【施工過程可靠譜性分析方法及其應(yīng)用計(jì)算研究10000字（論文）】

施工過程可靠譜性分析方法及其應(yīng)用計(jì)算研究目錄TOC\o"1-3"\h\u27390引言 210407一、施工系統(tǒng)可靠性的基本理論 211242（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性概念 218588（二）結(jié)構(gòu)施工的狀況分析 311658（三）施工可靠性的界定 4606二、施工過程可靠譜性分析方法及其應(yīng)用 46899（一）典型的系統(tǒng)可靠性模型及其可靠度的計(jì)算 426163（二）施工過程系統(tǒng)的可靠性關(guān)系 5304421.施工過程的可靠性關(guān)系 664152.施工系統(tǒng)的可靠性計(jì)算原理 729361三、結(jié)構(gòu)施工系統(tǒng)可靠度的計(jì)算 811977（一）計(jì)算思路 817398（二）工程項(xiàng)目施工系統(tǒng)可靠性的計(jì)算方法 9314251.用鄰接矩陣法求解系統(tǒng)最小路集 9151952.改進(jìn)BDD算法將最小路集不交化，得出系統(tǒng)可靠性計(jì)算的符號(hào)表達(dá)式 1013002四、施工系統(tǒng)可靠性理論的應(yīng)用示例 1110300（一）案例背景 1124152（二）混凝土質(zhì)量控制可靠性分析的目的 1215257（三）混凝土抗壓強(qiáng)度控制的可靠性計(jì)算方法 137243五、結(jié)論 1427464參考文獻(xiàn) 16

引言可靠性一詞最先出現(xiàn)在生產(chǎn)制造業(yè)部門。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，產(chǎn)品可靠性的確切含義是“產(chǎn)品、系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力”。即可靠性是指部件、元件、產(chǎn)品或系統(tǒng)在規(guī)定的環(huán)境下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定條件下無故障地完成其規(guī)定功能的概率[1]。系統(tǒng)可靠性分析是用系統(tǒng)工程的思想觀念，從整體性、綜合性和實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、管理、系統(tǒng)維修等問題進(jìn)行分析的技術(shù)。將系統(tǒng)工程原理的系統(tǒng)概念應(yīng)用到工程施工（原材料加工成所需的產(chǎn)品）的生產(chǎn)過程稱為過程系統(tǒng)[2]。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工程建設(shè)規(guī)模日益增大，建設(shè)的難度與復(fù)雜程度，對(duì)工程的設(shè)計(jì)、施工及其管理的可靠性問題，都提出了更高的要求。依據(jù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化理論與價(jià)值工程原理[3]，設(shè)計(jì)是工程價(jià)值的形成階段，施工是工程價(jià)值的實(shí)現(xiàn)階段。工程價(jià)值的評(píng)價(jià)是一個(gè)指標(biāo)體系，它反映一項(xiàng)工程建造和使用的目的，體現(xiàn)為質(zhì)量性、經(jīng)濟(jì)性和時(shí)間性[4]。在質(zhì)量方面，包括對(duì)建造地點(diǎn)、建筑形式、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能效果和使用者滿意程度的評(píng)價(jià)。建造地點(diǎn)的選擇應(yīng)滿足對(duì)自然、地理、交通、生產(chǎn)、生活和經(jīng)營(yíng)條件的要求；建筑形式的構(gòu)想應(yīng)從建筑體形及造型、環(huán)境及毗鄰建筑的和諧、內(nèi)涵及風(fēng)格的表達(dá)、藝術(shù)與裝飾的統(tǒng)一、內(nèi)部與外部關(guān)系的協(xié)調(diào)等方面加以衡量；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)先進(jìn)、新穎、安全、可靠與適用；功能效果應(yīng)充分反映生產(chǎn)和生活的使用功能、空間的使用安排、建筑物理功能——聲、光、熱、采暖、通風(fēng)等的要求；使用上應(yīng)符合投資建設(shè)的意圖和維護(hù)的方便。在經(jīng)濟(jì)方面，包括對(duì)支出與收益的綜合評(píng)價(jià)，既要考慮建造的一次性投入，又要考慮使用期的經(jīng)常性費(fèi)用，同時(shí)要考慮投資的回收。在時(shí)間方面，既要評(píng)價(jià)建造時(shí)間（包括前期準(zhǔn)備時(shí)間、設(shè)計(jì)時(shí)間、施工時(shí)間和動(dòng)用前準(zhǔn)備時(shí)間）的合理性，還要評(píng)價(jià)使用期限的有效性[5]。因此，對(duì)應(yīng)于土木工程的建設(shè)目標(biāo)而言，有優(yōu)秀的設(shè)計(jì)卻沒有良好的施工，或設(shè)計(jì)先天不足卻有良好的施工過程，都難以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的價(jià)值指標(biāo)。故而，施工技術(shù)與施工組織管理是土木工程學(xué)科的重要組成，也是結(jié)構(gòu)工程重要的研究對(duì)象。一、施工系統(tǒng)可靠性的基本理論（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性概念在工程設(shè)計(jì)上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本目的是在結(jié)構(gòu)可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間選擇一種最佳平衡[6]。在工程施工上，施工生產(chǎn)的根本目的是在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下追求最佳的效益（包括經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益）。建筑結(jié)構(gòu)可靠性理論認(rèn)為：結(jié)構(gòu)可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。因此，設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下滿足相應(yīng)的功能。這些功能是[7]：(1)在正常施工和正常使用時(shí)能承受可能出現(xiàn)的各種作用；(2)在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；(3)在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性；(4)在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。因此，結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性[8]。（二）結(jié)構(gòu)施工的狀況分析在結(jié)構(gòu)工程的建造過程中，由于建筑施工生產(chǎn)所具有的特性體現(xiàn)，結(jié)構(gòu)施工期所表現(xiàn)出的狀況如下：1.時(shí)變結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)的形狀和材料性質(zhì)都是隨時(shí)間變化的，所以一個(gè)結(jié)構(gòu)從開始建造到投入使用的整個(gè)施工過程，可以看成是結(jié)構(gòu)隨時(shí)間增加而逐步“生長(zhǎng)”形成的過程[9]。2.施工生產(chǎn)的隨機(jī)性。由于結(jié)構(gòu)工程體積大，露天生產(chǎn)作業(yè)，受自然條件與建設(shè)環(huán)境制約，建造對(duì)象固定，施工人員及施工機(jī)械設(shè)備流動(dòng)，工程材料品種多而復(fù)雜，所以影響結(jié)構(gòu)工程施工期的因素多，性能波動(dòng)大[10]。故工程施工往往并非一帆風(fēng)順，即時(shí)常不是結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法要求的理想狀態(tài)——“正常施工”。3.施工生產(chǎn)的多目標(biāo)性。工程建設(shè)的活動(dòng)涉及多個(gè)部門和單位，各自有不同的行為目標(biāo)。對(duì)于施工生產(chǎn)者，既有以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性要求的質(zhì)量控制目標(biāo)，又有以合同要求的施工工期、安全與文明生產(chǎn)的生產(chǎn)控制目標(biāo)，同時(shí)又以降低工程施工成本，追求經(jīng)濟(jì)效益為宗旨[11]。因此，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性要求的質(zhì)量管理與控制目標(biāo)，是施工生產(chǎn)目標(biāo)的有機(jī)組成部分，但并非唯一。4.工程施工生產(chǎn)的基本目的是在施工可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間選擇一種最佳平衡。對(duì)于施工方而言，施工方案、方法及措施的可靠性差會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的非“正常施工”，結(jié)構(gòu)可靠性下降，出現(xiàn)工程質(zhì)量差等一系列施工問題；施工質(zhì)量的可靠性過度，則會(huì)導(dǎo)致施工過程、工程內(nèi)容與工藝操作的復(fù)雜性，造成不必要的工期損失與經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，未實(shí)現(xiàn)施工與經(jīng)濟(jì)的最佳平衡[12]。5.工程施工的風(fēng)險(xiǎn)性。由于工程的建造處于大自然的環(huán)境，相對(duì)于其他工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)而言，工期較長(zhǎng)，受制于當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)的政治、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)環(huán)境的約束，同時(shí)建造過程的人力、材料、機(jī)械設(shè)備的使用以及相應(yīng)的施工方法都影響著建造活動(dòng)的品質(zhì)，對(duì)于以質(zhì)量、安全、工期、成本等性能與效益指標(biāo)構(gòu)成的多目標(biāo)施工生產(chǎn)系統(tǒng)，始終處于因素不確定的建造環(huán)境與條件之中，從而導(dǎo)致施工建造過程處于目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)[13]。因此，現(xiàn)行土木工程項(xiàng)目的施工建造，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過程。從系統(tǒng)工程原理分析施工項(xiàng)目的每一項(xiàng)任務(wù)及工作，都是在內(nèi)外因素的影響與制約，以及實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)的要求下所完成的。那么，一項(xiàng)施工過程的完成，其方案和方法措施對(duì)于實(shí)現(xiàn)施工生產(chǎn)系統(tǒng)目標(biāo)的可行性與可能性為多大，施工過程之間在任務(wù)目標(biāo)的完成上相互間的關(guān)系及其對(duì)系統(tǒng)目標(biāo)的影響又如何等施工生產(chǎn)的可靠性問題，在工程施工技術(shù)與組織管理的方案選擇與評(píng)價(jià)，以及方案實(shí)施過程中的控制，都必然會(huì)充分的體現(xiàn)和反映出來。由此，研究工程施工生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性理論及其分析方法，幫助施工生產(chǎn)者科學(xué)合理地確定施工技術(shù)和組織措施，指導(dǎo)實(shí)施中的目標(biāo)控制，確保工程施工預(yù)期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，是結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)代施工技術(shù)與管理的重要課題。（三）施工可靠性的界定綜上分析，結(jié)構(gòu)工程的建造是以設(shè)計(jì)所確定的功能為前提，以施工目標(biāo)體系的實(shí)現(xiàn)為目的，通過組織和協(xié)調(diào)施工項(xiàng)目?jī)?nèi)外要素，構(gòu)建建設(shè)方合同要求的滿意產(chǎn)品。這一建造的產(chǎn)品體系龐大，施工生產(chǎn)歷時(shí)長(zhǎng)，需要在符合經(jīng)濟(jì)合理的前提下，完成相應(yīng)的行為功能。這種行為功能的體現(xiàn)是：(1)完成質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所要求的程度；(2)達(dá)到工期要求的可信度；(3)實(shí)現(xiàn)安全施工的可能度。因此，施工生產(chǎn)的可行性、可能性和安全性的總和，即為工程施工的可靠性。也就是說，在一定的條件下，保證工程施工可行、可能、可信及安全就是可靠。二、施工過程可靠譜性分析方法及其應(yīng)用（一）典型的系統(tǒng)可靠性模型及其可靠度的計(jì)算系統(tǒng)是指由兩個(gè)及以上相互區(qū)別、又相互聯(lián)系的單元（或要素）的有機(jī)結(jié)合，是完成同一目的的綜合體。系統(tǒng)各單元之間應(yīng)具有某種相互依賴的特定關(guān)系，遵循某種特定的法則。如果一個(gè)系統(tǒng)很大，則可將其分解為許多子系統(tǒng)。與原系統(tǒng)相比，子系統(tǒng)包括的變量維數(shù)減少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于分析。各子系統(tǒng)之間互為聯(lián)系，不可分割。因此，系統(tǒng)是一個(gè)可分為多層次、多部件的整體[14]。系統(tǒng)的可靠性模型是指系統(tǒng)的可靠性結(jié)構(gòu)模型（也稱為可靠性框圖）及其數(shù)學(xué)模型。它是從可靠性角度表示系統(tǒng)各單元、元件之間的邏輯關(guān)系的“概念模型”。所謂可靠性結(jié)構(gòu)模型是將系統(tǒng)各單元之間的可靠性邏輯關(guān)系用框圖來表示的一種模型，而可靠性數(shù)學(xué)模型是對(duì)可靠性框圖表示的邏輯關(guān)系的數(shù)學(xué)描述[15]。在分析系統(tǒng)的可靠性時(shí)，常常要將系統(tǒng)的工程示圖轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)的可靠性框圖，再根據(jù)可靠性框圖以及組成系統(tǒng)各單元所具有的可靠性特征量，計(jì)算出所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可靠性特征量。可靠性框圖與工程示圖并不完全等價(jià)。系統(tǒng)的工程示圖是表示組成系統(tǒng)的單元之間的物理關(guān)系和工作關(guān)系，而可靠性框圖則表示系統(tǒng)的功能與組成系統(tǒng)的單元之間的可靠性功能關(guān)系。建立可靠性框圖首先要了解系統(tǒng)中每個(gè)單元的功能，各單元之間在可靠性功能上的聯(lián)系，以及這些單元功能之失效模式對(duì)系統(tǒng)的影響。決不能從工程結(jié)構(gòu)上判定系統(tǒng)類型，而應(yīng)從功能上研究系統(tǒng)類型，分析系統(tǒng)的功能及其失效模式，保證功能關(guān)系的正確性。建立可靠性模型的一般步驟如下:(1)確定系統(tǒng)的有關(guān)定義。包括確定任務(wù)功能，規(guī)定性能參數(shù)及容許限值，建立相應(yīng)的任務(wù)可靠性框圖和建立故障標(biāo)準(zhǔn);(2)按照系統(tǒng)各部分的功能關(guān)系建立功能框圖;(3)在功能框圖的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析，確定各部分之間的可靠性邏輯關(guān)系，建立起可靠性結(jié)構(gòu)模型;(4)根據(jù)可靠性結(jié)構(gòu)模型建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。典型的系統(tǒng)可靠性模型有串聯(lián)結(jié)構(gòu)、并聯(lián)結(jié)構(gòu)、混聯(lián)結(jié)構(gòu)、表決結(jié)構(gòu)、旁聯(lián)結(jié)構(gòu)及復(fù)雜結(jié)構(gòu)等多種類型。下面將對(duì)常用的典型系統(tǒng)可靠性結(jié)構(gòu)模型和數(shù)學(xué)模型分別進(jìn)行分析、討論。在討論中，假定組成系統(tǒng)的每個(gè)單元均可能處于正?；蚴煞N狀態(tài)，而且各單元所處的狀態(tài)是相互獨(dú)立的。（二）施工過程系統(tǒng)的可靠性關(guān)系從系統(tǒng)工程原理分析工程建設(shè)項(xiàng)目的施工活動(dòng)，其內(nèi)外所涉及的元素及其構(gòu)成完全形成了施工生產(chǎn)的復(fù)合系統(tǒng)。這個(gè)復(fù)合系統(tǒng)主要由施工過程子系統(tǒng)、施工條件子系統(tǒng)和施工目標(biāo)子系統(tǒng)所組成。因此，施工系統(tǒng)的可靠度分析包括施工過程子系統(tǒng)的可靠性分析、施工條件子系統(tǒng)的可靠性分析和施工目標(biāo)子系統(tǒng)的可靠性分析。1.施工過程的可靠性關(guān)系施工生產(chǎn)的產(chǎn)品是指施工企業(yè)所完成的工程對(duì)象。根據(jù)工程對(duì)象的大小，可以將其劃分為建設(shè)項(xiàng)目、單項(xiàng)工程、單位工程、分部工程和分項(xiàng)工程。施工過程子系統(tǒng)如圖1所示。圖1工程項(xiàng)目施工分解體系(1)建設(shè)項(xiàng)目：凡是在一個(gè)場(chǎng)地或者幾個(gè)場(chǎng)地，按一個(gè)總體設(shè)計(jì)進(jìn)行建設(shè)的各個(gè)工程項(xiàng)目的總和稱為建設(shè)項(xiàng)目。它是指行政管理上具有獨(dú)立的組織形式，經(jīng)濟(jì)上實(shí)行獨(dú)立核算并編有計(jì)劃任務(wù)書和總體設(shè)計(jì)的建設(shè)任務(wù)。一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目可以由幾個(gè)單項(xiàng)工程組成，也可能只有一個(gè)單項(xiàng)工程。(2)單項(xiàng)工程(也稱工程項(xiàng)目)：是指具有獨(dú)立的設(shè)計(jì)文件，竣工后可以獨(dú)立發(fā)揮生產(chǎn)能力或項(xiàng)目效能的工程。它可能是建設(shè)項(xiàng)目的組成部分，也可能是單獨(dú)的工程項(xiàng)目。(3)單位工程：是指具有單獨(dú)設(shè)計(jì)、可以獨(dú)立組織施工的工程。在實(shí)際工作中為了便于組織施工，根據(jù)工程性質(zhì)和能否滿足獨(dú)立施工的要求，將一個(gè)單項(xiàng)工程劃分為若干單位工程。有時(shí)則根據(jù)工程特點(diǎn)和條件，不需要將單項(xiàng)工程分解為幾項(xiàng)單位工程，這樣的單項(xiàng)工程(或單位工程)又稱為單體工程。一個(gè)單項(xiàng)工程，可能的話，按照其構(gòu)成，可以分為土建工程、工業(yè)管道工程、衛(wèi)生設(shè)備工程、電氣照明工程、構(gòu)筑物工程等單位工程。(4)分部工程：是單位工程形象實(shí)物的一部分或單位工程施工過程所完成的部分任務(wù)。若干分部工程組成一個(gè)單位工程，一項(xiàng)分部工程包括若干項(xiàng)分項(xiàng)工程。(5)分項(xiàng)工程：是指由不同工種的工人利用不同的工具、機(jī)械設(shè)備和材料所完成分部工程中的某一部分。任何分項(xiàng)工程的完成都可以通過一定的計(jì)量單位去衡量。2.施工系統(tǒng)的可靠性計(jì)算原理施工生產(chǎn)是由施工過程的完成形成產(chǎn)品實(shí)體的，施工系統(tǒng)的構(gòu)成單元是施工過程，研究施工系統(tǒng)的可靠性計(jì)算，必須首先探討施工過程子系統(tǒng)的可靠性計(jì)算。根據(jù)分析，組成單項(xiàng)工程施工的單位工程，可靠性系統(tǒng)總體表現(xiàn)為串聯(lián)，組成單位工程施工的分部工程，可靠性系統(tǒng)為串并聯(lián)混合關(guān)系；組成分部工程施工的分項(xiàng)工程，可靠性系統(tǒng)為串并聯(lián)混合關(guān)系。依據(jù)可靠性計(jì)算理論，串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為各構(gòu)成可靠度之積，即：式中j——組成串聯(lián)關(guān)系的施工過程個(gè)數(shù)，j=1,2...，n構(gòu)成過程子系統(tǒng)的施工過程關(guān)系常見的是串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)混合關(guān)系。對(duì)于串聯(lián)的施工過程，要提高串聯(lián)的可靠度，就必須提高各施工過程可靠度，同時(shí)，在保證各施工過程可靠度滿足要求外，應(yīng)把重點(diǎn)放在采用易提高施工過程可靠度的施工措施上。對(duì)于并聯(lián)的施工過程，不但要按照串聯(lián)的思路去提高各施工過程的可靠度，還應(yīng)控制各施工過程可靠度的差值，力求各施工過程的可靠度相接近。另外，組成過程子系統(tǒng)的施工過程個(gè)數(shù)也對(duì)過程子系統(tǒng)可靠度有影響，串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度計(jì)算式明確告訴我們，系統(tǒng)的可靠度與施工過程個(gè)數(shù)有關(guān)，而串聯(lián)的施工過程的措施有時(shí)并非互不關(guān)聯(lián)，因此，將有關(guān)聯(lián)的施工過程合并，在控制施工過程可靠度滿足要求的條件下，有利于系統(tǒng)可靠度的滿足。結(jié)構(gòu)施工系統(tǒng)可靠度的計(jì)算（一）計(jì)算思路根據(jù)施工系統(tǒng)的組合性和層次性特點(diǎn)，計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的可靠性首先要確定組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各級(jí)子系統(tǒng)的施工可靠性。因此，施工系統(tǒng)的可靠性可采用金字塔式模型計(jì)算．基于系統(tǒng)工程思想，對(duì)工程項(xiàng)目施工系統(tǒng)進(jìn)行分解，可得到施工系統(tǒng)可靠性計(jì)算的金字塔模型，如圖2所示。圖2施工系統(tǒng)可靠度計(jì)算的金字塔模型這樣下一級(jí)子系統(tǒng)的可靠性數(shù)據(jù)向上一級(jí)折合，再把折合信息與上一級(jí)信息綜合，進(jìn)行各級(jí)子系統(tǒng)可靠性的定量計(jì)算．由此可見，工程項(xiàng)目施工系統(tǒng)可靠性的計(jì)算思路為：從塔底工序的可靠性開始計(jì)算，逐級(jí)往上，最后得到整個(gè)施工系統(tǒng)的可靠性．計(jì)算步驟如下：（1）確定最底層也即施工工序的可靠性．組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各級(jí)子系統(tǒng)級(jí)別愈低，可靠性數(shù)據(jù)越容易得到，而且得到的數(shù)據(jù)將越精確．工序可靠性的測(cè)定方法見文獻(xiàn)［8］．（2）根據(jù)各工序在所屬分項(xiàng)或分部工程中的邏輯關(guān)系，確定分項(xiàng)或分部子系統(tǒng)的可靠性計(jì)算表達(dá)式，在給定工序可靠性的情況下即可求出該分部或分項(xiàng)子系統(tǒng)的可靠性．（3）按以上方法自下而上逐級(jí)折合和綜合，直到得到整個(gè)施工系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)是由許多按一定的生產(chǎn)目的連接起來的元件所組成，系統(tǒng)的可靠性取決于元件的可靠性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系。研究系統(tǒng)可靠性的目標(biāo)是在元件故障數(shù)據(jù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已知的情況下，預(yù)測(cè)此系統(tǒng)的可靠性，并用某些關(guān)鍵事件或故障事件的概率、頻率、平均維持時(shí)間等可靠性指標(biāo)來描述系統(tǒng)的可靠性。本章有關(guān)施工系統(tǒng)可靠度計(jì)算的方法是建立在網(wǎng)絡(luò)邏輯的基礎(chǔ)上，稱為網(wǎng)絡(luò)法。（二）工程項(xiàng)目施工系統(tǒng)可靠性的計(jì)算方法關(guān)于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠度的計(jì)算，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了不少研究，并且提出了許多計(jì)算途徑，大體上可以分為真值表法、全概率分解法、蒙特卡羅圖法、基于最小路集、最小割集的各種算法等等。真值表法也叫狀態(tài)枚舉法，從本質(zhì)上是一種窮舉法。這是一個(gè)最原始的計(jì)算系統(tǒng)可靠度的方法，只能適用于小型網(wǎng)絡(luò)。全概率分解法的基本思想是:將一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分解為若干個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的子系統(tǒng)，先求出各子系統(tǒng)的可靠度a，再利用全概率公式計(jì)算系統(tǒng)總的可靠度。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)這種方法也難以實(shí)用。對(duì)于大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，基于最小路集和最小割集的方法分析計(jì)算系統(tǒng)的可靠性十分有效，故目前應(yīng)用最廣。本文主要研究基于不交化最小路集的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠度的計(jì)算方法。1.用鄰接矩陣法求解系統(tǒng)最小路集鄰接矩陣法是求解復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最小路集的一種適宜的計(jì)算機(jī)算法.方法原理如下:給定一個(gè)有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)G(有向，無向或混合型),設(shè)C為G的關(guān)聯(lián)矩陣,C=[cj],1≤i≤n,1≤j≤n,其中:且當(dāng)i=j時(shí),Cij=0。定義其中表示從點(diǎn)ｉ到點(diǎn)ｊ的長(zhǎng)度為ｒ的最小路的全體。在網(wǎng)絡(luò)G中,任意兩節(jié)點(diǎn)之間最小路的最大長(zhǎng)度≤n-1.所以對(duì)關(guān)聯(lián)矩陣C而言,若r≥n,必有Cr=0.因此,可以得到任意兩節(jié)點(diǎn)i,j之間的最小路的全體為:.式中Ls表示系統(tǒng)的最小路集.在工程項(xiàng)目施工系統(tǒng)中，只需求出網(wǎng)絡(luò)圖G中輸人節(jié)點(diǎn)(編號(hào)為1)到輸出節(jié)點(diǎn)(編號(hào)為n)的所有最小路集.因此,從輸人節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)的最小路集的全體可寫成:這樣，只要通過多次乘法就可求得最小路集的全體．2.改進(jìn)BDD算法將最小路集不交化，得出系統(tǒng)可靠性計(jì)算的符號(hào)表達(dá)式（1）BDD的基本概念BDD(BinaryDecisionDiagram)是BDP(BinaryDecisionProgram)的圖形化表示,它采用二叉樹形式表示一個(gè)布爾邏輯函數(shù),是有向的、節(jié)點(diǎn)具有標(biāo)號(hào)的二叉樹(V,N),其中V為節(jié)點(diǎn)集,N為標(biāo)號(hào)集。BDD是一個(gè)有根節(jié)點(diǎn)的有序二叉樹,每個(gè)分枝代表節(jié)點(diǎn)變量的一-次取值(左枝取1,右枝取0).從根節(jié)點(diǎn)出發(fā)到葉節(jié)點(diǎn)的每條路都表示布爾函數(shù)中各變量的一-次賦值.最后不交化的最小路集為從根節(jié)點(diǎn)到葉節(jié)點(diǎn)為1的所有路徑.（2）BDD算法求網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性的步驟獲得系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)函數(shù)。設(shè)系統(tǒng)共有m條最小路集(L1L2,..Lm),系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)函數(shù)為將f用BDD表示.為了減小BDD的子樹數(shù)目,對(duì)BDD的生成順序提出如下方法:①定義f中各變量x;的長(zhǎng)度L(x;)為布爾函數(shù)式中包含該變量的各項(xiàng)的弧數(shù)的最小值。②任取L(x;)最小的變量進(jìn)行BDD的1-0分枝(即對(duì)該變量賦值).當(dāng)有多個(gè)L(x;)相等時(shí),取在f的項(xiàng)中出現(xiàn)次數(shù)最多的變量x;進(jìn)行BDD分枝;若出現(xiàn)次數(shù)相等時(shí),則任取-變量。③在BDD.上搜索從根節(jié)點(diǎn)到葉節(jié)點(diǎn)為1的路徑,即可得f的不交化最小路集{NLx,NL2,...NLd}。④網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性可用下面的概率和公式直接進(jìn)行計(jì)算：（3）改進(jìn)的不交化算法對(duì)最小路集不交化運(yùn)算時(shí)分兩部分進(jìn)行,先選出長(zhǎng)度為n-1的最小路集全體,將它們分別化為不交和.具體做法是:對(duì)于Lr+l,Lr+2,...L，這些長(zhǎng)度為n-1的最小路集,在保持原有的弧不變外,網(wǎng)絡(luò)圖的所有弧中沒有包括在該條最小路內(nèi)的t-n+1條弧取逆加人,這樣就完成了長(zhǎng)度為nr1的每條.最小路集的不交化處理.其余長(zhǎng)度小于n-1的最小路集,采用BDD算法化為不交和.這樣改進(jìn)了以往將全部最小路集用BDD不交化的方法,簡(jiǎn)化了不交化運(yùn)算量。四、施工系統(tǒng)可靠性理論的應(yīng)用示例（一）案例背景某長(zhǎng)江公路大橋是國(guó)道上跨長(zhǎng)江的一座特大型橋梁，橋位處江面寬3000m,江中有沙洲，將全橋分成南北兩漢，北汊寬約700m，南汊寬約400m，橋梁全長(zhǎng)4117.6m，橋面寬24.5m，斜拉橋段橋面寬27.0m，北汊通航孔為200+500+200m的PC斜拉橋，南汊通航孔為160+300+97mPC斜拉橋，全橋總投資13.86億元。南北兩漢各有兩座高分別為97m和85m的斜拉索姊妹塔，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50，采用爬模法施工。斜拉橋主梁采用掛籃法或支架法分節(jié)段施工，每節(jié)段長(zhǎng)為3-8.5m,混凝土用量約140m3,混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C60，主塔兩邊的斜拉橋主梁對(duì)稱節(jié)段同時(shí)澆筑施工。由于斜拉橋梁跨度大，混凝土一次澆筑量大，斜拉索索力控制技術(shù)復(fù)雜，因此每節(jié)段工期較長(zhǎng)，每澆筑一對(duì)節(jié)段大約需要近一個(gè)月。由于下一節(jié)段混凝土澆筑前，可以得到前一個(gè)節(jié)段的混凝土試件28天抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)混凝土質(zhì)量控制的可靠性分析和后續(xù)節(jié)段的質(zhì)量控制是有利的。混凝土的質(zhì)量控制是斜拉橋主塔與主梁質(zhì)量控制的重點(diǎn)，在主塔與主梁的質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定方法中，混凝土抗壓強(qiáng)度不合格，即意味著整個(gè)分項(xiàng)工程的不合格。在質(zhì)量控制系統(tǒng)中,運(yùn)用施工可靠性理論對(duì)檢驗(yàn)評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量控制方法的可靠度進(jìn)行了計(jì)算分析，對(duì)大橋混凝土的質(zhì)量控制起到了顯著的作用。（二）混凝土質(zhì)量控制可靠性分析的目的在質(zhì)量控制系統(tǒng)中我們是以混凝土強(qiáng)度的變異情況作為調(diào)整控制措施的依據(jù)，因此控制的目的不僅僅是要以滿意的可靠度保證施工過程處于“正常狀態(tài)”，而且是要以較高的可靠度保證混凝土抗壓強(qiáng)度將處于合格條件之內(nèi)，對(duì)混凝土強(qiáng)度平均值及標(biāo)準(zhǔn)差的前饋控制問題基于反饋信息的基礎(chǔ)進(jìn)行的。當(dāng)混凝土工程較小，混凝土用量較少，試件數(shù)量少，混凝土抗壓強(qiáng)度分布體現(xiàn)出較大的離散性，缺少規(guī)律性，而混凝土產(chǎn)品生產(chǎn)非工業(yè)化也使得施工企業(yè)對(duì)混凝土強(qiáng)度分布狀態(tài)缺少統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。隨著混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用高度和跨度越來越大，混凝土用量也越來越大，盡管混凝土的強(qiáng)度分布具有較大的隨機(jī)性，但由于隨機(jī)變更的總體擴(kuò)大了，混凝土的強(qiáng)度分布也就呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，有利于我們分析當(dāng)前混凝土強(qiáng)度分布狀況，并作出調(diào)整控制措施的判斷。我們利用反饋信息對(duì)混凝土工程質(zhì)量控制時(shí)，需要作出兩個(gè)判斷：第一，制定當(dāng)前節(jié)段的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并確定檢查出的結(jié)果是否需要糾編，實(shí)際上是對(duì)當(dāng)前混凝土工程質(zhì)量的評(píng)價(jià)。第二，是下一個(gè)節(jié)段控制措施的有效程度有多大，可能出現(xiàn)的偏差是否會(huì)達(dá)到需要調(diào)整控制措施的程度，實(shí)際上是對(duì)當(dāng)前質(zhì)量控制的可靠性的評(píng)價(jià)。在多數(shù)時(shí)候，采取的控制措施都不能保證混凝土抗壓強(qiáng)度以概率為1的可靠性滿足合格條件，因此在施工過程中總要承擔(dān)質(zhì)量控制失效的風(fēng)險(xiǎn)。如果在每一個(gè)節(jié)段施工之前能夠比較準(zhǔn)確的了解質(zhì)量控制的可靠程度，就可以依此做出判斷，即認(rèn)為可以接受當(dāng)前的風(fēng)險(xiǎn)，就認(rèn)為當(dāng)前的控制措施是有效的，可以進(jìn)行后續(xù)節(jié)段施工。當(dāng)認(rèn)為當(dāng)前的風(fēng)險(xiǎn)太高，不能接受，就作出調(diào)整控制措施的決定，將后續(xù)節(jié)段質(zhì)量控制失效的風(fēng)險(xiǎn)控制在可以接受的范圍內(nèi)。因此，確定施工過程中的質(zhì)量控制目標(biāo)，同時(shí)確定作出調(diào)整措施的判斷條件，不應(yīng)當(dāng)僅僅是當(dāng)前的混凝土抗壓強(qiáng)度平均值和最小值小于或等于某個(gè)確定值，同時(shí)應(yīng)考慮下一個(gè)節(jié)段混凝土抗壓強(qiáng)度滿足合格條件的可靠度，看其是否達(dá)到了能夠接受的程度。在施工過程中，可以在對(duì)當(dāng)前混凝土強(qiáng)度分布狀態(tài)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算出后續(xù)節(jié)段的混凝土強(qiáng)度可能的分布函數(shù)和下一節(jié)段控制失效的概率，及時(shí)采取控制措施，確保在整個(gè)混凝土工程施工階段所承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)盡可能達(dá)到最小，這對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性和建設(shè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性都是有益的。（三）混凝土抗壓強(qiáng)度控制的可靠性計(jì)算方法當(dāng)工程施工到某一節(jié)段后，可以獲得幾組混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)的樣本，并計(jì)算出混凝土抗壓強(qiáng)度平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。根據(jù)合格判定條件mfcu,n和σ必須滿足:（4）這時(shí)，可以對(duì)混凝土強(qiáng)度的概率密度函數(shù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，得到兩個(gè)估計(jì)量pi和σ，若下一節(jié)段將取m組混凝土試件，根據(jù)合格條件這m+n組試件的強(qiáng)度必須滿足式(5)。（5）式中，組試件中強(qiáng)度最小值(MPa)組試件的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)（6）把式(6)代入式(5，并解出fcu，1至fcu，1，m所必須分布的強(qiáng)度區(qū)間，即只有當(dāng)fcu，1至fcu，m各自落在某一強(qiáng)度區(qū)間內(nèi)時(shí)，式(5)才能成立，若用fcu，i(i=1,2,..m)表示m組試件中的第i組混凝土試件強(qiáng)度，(x{),X約)表示它必須的強(qiáng)度區(qū)間，fcu，1,(i=1,2,,m)服從正態(tài)分布，我們可以計(jì)算出fcu，i,(i=1,2,)落在強(qiáng)度區(qū)間(內(nèi)的概率P。Pi就是第i組混凝土試件保證式(5)成立的概率，也就是當(dāng)前的質(zhì)量控制系統(tǒng)對(duì)第i組試件的質(zhì)量控制可靠度。當(dāng)m=1時(shí)，式(4)可以計(jì)算出唯一的精確解，但混凝土工程的各個(gè)節(jié)段混凝土試件一般都不只一-組，這時(shí)式(4)不能得出唯一精確解。我們可以對(duì)這m組混凝土試件依次進(jìn)行可靠性分析，并依保守原則，在考慮前一組混凝土試件強(qiáng)度最不利可能的情況下，來分析下一組試件強(qiáng)度分布在它必須的強(qiáng)度區(qū)間的概率，計(jì)算出每一組試件合格的可靠度P,，則:（7）式中P,——下一節(jié)段混凝土強(qiáng)度控制可靠度。對(duì)該長(zhǎng)江公路大橋的連續(xù)橋梁段,斜拉橋梁段和斜拉橋索塔C40、C50和C60混凝土強(qiáng)度均進(jìn)行了可靠性分析的計(jì)算，并進(jìn)行質(zhì)量控制可靠度評(píng)價(jià)。在質(zhì)量控制過程，希望主動(dòng)控制是有效的，以避免出現(xiàn)混凝土強(qiáng)度不合格的情況出現(xiàn)。但由于施工過程受眾多隨機(jī)因素的干擾，會(huì)出現(xiàn)不同程度的變異，施工過程中總是.存在風(fēng)險(xiǎn)的，因此對(duì)于一個(gè)施工過程，當(dāng)其風(fēng)險(xiǎn)小到一定程度，就可以認(rèn)為控制措施是有效的，不同的項(xiàng)目將給出不同程度的可靠性滿意度的評(píng)價(jià)。在該長(zhǎng)江公路大橋混凝土工程質(zhì)量控制過程中，對(duì)質(zhì)量控制風(fēng)險(xiǎn)或者說對(duì)質(zhì)量控制可靠度進(jìn)行定量比較。五、結(jié)論本論文基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性概念和結(jié)構(gòu)施工的狀況與特點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)工程原理和系統(tǒng)可靠性工程理論，提出了施工系統(tǒng)的可靠性概念及其可靠度定義。由于施工生產(chǎn)產(chǎn)品的固定性和施工人員、施工機(jī)械及材料半成品的流動(dòng)性，與工廠生產(chǎn)系統(tǒng)相比，施工生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性工程更具特殊性與復(fù)雜性。施工系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)，主要包括過程子系統(tǒng)、條件子系統(tǒng)和目標(biāo)子系統(tǒng)，參閱大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)表明，基于本文對(duì)施工可靠性