和设计管理的好坏出现非常大的波动。本文探讨了结构设计优化对成本控制的作用。

如何降低成本、增加利润，是每一个房地产企业关注的问题。结构成本是整个设计阶段成本管理中的重中之重，因为结构成本往往因为规划和设计管理的好坏出现非常大的波动，可以这样说，建设项目前期的设计阶段（方案设计、初步设计、施工图设计）影响整个项目投资的可能性在80%以上。其中，结构成本占到建安成本的40%至60%。很多建筑结构设计做的并不精细。通过降低成本以求提高经济效益是房地产行业共同追求和努力的目标之

一，而结构成本的控制是房地产项目成本控制的关键。

在整个结构成本管理控制过程中要把握好以下三个关键点：⑴做好事前控制。这是整个结构成本控制的重中之重。⑵设计过程的精细化管理。设计过程中必须控制好的关键环节，严格按照设计流程做好精细化设计。⑶设计过程中适时、适当的引入外部资源。聘请专业化的设计顾问公司，全过程的进行工程设计的管理和结构成本的控制，将会起到事半功倍的效果。好的结构设计不仅能给房地产公司降低工程成本，更可以给房地产公司带来意想不到的价值。

1.结构的设计优化并不是单纯的挑毛病

而是通过交流、沟通，找到更为合理、经济的设计，从而在满足各种规范的使用要求的前提下，杜绝不必要的浪费，做好成本控制。结构设计的优化是在充分尊重原设计基础上进行的，通过优化的过程，互相学习，也有利于提高设计院结构设计人员的设计水平。某项目2栋13层与23层相连建筑、2栋30-33层建筑、5栋9-13层建筑，共9栋。场地附近有一条河流，地下水位较高。场地土质较软，表层4米深度内有部分淤泥质土，地下室底板下土的承载力为160kPa,在17米至22米处有密实的粉沙层，在37-55米处有密实的沙层。基岩埋藏很深。6度抗震、基本风压0.45。本项目对回款的周期要求较高。

本项目地下室的布置思路：采用一层大地下室9栋高度和层数相差较大的.建筑连为为一体，形成一个整体的大型地下车库。优点：交通及停车，小区的物业管理，地下室外墙的数量。但缺点也是明显的，一是导致地下室结构的超长，再就是各栋建筑单位的不均匀的沉降。

为此，对结构进行了优化设计：首先，地下室结构超长的解决办法是：⑴结构后浇带的设置――费用、间距、封闭时间、施工便利性；⑵混凝土膨胀外加剂的使用――数量、费用、位置；⑶构造配筋的适当增加――数量、费用、位置。其次，各栋建筑物的沉降差以及主体建筑物与地库间的沉降差解决方式是：依照当地的基础设计经验，⑴9-15层建筑通常采用预制方桩基础，以粉砂层作为持力层，桩长约17米，摩擦型桩；⑵18层以上建筑通常采用钻孔桩基础，以砂层作为持力层，桩长约45-50米，摩擦型桩；⑶12层建筑物采用无桩筏板基础有过成功的案例，按程序计算沉降有15CM,实际观测仅4CM在无锡观测到的建筑物最大沉降不超过6CM。

2.优化结构设计是对结构设计进行深化、调整、改善与提高

也就是对结构设计进行再加工的过程。结构设计的优化，不是以牺牲结构安全度和抗震性能来求得经济效益的，相反经过设计优化的工程，结构布置更为合理、差错更少、用料更省、结构更安全。某高层写字楼，结构高度90.30米，地上24层，地下二层，抗震设防类别丙类，七度抗震设防，结构形式为框架核心筒体系，基础形式为平板式筏基，建筑面积约2万平米。结构设计优化的主要内容是以下三个方面：一是楼层楼盖体系的结构设计，二是核心筒的尺寸及墙厚，三是平板式筏基的板厚和有关构造。设计优化时对其它一些结构设计细节也给与了一定关注。经优化结构设计后，仅前述三个主要方面，可比原设计节约混凝土在2000m3以上,钢筋约70吨。通过结构设计优化，在节约结构造价的同时，使结构自重减小了约40000KN，相当于40KN/m2，约为两层半楼房的重量。从而大大增加了竖向结构构件和基础的安全度，减小了地震力，提高了整个结构的抗震性能。结构设计优化达到了提高项目技术和经济双重效益的目的。

又如：某工程9栋住宅，其中3栋18层、3栋22层、3栋28层、采用大地下室连接为一，土质情况：25M深度内，土层较松，桩侧摩阻力为15-30kPa，越向下土层越密实，桩侧摩阻力逐渐增加为50-70KPa，38米以下各层桩端阻力均较小，为1500-2500kPa。 原基础方案按当地的习惯做法及地勘报告建议:18及22层建筑选8-1层作持力层，桩长为40米，28层建筑选8-2层作持力层，桩长为50米。

选择方案：一是全部选用50米长的Ф500及Ф600的预应力管桩！二是节省工程造价（桩的性价比、承台的尺寸）;三是进一步降低建筑物的沉降差及沉降值;四是方便施工管理，提高桩基检测的效率，降低检测成本。

对于Ф500管桩，当桩长由40米增加到50米时（增长25%），其单桩承载力由1435KN增加至2080KN（增大45%），单位桩长的性价比大幅提高80%！

3.施工图审查与结构设计优化并不矛盾

它们的着眼点不同、侧重面不同，施工图审查并没有义务审查设计的经济性，而结构设计优化的目的之一是控制成本、并使设计更加合理。当然，结构设计优化的结果也必须通过施工图审查。某3+1层建筑，4层住宅，半地下室，淤泥质土，厚度约为18米，承载力为70KPa。在32-40米处有较好的沙层,可做桩基持力层，此时Ф300的预应力管桩承载力为600KN。

原基础方案：筏板基础；8米长的水泥搅拌桩加连接梁形成复合地基+止水筏板；长度为35米的Ф300预应力管桩，一柱一桩+止水筏板；预应力管桩方案最经济(便宜16%)！最安全！较搅拌桩施工周期短！

优化设计后，方案调整为：±0.00标高的取值，地下室的埋深：――对支护、土方、水浮力、抗拔桩的影响；覆土厚度的控制：――地下室布局、景观的要求、管线的要求；地下水位高度的取值和应用：――抗浮设计水位和最低设计水位;

地下室底板的布置方案：

――承台间设基础梁加大板式结构

――桩承台兼柱帽的无梁筏板板结构

（造价相差20%-30%！）

结果：总共节省工程造价3500万元以上！

4.结构设计的优化工作不会影响设计、施工进度

可与设计同步进行。设计优化工作也可以按工程进度要求分阶段进行。某工程由共六幢高层建筑组成，建筑面积13万平方米。结构设计优化的主要内容是：桩基、剪力墙的布置和墙厚、楼层现浇板、地下车库的底板与顶板、地下室外墙、框架柱梁等。

工程结构设计优化后的经济效益：省去人工挖孔扩底灌注桩计360棵。基础筏板厚度减少，共计节约混凝土用量570m3，钢筋用量减少约220吨。地下室外墙、基础抗水板、顶板共节省混凝土用量约计2000m3，节约钢筋70吨。主楼现浇板节约混凝土超过1000m3。1#住宅楼减少剪力墙布置后，节约混凝土约400m3，钢筋约45吨。6#酒店经结构优化布置后，每层增加净高约150，减少了梁混凝土用量，梁柱钢筋用量减少约20吨。

经过上述粗略计算，整个工程经结构设计优化后，与原设计相比节约的直接费用在600万元以上。

总之，由于成本控制的不确定因素很多，想在不同的项目上应用同一种管理手段、方法进行成本管理是不可能的，也是不现实的。但在设计阶段对结构设计进行优化，从而降低成本，这是可以实现的。■

【参考文献】

［1］周杰.工程设计阶段造价控制存在的问题探讨[J].四川建材,2010,(01).

篇3：锅炉控制系统的优化设计

1) 锅炉燃烧控制系统的组成具有复杂性, 其中燃烧控制系统是锅炉控制系统的主要组成部分之一。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制系统、燃烧效率控制系统组成。燃烧控制系统主要对主燃料的给煤量、辅助燃料及风量进行控制。另外燃烧控制系统的每个子控制系统通过不同的测量手段、控制手段, 保证燃料的安全性和经济性。气压、过剩空气系数以及炉膛负压是燃烧调节系统的被调参数。

2) 锅炉喷燃器控制系统的主要目的是保证锅炉安全和经济运行。作为锅炉燃烧器的重要组成部分, 喷燃器是锅炉运行控制的关键, 对锅炉燃烧的稳定性、锅炉汽包压力有巨大影响, 而传统控制和人工监测难以满足现代化生产要求。气压特性调节与燃烧系统具有耦合关系, 将直接影响锅炉蒸汽生产流程的优化设计及锅炉喷燃器的运行效果。

3) 锅炉送风控制系统。锅炉的送风量直接关系到锅炉的经济燃烧状况。送风量过小, 不仅会造成锅炉的不充分燃烧, 还会使锅炉煤气混烧的效果恶化, 增加热损失, 影响锅炉的整体热效率;当送风量太大时, 锅炉将出现富氧燃烧情况, 导致锅炉结焦以及锅炉水冷壁系统的氧化腐蚀加剧, 对锅炉的长期运行有极大的影响, 降低锅炉的经济效益。因此, 为保证锅炉的充分燃烧, 应对锅炉送风控制系统进行优化, 以提高锅炉燃烧的经济效益和整体热效应, 保护锅炉设备的安全运行。

4) 炉膛负压的自动调节系统。引风机的电机变频器、风机出口挡板开度控制炉膛负压。炉膛负压的大小决定火焰中心的高度以及燃料烟气流的形状, 直接影响炉膛的辐射黑度与锅炉的水汽循环。当炉膛负压过小, 火焰温度上升, 造成烟气流速上升, 过热器被烧坏现象发生, 影响锅炉过热器的换热效率, 增加锅炉排烟热损失;炉膛负压太大, 会造成锅炉燃带区域温度上升, 烧坏喷燃器, 影响锅炉的安全运行。为保障锅炉的喷燃器安全运行, 应对炉膛负压的自动调节进行优化设计。

2 锅炉主蒸汽压力控制系统优化设计

在锅炉蒸汽产量和负荷用汽量不平衡关系基础上, 根据锅炉主蒸汽压力变化情况, 通过制粉系统改变给煤量, 达到改变锅炉蒸汽产量的目的, 实现对主蒸汽压力的控制。制粉系统的给煤量和蒸汽负荷直接影响锅炉主蒸汽压力。为达到有效控制锅炉主蒸汽压力的目的, 需计算锅炉主蒸汽压力传递值, 其函数表达式为

式中:Kp为静态增益系数, Tp1与Tp2均属时间常数, 而 τp为延迟时间, 单位为s。在实际设计过程中, 以相关资料为依据, 将锅炉主蒸汽压力系数设置为:τp=40 s, Kp=1, Tp1与Tp2分别为100, 50。

1) PID控制系统。比例微积分控制系统简称PID, 其原理简单、应用方便, 参数值具有灵活性、适应性、鲁棒性等, 控制质量不受对象变化影响。主蒸汽PID控制系统结构见图1。

其中, e (t) 为PID控制系统参数, 偏差公式[1]为

采用MATLAB仿真PID控制系统, 在选定的参数值下, 可以得出以下结果。其中选定参数值Kp= 1.2, Ki= 0.008, Kd= 20。 Kp的论域为{-0.3, 0.3}, Ki为积分控制系统的准确性, Kd为微分控制系统的准确性, 是根据Kp的比例来确定的积分和微分[2]。

在实际生产工作中, 主蒸汽压力控制具有非线性, 受随机干扰大, 采用普通的PID控制方法难以达到理想效果。为了消除迟滞性对控制系统调节性能的影响, 实现控制过程的无迟滞性, 可以将SMITH引入PID控制系统。

2) 主蒸汽压力模糊控制系统具有超调小等特点, 引入SMITH预估控制系统, 可以提高模糊控制器的调节能力, 其结构见图2。在主蒸汽压力模糊控制系统中引入SMITH预估控制方法, 能够消除滞后性对控制系统的影响, 达到最优的控制效果, 满足实际生产需要。

3 锅炉控制系统的实现

1) 锅炉DCS控制系统, 即锅炉总线控制系统。按照集散控制思路将其划分为3 个层次:一是信息管理层。主要任务是设定控制系统的关键技术参数、实时参数, 监控运行状况和趋势、故障提示和处理等。二是控制层, 包括PID调节器等模块。系统指令的完成、控制方法选型、自动处理装置异常等是控制系统控制层的主要任务。三是设备层, 包括模拟信号隔离分配器、交流接触器等, 主要作用是接受和执行控制系统指令, 采集和传送检测数据等。

2) 锅炉DCS控制系统的实现。锅炉DCS控制系统中的信号变送器将检测到的信号发送至控制模块, 经处理后形成控制信号, 再由信号变送器返还至执行机构, 实现了锅炉DCS控制系统的设计预期效果。利用现场总线技术、PLC技术等改善和优化锅炉控制系统, 突破传统锅炉DCS控制系统的缺陷, 可切实提高锅炉整体的稳定性。燃烧优化系统在人工神经网络模型的计算基础上, 获得最佳运行参数, 在DCS运行参数设定偏差补偿形式下输入DCS, 从而达到补偿相加的目的, 迫使实际运行参数与最优运行参数值相一致。

在输入DCS优化补偿过程中, 必须先满足自身高低限和变化速率, 以保证顺利进入DCS。在此基础上, 检查数据安全性, 将其设置于加法器中, 避免对原系统产生影响。各分路优化系统组成锅炉燃烧优化系统, 但各分路可单独运行。在锅炉燃烧优化系统异常运行时, 通过DCS自动切除功能, 达到切除各分路的目的, 提升燃烧优化系统的灵活性和独立性, 具体投入逻辑见图3[3]。

4 锅炉热效率试验

以太原某大型国企使用的13 号、14 号锅炉为例。该锅炉由东方电站集团公司生产, 为亚临界、中间再热、自然循环、全悬吊、平衡通风、燃煤汽包炉, 型号为DG-1025/18.2-Ⅱ4。

1) 试验准备。一是经有关试验各方确认该机组已达满意状态。二是整个锅炉机组的严密性检查。三是试验开始前, 所有受热面应保持正常运行时的清洁度。四是锅炉主要运行控制系统正常, 主要运行参数测量元件应经过校验。五是试验开始前, 锅炉运行持续时间大于72 h, 每种工况试验持续时间大于4 h;锅炉主要运行参数至少稳定30 min, 试验期间主要运行参数允许存在波动范围, 锅炉额定蒸汽流量为±3%;额定蒸汽压力为±2%;额定蒸汽温度为+5~-10 ℃。

2) 试验实施。锅炉热效率试验前, 对锅炉各受热面和空气预热器进行全面调试, 调整炉膛氧量在设计值附近, 然后维持主蒸汽温度、主蒸汽压力、再热蒸汽温度和再热蒸汽压力等参数稳定后进行氧量和烟气温度采集。试验期间没有任何干扰工况的操作, 待各参数稳定后, 开始测量各参数, 试验时间维持4 h。

3) 试验结果。锅炉热效率试验结果见表1。

4) 锅炉热效率试验结论。300 MW负荷下, 空气预热器出口氧量为4.09%, 飞灰可燃物含量为3.90%, 实测热效率为90.72% , 修正后热效率为90.98%。280 MW负荷下, 空气预热器出口氧量为5.28%, 飞灰可燃物含量为2.40%, 实测热效率为91.70%, 修正后热效率为91.85%, 与改善前相比, 锅炉热效率提高1.82 个百分点。250 MW负荷下, 空气预热器出口氧量为4.96%, 飞灰可燃物含量为3.16%, 实测热效率为92.46% , 修正后热效率为92.65%。与改善前相比, 锅炉热效率提高1.65 个百分点。190 MW负荷下, 空气预热器出口氧量为6.19%, 飞灰可燃物含量为1.39%, 实测热效率为92.62%, 修正后热效率为92.85%, 与改善前相比, 锅炉热效率提高0.57 个百分点。

综上所述, 由于锅炉装置自身的复杂性和特殊性, 常规锅炉的控制系统很难达到预期控制效果。经过优化设计后的锅炉控制系统能有效弥补和改善传统锅炉的缺陷, 实现锅炉装置的安全、稳定运行, 提升整体运行经济效益。但是面对实际生产要求, 仍然存在一定的弊端, 还需要相关研究者继续深入探索。

摘要：文章结合实际情况, 分析了锅炉控制技术的发展情况和应用现状, 探究了锅炉燃烧控制系统与锅炉主蒸汽压力控制系统的优化设计, 讨论了锅炉控制系统的实现路径。

关键词：锅炉控制系统,富氧燃煤,蒸汽压力

参考文献

[1]于永茂, 高德欣, 杜厚朋.基于C#与组态软件的锅炉优化控制系统设计[J].自动化与仪表, 2013 (1) :39-42.

[2]刘智.基于辐射能信号的300 MW直流锅炉优化控制系统的研究和应用[D].武汉:华中科技大学, 2011.

篇4：设计优化的成本控制

摘要：在进行软弱地基上的桩基础施工时，关键要做好基础沉降控制的设计。一般在设计时认为负载都由桩来承担，不考虑桩间土的承载力。本文围绕这方面展开讨论，分析了沉降控制复合桩基的优化设计方法，该方法通过合理地计算分析，使水闸的沉降得到较好的控制，平均沉降和整体承载力均符合规范要求，并且降低了施工的成本。

关键词：软土地基；水闸；沉降控制复合桩基；水闸设计规范；地基基础设计规范

引言

随着我国经济的不断增长，建筑施工项目越来越多，建筑技术得到了发展，也保证了施工项目的质量。但是在一些施工项目中，由于没有做好复合桩基沉降控制的工作，直接影响了施工质量。因此如何对沉降控制复合桩基进行优化设计成为了施工人员需要解决的问题。下面结合实例对此进行讨论分析。

1 地质资料

根据勘察单位提供的地质勘察报告，水闸基础下各层土的地质参数详见表1，各层土e-p曲线见表2。

计算原理

2.1 沉降控制复合桩基（以下简称复合桩基）设计应符合下列要求

（1）复合桩基中的桩宜采用桩身截面边长小于等于250mm、长细比在80～l00左右且桩身质量有可靠保证的预制方桩。桩距不宜小于5～6d，并应按桩端穿过高压缩性淤泥质土层、并进入压缩性相对较低的持力层的要求选择桩端埋深。复合桩基承台埋深不宜小于建筑物高度的1/15。

（2）桩与承台下地基土共同承担外荷载的原则如下：当作用在承台底面的荷载准永久组合值大于复合桩基中各桩的单桩极限承载力标准值之和时，桩承担相当于各单桩极限承载力标准值之和的荷载、承台下地基土承担余下之荷载；当作用在承台底面的荷载准永久组合值小于等于复合桩基中各桩的单桩极限承载力标准值之和时，桩承担全部荷载。

2.2 复合桩基的沉降计算应符合下列要求

若作用在承台底面处的荷载准永久组合值为P、承台底面处地基土自重应力为σc，则在该承台下布有n根桩（单桩极限承载力标准值为Rk、扣除浮力作用后的自重标准值为Gpk）的复合桩基，其沉降计算可按下述原则进行：

（1）当P-σcAc≤nRk时，沉降即为在桩顶附加荷载为（P-σcAc）/n+Gpk的n根桩作用下产生的沉降，可参照公式（3-1）、（3-2）计算，沉降计算经验系数宜取1.0。

（2）当P-σcAc≥nRk时，沉降由两部分组成，一部分是在桩顶附加荷载为Rk+Gpk的n根桩作用下产生的沉降，可参照公式（1）、（2）计算，沉降计算经验系数宜取1.0；另一部分是在承台底面附加荷载为P-σcAc-nRk作用下产生的沉降，可按公式（3）计算。

（1）

（2）

T-在沉降计算点处压缩层范围内自桩端平面往下的土层数；Es，t—桩端平面下第t层土在自重压力至自重压力加附加压力作用时的压缩模量（MPa）；nt-桩端平面下第t层土的单向压缩计算分层总数；σz，t，i-桩端平面下第t层土的第i个分层处土体的竖向附加应力（kPa）；Δ Ht，i-桩端平面下第t层土的第i个分层的厚度；ψm-桩基沉降计算经验系数；Q-单桩沉降计算荷载（kN），取对应于作用效应准永久组合时的单桩平均附加荷载；L-桩长；1-α，α-分别是桩的侧摩阻力和端阻力占沉降计算荷载的比；Ip，j、Is，j-分别为第j根桩的桩端阻力和桩侧摩阻力对应力计算点的应力影响系数。

s-地基最终沉降量（mm）；ψs-沉降计算经验系数；p0-按作用效应准永久组合计算时的基础底面附加压力（kPa）；n-地基压缩层范围内的土层数；b-基础宽度（m）；i-自基础底面往下算的土层系数；δ-沉降系数；Es，0.1～0.2-地基土在0.1～0.2MPa压力作用时的压缩模量（MPa）。

3 沉降计算分析与桩基优化设计

根据《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010），选择边长250mm×250mm的C30钢筋混凝土预制方桩，考虑桩端穿过④层淤泥质粘土进入⑤1层粘土，计算不同桩长、桩距情况下的闸底板沉降值，采用同济启明星桩基础设计计算软件PiLe7.3计算，计算结果详见表3。

3.1 桩长对沉降的影响

由表3及图1分析可知：

（1）桩数相同、桩距相同、桩端持力层相同的情况下，桩长越长，沉降值越小。

（2）桩端在⑤1粘土中，桩长每增加1m，沉降值减少显著，基本在10～20mm之间；桩端进入⑤2粘质粉土后，桩长每增加1m，沉降值减少很小，基本在1～6mm之间。由此可见，桩端持力层选择在⑤1粘土中比较经济。

（3）在桩长22m以后，沉降值随桩长的变化趋势发生明显转折，因为该处高程为-23.5m，位于⑤1粘土与⑤2粘质粉土分界线上。⑤1、⑤2层土分界线高程-23.56m，桩端应距离该分界线足够的距离，因此桩长选择20～21m较合适。

图2 不同桩数、桩长时闸底板沉降值分布图

3.2 桩数、桩距对沉降的影响

由表3及图2分析可知：

（1）桩长21m时，桩的数量为91根的沉降值为61.6mm，171根桩时沉降值为57.4mm，沉降值相差仅4.2mm，但是数量相差悬殊，明显是91根桩的方案合理。

（2）桩长20m时，桩的数量为91根的沉降值为78.3mm，171根桩时沉降值为68.1mm，沉降值相差10.2mm，但是数量相差悬殊，明显是91根桩的方案合理。

由此可见无论桩长21m还是桩长20m，都应该选择91根桩，桩距7d的布桩方案。

桩长21m的布桩方案比桩长20m的布桩方案沉降值减小了78.3-61.6=16.7mm，混凝土方量增加了0.25×0.25×（21-20）×91=5.7m3，考虑增加的工程量较小，但是沉降减小明显，因此最终选择桩长21m，桩距7d，边长0.25m，总桩数91根的布桩方案。

3.3 桩基承载验算

根据实验结果，对于摩擦型桩基础，桩间土能承担一部分上部荷载，设计时如考虑桩间土承担底板底面以上10%～15%的荷载，工程仍是安全的。

对优化后的桩基验算其承担的荷载，过程如下：

P=35，778kN，σc=18.5×1.5=27.75kN/m2，Ac=23×12=276m2

Rk=715.3kN，n=91，nRk=715.3×91=65，092.3kN

P-σcAc=35，778-27.75×276=28，119kN

基础上部荷载全部由桩承担，因此在闸底板下布置边长0.25m，长21m，桩距7d即1.75m，总桩数91根的优化方案是安全可靠的，同时相比可研阶段的桩基布置方案节省了41%的混凝土量，沉降值减小了10.6mm，经济性大大提高。优化后的桩基布置方案与可研阶段桩基布置方案对比详見表4。

表4 桩基方案对比表

4 结语

综上所述，传统的在软土地基上的水闸桩基设计中不考虑底板下地基土与桩共同承担外荷载的设计理念显得十分保守，我们可以根据实际情况，设计时结合规范标准和理论，考虑桩间土承担底板底面以上一部分的荷载，适当提高复合基桩的实际承载力，达到不影响施工质量的前提下降低施工成本的效果。

参考文献：

[1]黄智鑫.沉降控制复合桩基在软土地基水闸设计中的应用[J].中国水运月刊，2014，14（6）.

篇5：设计优化的成本控制

摘 要：本文介绍了在一种料库自动送料的电气控制系统，其自动送料机在完成自动送料的同时，能够适时的进行弯曲面的转换，其电气控制系统全部采用PLC编程来完成送料和弯曲面转换的自动控制，这对其他自动送料的电气控制系统的设计具有指导意义。

关键词：自动送料;电气控制系统;PLC

1.引言

随着我国电气自动化的迅速发展，冲压件的需求量越来越大。在实际工作中，经常会碰到一些棒料空间弯曲件。其形状较复杂，需多处弯曲，而且有一些弯曲是在不同的平面内进行，需要将棒料在弯曲过程中进行空间位置的旋转。这给其多工位级进模、尤其是料库自动送料的电气控制系统的设计带来困难。

为此，我们需要利用弯曲件的空间结构特点，进行弯曲面的转化给这类自动送料电气控制系统带来方便。

2.冲压工艺分析

线架自动送料冲压生产的工序安排共5个工位。

其中第1工位为落料切断，下料长为251.5mm;

第2工位为棒料中间部位朝下进行的“U”形弯曲，弯曲深度为10mm;

第3工位为棒料两端朝下的弯曲，向下弯曲长度为18mm，此工位的弯曲成形面与第2工位的垂直;

第4工位为棒料两端朝下的弯曲，向下弯曲45.77mm，此工位的弯曲成形面与第3工位的在同一平面内;

第5工位为棒料两端已成形的臂部上的D处朝下进行的“V”形弯曲，“V”形弯曲的顶点位于臂部的中心位置，其弯曲成形面与第4工位的垂直。

3.级进模结构

线架空间弯曲多工位级进模主要由落料和弯曲上、下模，自动抬料、送料和勾料机构及其控制系统组成。落料和弯曲上、下模均采用镶拼结构分别安装在上下模的固定板内。先抬料、再送料，在最后一道“V”形弯曲之前还需要勾料。抬料机构由抬料气缸、支架联接板、气缸滑板、盖板和支架组成;抬料气缸可以将送料机构抬高10mm，并且整个抬料机构可以在下模板的凹坑内随送料机构一起水平左右滑动50mm。

送料机构由气缸支撑板、气缸滑板、送料气缸、盖板、支架联接板和支架组成;送料气缸可以将各工位上落在支架凹槽内的棒料向前(即向右)送进50mm，并且整个送料机构可以在盖板内上下滑动10mm。

勾料机构由勾料臂、勾料气缸和气缸座组成。最后一道“V”形弯曲采用斜滑块机构，由“V”形弯曲凹模滑块、滑块盖板、滑块复位装置和斜楔组成。只有在勾料臂向下勾料使线架在送料支架的.凹槽内旋转，从而使线架两端已弯曲成形的臂部抬起并超过下模工作台面之后，“V”形弯曲凹模滑块才能在上模的斜楔作用下向模具中间滑动。向内滑动到一定位置(第一关键点)时，勾料气缸使勾料臂抬起，“V”形弯曲凸模才下行到与棒料接触并完成线架处的“V”形弯曲。

电气控制系统主要由电磁换向阀、接触器、中间继电器、行程开关和PLC组成。

4.自动送料控制系统

用空气压缩机为电气控制系统提供动力。为了达到控制需要，采用双电控滑阀式电磁换向阀控制气缸的前后腔进气或排气;为保证送料准确度和稳定性，选用双作用气缸。

在线架空间弯曲多工位级进模的送料控制系统中选用了3个双电控滑阀式电磁换向阀和3个双作用气缸。控制原理为线架空间弯曲多工位级进模送料控制系统的电气控制原理。PLC发出指令控制继电器和接触器，从而控制相应的气动电磁换向阀，进一步控制相应气缸的进排气，完成自动抬料、送料和勾料动作。

5.多工位级进模工作原理

(1)在PLC上设定加工程序。

(2)初始状态时，模具处于闭合状态，所有气缸均处于等待的原位(即控制支架动作的两个气缸处于收缩，而控制勾料臂的气缸处于伸长状态。

(3)按下启动按钮，启动加工程序，PLC发出指令，接通继电器使交流接触器通电，冲床启动。PLC再发出指令，继电器闭合，电磁离合器闭合。

(4)压力机滑块上行，“V”形弯曲凹模滑块在滑块复位装置的作用下向模具两侧退回。PLC同时发出指令，使气动电磁换向阀接通，抬料气缸后腔进气，前腔排气，支架上升10mm，将各工位上、落在支架凹槽内的圆形棒料或半成品抬高到高出下模工作表面3mm，同时整个送料机构在盖板内向上滑动10mm。滑块上行至上死点时，触动行程开关，继电器断开，电磁离合器断开。

(5)PLC再发出指令，使气动电磁换向阀接通，控制送料气缸后腔进气，前腔排气，使支架前进一个送料步长50mm，将各工位上的半成品送到下一工位，同时使整个抬料机构在下模板的凹坑内水平向右滑动50mm。

其中在将第2工位上有朝下“V”形弯的毛坯送到第3工位的过程中，利用下模固定板上的斜面中紧挨“U”形弯曲凹模的斜面将朝下的“U”形弯旋转到水平面上，完成第2工位的弯曲成形面向第3工位的转换。而第5工位上的成品则送到下模固定板右边的斜面上，下一次送料时，工件成品被支架的前端面推到下模固定板右边的缺口，经由下模板右边的方孔落入工件箱。

(6)送料结束，PLC发出指令，使气动电磁换向阀换向，控制抬料气缸前腔进气，后腔排气，拉动支架及整个送料机构下降10mm，回到原位;与此同时，PLC发出指令，使送丝继电器闭合，送丝机工作，开始经切断凹模的刃口向模具送进棒料;同时电磁换向阀接通，控制勾料气缸前腔进气，后腔排气，勾料臂下降，使第5工位上的半成品线架在送料支架的凹槽内旋转，从而使线架两端已弯曲成形的臂部抬起并超过下模工作台面，支架下降结束时，触动行程开关，PLC发出指令，使电磁换向阀换向，送料气缸前腔进气，后腔排气，使支架及整个抬料机构向左回退一个工位50mm，回到原位;与此同时，PLC发出指令，压力机滑块开始下行，下行到“V”形弯曲凹模滑块向内滑动至第一关键点时，触动行程开关，电磁换向阀换向，勾料气缸前腔排气，后腔进气，使勾料臂上升而松开棒料;勾料臂复位完毕，PLC发出指令，使送丝继电器断开，送丝机停止向模具送进棒料。压力机滑块继续下行到下死点，同时在第1工位切断棒料，在第2工位完成中间的“U”形弯曲，在第3、4工位完成两端朝下的弯曲，在第5工位完成两端臂部的“V”形弯曲。

(7)压力机滑块下行到下死点时，模具处于闭合状态，所有气缸均回到原位，完成一个加丁循环，回到第(4)步，进入下一个加工循环。

(8)当按下停止按钮时，PLC控制所有气缸退回原位，断开所有继电器，冲床处于下死点，运行指示灯全灭，停止加工。

6.结束语

本文所介绍的线架空间弯曲多工位级进模巧妙的利用线架弯曲件本身的空间结构特点、在各弯曲工位上进行弯曲面的转换。 其送料电气控制系统能自动完成抬料、送料和勾料动作。而且全部采用PLC编程来自动控制，这对其它类似多工位级进模的设计具有指导意义。

参考文献

[1]胡乾斌.单片微型计算机原理与应用[M].武汉：华中科技大学出版社，.

篇6：设计优化的成本控制

2.1机器人步态优化

机器人的步态控制是一个有着诸多变量，强耦合、非线性的复杂力学系统，在机器人动态步行设计过程中，如何对其平衡性以及步伐控制进行设计，有着十分繁琐的分析，传统的方法进行步行控制设计，往往需要依赖设计者的主观经验和直觉，新型化的模型也使得其结果并非最优。即使一部分算法满足了步行设计标准，但限制了机器人在不同环境下的步行能力，用遗传算法。在一定约束条件下，诸如限制其步行速度和步幅，进而建立合适的适应度函数，将机器人的走路问题转化为参数搜索问题，融合遗传算法中的隐含并行性，进行非线性的问题解决，最终得到不同约束条件下的最优行走方法。

2.2机器人关节空间运动优化

机器人关节空间自由运动规划是一个有着巨大挑战性的问题，其主要表现在两个方面，一是需要借助通用的方法来处理诸多运动学力学的约束问题，另外它需要使用高效算法在十分复杂且庞大的空间结构中，构建自由轨迹，来保证机器人运动的准确、稳定。虽然在机器人关节运动在控制研究过程中，有学者使用最优控制理论解决一些问题，但自由控制理论并不能解决高度耦合、高度非线性的机器人动力学模型，使得结果虽然是最优解，但并非最适合实际情况。在遗传算法下的，处理大规模运动力学和控制约束问题，能够实现更好的性质，并且庞大的复杂轨迹空间中非线性的检索方法，也能够尽可能的找出最优的运动轨迹，保证轨迹连续、速度连续。

2.3多机器人路径协调

多机器人协同工作是未来机器人控制中的重要方面，机器人路径规划是指在一定工作空间内为机器人，实现不同任务所提供的高效安全的`运动路径，在实际应用过程中，每个机器人都需要有特定的准确路径，通常使用原则是提醒人所行走的路径长度最短，消耗能量最少，使用时间最多，以往的算法提出可视图人工势场等等能够在一定程度上解决机器人路径协调问题，但容易使得部分机器人停滞不前，全球上降低了机器人的工作效率。应用遗传算法来调整路径点要通过，事先规划好的工作空间路径点链接图进行建模，在此基础上应用遗传算法调整路径节点，进而一步一步得到较优的行走路径，逐层传递的非线性二进制路线编码机器人在行走时能够逐步的解决路线问题，更好的符合现实中机器人录像协调问题规划需要。

3结语

遗传算法充分考虑自然界生物自身行为进化方式的诸多内容，所以在进行机器人控制时，对于机器人的行为控制也能够将其与自然界生物行为相联系，从某些方面使其更适应实际情况当中的问题解决。遗传算法对于机器人控制设计，只要能够更好的解决多机器人路径，协调机器人自身运动协调等等方面的问题，通过深入分析遗传算法，未来机器人控制还会有着更为长远的应用空间。遗传算法在诸多方面都有着自身所特有的优势，尽管在一些方面其并不适合直接的数学方法分析，但对于逻辑行为的指导有着巨大的带动意义，尤其是在机器人行为控制上，能够推动工业机器人的功能性。

参考文献

[1]丁度坤,谢存禧,张铁,蒋贤海.遗传算法在工业机器人控制中应用研究[J].机械设计与制造,(03):13-16.

篇7：浅谈前期优化设计控制工程论文

一、优化设计对基建工程投资经济性的重要作用

(一)设计原则和设计单位的设计思路直接影响工程项目总投资

工程项目所确定设计思路和设计原则直接决定工程项目总投资，如新技术应用，进口设备的选用，系统布局原则，集约节约程度，附属设施投入和外购程度，配套设施替代条件，艺术性及形象工程关注程度，可持续发展的条件，创造性思维和方法的应用，等等，都会对项目总投资起到决定性作用。

(二)设计方案直接决定项目投资的经济性

设计方案的优劣，系统流程的合理性，设备配置的合理性和效果，资源节约利用程度，先进经验、技术的普及性，落后淘汰技术的替代和更新程度等，都要进行经济、环境、政策分析，做风险评估，最终确定项目投资的经济性和节约程度。

(三)设计质量和效果是影响工程造价的重要环节

工程设计方案的优化是通过人员优化、项目设计管理优化以及科学的统筹安排来完成的系统工作。项目设计管理过程要抓住重点与关键点进行重点控制,以此提高工程设计方案质量，减少设计变更，控制重复投资，大力降低工程造价。

(四)设计方案优劣直接决定投运后的.经济效益

设计方案不仅要考虑投资额的高低，还应考虑项目投产后的生产成本高低和经营效益的好坏，与同行业的竞争优势，环境及社会影响程度，更新及技术改造的投入程度等。

二、优化设计对控制工程造价的途径

(一)加大设计管理力度

业主单位必须高度重视优化设计工作，积极采用招标等方式优选出设计单位，优化设计原则，明确设计思路和方法，全过程对设计优化加大监管力度，以系统设计的方法对项目的整体性、相关性、有序性、动态性、先进性、安全性、经济性和最优化进行分析、论证，运用最优化的方法建立一个最佳系统、最佳投资的建设项目，确保设计优化工作全方位开展，保证投资项目经济、节约、高效。

(二)做好设计方案的全方位细化优化和动态管理工作

设计方案优化包括工艺流程的优化、设备优选、耗用物料的节省、总图布置优化、自动化的优选结构的优化、技术领先战略最优、技术经济指标应达到最优等。最终确保项目设计达到功能满足、技术先进、安全适用、结构合理、满足环境及节能要求、投资节省，对设计方案要以提高综合价值为目标，以功能分析为核心，以系统观念为指导，形成最佳方案。

(三)利用价值工程进行经济性比较

在方案设计中，需要考虑整个设计方案的价值，要充分考虑项目的投资价值和功能价值。需要运用价值工程原理，从功能和成本两方面来进行评价,计算改进方案的成本和功能值,根据改进方案的评价,从中优选最佳方案，从而通过优化设计方案有效地降低工程造价。

(四)强化基建期间的设计管理和设计质量控制

要加强施工阶段的设计管理，控制设计变更，同时按优化设计管理的流程和办法，做好设计变更和设计质量控制工作，强化优化设计效果。

(五)充分发挥第三方功能对设计工作进行监督和评价

设计阶段，积极推行设计监理制，对设计优化和过程设计进行监理，并对相关关键环节、关键技术同时可委托社会专业机构进行专项评价，充分利用第三方的监督、评价职能，督促设计单位提高优化设计的水平和效果。切实推行限额设计，推广标准化设计及典型性设计。实行项目技术经济评价机制，对设计方案的项目功能、造价、工期和设备、材料、人工消耗等方面进行定量与定性结合的综合分析，确定技术经济效果好的设计方案，提高投资效益。

(六)安全和节能减排作为投资项目优化设计的重中之重

在项目设计中不仅仅考虑技术经济的优化，更要注重系统设备的安全性，并要把节能减排指标的控制作为重要设计原则进行设计优化，在造价控制过程中，要充分考虑项目投资的功能价值和工程项目的社会价值，达到综合价值最大化。

(七)制定优化设计、节约投资的激励机制

项目单位必须制定相应的优化设计的奖惩管理办法，结合设计监理和设计方案评价机制，从设计方案选定和评价，设计变更多少和影响程度，投资费用的节省，生产运营效果的评价和行业竞争优势的比较，等等，全方位推行设计奖惩机制，推行设计索赔制度，切实保障设计质量和控制造价。(八)优化设计要勇于创新，敢于突破设计规范修改周期一般较长，而现在科学技术的发展又日新月异，设计工作要勇于创新，敢于突破，这不仅能节约造价还能为优化设计打下坚实的基础。

三、结束语

篇8：基本成本的排水管道优化设计研究

关键词：成本优化,排水管道,工程造价,优化设计

1 管网成本函数分析

排水管道系统的造价函数如下[1]:

其中,D为管道的管径;h为埋设深度。

因此排水管道系统的造价函数为:

其中,Q为设计流量;h/D为污水管网设计充满度;i为管网设计坡度;id为地面坡度。

对一个城市来讲,地形是固定不变的,因此id也是固定的,所以整个成本造价可进一步简化为:

这样,对于排水管道的优化设计,为了使得遭际最低,就是在满足约束的条件下,寻求Q,h/D,i进行最优组合。

2 排水管网设计计算的约束条件

在GBJ 14-2006室外排水设计规范中已经对排水管网设计做出了许多具体的规定,因此在设计中需要遵守下列规定:

1)管径D。在规范GBJ 14-2006中规定了如果污水管道设于街坊或厂区内,那管径最小为200 mm,如果设立于街道下面,那管径最小为300 mm,雨水管道和合流制管道的最小管径为300 mm;同时还指出在管径计算中,管径的递增或递减是非连续非均匀的。如果管径小于500 mm,那么管径的递增或递减以50 mm为一级,如果管径大于500 mm,管径的递增或递减以100 mm为一级。2)充满度h/D。在规范GBJ 14-2006中规定雨水管道和合流管道的设计按满流计算h/D=1,污水管道按不满流计算h/D<1,其设计规范如表1所示。但是在实际设计中为了减少造价,设计充满度为设计的下限值,各种管径的最小充满度应小于0.25。在以最大和最小充满度范围,选用设计充满度,最优就可以达到设计优化的目的。3)设计流速v。设计规范对不同管径在设计充满度下的最小流速提出了如下要求:管径为500 mm的最小设计流速为0.7 m/s,管径为600 mm～1 000 mm的最小设计流速为0.8 m/s,管径为1 100 mm～1 400 mm的最小设计流速为0.9 m/s,管径不小于1 500 mm的最小设计流速为1.0 m/s。4)坡度i。设计规范对最小设计坡度指出在街道采用的最小管径为300 mm,其最小设计坡度为0.003;在街坊和厂区内的最小管径为200 mm,相应的最小设计坡度为0.004。但是为了保证运行和维护方便,在设计中还应考虑最大设计坡度,在平坦地区的最大坡度应用最小设计坡度约束,地形坡度大的地区则应用最大设计坡度约束。5)如果设计流量逐段增加,那么设计流速也应进行增加。只有当坡度大的管道接到坡度小的管道且下游管段的流速已大于1 m/s的情况下,设计流速才允许减小。6)如果管道在坡度变陡处,其管径可根据水力计算确定由大改小,但是不能小于最小管径。7)检查井内衔接的管道,需要采用水面或管顶平接,但是需要注意的下游管段起端的水面和管底标高都不得高于上游管段终端的水面或管底标高。8)如果设计流速小于最小设计坡度,而且充满度等于0.5左右的时候,就可以直接采用最小管径和最小坡度进行设计。9)在旁侧管道与干管交汇处,若旁侧管道的管底标高比干管的管底标高大很多时,为保证干管有良好的水力条件,最好在旁侧管道上先设跌水井后再与干管相接。

3 优化选择的基本思想

1)尽可能减小管道埋深。

排水管道的埋深对工程造价的影响非常重要,总的来说,管道埋深越大,造价越高,施工越困难,施工期越长。例如,某地的排水管道工程中,当埋深较浅,采用列板支撑时,沟槽土方、支撑及排水费用约为总铺设费用的15%～20%,当埋深较深,采用钢板桩保护槽壁时,费用可达40%～60%。上海某地区排水工程,在设计复查中将部分污水管道的埋设标高提高1 m左右,则节约工程投资近40万元。因此,合理地确定管道埋深对降低工程造价是十分重要的。在土质较差、地下水位较高的地区,若能设法减小管道埋深,对于降低工程造价尤为明显。

在一定条件下,决定管道埋深大小的唯一直接因素是管道坡度。另一方面,从排水管道计算所采用的均匀流基本公式(6)和式(7)来看。

当水力半径不变,管底坡度与流速的平方成正比,即在满足所有设计流速的约束条件的前提下,减小流速能更大幅度地减小管底坡度和埋深。

2)选择尽可能大的设计充满度。

在管道设计中,减小管径也能减小管材与工程造价但是在约束条件下除了最小管径外没有对管径大小的具体要求,而对设计充满度却有严格的规定,因而无法直接选取一个最优管径来满足有关约束条件。如果在已知设计流量初步确定了流速的情况下,选择一个尽可能接近最大设计充满度的管径,那么这个管径就是该条件下可以选择的最小管径。

如前所述,减小某一管段的坡度和埋深对减小该管段和下游管道的工程造价都有十分重要的意义。这里指出的选取尽可能小的设计流速和尽可能大的设计充满度的方法,实质上是从降低管道的坡度和埋深,减小管段管径两个角度来对设计参数进行优化选择。对于雨水管道系统的设计,由于设计充满度h/D=1,不用考虑设计充满度这一条件。

3)检查井内管段衔接时尽可能减小下游管段埋深。

在满足管段在检查井内衔接的约束条件的前提下,根据相衔接两管段的管径与管段中的污水深度等具体情况,来选择水面平接、管顶平接和管底平接等不同的衔接方式,以便尽可能减小下游管段的埋深。除了上下游管段的管径均为200 mm(不计算管径)外,只要下游管段中的污水深度不小于上游管段中的污水深度,都采用水面平接。如果当下游管段的管径比上游管段的管径大时,采用管顶平接;如果下游管段的管径变小时,则采用管底平接,以防止下游管底标高高于上游管底标高。

4)以全局优化的思想指导设计参数的选择。

为了使得整个管道成本达到最优,往往是需要牺牲整个项目中局部的一些方面,具体来说,如果管网控制点位于地势较低的地方或在地形逆坡处,不能因为照顾这个控制点而来对整个管网的埋深都增加,因此可以采用一些回避的方法来解决这些问题,比如采用加强管材强度、回填土以提高地面标高等,以减小控制点管道的埋深,从而减小整个管网的埋深,这样就可以大大的减少工程投资。但是在设计中如果只考虑对所计算的管段设计参数进行优化选择,而不考虑该管段的流速和坡度对下游所有管道的影响,则有可能使下游管道的工程造价大大增加,这就违背了全局优化的思想原则。所以在设计中需要体现全局的思想,但也不能因为部分的全局而影响了大局。

4 结语

本文按照排水管道成本函数出发,对影响排水管道成本的因素进行分析,然后以GBJ 14-2006室外排水设计规范为依据,给出了排水管网设计计算的约束条件,并按这些约束条件为基础,分析了优化选择的基本思想,也就是首先考虑尽可能小的设计流速和埋深,选择尽可能大的设计充满度,检查井内管段衔接时尽可能减小下游管段埋深以全局优化的思想指导设计参数的选择。

参考文献

[1]孙慧修.排水工程[M].北京:清华大学出版社,1996.

[2]李树平,刘遂庆.城市排水管网系统设计计算的进展[J].给水排水,1999,25(10):9-12.