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2.減速器齒輪箱體的優化設計

本論文的優化目的在于在齒輪箱結構滿足強度和剛度的基礎上，進行減輕重量，并完成合理均勻分布應力的優化工作。我們提出的優化具體設計為：

第一步，針對結構確定設計方案，并通過CAD軟件進行建模。

第二步，通過CAD軟件和有限元分析軟件的連接傳遞到有限元分析軟件中，并獲得相關的應力以及位移等參數。

第三步，據實際情況進一步確定優化目的，對設計進行計算結果分析和比較，明確能夠修改的結構參數。

第四步，通過修改參數，重新進行分析，并通過這種方法獲得結構參數以及相應的響應值。并完成最佳參數的選取，同時得到更加科學合理的結構和尺寸。

我們做出的優化主要是針對箱體的質量的。即在外載荷不變而且不改變結構布局的前提下，對齒輪箱進行優化。將重量當作優化的目標函數，采取結構優化設計技術能夠在確保質量的情況下，有效節約成本，提高質量。實現安全性、可靠性、節約型等多個層面的兼顧。因為結構布局和材料是固定不變的，所以箱體結構也是不發生變化的，僅僅是把箱體的具體部位厚度作為設計變量，用箱體工作結構的最大位移作為狀態變量，把結構的質量當作目標函數。也可以說是在原設計的基礎上，不對其做大的調整和改變，僅僅是對結構最大允許最大范圍進行調整，達到箱體最輕的優化設計效果。引入邊界條件的方法，考慮邊界條件。在邊界條件發生改變時，場變量函數并不需要改變，這對于通用程序有大的簡化。

3.減速器優化設計的數學模型

3.1目標函數

目標函數為A=min{f(x)} =min{f(x1, x2,…, xn)}其中： A為減速器總的中心距離，也就是各中心距的綜合；x為設計變量(包含中心距和螺旋角以及齒數、模數等等)； n為變量的數目。

3.2約束條件

約束條件是用來判別目標函數當中變量的取值可行與否的規定，所以減速器優化設計中提出的任何一個方案都必須滿足所有的約束條件的變量所構成。在給出優化設計的約束條件的情況下，需要從各個方面進行周密的考慮。比如設計變量本身的取值要求；齒輪和零件的緊密程度等等。一般來說要充分考慮到以下幾個約束條件:

一是離散性約束。其中包括齒數，也就是每個齒輪的齒數需要是整數；模數：要求齒輪模數必須符合模數系列(GB1357-78)的要求；中心距：要以10mm為單位。

二是上下界約束。螺旋角：對于直齒輪應當為零，斜齒輪取8°~15°；總變位系數：因為總變位系數能夠影響齒輪承載能力，通常取0~0. 8。

三是強度約束。一般是指齒輪的齒面接觸強度和輪齒的彎曲強度，依據GB3480-83標準進行。強度是否達標，需要根據實際安全系數進行實踐檢驗。

四是根切約束。為規避根切現象，規定出最小的齒數，其中直齒輪是17，斜齒輪是14到16之間。

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《2009最新版防突細則》第四十九條中預抽石門揭煤鉆孔的最小控制范圍為兩個必要條件，意思不夠直接明確；鉆場設計繁瑣，且大部分鉆場設計工作者未能把鉆場設計與計算機緊密結合；鉆場鉆孔求值參數多，求值方法多，但卻未選擇最優求值參數，導致設計鉆孔參數不夠精確。筆者針對以上情況以預抽石門揭煤鉆孔為例闡述了鉆孔最小控制范圍和最少最優求值參數，以便精確、方便、快捷的設計鉆場鉆孔。

1、鉆孔最小控制范圍解析

《2009最新版防突細則》第四十九條（四）：預抽石門揭煤鉆孔的最小控制范圍是：石門和立井、斜井揭煤處巷道輪廓線外12m（急傾斜煤層底部或下幫6m），同時還應保證控制范圍的外邊緣到巷道輪廓線的最小距離不小于5m。

據以上規定可知石門揭煤鉆孔最小控制范圍為兩個充分必要條件，即：煤層傾角β＜45°時，最小控制范圍需滿足上、下幫巷道輪廓線外傾向12m和法向5m，左、右兩幫法向5m；β≥45°時，最小控制范圍需滿足上幫巷道輪廓線外傾向12m和法向5m，下幫巷道輪廓線外傾向6m和法向5m，左右兩幫法向5m。

根據煤層空間位置關系可知：sinβ=法向控制范圍/傾向控制范圍，煤層傾角β越小，法向5m所控制的傾向范圍越大。經分析石門揭煤鉆孔最小控制范圍如圖表1所示。（注：asin(5/12)=24.6°,asin(5/6)=56.4°）

表1石門揭煤鉆孔最小控制范圍

煤層傾角范圍

上幫

輪廓線外

下幫

輪廓線外

左、右兩幫

輪廓線外

β≤24.6°

法向5m

法向5m

法向5m

24.6°＜β≤56.4°

傾向12m

法向5m

法向5m

β＞56.4°

傾向12m

傾向6m

法向5m

2、鉆場情況及鉆場設計

煤層厚2m，傾角β=30°；石門揭煤巷道高3m，寬5m，方位α0=195°。據《2009最新版防突細則》及表1設計石門揭煤鉆場如圖1。（為視圖清晰，抽采半徑假定為5m）

圖1預抽石門揭煤鉆場設計圖

3、最少求值參數

以28號鉆孔為例，預抽鉆孔立體及簡化圖如圖2所示。線EC為28號鉆孔線，面ABCD為水平投影面，線AC為鉆孔水平投影線，面ADHE為鉆孔鉛垂剖面，線ED為鉆孔鉛垂剖面線；α偏28鉆孔方位偏角，θ為鉆孔傾角，H為穿煤孔深等鉆孔參數。

圖2預抽鉆孔立體及簡化圖

由圖1中鉆場設計剖面圖，直角三角形AED除直角外有5個參數（三角形的3角3邊）均可用CAD量出；由圖1中鉆場設計平面圖，直角三角形ADC除直角外有5個參數均可用CAD量出。直角三角形ADC與AED有一條公共邊AD，所以兩三角形一共有9個參數，且均可量出，但量取參數是繁瑣的重復過程，為此需確定最少的參數并準確的求取所需的鉆孔參數。

如圖2中28號孔空間立體簡化圖，經分析：需求解α偏28、θ28和H28必須求解四面體ACDE，而把直角三角形AED和ADC解出，四面體ACDE即解出。直角三角形已知2個參數（除直角外）即可求解，求解兩個直角三角形需4個參數，因為直角三角形AED與ADC有一條公共邊，所以求解這兩個直角三角形僅需3個參數，且直角三角形AED與ADC各需至少一個參數（公共邊AD除外），即求解鉆孔α偏28、θ和H參數僅需3個參數。

4、最少求值參數種類

經上分析：已知求解參數有9個，為計算鉆孔參數方便快捷僅需3個求解參數即可，直角三角形AED與ADC各需至少一個參數（公共邊AD除外），即一個三角形2個參數，另一個三角形1個參數（不包括公共邊）。

無公共邊最少求值參數種類：（C42-C22）×C41×C21

有公共邊最少求值參數種類：C41×C41

最少求值參數種類：（C42-C22）×C41×C21+C41×C41=56(種)

5、最優求值參數

已知求解參數有9個：包括4個角度，5條邊。

結合圖1與圖2分析：

1）、方位偏角α偏可直接量出但每個鉆孔的偏角不一，且量取角度誤差較大；

2）、每個鉆孔的AC與DE不一，需一一量出；

3）、1、5……25號孔，2、6……26號孔，3、7……27號孔和4、8……28號孔的X(CD)各均相同；

4）、1-4號孔、5-8號孔、9-12號孔、13-16號孔、17-20號孔、21-24號孔和25-28號孔的Y（AD）和Z(AE)各均相同。

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Keywords:middleschoolyard;thebuildingofteaching;sitedesign;integrality;harmonization

在當代教育事業不斷發展的大好形勢下，學校招生規模在擴大，校園建設速度也在提高，在建設過程中面臨校園總體布局重新整合的問題，新舊建筑和諧共處的問題，以及實現校園建設可持續發展的問題等。在既有環境中，一座新建筑的介入，建筑設計必須從建設基地特定的自然條件和人文環境出發，把新建筑視為既有環境中的一個重要組成部分，通過優化設計要素進行環境整合，只有這樣，才能在一定程度上體現環境的特殊性，才能表現建筑師對建筑與環境理解的個性化，從而體現建筑與自然的和諧關系，使得建筑風格不僅兼具特定地域的環境特征和人文特色，又能提高校園整體可持續發展的適應性。

1工程概況

南安職業中等專科學校（以下簡稱“南安職專”）位于福建省南安市城南，泉州市鯉城區通往南安市的308省道線南側。整個校園坐落于山丘之上，總體成北低南高的走勢。從校園的總體布局上看，其主軸線從北側的正大門始向西南方向至辦公樓前的圓形綠化島發生一次轉折，使得軸線呈正南方向貫穿整個校園，葉飛將軍教學樓（以下簡稱“將軍樓”）建設基地處于這段正南軸線的東側地塊。由于山丘地形的影響，建筑沿等高線布置，使得將軍樓建設基地東側的其它建筑不是呈南北座向。將軍樓是在校園中一座石構教學樓被確認為“危房”拆除后進行原址重建的項目，由南安市愛國華僑黃仲咸先生捐資人民幣170萬元，委托華僑大學關瑞明先生主持設計。將軍樓的名稱取自南安籍愛國將領葉飛先生的姓名，反映出南安人民對葉飛將軍的紀念與緬懷。工程建設根據基地現狀與投資情況，建筑面積控制在2600m2±5%以內，造價控制在650元/m2左右。

2基地條件

將軍樓建設基地位于校園主軸線的東南側，基地的正北側為一座現有的教學樓“仙都樓”；東北側緊挨著一座作為倉庫的平房，朝向南偏西55O；在倉庫背后且與之平行的是一座學生宿舍樓，形成了基地東側半圍合的形態。基地西側為運動場，南側為擬建的教學樓用地。地面經平整后，基地的室外標高與北側的仙都樓一致（見圖1）。

3場地設計的探索

建筑的形成過程，是吸取有利因素和排除不利因素的過程。在設計中運用節地設計思想，一方面為了能處理好建筑與其外部環境的協調關系，另一方面也能充分利用空間，達到節約土地資源的目的，對場地進行優化設計就是要提高建筑空間的使用效率，使得平面布局合理，發揮建筑空間的最大效用。

3.1總體布局

從校園總體規劃圖中可以看出，將軍樓的選址位于教學區、宿舍區與活動區的空間節點上，針對建筑周邊的既有建筑和道路的情況，對建筑平面的外輪廓進行限定，從而與環境建立起一種協調的關系，加強校園空間的整體性。考慮到建筑物的功能要求、地段的具體條件以及建筑物本身的經濟性，建筑總體平面采用集中式布置。一般來說，集中式布置較分散式布置更能節約用地，因為采用集中式布置，建筑場地、道路、日照與防火間距等所需的空地比較少，這樣，不僅能充分利用土地，并能兼顧之后的發展用地。具體的方法如下：

（1）對齊法：將軍樓的西側與仙都樓的西側對齊，使將軍樓角點B、F與仙都樓角點A處于同一條線上；

（2）平行法：根據設計規范要求，取d1值為25m，繪制與仙都樓平行的BC線；同樣方法繪制與倉庫平行的CD線，但d2值可以小于25m，根據建筑面積來計算具體取值；

（3）垂直法：直角作為教室空間的首選形狀，因此，南側邊界與東南側邊界的確定采用垂直法，令FEBF，DECD，可得出帶有三個直角的五邊形BCDEF，其中五條邊的長度待定（見圖2）。

3.2單體設計

葉飛樓幾乎是在學校教學區的邊緣處，經過對建設地塊環境的仔細研究，設計時充分考慮四周建筑走向，從圖面上來看，建筑的主要形體圍合成了一個凹形空間，猶如一凹形容器——兼具與外部景觀間的最大滲透性和保持獨立的最大內省性（見圖3）。

3.2.1流線分析

基于與四周環境的互動關系，流線分析主要是對出入口的分布及交通流線進行設計，以此對人在空間環境中的活動行為加以協調組織。南面是采光通風最好的朝向，建筑物的主入口放置這一側，并結合入口處預留的廣場空間，使之能與操場互相呼應，建筑視野開闊。西北側臨著學生宿舍區，考慮另一入口放置在西北側，以便能組織人流疏散。兩個出入口節點的布置，加上以盡可能在南北側多布置功能用房的前提，平面水平方向上自然形成了Z字折線形的交通流線。隨著功能用房的疊加，豎直方向的交通核順應而生，結合折線形水平流線的兩個轉折處設置樓梯，這樣，折線形水平流線與點狀豎直交通核構成了立體的交通系統。

3.2.2空間布局

以流線為基礎的水平空間劃分是在適合使用要求的幾何網格上進行的，教室標準平面選用7.2m×8.4m網格上進行劃分。設計時首先保證教室朝南，出于對該地區主導風向為東南向的考慮，將衛生間結合樓梯間放置在北側，減少了對主體教室的影響。這樣處理得到了五間完整的教室，并使得建筑平面布局更加完滿（見圖4）。

豎直方向空間布置采用功能分層的設計手法，一層設計成書庫及閱覽部分，便于大股人流疏散；二層以上布置成合班教室。在平面處理中，建筑體塊的東北角出現折形空間，與主體走向成35°偏角。為使得教室盡量能朝南采光通風，在平面處理上設計四個折形窗，既滿足了這一要求，也豐富了立面效果（見圖5）。

3.2.3造型設計

基于建筑面積的控制，本方案的主體建筑層數設計為五層，在南面主入口的兩側突出的教室為四層，將軍樓的造型通過這樣對稱的形式達到一種平衡。這一中高兩底的形體構成，是閩南傳統建筑交椅式建筑形象的縮影，是對傳統建筑文化的一個延續，加強了建筑形象的立體感。閩南地區春夏盛行偏南風，秋冬盛行偏北風，建筑采用外廊，既符合當地氣候條件，也能達到節能的目的。

在處理新建筑與原有建筑的關系時，大致是通過空間、造型、色彩等方面來建立新建筑與原有建筑兩者之間的有機關系，使它們既有呼應又互相區別。基于相對有限的基地和資金條件，將軍樓以實訓中心樓的材質和色彩為參照體系，力求使其與周圍的建筑環境和諧統一。在立面處理上，對窗與實墻的比例進行探索。在窗墻的虛實變化之中，形象得以生動體現，為使其具有較大的表現力，特別是立面上折形走廊的處理，不僅適當地放大了走廊交通空間，而且加強了立面上光影效果，增強了凹凸之感（見圖6）。

4結語

在校園規模不斷發展的過程中，為了創建一個良性的、可持續發展的空間形態，構筑合理的、有效的空間以適應多變的需求是勢在必行的。張錦秋先生在設計實踐中，逐漸體會到“和諧建筑”的理念包含兩個層次。第一個層次是“和而不同”，第二個層次是“唱和相應”。“和”是指相異因素的統一，“同”是指相同因素的統一。[1]在汲取既有建筑風格特征的基礎之上，通過創新的手法使得新建建筑風格能做到雖有別于已有建筑，卻能與之相“和”的境界，從而達到和諧共生。

場地優化設計，不但節約用地和提高平面布局的合理性，而且給建筑與其場地之間關系的處理提供了一種恰當的方式。使得新舊建筑之間能進行良性的對話，從而建筑與多變的校園環境達到和諧共生，大大提高了新建建筑在校園環境中的適應性，這是本次方案設計過程中的一重大收獲和嘗試。

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門蓋閉合過程中，門蓋與汽車殼體之間存在接觸非線性.同時，工作過程中汽車殼體的剛度不是恒定的，它隨著變形的大小而變化，即存在幾何非線性.因此本文作SOL601，106高級非線性靜力學分析.非線性分析和線性分析相比，非線性分析的計算時間和計算機存儲量要大得多，而且在數值計算方法和求解參數的設定上有較大區別[2].邊界條件包括載荷、約束和仿真對象[3].在門蓋的左右軸套上分別施加軸承力，力的大小為800KN，方向為沿著油缸的軸向，指向門蓋.在汽車殼體的底部作固定約束、門蓋的旋轉軸處作銷釘約束.同時，忽略門蓋組件各結合面之間的接觸變形，近似將各接觸部分看作剛性接觸，在FEM下為門蓋的各邊、面之間添加1D連接[4-5].門蓋與汽車殼體之間的接觸是非線性的，在仿真模型下，定義高級非線性接觸，汽車殼體作為“源區域”，門蓋底板作為“目標區域”，“接觸參數”保持默認.有限元計算模型如圖3所示，分析結果如圖4所示（只顯示門蓋）.根據圖形可知門蓋最大等效應力為170.76MPa.應力主要集中在門蓋的左右軸套上，即油缸與門蓋連接處.門蓋的材料為Q235號鋼，屈服強度為235MPa，可見在該工況下門蓋滿足強度要求.

3優化設計

有限元分析的最終目的是進行優化設計，現在需要對門蓋結構進行優化，優化的目標是模型的重量最小[6-7].約束條件是在不改變門蓋模型網格劃分、邊界約束和載荷大小，并能滿足強度要求的前提下，控制最大等效應力值不超過材料屈服強度的70%（約165MPa）.

3.1筋板的布置

根據分析結果可知，應力主要分布在左右軸套處，大部分的筋板受力極小，因此，可通過布置筋板的分布進行優化設計.為便于加工和裝配，門蓋筋板布置采用均勻分布的方式.設計變量為筋板的數量，原結構中單行設置的筋板數量為10，考慮減重的目標及結構的穩定性，取筋板數量為3-7.圖5為筋板數量與門蓋最大應力和位移關系，圖6為不同筋板數量對應底板的應力分布圖.結果表明筋板數量對門蓋的最大應力（軸套處）影響較小，對門蓋底板的應力分布位置影響較大.底板最大應力發生在門蓋油缸軸線方向上的臨近筋板與主橫筋板接觸處，最大應力為N=4時σmax=61.52MPa.綜合考慮最大應力、最大位移和底板的應力分布，以及實現減重的目的，確定新結構的筋板數量為4.

3.2筋板厚度的優化

3.2.1靈敏度分析

靈敏度分析是為優化設計做鋪墊.通過靈敏度分析可以確定模型各參數對輸出結果影響的大小.在模型校正過程中重點考慮對輸出結果影響較大的參數，排除那些對輸出結果影響很小的參數，這將在很大程度上減小模型校正的工作量，提高優化設計的效率[8-9].NX高級仿真中幾何優化模塊下提供了全局靈敏度解算方案.設計目標為門蓋的重量最小，約束條件為門蓋的最大應力，設計變量為筋板厚度.為便于加工與安裝，門蓋結構中相同結構的尺寸應保持一致.筋板厚度參數主要包括底板厚度T1、主橫筋板厚度T2、橫筋板厚度T3、豎筋板厚度T4、軸套厚度T5、前板厚度T6、門蓋耳套幫板厚度T7和其他筋板厚度T8.對上述筋板厚度進行全局靈敏度分析，獲得各參數對設計目標影響的全局靈敏度曲線，最后將所有靈敏度曲線調整到一幅圖表中進行比較，根據各參數的全局靈敏度曲線的斜率大小判斷設計參數對設計目標的靈敏程度，最終確定T1、T2、T3、T4.根據各參數對約束條件的影響曲線，確定T5.全局靈敏度曲線如圖7所示.由圖7（a）可知底板、主橫筋板、橫筋板及豎筋板的厚度對門蓋的重量影響較大，其中底板的影響最大.由圖7（b）可知軸套的厚度對約束條件的影響最大.為提高門蓋強度以及減輕門蓋的重量，主要對底板、主橫筋板、橫筋板、豎筋板厚度進行減小，同時適當增加軸套的厚度.

3.2.2尺寸優化

尺寸優化是建立在數學規劃論的基礎上，在滿足給定條件下達到最佳經濟技術指標[10].NX高級仿真結構優化的解算器采用的是美國Altair公司的AltairHyperOpt，它擁有高效、強大的設計優化能力.結合以上分析結果，進行筋板數量等于4時筋板厚度的優化分析.在“幾何優化”對話框中作如下設置：①定義目標：重量定為最小；②定義約束：門蓋上的最大等效應力為165MPa；③定義設計變量見表1；④控制參數：選擇最大迭代次數為20.經解算，找到最佳方案：底板厚度由原來的52mm修改為45mm，主橫筋板厚度由原來的50mm修改為45mm，橫筋板厚度由原來的25mm修改為20mm，豎筋板厚度由原來的20mm修改為16mm，軸套厚度由原來的34.5mm修改為35.2mm，為了便于生產，將軸套的厚度圓整為35.5mm.優化后與優化前的分析結果對比見表2.從計算結果可看出，優化后的門蓋強度得到明顯提高.另外，重量由原來的10496kg降低為8786kg，減重17.2%，取得了優化設計的預期效果.

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2.1基于過程模擬與控制的高邊坡穩定性評價及災害控制方法研究

高邊坡巖土體具有地質體所具備的地質過程特性，對巖石進行的高邊坡穩定性評價的主要目的就是對邊坡變形破壞的過程以及機制進行闡述，并且基于地心力學來對問題進行刻畫，實際上這種對巖石高邊坡進行的穩定性評價更具體說來應該是一個變形穩定性的問題。對變形穩定性的分析是指對高邊坡的變形以及相關的破壞情況、破壞機制進行研究，并且結合數學、力學以及計算機技術，利用數值模擬的方法來對邊坡變形的過程進行模擬演示，并且對變形過程進行控制，基于這種模擬研究的結果對邊坡的穩定性進行相關評價。變形穩定性分析的過程是在對應力環境、變形特征、破壞模式、潛在滑面位置進行模擬分析的基礎上進行的，但目前對于穩定性系數以及推力值的估計還缺乏足夠的理論支持，沒有形成一個成熟、準確的計算方法。

2.2重點高邊坡穩定性評價

對需要重點進行研究的邊坡要隨時進行施工跟蹤，要注意對實際施工中遇到的巖體結構以及邊坡變形的情況進行足夠精確、細致的描述，并且要積極收集邊坡以及施工過程中的反饋信息，對具體的坡體情況進行分析，根據上述資料以及研究分析，來建立相應的地質模型來反映控制性結構面空間展布特征，并且要根據具體邊坡結構的實際特征來進行計算方法的選擇，用來研究邊坡變形的破壞模式以及穩定性情況。土質邊坡、散體結構以及破裂結構邊坡的穩定性大多都會受到最大剪應力面的控制，因此，對這類邊坡的邊坡開挖過程進行研究分析，就要在對潛在滑動面的位置的判斷基礎之上進行，并且根據強度穩定性分析來對相應的邊坡穩定性進行評價，為支護設計的優化提高有效的參數。

2.3重點高邊坡支護優化設計

在對邊坡支護進行優化中，要由對變形破壞的過程進行模擬來研究邊坡開挖過程的不同變形階段，由地質體所處的演化階段以及變形破壞機制來對支護方案進行篩選，要按照具體的規范標準來進行靜力學設計，要按照數值模擬的結果來研究地質體以及治理工程結構之間的相互作用，并由此來進行方案的優化設計。高邊坡優化設計要建立在精準的地質模型的基礎上，利用控制過程技術來完成，而且還需要特別關注邊坡的穩定性評價，根據原有的設計方案進行改進。邊坡優化要注意變形控制以及災害控制，要將采用適宜的支護措施來是變形控制在允許范圍之內，要結合反饋信息以及穩定性分析結果來進行有針對性的優化。

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1.2軸向應力彎曲載荷

當管柱發生彎曲時，由于狗腿度所產生的彎曲應力會產生附加的軸向力，計算中考慮了彎曲應力產生的附加軸向力的影響。

1.3三軸應力

當三軸應力超過屈服強度時，就會引起管柱屈服失效。三軸安全系數是材料屈服強度與三軸應力的比值，只是為了與單軸破壞準則（屈服強度）進行比較而設立的一個理論值。

2海上生產管柱結構設計實例分析

海上高溫高壓氣井生產管柱需要滿足氣井全壽命周期內壓力溫度的變化，同時需重點分析高溫高壓氣藏的應力敏感、井筒承壓能力、現有海上施工工藝的成熟度、海洋作業環境以及后期修井措施等問題，確保施工作業的順利進行、氣井開發的安全高產。陸地高溫高壓氣田常規射孔生產聯作一趟下入的管柱形式能否滿足海上氣田生產和修井要求，還需進行進一步分析。以東方氣田D2井為例，對一趟下入式和兩趟下入式生產管柱分別進行了深入的分析。東方氣田D2井的目的層為黃流組，壓力因數1．50～1．93，地溫梯度4．17℃／100m，完鉆井深3358m，177．8mm（7in）尾管回接完井。

2.1井筒溫度預測分析

利用Wellcat軟件對洗井結束、開始生產、開始生產后關井、生產1a后、生產10a后這5種工況的井筒溫度進行了預測和分析。由于地層與井筒和井筒內流體的傳熱作用，隨著深度的增加，流體和井筒的溫度是增加的，并最終趨向于井底的地層溫度。開始生產時從井口到井底的溫度變化是最小的，但是溫度是最高的。生產10a后井口溫度明顯降低，這是由于長時間生產造成地層壓力降低導致產量降低，并最終導致井口溫度明顯降低的顯著原因。

2.2射孔生產聯作一趟下入式生產管柱受力分析

D2井射孔聯作一趟下入式生產管柱。基于以上5種工況下的井筒溫度分布，利用Well－cat軟件分別計算了初始狀態、管柱下放、生產封隔器坐封、環空打壓驗封、過提、管柱內加壓射孔、生產初期、穩定生產期、關井、油管掏空、油管泄漏等不同工況下生產管柱的受力情況。

2.3射孔生產聯作兩趟下入式生產管柱受力分析

考慮到氣藏的高壓特性和海上作業的安全風險，生產管柱若采用上部封隔器一道密封難以保證長期生產的井筒完整性，一旦封隔器密封失效，油套管環空連通，井筒全部充斥高壓氣，事故風險極高。所以，推薦D2井采用兩趟下入式生產管柱，雙封隔器坐封，形成兩道環空屏障，保障井筒安全，管柱類型為射孔聯作式生產管柱。第一趟管柱利用鉆桿將射孔槍送入井底，送入到位后坐封頂部封隔器，脫手。第二趟下入生產管柱，下部插入密封，再投堵坐封生產封隔器，然后管柱內加壓射孔。該管柱類型的主要特點是射孔管柱和生產管柱需要兩趟下入工序，完井工期相對多，射孔作業后，射孔槍留在井內；但對于氣井長期生產管柱設置雙重密封，井筒安全更可靠。后期壓力衰竭，上提上部生產管柱進行修井操作，簡單易行。基于5種工況下的井筒溫度分布，計算多種可能工況下生產管柱的受力情況。分析結果表明在各種工況條件下的生產管柱強度校核均可以滿足設計要求。管柱內加壓射孔工況下生產封隔器以上管柱受拉，以下生產管柱受壓，兩封隔器之間管柱受壓最為嚴重，井口受拉最為嚴重。加壓射孔時管柱強度安全系數大于臨界安全系數，此時軸向安全系數為1．661，接近臨界安全系數。因此在這一工況操作時，要嚴格注意封隔器有可能發生解封以及油管破壞的風險。

2.4環空密閉空間流體膨脹分析

D2井生產管柱上部采用油管攜帶式封隔器，下放至2651m；下部采用插入密封式封隔器，下放至2920m（兩者之間相差269m）。這樣出現了封隔器以上的油套環空和兩個封隔器之間兩個密閉區域。以下對環空密閉空間流體膨脹情況進行了分析。由環空密閉空間溫度變化引起密閉壓力變化結果：區域1（0～2651m），環形空間由于溫度升高引起的圈閉壓力為69．8MPa，可以在生產過程中通過井口放壓控制壓力；區域2（2651～2920m），密閉環空流體膨脹壓力上升19．20MPa，通過強度校核，發現流體膨脹不會對油管及封隔器產生破壞。常規射孔生產聯作一趟下入式管柱和兩趟下入式生產管柱形式在不同工況條件下均能夠滿足海上氣田開采要求，但考慮海上作業條件和風險承受能力，并結合后期井筒安全保障和修井作業難度，推薦海上高溫高壓氣田采用射孔生產聯作兩趟下入式生產管柱。

3認識與建議

1）油管和井下工具應根據地層壓力、流體性質及產能情況進行優化設計，滿足井下溫度和壓力的要求，同時確保在高溫高壓的地質條件下滿足生產的需要。在滿足安全和工程需要前提下，高溫高壓氣井盡量減少井下工具數量。

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1.2液壓控制元件

液壓控制元件主要包括定量泵、溢流閥、平衡閥以及換向閥。下面對上述元件在液壓控制中的動態特性進行分析。

2液壓控制過程的優化設計

2.1改進遺傳算法

基于上節獲取的液壓過程數學模型，采用改進的自適應遺傳算法，使得交叉概率與變異概率可自動隨適應值變化，獲取數學模型的最優解，為塑造液壓控制過程的仿真模型提供可靠的依據。

2.2基于simulink的液壓控制過程的仿真模型

對液壓控制過程中所涉及到的元件進行數學建模后，即可通過Simttlink提供的仿真模塊對所有元件的數學模型進行描述，一個子模塊可描述一個元件。再將所有組成元件的Simulink仿真子模塊之間相應的輸入輸出相連。Simulink可為液壓控制過程的仿真建模提供需要的全部子模塊。所以，本文首先塑造能夠反映所有元件特征的微分方程，再通過Simulink對其進行描述。同時通過Simulink中非線性模塊對液壓控制過程中常見的某些非線性因素進行保存，從而獲取存在非線性環節的仿真模型，使得液壓控制過程的仿真模型更加精確。前文所述的元件子模塊均未經封裝，在對液壓控制過程進行仿真時，若需調整某個參數值，只需打開其所處的子系統進行調整。經過封裝的元件子模塊，可通過一個參數對話框實現與外界的通信，更加便于使用，適用于已經定型的仿真模塊。

3仿真實驗分析

本實驗依據自適應交叉與變異概率思想，采用群體規模是100，最大進化代數是200的改進遺傳算法完成優化。給出每個變量的取值范圍，獲取優化參數值集，分別采用優化后與優化前的參數值完成液壓控制過程中幾個元件的仿真，獲取動態響應仿真曲線。

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2.1綠色建筑的規劃階段的設計優化

在規劃階段，分析場地中的氣候資源特點，結合計算機模擬的方法，從空間布局和朝向選擇上對建筑的熱、聲、光、風場等進行優化。建筑設計項目一旦通過報規，是很難進行修改調整。如果前期倉促定案，會造成先天不足，是很大的缺憾。成都西南交通大學歸谷低碳小區日照強度計算圖，通過總平面設計的優化分析，對建筑物平面布置和體型的調整，優化建筑的陰影分布，保證充足的日光進入每一棟建筑內，日照效果達到最好。對建筑物進行通風模擬，以確定最佳的布局方式，并優化室內外空間布局，形成穿堂風，使建筑物達到最好的通風條件。該項目的室外風環境CFD模擬風場。

2.2建筑氣候適應性與設計優化

在深入分析不同經典綠色建筑的基礎上，通過對不同氣候區建筑設計創作的研究，發現地域建筑的創新與發展都涉及到建筑基本屬性。如功能與空間、結構與構造形式、室內外物理環境、經濟投入、地域風格等，反映出安全、經濟、舒適、美觀等性能特征在建筑創作中的主導地位。建筑外觀是在順應氣候、地形、地貌等自然條件，按照人的傳統、文化、習俗和審美等的要求，作用于建筑，是地域建筑給外界的最直觀的表達方式；建筑的功能是在滿足工作與生活需求這一共性的基礎上，對文化、、工作與生活習慣等個性特征的滿足；環境問題是人工環境帶給人體最直觀的感受，它的好壞直接影響人體健康，也會導致資源、能源利用的差異；經濟性決定了選取材料和技術的衡量標準，在經濟欠發達地區，這一制約因素發揮著決定性作用；除此以外，與自然環境的協調發展是目前以及很長一段時期內任何建筑都必須面對和解決的難題之一，尊重自然，強調可持續發展的建筑產業是當務之急。通過對不同建筑的功能、文化、氣候適應性研究，認為綠色建筑最顯著特點之一是建筑的氣候適應性。遵義市科技館效果圖，遵義市屬于中亞熱帶高原濕潤季風區，氣候溫和、夏無酷暑，冬無嚴寒。但地處山區，海拔高差較大，氣流、降水以及氣候具有典型的山地氣候特征。建筑場地在海拔1500m以上的山地，以石作為造型理念，采用半覆土建筑形式，以厚重實體回歸自然，由西向東，由南向北逐漸延伸入土中，整個體量從屋面到松林做到自然過渡，渾然一體。利用地下土壤的熱穩定性和地下溫度的恒溫性，體現出建筑的地域特色，具有創新的理念。建筑設計按照被動優先的原則，通過計算機模擬，采用圍護結構隔熱、遮陽，充分利用自然采光、加強自然通風等技術措施，來減少建筑能耗，提高建筑的功能要求和室內舒適度。護結構主要為非透明實體圍護結構，以減少夏季強烈的太陽輻射對建筑室內過熱和空調能耗的增加，同時滿足科技館建筑室內采光與照明對科技作品、藝術作品的功能要求。半覆土建筑形式對場地內地形地貌進行最大限度的保護，避免進行大開挖，大填方。對場地內的水系和現有植物進行利用。景觀專業對現有水系和植物的利用，包括現有竹林，樹木，灌木等等。結合給排水專業設置雨水蓄積方案，確定雨水蓄積的方式和位置，雨水蓄積同時作為景觀水景，同時滿足功能和綠色建筑對水資源節約的要求。瓦努阿圖國家會議中心效果圖，瓦努阿圖位于南太平洋，最熱月平均氣溫為26.4℃，最冷月平均氣溫為21.6℃，年平均氣溫24.1℃。全年太陽高度角較大，直接輻射強。氣候溫和濕潤，屬于典型的低緯度海洋性氣候。建筑設計尤其注重遮陽、通風。利用海洋性氣候條件下海陸風的晝夜變化特點，增強自然通風效果。地形對風向和風速的修正以符合項目所在的背景風場。利用種植屋面良好的隔熱機理和熱穩定性，完全消除太陽輻射得熱，實現超低能耗的運行方式，營造健康舒適的室內環境。晝夜海陸風和建筑平面通風流線，采用外挑屋面遮陽結合采光設計，具有遮陽功能的走廊和挑檐，在減小空調負荷，降低空調能耗的同時，可實現自然光亮度、均勻度滿足使用要求，并有效控制眩光，最大限度減少晝間人工照明用電等。項目建成后，結合綠色運行手段，可望稱為低緯度海洋性氣候地區低能耗綠色建筑的典范。從以上工程實例可看出，具有氣候適應性的建筑將有利于氣候的自調節作用，這也是自古以來人類總結出的、今天流行的被動節能技術設計方法。因此，通過被動式自然能源的應用，對建筑進行優化設計，利用建筑圍護結構的蓄熱、自然通風等將室外溫度波的衰減、延遲特性、圍護結構內表面平均輻射溫度（MRT）的日平均值和波幅值控制在人可接受的范圍內。這種被動與主動相結合的節能技術，盡可能延長基本熱舒適時間，減少采用主動干預室內熱環境的方式實現熱舒適環境時間，也就是說盡量減少空調和采暖時間，是氣候適應性節能建筑的核心，也是我國綠色建筑的技術路線和方向。

2.3建筑形態設計與節能設計

綠色建筑設計與一般設計的根本性區別在于采用量化分析的方法代替感性認識，可以說沒有定量化的分析就沒有理性綠色建筑的誕生。采用計算模擬分析手段來推敲設計策略對建筑能耗的影響，進而優化建筑設計。成都雙流機場T2航站樓，建筑圍護結構屋面與外墻沒有明顯的分隔，而是屋頂由一個圓柱穹頂直接落地，屋頂采用透明材料和金屬夾芯板形成虛實相間的“竹節蟲”。對圍護結構的熱工與節能設計受到很大的限制，屋頂中天窗的比例高達28%，帶來較大的空調負荷和高昂的運行費用，需對屋蓋方案進行優化，經過模擬分析并與建筑設計進行交互優化調整，實現整體節能。可以看出方案一、方案二、方案四較方案三的裝機負荷大34.9%、9.5%、23.9%，遮陽系數不同時的負荷，當SC=0.6)時，四種方案分別為30.2%、8.2%、0.0%、21.0%；當增加玻璃的遮陽系數由0.6降低到0.5，三個方案的裝機負荷可分別減小6.7%、9.3%、8.3%由此帶來設備初費用降低，機房面積減小400～2500m2，管道費用減少3％～15％左右。因此，我們在定量的計算模擬分析有時甚至糾正感性認識的錯誤。比如我們在采用能耗分析軟件研究發現的西向水平遮陽措施對改善西向房間的熱工性能也有很大的幫助，糾正了通過感性認識一般認為的西向水平遮陽措施對房間遮陽幫助不大的認識，進而可調整相應的設計策略。節能的同時為建設方節約投資，在投標方案競爭中定量地體現出設計方的技術水平和服務意識。

2.4采光遮陽與建筑設計

由于建筑進深大，側窗采光造成內部采光不好，均勻性差，根據成都冬季日照率低和夏季太陽輻射特點，為保證大部區域白天不需人工照明，設置采光通風遮陽天窗，以及玻璃幕墻頂部通風遮陽措施，保證了候車廳深部空間日間自然采光滿足亮度和均勻度要求，并在候車廳不同部位的環境平均輻射溫度控制在27℃以下，使侯車大廳處于舒適性范圍，同時降低空調能耗。由此，在西側玻璃幕墻和天窗應采取遮陽措施。下圖給出了采用傾角為10°的百葉遮陽措施后外進入室內的太陽輻射特征曲線圖，由圖可看出，采用百葉遮陽后，可以大幅消減對進入室內的太陽輻射，從而改善夏季室內的熱舒適度，降低了空調能耗。

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1.2行業相關標準不健全

目前,城市道路排水系統上下游管道直徑參數取值不當,在城市化進程加快的今天,如今的城市排水能效受到諸多因素的影響,有氣候的因素,有經濟發展不平衡因素和道路工程自身因素等,如今的市政排水設計標準沒有能夠適應現在的城市路面系統,排水管網直徑參數或大或小,排水專用管道與市政其他管道的管線讓線沖突與高程出現誤差,造成排水性能的降低都是規范要具體規定和嚴格實施的具體內容。

1.3排水設計無分層設計,混合排流現象造成排水負擔

城市排水來源有天然雨水和城市生活污水,而目前城市排水系統一般都是污水與雨水混合排水,這會給排水管道造成過重的排水負擔。在發生特大降水時,這種負擔將會轉變為排水壓力,使得降水無法排離城市路面,造成道路大面積或者片區大面積積水,行車在比較低的地段時候由于積水較厚將會淹沒行車和行人,同樣的現象在北京洪災中出現過。

1.4排水系統設計思維固化,排水渠道單一

城市排水思路固化的表現是將積水排到地面下或者排出去,而如果能合理循環利用降水可以緩解城市排水管網的排水壓力,并且給需要水的地方供水,不需要水的地方排水,這就是雨水排水循環系統的工作原理。目前排水循環系統不僅體現在城市排水設計中,也存在于市政建筑排水設計中,如現在建筑中水回用技術將生活污水和自然用水循環,一方面可以節約用水,一方面可以緩解市政排水負擔。

1.5排水應急措施不當,信息預測不準確

現在是互聯網時代,對一些市政應急措施的預測應及時、有效、快捷、方便。如在一些降水多發城市和社區應分區進行降水的實現預測,在城市建設和規劃初期就可以確定該片區的排水能力和應采取的排水措施,這將得益于如今高速發展的互聯網技術和計算機技術,從目前情況來看,由于多數城市對市政排水系統設計的不夠重視,很難在計算機技術和信息技術方面采取有效的控制和預測方案,在排水管網的設計與規劃、運行、調度、后期維護管理環節存在諸多弊端。

2世界著名城市排水系統優化設計案例

日本是臺風多發國家,東京地下排水系統設計就是為了避免城市遭受臺風和雨水的寢室而設計和修建的。東京地下排水系統92年開工,06年竣工,歷時14年工程堪稱世界最先進的地下排水系統。其排水標準5～10年一遇,地下開挖一系列的混凝土立坑,極大提高了雨水的蓄存能力,東京地下排水系統的河道深度高達60m。東京設有降雨信息系統,通過對雨水的數據的收集與統計,合理進行排水調度。古羅馬下水道建設2500年至今仍在使用,渠道系統巖石砌筑,將暴雨造成的河流從羅馬城排除,渠道系統最大達3×4m的截面尺寸,從古羅馬城廣場直通臺伯河。巴黎的下水道設置了地面上的標路牌,因此可以看出巴黎對地下排水工程的重視程度。巴黎降水頻繁,但據報道并沒有出現城市因降水而導致的交通堵塞和積水現象。巴黎下水道處于地面以下50m,水道縱橫交織,總廠2347km,規模遠超巴黎地鐵,因此足以可見排水的速度與能效。

3市政排水系統優化設計對策

3.1平面管網優化設計

已定平面管徑與埋深的確定優化方法分為直接與間接優化。直接優化是指對各種參數的調節與對比來求得最優化的解決方案。間接優化是指建立數學模型,選擇最優化的管徑與埋深組合方案。如常用的遺傳算法、線性與非線性規劃法、動態規劃法。管線的優化設計要遵循滿足排水功能和效能的前提下,使排水的工程量小。管線的布置和管網優化設計的重要部分。布線原則如下。(1)排水的干管和支管盡量直線型布局不要有彎曲現象。(2)布線利用地形與地勢的因素,結合污水廠的設置和重力系統將污水排出。(3)合理的管線埋深(4)管線的長度最優化與挖方的最優化可采用動態優化的方法進行最優方案的選擇。例如排水線的引入。(5)管線平面布置方案也可以采取不同管段坡度、管道長度、挖方量三種權重計算,最后根據平面布置方案選擇合理的管徑和埋深,造價成本的控制也是此過程中需要注意的。

3.2管道設計的優化

排水管道的設計可以采用德國對青島地下排水管道的造型,蛋形型管材截面形似鴨蛋,設計上寬下窄,排水管道順暢,污水無法積存與管內,管道的上部分是水泥,下半部分是水泥上貼了層瓷瓦,可以起到防腐蝕的效果。排水管道設置反水閥,被水沖刷了的贓物只能進入水斗,而不會進入排水管道,不會造成管道堵塞,贓物也便于清理,反水閥同時也可以避免管道臭氣散發到空氣中。

3.3排水系統設計與計算機信息系統的結合

在市政排水設計中,為了發揮排水的效能,應結合計算機信息技術來改善排水的各個環節。如設置降雨信息系統,收集城市雨水和降雨頻次數據,以便于各片區排水調度。利用信息系統的預測與統計的結果,在一些容易發生積水和浸水的路面和片區設置雨水調整池。

3.4城市排水與市政基礎建設

提高行業標準以便于采取比較恰當的事前和事中處理。在城市市政建設中,地下工程的排水可以設置雨水蓄存措施,如在地下開挖混凝土立坑,同時在下水道內設置高馬力水泵,提高疏通地下水的能力。城市路面工程的鋪裝設計中,采用透水性能強的路面鋪裝層,可以加強雨水的地下滲透能力,分擔排水管道的排水壓力,減少地表徑流,還可以大大補充表層地下水資源。排水基礎設計應考慮修建地下暗渠和地上明渠。并定期和不定期對城市大小河道進行梳理和整治。

3.5排水系統的后期修養與維護

法國巴黎下水道設計中,排水道兩旁設置寬約1m的供檢修人員通行的便道。維修人員可以定期對下水道的排水泵房、排水管道和其他排水設施的修理和圍護,保證排水工作能順利進行。對市政排水系統的維護人員應該進行定期和不定期的技術培訓,使他們能夠及時掌握世界排水優秀工程中的新經驗、新做法、新的維護手段。這對保證城市道路和地下排水工程的順暢進行提供了更好的保障。

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機械成本控制。土方工程施工時，根據施工組織設計中土方開挖方式、開挖機械的型號、噸位，直接套用定額可算出費用。在定額中，不同容量的挖掘機，配備不同的自卸汽車，單價不相同，這就要結合施工組織設計提供的哪種方案經濟合理，再結合施工企業機械設備裝備情況,以提高機械的效率為目的選定最優的土方開挖施工方案。以本工程路基土方開挖為例，經分析，容量相同的挖掘機配不同噸位的自卸汽車運土,噸位大的自卸汽車土方單價高；噸位相同的自卸汽車配不同容量的挖掘機運土，容量大的挖掘機土方單價低。施工組織設計根據工期要求、施工現場條件來配備施工機械；工程成本的計算又為優化施工組織設計提供可靠依據。隨著工程機械化施工程度的不斷提高,機械使用費在工程成本中的比重日益增長。因此,加強施工機械成本管理和核算,努力控制機械費用,對降低工程成本有著重要的意義。

采用“四新”技術。應用新技術、新材料、新工藝、新設備,既可以提高生產力,又可以控制成本。比如:大體積混凝土通倉澆筑、碾壓混凝土筑壩及用土工布代替土石壩反濾料等新技術、新材料、新工藝,即可加快施工進度,節省材料消耗,減少設備數量,又可降低工程造價。

1.2優化施工組織設計要點

優化施工組織設計是對施工活動實行科學管理的重要手段，它具有戰略部署和戰術安排的雙重作用。它體現了實現基本建設計劃和設計的要求，提供了各階段的施工準備工作內容，協調施工過程中各施工單位、各施工工種、各項資源之間的相互關系。施工組織設計與成本控制同等重要，二者并非想互獨立的，二者是密切聯系，相互確定的關系；工程成本的高低除了與預算知識有關外,其實很大程度上取決于施工組織、施工方案的先進與否,不同的施工組織、施工方案所反映的成本是不一樣的。從本次研究的兩個實例中就可以看出，對于施工組織設計來說，施工方案和人、材、機管理都對施工成本有足夠的控制能力。施工組織編制質量是控制成本的關鍵；優化施工組織是控制成本的基礎；采用新技術、新工藝是控制成本的主要手段。從這些方面考慮就必須對施工組織設計中施工方案、人工（費）、材料（費）（單價，采購材料形式）、機械（費）等方面進行優化設計控制。

2. 施工組織設計控制工程成本的策略

2.1合理選擇施工方案

施工方案的選擇是決定整個工程全局的關鍵，施工方案一經選定，整個施工的進程、現場狀況、人員及機具的需要量及布置情況也就基本確定，施工方案的合理性，經濟性，直接影響著概預算的高低和定額的查用，施工方案由與相應的設計階段配套的施工組織設計文件提供，重點對施工方案進行認真分析，服從工期、質量、技術要求，降低成本，選擇合理的施工方法、施工機械、施工順序，進行流水施工的組織。預算編制人員要依據設計圖紙準確地計算出與設計圖紙相對應的工程量。當設計圖紙深度有限時,還需要編制人員對設計進行延伸和細化,也就是說,不但要把圖紙上的項目計算出來,還要計算出圖紙中雖未做交待但實際會發生的項目。例如:采用腳手架類型,各種施工機械的性能與特性,以及建筑工程本身特點及施工中的特殊要求等。另外，對于材料成本的控制，鑒于建筑產品的特點和建筑工程概算的種類,施工設計這應該根據由大到小,由整體到局部的原則對工程項目進行多層次的分解和劃細,相反計算造價時先求出每一基本構成要素的工料機消耗量和價值,然后根據設計文件等,匯總計算出整個建設項目的造價。

2.2合理進行規劃設計

工程進入施工階段必須對細節的施工過程進行合理地規劃，首先要規劃施工的設備、人員。對于人員的控制首先要進行人員的動員和安排布署。組建項目經理部，與業主或監理取得聯系，開展息息相關業務工作；前期施工人員10天內到達施工指定地點，著手臨建和施工準備工作；首批投入施工的機械設備15日內到達施工地點，保養維修，做好施工前的準備工作。人員的準備有利于縮短施工工期，進行合理化的人工控制，避免出現高薪緊急聘任的情況，并由此引發人員成本的增長。而對于設備的控制則要以就近就便的方式進行材料設備的運輸，然后對施工設備進行合理地控制保養，以此來降低施工成本。例如：人員就近采用汽車、火車運送至現場；設備就近由汽車、火車、船運送至現場。

2.3合理進行技術控制

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如何在眾多形式的擋土墻中選擇一種適合現場條件的檔土墻結構是當前必須研究的課題。檔土墻作為一般攔土結構物，常用在閘壩的翼墻和渡槽、倒虹吸的進出口邊墻及其他路堤擋土部位等。對這類工程的優化設計問題往往易被忽視。我們的實踐表明，各類擋土墻的技術經濟效益有著相當大的差別。本項研究，從工程實際出發，意圖在如減壓式擋土墻、重力式擋土墻、懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻等四種結構中進行雙向優選，即進行本類的優選設計和各類之間的優選比較，最后確定一種技術、經濟狀況最優、現場適應性最好的擋土墻方案用于本工程。現將研究過程介紹如下。

1.2課題研究思路

該課題的研究思路分三步的研究思路。

第一步，首先確定方案比選的統一標準。過去人們的觀點認為擋土墻形狀各異，結構不同，各有優缺點，要比較相當困難。實際上任何形式的擋土墻功能都是擋土攔土，因此研究認為，它們的正常擋土狀態就應當是一個統一標準，而這個正常的擋土狀態正是現行的規范狀態，在規范狀態下這些參與比選的各類擋土墻是處在同一個設計水平上，因而可以比較。

第二步，確定優化設計的風險決策方法。眾所周知，任何擋土墻的穩定性特征值都是擋土墻背填土物理力學特性的函數，同時又受地基結構特性的約束；對于擋土墻的經濟造價，又與結構特征相關的工程量及市場物價相關的分析單價密不可分。顯然，這些都是描述擋土墻特征的隨機變量。鑒于擋土墻具有上述特點，因此可以認為每類擋土墻也是離散隨機變量，采用數學期望準則和優勢比較準則完全能夠將含離散隨機變量的各個方案進行優劣比較，按照定義，離散隨機變量的一切可能值Xi與對應的概率P（ζ=Xi）的乘積之和稱為數學期望，記為Mζ。如果隨機變量只取得有限個值：X1、X2、X3、……Xi，而取得這些值的概率分別是P（x1）、P（x2）、P（x3）……P（xi）則

Mζ=X1P（x1）+X2P（x2）+X3P（x3）……XiP（xi）

運用到風險決策中來，以Mζ值最小為最優方案。

優勢比較準則實際是將方案的技術效益或造價進行比較。當方案Ⅰ的隨機變量S1、S2、S3、……Si與方案Ⅱ的隨機變量S1、S2、S3、……Si對應相減，其值為“0”或“+”值，則方案Ⅰ有優勢；若相減后其值為“0”“0”“+”“-”或“0”“0”“-”“-”，則方案Ⅰ不存在優勢。

第三步，選取擬比較的能反映方案特性的隨機變量可能值。研究認為，方案的規范狀態，擋土墻的墻基應力，墻基對圍巖的擾動度參數——擋土墻的寬高比B/H和相對避擾度、工程造價及相對效益A等值，基本能描述擋土墻的特征，而且這些變量在分析過程中都能一一取得。故以它們作為研究比較的隨機變量是合理的。

第四步，搜索各類擋土墻的規范狀態并按數學期望準則和優勢比較準則分別考核各個待選方案。選出最優秀方案。

2各類擋土墻的設計指標

2.1確定計算擋土墻的土壓力理論

目前計算土壓力的理論有多種，而各種理論又用各自不同的假設分析方法來求算土壓力。根據初步篩選，除減壓式擋土墻外，其余重力式擋土墻，懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻背墻頂與墻踵連線傾角均大于臨界角εer，本工程εer=45-ψ/2。盡管一些方案的墻背可能出現第二滑裂面，盡管采用的計算公式可能出現誤差，為方便起見確定統一采用郎肯主動土壓力理論來計算各類擋土墻的主動±壓力。初步分析估算，計算誤差不會導致大方案比較結果出現錯位。

有關郎肯主動土壓力計算公式詳見圖2。

2.2現行規范（SD133-84）指標與現場地質的物理力學特性。

現行規范（SD133-84）指標與現場地質的物理力學特性見表1。

2.3四種擋土墻的現行規范狀態的計算成果

根據前述2.1和2.2節確定的數學模型和物理力學指標，無論用手算方式還是計算機搜索都可得到現行規范狀態下的擋土墻計算成果。詳見圖2、表2和表3。

表2中的“GF”是“規范”二字的漢語拼音縮寫；“圍巖相對避擾度”意思指“圍巖避免擾動的相對程度”，此相對值越大表明圍巖受擾動越小，反之則越大。

3擋土墻優化設計的風險決策

3.1按數學期望準則的風險決策

采用數學期望準則風險決策之前先將表2中的第（2）項和第（5）項、表3中的第（12）項集中到表4來，并認為表中所有隨機變量X1、X2、X3的概率P（x1）、P（x2）、P（x3）值均為0.333，則可算出a、b、c、d各方案的數學期望Mζ值，詳見表4。

由表4可見，減壓式擋土墻Mζ值較小，而懸臂式擋土墻的Mζ值較大。比較結果表明，減壓式擋土墻在這四種擋土墻方案中為最優方案。

3.2按優勢比較準則的風險決策

在進行優勢比較準則決策之前，先將表2中的第（3）項第（6）項和表5中的第（13）項集列成表5并進行優勢比較。詳見表5。

將表5中各個隨機變量相互比較發現，減壓式擋土墻對其他三類擋土墻比較均得到“0”“0”“+”“+”，表明減壓式擋土墻方案比較優秀，為首選方案。重力式擋土墻和扶臂式擋土墻方案對懸臂式擋土墻，比較結果也顯示“0”“0”“+”“+”，表明該兩者也有一定優勢，可作為備選方案。

總之，無論采用數學期望準則還是采用優勢比較準則分別對減壓式擋土墻，重力式擋土墻、懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻進行分析，結果基本一致。在規范狀態下，減壓式擋土墻方案對圍巖土擾動較小、較好地適應現場受限制的地形條件、工程量及造價較低，是被考核的四個擋土墻方案最具優勢者。

4減壓式擋土墻在黃壁莊水庫除險加固工程混凝土生產系統中的應用。

4.1減壓式擋土墻設計應注意事項

混凝土標號應為C20以上。進行配筋計算時宜取安全系數K≥1.4。并且墻底不得有虛土。

4.2減壓式擋土墻的施工

注意墻體分段施工程序：先澆筑Ⅰ墻基底板——Ⅱ垂直墻體下半部分——Ⅲ減壓平臺以下的土方回填夯實——Ⅳ澆筑減壓平臺——Ⅴ澆筑垂直墻體上半部——Ⅵ減壓平臺以上回填。

4.3減壓式擋土墻應用效果

在儲料場的兩端，總長4×40m=160m，墻高8.4m，墻基寬2.51m的減壓式擋土墻于1998年11月建成投入運用。當儲料7000m3時，減壓平臺以上儲料高度h＞4m，墻頂變形2mm，墻基變形為0，運行正常。此種結構應用在儲料場工程，減壓平臺可以代替部分混凝土硬化地面的工程量，一舉兩得，技術和經濟效益明顯。

5結語

本項研究采用數學期望準則和優勢比較準則對不同類型擋土墻方案進行風險決策獲得滿意的效果，使工程實際中提出的問題得到解決，是對擋土墻結構優化設計的有益嘗試。

減壓式擋土墻是本項風險決策研究比選的出的優秀擋土墻方案。在黃壁莊水庫工程應用結果表明，它的擋土效果與其他重力式擋土墻、懸臂擋土墻和扶壁式擋土墻相當，而工程造價僅為其他三類擋土墻的57%—81%、對圍巖的擾動影響僅為其他三類擋土墻的41%—44%，對受限制的土基條件適應性較好，技術和經濟效益明顯。宜作閘壩翼墻及一般渠系建筑物進出口過渡段工程的選擇方案。

本項研究的思路可供同類工程建設參考。

參考文獻

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1.2液壓缸活塞導向裝置的設計

在此產品中，導向軸是關鍵零件，它在螺旋槽中的運動較為重要，不能太過于松動，松動會造成鎖緊功能消失，并且間隙過大會影響旋轉的準確角度，因此要保證導向軸在槽內運動自如，又要保證間隙小。經過一段時間的試驗，最后采用將導向軸的外形設計成橢圓形(已獲專利)，采用數控車削加工，效果較好，完全保證其在旋轉槽中順利運動。定位銷中螺旋槽采用帶圓弧形狀設計，由于此螺旋槽的加工難度大，采用一般機床難以加工，采用數控車銑中心加工效果較好，且表面光潔。將此夾具裝配后，轉動靈活、定位準確。

1.3液壓缸密封結構的設計

用于旋轉夾緊油缸的液壓油防滲裝置在液壓缸的工作過程中相當重要，作者采用的是對導向套內部進行改進，在防塵圈內側增加一槽，并裝入“O”型密封圈。裝配好后的液壓缸，外界灰塵進入缸內的可能性減少，液壓油不產生滲漏現象，運動自如，液壓系統的壽命提高3倍。此裝置已獲專利。穩定旋轉活塞桿。由于活塞桿長期作往復運動，其失穩現象較為頻繁，現在活塞桿外圓處增加一支撐環，并填入支撐環材料。裝配好后的旋轉夾緊機構，往上提升穩定，未發生失穩現象，運動自如，使整個液壓系統的壽命提高3倍。

1.4液壓缸密封材料的設計

氟橡膠是含有氟原子的合成橡膠，具有優異的耐熱性、耐氧化性、耐油性和耐藥品性，它主要用于航空、化工、石油、汽車等工業部門，作為密封材料、耐介質材料以及絕緣材料。分子結構中含有氟原子的合成橡膠，通常以共聚物中含氟單元的氟原子數目來表示，如氟橡膠23是偏二氟乙烯同三氟氯乙烯的共聚物。由于氟橡膠耐高溫、耐油、耐化學腐蝕，采用氟膠作為防塵圈，對高溫的適應性增強，外界灰塵不易進入缸內，使液壓缸在超高溫狀態(大約200℃)下工作可靠。

2應用效果

此產品能在高溫環境(相對于液壓缸來講200℃較高)中工作，可用較輕質量的液壓缸提升金屬冶煉中的爐蓋及高端裝備的動作，產生的壓力較大，效果顯著。

3結論

由于此產品開發中采用了液壓與機械相結合的技術，利用了兩者的優點，避免了兩者的缺點，特總結如下:

(1)操作方便省力，大大降低工人勞動強度。采用旋轉夾緊液壓缸，為爐蓋的起升提供了穩定的動力與控制;

(2)使用這種旋轉夾緊液壓缸，滿足產品的需要的同時成本大大減少;

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1.尊重學生的主體需求理念。現代高校化學教學使用多媒體教學技術，主要目的在于使用先進的教學技術促進學生掌握化學知識，深入研究化學現象，引導學生掌握完整的化學理論知識體系。2.運用刺激反映的教學規律。從本質上來說，在課堂上使用多媒體技術，實際上是增加了課堂教學的信息源，這對于學生掌握化學理論知識，給學生提高有效的教學渠道有重要意義。3.符合學生認知水平的理念。現代多媒體網絡技術環境下的高校化學教學，可以實現線上線下的有機聯系，可以給學生提供個性化的教學環境，能夠促進學生深入的掌握化學知識。在認知主義教學理論的指導下，化學教學在多媒體條件下優化教學設計，更強調圍繞著學生的需求選擇進行教學，教師不只是信息的單向傳遞者，而且還要根據學生的主動需求，給學生提供他們需求的信息。

二、多媒體環境下化學教學設計原則

1.課件內容要有選擇性。在多媒體環境下給學生呈現的教學內容要有選擇性，注重從學生的學習需求出發，能夠在課件中呈現出化學基本原理，化學實驗的設計思路，以及化學教學的創新思想，注重把化學理論知識與化學學習方法融為一體。大學化學課堂使用多媒體課件進行教學，更注重反映課本沒能體現的知識內容，注重結合課本充實各種化學實驗，實現各種圖表、關鍵知識點與化學公式的總結。特別是隨著高校化學知識的深入復雜，化學多媒體課件應當充分借助動畫、視頻等有效的教學形式，著力通過課件建立線上線下聯系，形成完善的課堂教學溝通體系。2.課件形式要有豐富性。只有提高多媒體課件形式的豐富性，才能提高課件對學生的吸引力，著力吸引學生參與到化學教學的全過程。多媒體課件是直觀的教學載體，通過多媒體課件來演示教學內容，可以讓學生獲得更深刻直觀的印象，可以讓學生記住化學實驗演示的過程。為了達到最佳的課件演示效果，應實現新舊教學內容有機結合，注重在歸納總結等一般思維的基礎上，全面豐富課件教學的形式。

三、利用多媒體網絡教學注重事項

1.多媒體教學不能代替傳統教學。多媒體技術不能代替傳統教學活動，高校化學課堂仍然要發揮教師的主導作用，注重通過師生的有效溝通，引導學生主動的思考和解析化學問題。多媒體課件可以把復雜的問題直觀化、簡單化和有效的分解。多媒體課件不能代替板書，不能代替教師講授的過程，只有圍繞著有效的師生互動探討，才能激發學生的思路，促進學生主動的學習化學知識，發揮教師的實際指導作用。2.圍繞網絡豐富精品資源庫。網絡是實現師生有效互動的平臺，教師可以在互聯網或移動互聯網的客戶端為學生推送各種有價值的學習信息，教師也只有注重使用網絡渠道獲得精品教學信息，才能幫助學生掌握化學領導的前沿知識內容，從而不斷提高學生的綜合能力，滿足學生學習前沿化學知識的實際需求。學生學習離不開各種資源的支持，網絡已經成為學生獲取資源的重要渠道。但是，學生辨識網絡資源質量的能力稍差，還需要教師的有效引導把握，能夠由教師推薦給學生豐富有效的化學教學內容，從而促進學生全面提高學習能力水平。

隨著現代多媒體和互聯網技術的快速發展，網絡多媒體已經成為課堂教學的重要載體，只有注重使用網絡和多媒體技術，才能發揮出現代教學手段的作用，全面提高化學課堂教學水平，滿足學生的學習需求。

【參考文獻】