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2机械手机体阀台的液压原理
对于每台机械手都单独配置一套机体阀台，机体阀台采用集成阀块设计，通过整合优化液压控制系统，将各相关液压元件采用集约布置方式，使全部液压元件集中安装在集成阀块上，元件间的连接通过阀块内部油道沟通，从而最大限度地减少外部连接，基本消除外泄漏。机体阀台的四个出入油口(P－压力油口，P2－补油油口，T－回油油口，L－泄漏油口)分别与液压泵站的对应油口相连接。压力油由P口进入机体阀台后，经高压球阀1及单向阀2．1后，一路经单向阀4给蓄能器6供油以作为系统紧急状态供油，一路经插装阀3给系统正常工作供油。为保证每个回路产生的瞬间高压不影响别的工作回路，在每个回路的进出口都设置了单向阀，对于夹钳工作回路因设置了减压阀16进行减压后供油，无需设置单向阀。对于小车行走系统，由比例阀12．1控制液压马达21的运动方向，液压马达设置了旋转编码器，对于马达行走采用闭环控制，以实现平稳起制动以及小车的精准定位。为避免制动时换向阀切换到中位，液压马达靠惯性继续旋转产生的液压冲击，设置了双向溢流阀11分别用来限制液压马达反转和正转时产生的最大冲击压力，以起到制动缓冲作用，考虑到液压马达制动过程中的泄漏，为避免马达在换向制动过程中产生吸油腔吸空现象，用单向阀9．1和9．2从补油管路P2向该回路补油，为实现单台机械手的故障检修，在补油管路P2上设置了高压球阀8，为实现检修时，可以将小车手动推动到任意检修位置，系统设置了高压球阀5．2。对于双垂直液压缸回路，由比例阀12．2控制液压缸22的运动方向，液压缸安装了位移传感器，对于液压缸位置采用闭环控制，实现液压缸行程的精准定位，液压缸驱动四连杆机构来完成夹钳系统的垂直方向运动;为防止液压缸停止运动时自行下滑，回路设置了双液控单向阀13．1，其为锥面密封结构，闭锁性能好，能够保证活塞较长时间停止在某位置处不动;为防止垂直液压缸22因夹钳系统及工件自重而自由下落，在有杆腔回路上设置了单向顺序阀14，使液压缸22下部始终保持一定的背压力，用来平衡执行机构重力负载对液压执行元件的作用力，使之不会因自重作用而自行下滑，实现液压系统动作的平稳、可靠控制;为防止夹钳夹持超过设计重量的车轮，在有杆腔设置了溢流阀15．1作为安全阀对于夹钳液压缸回路，工作压力经减压阀16调定工作压力后由比例阀17控制带位置监测的液压缸23的运动，来驱动连杆机构完成夹钳的夹持动作，回路设置了双液控单向阀13．2，来保证活塞较长时间停止固定位置，考虑到夹钳开启压力原小于关闭压力(液压缸向无杆腔方向运动夹钳关闭)，在液压缸无杆腔回路上设置了溢流阀15．3，调定无杆腔工作压力，当比例换向阀17右位工作时，压力油经液控单向阀13．2后，一路向有杆腔供油，一路经电磁球阀18向蓄能器19供油，当夹钳夹住车轮，有杆腔建立压力达到压力继电器20设定值后，比例换向阀17回中位，蓄能器19压力油与有杆腔始终连通，确保夹持动作有效，当比例换向阀17左位工作时，蓄能器19压力油经电磁球阀18与有杆腔回油共同经过比例换向阀17回回油口。紧急情况下，电磁换向阀7得电(与系统控制电源采用不同路电源)，将蓄能器6储存的压力油，一路经单向阀9．11供给夹钳液压缸23，使夹钳打开，同时有杆腔回油经电磁球阀18，单向阀9．9回回油T口;一路压力油经节流阀10，单向阀9．3使液压马达21带动小车向炉外方向运动，液压马达回油经比例换向阀12．1，单向阀9．5回回油T口。以确保设备能放下待取车轮，退出加热炉内部，保护设备安全。
引言
《2009最新版防突细则》第四十九条中预抽石门揭煤钻孔的最小控制范围为两个必要条件，意思不够直接明确；钻场设计繁琐，且大部分钻场设计工作者未能把钻场设计与计算机紧密结合；钻场钻孔求值参数多，求值方法多，但却未选择最优求值参数，导致设计钻孔参数不够精确。笔者针对以上情况以预抽石门揭煤钻孔为例阐述了钻孔最小控制范围和最少最优求值参数，以便精确、方便、快捷的设计钻场钻孔。
1、钻孔最小控制范围解析
《2009最新版防突细则》第四十九条（四）：预抽石门揭煤钻孔的最小控制范围是：石门和立井、斜井揭煤处巷道轮廓线外12m（急倾斜煤层底部或下帮6m），同时还应保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线的最小距离不小于5m。
据以上规定可知石门揭煤钻孔最小控制范围为两个充分必要条件，即：煤层倾角β＜45°时，最小控制范围需满足上、下帮巷道轮廓线外倾向12m和法向5m，左、右两帮法向5m；β≥45°时，最小控制范围需满足上帮巷道轮廓线外倾向12m和法向5m，下帮巷道轮廓线外倾向6m和法向5m，左右两帮法向5m。
根据煤层空间位置关系可知：sinβ=法向控制范围/倾向控制范围，煤层倾角β越小，法向5m所控制的倾向范围越大。经分析石门揭煤钻孔最小控制范围如图表1所示。（注：asin(5/12)=24.6°,asin(5/6)=56.4°）
表1石门揭煤钻孔最小控制范围
煤层倾角范围
上帮
轮廓线外
下帮
轮廓线外
左、右两帮
轮廓线外
β≤24.6°
法向5m
法向5m
法向5m
24.6°＜β≤56.4°
倾向12m
法向5m
法向5m
β＞56.4°
倾向12m
倾向6m
法向5m
2、钻场情况及钻场设计
煤层厚2m，倾角β=30°；石门揭煤巷道高3m，宽5m，方位α0=195°。据《2009最新版防突细则》及表1设计石门揭煤钻场如图1。（为视图清晰，抽采半径假定为5m）
图1预抽石门揭煤钻场设计图
3、最少求值参数
以28号钻孔为例，预抽钻孔立体及简化图如图2所示。线EC为28号钻孔线，面ABCD为水平投影面，线AC为钻孔水平投影线，面ADHE为钻孔铅垂剖面，线ED为钻孔铅垂剖面线；α偏28钻孔方位偏角，θ为钻孔倾角，H为穿煤孔深等钻孔参数。
图2预抽钻孔立体及简化图
由图1中钻场设计剖面图，直角三角形AED除直角外有5个参数（三角形的3角3边）均可用CAD量出；由图1中钻场设计平面图，直角三角形ADC除直角外有5个参数均可用CAD量出。直角三角形ADC与AED有一条公共边AD，所以两三角形一共有9个参数，且均可量出，但量取参数是繁琐的重复过程，为此需确定最少的参数并准确的求取所需的钻孔参数。
如图2中28号孔空间立体简化图，经分析：需求解α偏28、θ28和H28必须求解四面体ACDE，而把直角三角形AED和ADC解出，四面体ACDE即解出。直角三角形已知2个参数（除直角外）即可求解，求解两个直角三角形需4个参数，因为直角三角形AED与ADC有一条公共边，所以求解这两个直角三角形仅需3个参数，且直角三角形AED与ADC各需至少一个参数（公共边AD除外），即求解钻孔α偏28、θ和H参数仅需3个参数。
4、最少求值参数种类
经上分析：已知求解参数有9个，为计算钻孔参数方便快捷仅需3个求解参数即可，直角三角形AED与ADC各需至少一个参数（公共边AD除外），即一个三角形2个参数，另一个三角形1个参数（不包括公共边）。
无公共边最少求值参数种类：（C42-C22）×C41×C21
有公共边最少求值参数种类：C41×C41
最少求值参数种类：（C42-C22）×C41×C21+C41×C41=56(种)
5、最优求值参数
已知求解参数有9个：包括4个角度，5条边。
结合图1与图2分析：
1）、方位偏角α偏可直接量出但每个钻孔的偏角不一，且量取角度误差较大；
2）、每个钻孔的AC与DE不一，需一一量出；
3）、1、5……25号孔，2、6……26号孔，3、7……27号孔和4、8……28号孔的X(CD)各均相同；
4）、1-4号孔、5-8号孔、9-12号孔、13-16号孔、17-20号孔、21-24号孔和25-28号孔的Y（AD）和Z(AE)各均相同。
二、优化企业劳动组织的设计实施措施
企业在优化劳动组织设计的时候一定要注意管理水平的提高和劳动组织人员管理措施的转变这两个方面的要求，必须方方面面以企业的发展为主，因此在优化劳动组织设计时可以从以下这几个方面实施。1.加强企业劳动人员的操作技能众多企业的生存、发展之道都是一样的，要想在众多企业中能够脱颖而后，靠的也就是企业的生产效率，而企业的生产效率主要是取决与劳动组织人员的操作技能。在这里就要求劳动组织人员能够掌握多种技能，以自己的专职为主，多种操作技能为辅的职业能力，对于工作中的一些小问题能够自己解决，避免了工作效率的低下，时间的浪费。培养复合型的技能人才为企业服务，提高企业的生产效率，降低劳动组织人员的人工成本的支出，从而使企业在市场竞争中能够稳定发展。2.创新企业人力资源的管理制度创新是一个企业得到发展的根本，所以对于劳动租住来说也要进行创新的管理制度：首先，要减少重复的工作步骤，避免浪费工作时间，根据不同的发展、生产情况，制定相对应的流程。提高企业管理人员的管理能力，增加劳动组织人员的操作技能。还有就是对于工作过程中安全措施也要重新进行规划和安排，以员工的人身财产为最大的工作基础；其次就是要加强检查的精细度，严格质量把关的力度，进行企业岗位分工化管理，提高企业的生产效率和员工的操作能力；最后就是建立完善合理的人力资源的管理制度，对于表现优秀的劳动组织中的员工要进行奖励，有能力的劳动人员要进行相关的工资补偿和职位的提高，提高劳动组织员工的工作积极性，同时还要对员工进行定期的专业培训，争取加强劳动组织员工的专业性，促进企业的不断发展。
三、注意劳动组织优化过程中的问题
在进行企业劳动组织优化设计的过程中要善于总结工作过程中的重要点，可以结合不同的关键点结合，由于企业的生产规模大、劳动组织的人员数量庞大，其没有很好的管理方案进行管理，就会出现劳动人员存在不合理的现象，劳动人员的数量导致在企业中人力资源没有得到充分的利用，所以在进行优化企业劳动组织的设计中一定要注重全方面的考虑企业岗位所需要的人才问题。与此同时还有对员工的工作定位不明确、企业的商品生产与市场需求存在差异等一些问题。针对员工工作定位不明确的这个问题，解决的方法是高层的管理者要结合企业内外部的各方面，对劳动组织人员进行科学化、规范化的人员定位，而且能够伴随市场和企业的发展进行改变；企业商品生产与市场需求存在差异这一点，主要是由于企业在生产之前没有做好充足的市场调查，市场调查不全面，有的企业甚至盲目的跟随其他企业进行生产，严重脱离自身企业的生产实际。所以在优化企业劳动组织的设计中一定注意并处理好这些问题，只有这样才能够更好的促进企业的发展。
2数值算例
以正交各向异性对称铺设的四边简支方板［0°/90°/90°/0°］为例，方板长度为a，厚度为h，且层合板的每一层都具有相同的材料参数和厚度。表1中文献［9］是复合材料固有频率的有限元解，文献［10］是根据分层理论所求的解，都具有较高的精度。表1为JD、YJJQ和GJJQ同文献［9］及文献［10］的一阶无量纲固有频率结果对比。从表中数据可以看出，当跨厚比a/h=5时，JD的误差很大，YJJQ也有较大误差，而GJJQ相比于文献有较好的结果;当a/h=10时，JD误差减小，但仍有较大误差。此时，YJJQ和GJJQ具有较好的精度;当a/h=100时，JD、YJJQ和GJJQ同文献［9］及文献［10］的解都较为接近。由表中数据可知，GJJQ精度高，可靠性好。通常，弹性模量比(E1/E2)、跨厚比(a/h)的改变对复合材料层合板固有频率有影响。以数值分析中的方板为例，图1～图3分别是基于3种理论，层合板一阶无量纲固有频率与弹性模量比、跨厚比的关系。
3层合板固有频率的优化设计
1)优化模型建立及设计变量。基于高阶剪切变形原理，建立层合板固有频率等效模型，再将层合板固有频率等效为单层正交各向异性材料的材料属性。复合材料层合板的减振降噪性能通常受其固有频率影响，而有很多因素影响固有频率，如铺设角度、跨厚比、弹性模量比、湿热等等。对其进行优化设计，能提高层合板的性能。以上例中的层合方板为例，基于高阶剪切变形理论下，对层合板的固有频率进行优化，选择铺设角度作为设计变量。2)目标函数及约束条件。本文以上例材料参数作为层合板的初始参数，以层合板固有频率最大化作为优化目标，文中得到的(8)式则是固有频率的目标函数。铺设角取值范围∈［0°90°］。3)优化设计方法。文中以改进的适应度函数［11］遗传算法对目标函数进行优化。遗传算法引导搜索的主要依据就是个体的适应度值。也就是说，遗传算法依靠选择操作来引导算法的搜索方向。选择操作是以个体的适应度作为确定性指标，从当前群体中选择适应度值高的个体进行交叉和变异，寻找最优解。如果适应度函数选择不当，它直接影响到遗传算法的收敛速度、稳定性及能否找到最优解。本文选择种群规模(NIND)为20;遗传代数(GEN)为40;交叉概率(px)为0．7;变异概率(pm)为0．01;代沟(GGAP)为0．95，采用进化代数固定的终止策略。从图4看出，优化目标值随着遗传代数增加呈递增趋势，优化到第10代时找到全局最优解。优化结果为x=0．735，y=0．769，z=15．31;即θ1=44．5°，θ2=44．9°，为15．31。由表2可知，优化后的效果较明显，ω～11从12．40提高到了15．31。
2重点高边坡稳定性评价及支护优化设计
2.1基于过程模拟与控制的高边坡稳定性评价及灾害控制方法研究
高边坡岩土体具有地质体所具备的地质过程特性，对岩石进行的高边坡稳定性评价的主要目的就是对边坡变形破坏的过程以及机制进行阐述，并且基于地心力学来对问题进行刻画，实际上这种对岩石高边坡进行的稳定性评价更具体说来应该是一个变形稳定性的问题。对变形稳定性的分析是指对高边坡的变形以及相关的破坏情况、破坏机制进行研究，并且结合数学、力学以及计算机技术，利用数值模拟的方法来对边坡变形的过程进行模拟演示，并且对变形过程进行控制，基于这种模拟研究的结果对边坡的稳定性进行相关评价。变形稳定性分析的过程是在对应力环境、变形特征、破坏模式、潜在滑面位置进行模拟分析的基础上进行的，但目前对于稳定性系数以及推力值的估计还缺乏足够的理论支持，没有形成一个成熟、准确的计算方法。
2.2重点高边坡稳定性评价
对需要重点进行研究的边坡要随时进行施工跟踪，要注意对实际施工中遇到的岩体结构以及边坡变形的情况进行足够精确、细致的描述，并且要积极收集边坡以及施工过程中的反馈信息，对具体的坡体情况进行分析，根据上述资料以及研究分析，来建立相应的地质模型来反映控制性结构面空间展布特征，并且要根据具体边坡结构的实际特征来进行计算方法的选择，用来研究边坡变形的破坏模式以及稳定性情况。土质边坡、散体结构以及破裂结构边坡的稳定性大多都会受到最大剪应力面的控制，因此，对这类边坡的边坡开挖过程进行研究分析，就要在对潜在滑动面的位置的判断基础之上进行，并且根据强度稳定性分析来对相应的边坡稳定性进行评价，为支护设计的优化提高有效的参数。
2.3重点高边坡支护优化设计
在对边坡支护进行优化中，要由对变形破坏的过程进行模拟来研究边坡开挖过程的不同变形阶段，由地质体所处的演化阶段以及变形破坏机制来对支护方案进行筛选，要按照具体的规范标准来进行静力学设计，要按照数值模拟的结果来研究地质体以及治理工程结构之间的相互作用，并由此来进行方案的优化设计。高边坡优化设计要建立在精准的地质模型的基础上，利用控制过程技术来完成，而且还需要特别关注边坡的稳定性评价，根据原有的设计方案进行改进。边坡优化要注意变形控制以及灾害控制，要将采用适宜的支护措施来是变形控制在允许范围之内，要结合反馈信息以及稳定性分析结果来进行有针对性的优化。
2剪力墙结构的设计
剪力墙长度和宽度尺寸与其厚度相比比较大，根据构件设计的要求不同，使用的设计长度与厚度则不同。一方面是墙肢的长度，剪力墙墙肢长度即为墙体截面高度，其长度不应超过8m。确保剪力墙结构的延性是设计剪力墙结构的关键。若要是避免脆性的剪切破坏，可将剪力墙设计成高宽比大于3的细高剪力墙结构。但有时由于墙体本身长度很大，要想保证比值大于3，就可以采用开洞的方法将其变为均匀的连肢体墙，而其洞口采用约束弯矩比较小的弱连梁的效果较好。另一方面是剪力墙墙肢的厚度，《高层建筑混凝土结构技术规程》规定了剪力墙的最小厚度，以保证剪力墙出平面的刚度和稳定性。住宅建筑填充墙厚一般为200mm，相应剪力墙墙厚也取为200mm。对于无地下室的高层建筑，为避免发生墙厚大于填充厚度的情况，在布置剪力墙时，应结合建筑平面，尽量避免使用一字形剪力墙，而采用L、T、Z、十字形等截面形式。按照《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3－2010中相关规定，抗震设计时，重力荷载代表值作用下，一、二、三级剪力墙墙肢的轴压比不宜超过表7．2．13的限值，若一、二、三级剪力墙底层墙肢截面的轴压比超过表7．2．14的规定值时，以及部分框支剪力墙结构的剪力墙，应在底部加强部位及相邻的上一层根据规范设置约束边缘构件。两端与剪力墙在平面内相连的梁为连梁，水平荷载作用下，墙肢如果发生弯曲变形，就会导致连梁产生内力，进而约束墙肢，减少墙肢的变形，改善其受力的状态。在剪力墙结构设计中，常会出现连梁超筋的问题，可以通过减小连梁的截面高度、调整塑形方面的处理、放弃对连梁的使用等诸多方面来进行解决。
3剪力墙结构设计的优化措施
对建筑结构进行优化设计能够在保证安全性的前提下，有效降低工程成本，在剪力墙结构优化设计中需针对工程的特点，分析其中存在的主要问题，对其结构布置及设计等进行适当的调整。以下以某工程为例，对剪力墙结构的优化设计具体措施进行分析。
3．1工程概况
某高层商住楼，地下两层，地上进31层，标准层高度为3．0m，建筑总高度为98．10m，总建筑面积约为2万m2，抗震设防烈度Ⅷ度，设计基本地震加速度值0．2g，设计地震分组为第二组，Ⅱ类场地，特征周期为0．55S，剪力墙抗震等级为一级，混凝土强度为C40～C25，采用纯剪力墙结构，墙肢底部加强部位宽350mm，以上逐步递增至200mm，通过分析SATWE计算结果发现该结构设计剪力墙的利用率较低，低层墙肢轴压比在0．37～0．43之间，结构位移较好，控制在1．2以内，且结构周期、位移角较小，整体偏刚。
3．2一般优化措施
剪力墙结构的设计主要可分为剪力墙结构设计和计算方面的优化，在进行结构优化设计时，不仅要注重设计方面，也要把计算列为其中重要的部分。
(1)剪力墙结构设计优化，在剪力墙结构设计过程中，应当注重抗震的作用，尽量避免单向布置，按照双向布置的原则，使受力方向的抗侧刚度逐渐接近，形成一个良好的空间结构。利用空间的充足性，减轻结构的重量。剪力墙的门窗洞口要成列布置，墙肢截面简单，与连梁分布规则，当出现错洞或者叠合错洞的情况下，腔内的配筋要形成框架的形式。由于剪力墙结构的抗侧刚度受布置结构影响较大，如果出现突变的情况，对抗震非常不利，在对剪力墙进行结构设计时，要坚持从上到下连续布置的原则，改变墙体的厚度和混凝土的强度等级，减小侧向沿高的高度;站在多种角度，从多方面出发，进行结构分析，注重和考虑抗震等级平均轴压比带来的影响及其稳定性的相关要求。
(2)剪力墙结构计算优化，在剪力墙结构计算方面进行优化时，应当遵循楼层最小剪力系数的调整原则、连梁超出限值的调整原则、楼层最大位移和层高之比的调整原则、结构扭转为主的第一自振周期和以平动为主的第一自振周期之间的比例调整原则，使计算结果无限地接近规范值。
3．3具体优化设计措施
针对本工程剪力墙结构设计中存在的问题，采取的具体优化设计方法包括:
(1)主体结构结构的抗侧刚度，在高层建筑单位建筑面积结构材料用量中，房屋层数与用于承担重力荷载的结构材料用量与成正比例，而用于抵抗侧力的结构材料数量，则以建筑层数的二次方的关系急剧增加，所以参考传统工程设计经验，高层建筑的各项计算指标能否通过规范要求，抗侧刚度起着决定性的作用。因此，高层建筑结构的抗侧刚度的计算确定，在高层建筑结构的设计中是十分重要的，它是整个建筑结构设计工作中最重要的基础核心工作。优化剪力墙抗侧刚度的常用措施有改变剪力墙的截面尺寸、调整剪力墙的混凝土强度等，在建筑高度及竖向荷载已知的情况下，剪力墙高宽比比较大，而剪切变形的影响又比较小时，可取剪力墙的弯曲刚度作为设计变量，建立剪力墙抗侧刚度优化的数学模型，对设计进行优化;
(2)地震作用，当前，一般高层建筑抗震作用的计算方法主要有振型分解反应谱法和底部剪力法两种，前者在国际上被普遍用来设计高层建筑的抗震性能，后者是在高层建筑结构抗震设计时，简化计算拟静力计算水平电算求解的一种方法，该方法方便运算，但是造成的数据误差较大，会造成结构刚度、质量沿竖向变化较大甚至结构明显不对称。但此方法被运用于抗侧刚度优化分析时，可以简化计算步骤，得出最佳抗侧刚度数据后，借助电子运算方法和振型分解反应谱法，使水平地震作用及其影响都能得出准确结果。
(3)建筑结构轻型化，目前我国剪力墙结构体系高层建筑，混凝土及钢材的强度等级一般不高，自重偏大，建筑结构轻型化后，能够节约建筑材料，减小结构截面，还有利于抗震性能的结构性改善，改变建筑在地震中的受力状态。结构轻型化的措施主要有:选用合理的楼盖结构形式，合理地确定楼盖结构的截面尺寸，有效减轻高层建筑的总重量;在满足结构层间侧移、强度延性及顶点侧移控制的基础上，掌握好墙体的厚度;采用质量较轻但强度较高的建筑材料，在保证墙体轻度之外，尽量减少建筑自重。
(二)增强建筑结构优化设计课程教学的连续性建筑结构课程通常为48课时至64课时，持续周期为一个学期，在学期结束后课程内容便很少涉及，课程得不到连续性学习。建筑结构设计优化是一门凌驾于多门建筑课程的综合学科，要在不同的建筑课程中融会贯通，在其他课程中反复实践和利用，才能将建筑结构优化设计的知识进行实际操作。这就要求不光要有独立的建筑结构课程和结构专业的教师，其他建筑课程和教师在教研中要融入结构优化的理念，通过启发性教学方法，使学生伴随建筑知识的增长提高结构优化设计能力。
(三)利用多媒体技术进行教学建筑结构设计要求学生对建筑的整体和个体构件都充分了解，传统的板报式讲授并不能直观地反映建筑构件实例的三维立体形象，学生和老师都应鼓励使用三维立体的软件设计建筑模型，提供设计作品的感官性的同时可以增强课程的趣味性。比如教师通过模型构件的软件设计立体的建筑模型，建筑的框架结构、构件受力情况和施工方法等都可以通过多媒体技术形象地呈现在大屏幕上，启发学生进行构件优化设计的灵感。老师和同学也可以通过计算机软件的交互作用，进行构件的交流和整体结构优化的探讨。学生可以通过软件完成教学作业，较徒手绘图简捷省力。新媒体技术能够很好的引发学生的课堂兴奋，也容易产生视觉疲劳，教师要掌握好重难点，合理分配计算机教学和传统板报式教学的课时。
2绿色建筑优化设计过程
2.1绿色建筑的规划阶段的设计优化
在规划阶段，分析场地中的气候资源特点，结合计算机模拟的方法，从空间布局和朝向选择上对建筑的热、声、光、风场等进行优化。建筑设计项目一旦通过报规，是很难进行修改调整。如果前期仓促定案，会造成先天不足，是很大的缺憾。成都西南交通大学归谷低碳小区日照强度计算图，通过总平面设计的优化分析，对建筑物平面布置和体型的调整，优化建筑的阴影分布，保证充足的日光进入每一栋建筑内，日照效果达到最好。对建筑物进行通风模拟，以确定最佳的布局方式，并优化室内外空间布局，形成穿堂风，使建筑物达到最好的通风条件。该项目的室外风环境CFD模拟风场。
2.2建筑气候适应性与设计优化
在深入分析不同经典绿色建筑的基础上，通过对不同气候区建筑设计创作的研究，发现地域建筑的创新与发展都涉及到建筑基本属性。如功能与空间、结构与构造形式、室内外物理环境、经济投入、地域风格等，反映出安全、经济、舒适、美观等性能特征在建筑创作中的主导地位。建筑外观是在顺应气候、地形、地貌等自然条件，按照人的传统、文化、习俗和审美等的要求，作用于建筑，是地域建筑给外界的最直观的表达方式；建筑的功能是在满足工作与生活需求这一共性的基础上，对文化、、工作与生活习惯等个性特征的满足；环境问题是人工环境带给人体最直观的感受，它的好坏直接影响人体健康，也会导致资源、能源利用的差异；经济性决定了选取材料和技术的衡量标准，在经济欠发达地区，这一制约因素发挥着决定性作用；除此以外，与自然环境的协调发展是目前以及很长一段时期内任何建筑都必须面对和解决的难题之一，尊重自然，强调可持续发展的建筑产业是当务之急。通过对不同建筑的功能、文化、气候适应性研究，认为绿色建筑最显著特点之一是建筑的气候适应性。遵义市科技馆效果图，遵义市属于中亚热带高原湿润季风区，气候温和、夏无酷暑，冬无严寒。但地处山区，海拔高差较大，气流、降水以及气候具有典型的山地气候特征。建筑场地在海拔1500m以上的山地，以石作为造型理念，采用半覆土建筑形式，以厚重实体回归自然，由西向东，由南向北逐渐延伸入土中，整个体量从屋面到松林做到自然过渡，浑然一体。利用地下土壤的热稳定性和地下温度的恒温性，体现出建筑的地域特色，具有创新的理念。建筑设计按照被动优先的原则，通过计算机模拟，采用围护结构隔热、遮阳，充分利用自然采光、加强自然通风等技术措施，来减少建筑能耗，提高建筑的功能要求和室内舒适度。护结构主要为非透明实体围护结构，以减少夏季强烈的太阳辐射对建筑室内过热和空调能耗的增加，同时满足科技馆建筑室内采光与照明对科技作品、艺术作品的功能要求。半覆土建筑形式对场地内地形地貌进行最大限度的保护，避免进行大开挖，大填方。对场地内的水系和现有植物进行利用。景观专业对现有水系和植物的利用，包括现有竹林，树木，灌木等等。结合给排水专业设置雨水蓄积方案，确定雨水蓄积的方式和位置，雨水蓄积同时作为景观水景，同时满足功能和绿色建筑对水资源节约的要求。瓦努阿图国家会议中心效果图，瓦努阿图位于南太平洋，最热月平均气温为26.4℃，最冷月平均气温为21.6℃，年平均气温24.1℃。全年太阳高度角较大，直接辐射强。气候温和湿润，属于典型的低纬度海洋性气候。建筑设计尤其注重遮阳、通风。利用海洋性气候条件下海陆风的昼夜变化特点，增强自然通风效果。地形对风向和风速的修正以符合项目所在的背景风场。利用种植屋面良好的隔热机理和热稳定性，完全消除太阳辐射得热，实现超低能耗的运行方式，营造健康舒适的室内环境。昼夜海陆风和建筑平面通风流线，采用外挑屋面遮阳结合采光设计，具有遮阳功能的走廊和挑檐，在减小空调负荷，降低空调能耗的同时，可实现自然光亮度、均匀度满足使用要求，并有效控制眩光，最大限度减少昼间人工照明用电等。项目建成后，结合绿色运行手段，可望称为低纬度海洋性气候地区低能耗绿色建筑的典范。从以上工程实例可看出，具有气候适应性的建筑将有利于气候的自调节作用，这也是自古以来人类总结出的、今天流行的被动节能技术设计方法。因此，通过被动式自然能源的应用，对建筑进行优化设计，利用建筑围护结构的蓄热、自然通风等将室外温度波的衰减、延迟特性、围护结构内表面平均辐射温度（MRT）的日平均值和波幅值控制在人可接受的范围内。这种被动与主动相结合的节能技术，尽可能延长基本热舒适时间，减少采用主动干预室内热环境的方式实现热舒适环境时间，也就是说尽量减少空调和采暖时间，是气候适应性节能建筑的核心，也是我国绿色建筑的技术路线和方向。
2.3建筑形态设计与节能设计
绿色建筑设计与一般设计的根本性区别在于采用量化分析的方法代替感性认识，可以说没有定量化的分析就没有理性绿色建筑的诞生。采用计算模拟分析手段来推敲设计策略对建筑能耗的影响，进而优化建筑设计。成都双流机场T2航站楼，建筑围护结构屋面与外墙没有明显的分隔，而是屋顶由一个圆柱穹顶直接落地，屋顶采用透明材料和金属夹芯板形成虚实相间的“竹节虫”。对围护结构的热工与节能设计受到很大的限制，屋顶中天窗的比例高达28%，带来较大的空调负荷和高昂的运行费用，需对屋盖方案进行优化，经过模拟分析并与建筑设计进行交互优化调整，实现整体节能。可以看出方案一、方案二、方案四较方案三的装机负荷大34.9%、9.5%、23.9%，遮阳系数不同时的负荷，当SC=0.6)时，四种方案分别为30.2%、8.2%、0.0%、21.0%；当增加玻璃的遮阳系数由0.6降低到0.5，三个方案的装机负荷可分别减小6.7%、9.3%、8.3%由此带来设备初费用降低，机房面积减小400～2500m2，管道费用减少3％～15％左右。因此，我们在定量的计算模拟分析有时甚至纠正感性认识的错误。比如我们在采用能耗分析软件研究发现的西向水平遮阳措施对改善西向房间的热工性能也有很大的帮助，纠正了通过感性认识一般认为的西向水平遮阳措施对房间遮阳帮助不大的认识，进而可调整相应的设计策略。节能的同时为建设方节约投资，在投标方案竞争中定量地体现出设计方的技术水平和服务意识。
2.4采光遮阳与建筑设计
由于建筑进深大，侧窗采光造成内部采光不好，均匀性差，根据成都冬季日照率低和夏季太阳辐射特点，为保证大部区域白天不需人工照明，设置采光通风遮阳天窗，以及玻璃幕墙顶部通风遮阳措施，保证了候车厅深部空间日间自然采光满足亮度和均匀度要求，并在候车厅不同部位的环境平均辐射温度控制在27℃以下，使侯车大厅处于舒适性范围，同时降低空调能耗。由此，在西侧玻璃幕墙和天窗应采取遮阳措施。下图给出了采用倾角为10°的百叶遮阳措施后外进入室内的太阳辐射特征曲线图，由图可看出，采用百叶遮阳后，可以大幅消减对进入室内的太阳辐射，从而改善夏季室内的热舒适度，降低了空调能耗。
箱梁节点是整个承重钢梁最为关键的部位，在施工中采用不同形式的加劲肋对该部位进行了加固处理。严格按照要求的尺寸，对GWJ－4号承重结构进行不同荷载状态下的分析。利用有限元软件ABAQUS对GWJ－4号钢架各部分的实际三维模型进行数值计算。该有限元软件研究实际模型在承重荷载及风荷载作用下的承载能力，着重对承重结构需要优化的地方进行分析，从而提出可行的优化设计方案。天窗闭合状态时不同受力荷载条件下对天窗闭合状态下的GWJ－4屋架的受力分析如下。
1．1．1GWJ－4屋架在承重下的受力天窗全关闭状态下的GWJ－4屋架关键部位的受力分析。看出:在GWJ－4屋架的跨中位置附近，其应力分布比较均匀，没有大的应力集中区，且最大Mises应力均小于100MPa，在此应力下支撑板是不会发生局部屈服的。最大Mises应力小于Q235B钢的单轴抗压强度，故在此工况下，箱形梁跨中部位的荷载承载能力满足要求。箱梁支座数值分析结果知，最大Mises应力约为230MPa，主要是因为梯形加劲肋存在明显的应力集中区，导致该位置出现了较大的应力。一般来说，由塑性材料制成的构件，应力集中对其在静荷载作用下的强度几乎无影响，但是该结构为滑动式玻璃天窗的承重结构，需要各种交变荷载的作用，因此有必要对此支座进行优化设计，减小其应力集中系数。天窗全关闭状态下的GWJ－4屋架关键部位的位移大小分布，由于在承重荷载的作用下，箱型梁在水平方向位移值小于1mm，因此仅列出了GWJ－4屋架箱梁在天窗全关闭状态下的竖向位移分布图。从结果可以看出:在此工况下，箱形梁产生的最大竖向位移约为5mm，位置在箱型梁的跨中部位，根据钢结构的设计规范，其位移大小满足要求。
1．1．2GWJ－4屋架在承重及风荷载下的受力在承重及风荷载的共同作用下，箱形梁跨中部分的应力仍然很小，因此不再重复分析。在此工况下箱形梁支座的应力状况。在两种荷载的共同作用下，支座个别单元的应力已经超过Q235钢材的屈服强度(并不意味着破坏)，梯形加劲肋与竖向加劲肋的接触部位存在很大的应力集中，这对结构的长期稳定性是不利的，因此有必要采取措施来减轻应力集中带来的危险。GWJ－4屋架在承重荷载及风荷载下的竖向位移及水平位移。通过对比可知，风荷载对竖向位移影响很小，竖向位移的最大值约为4．7mm，最大位移在跨中部位，满足工程设计的规范的要求，这说明该屋架的竖向刚度已经满足要求。风荷载主要影响箱形梁的水平位移，在此作用下，箱形梁产生了较大的水平位移，其最大值仍产生在箱型梁的跨中位置处，为4．3mm。根据钢结构设计规范，此水平位移的大小是满足工程设计要求的，因此无需另外增加水平方向刚度。
1．1．3箱梁支座的优化设计由上面两种荷载条件下应力和位移的数值模拟结果分析可知，在天窗玻璃全关闭状态下，强度和刚度都满足要求，但其不足之处在于箱型梁支座存在较大的应力集中，这导致支座支撑板出现了个别单元的屈服。根据疲劳理论，在交变荷载的作用下，应力集中会降低结构的强度和耐久性。因此，提出了以下可行的减小支座应力集中的实施方案。针对梯形加劲肋应力集中程度高的现象，建议在支座两侧再添加两个相同尺寸的梯形加劲肋。对优化后的支座，运用有限元对其在承重荷载及风荷载作用下进行应力分析，如图8所示。可以得出，经过优化后支座的最大应力是187MPa，其应力集中程度相比未优化之前的支座已经减小很多。这说明此优化起到了良好的效果。
1．2连接板的优化设计
滑动天窗从完全关闭至完全打开过程中时，数值模拟分析，在连接板与箱梁的接触处存在较大的应力集中，这导致了部分单元的应力超过了Q235钢的屈服强度，但是需要说明的是并不是超过屈服强度该连接板就要破坏，只是很小的一部分可能会发生屈服，这对韧性结构整体的安全性影响较小。由于支架要处于不同活荷载的作用下，为了长久的安全性和稳定性，连接板所受的最大应力有必要处于钢材的最大屈服强度之下，因此有必要对该处连接板进行优化设计。针对以上分析知，连接板存在的最大问题是该处存在应力集中，导致了该处产生了较大的集中应力，从而影响结构的长期安全性和稳定性。为了消除应力集中，可以采取以下两种措施:第一种是通过构造措施减小应力集中，例如连接钢板需要倒角处理等;第二种措施是对此处连接板进行重新的设计，例如增加连接板的数量来减小每块连接板所受的应力、连接板采用强度更高的钢材等等。此处我们对第二种优化措施进行了数值模拟，验证了其可行性。
1案例概况
本工程为办公楼，初步方案为框架结构，但是为了减少造价改为砌体结构。根据建筑抗震规范规定该建筑所在的城市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0．159，设计地震分组为第一组，设计使用年限51年。建设场地为II类，基本风压为0．35KN/m2，基本雪压为0．35KN/m2。结构层数为4层，结构形式采用砖混结构，基础采用条形基础。
2结合案例
进行对建筑节诶狗优化设计措施进行分析
2．1建筑结构形式设计
户型选择主要由建筑类型与功能决定，而建筑设计方案决定建筑类型与功能。在建筑结构形式优化没计中，砌体结构与底部框架剪力墙结构是设计的主要部分。根据本次案例的实际情况，文章做一下具体设计:
(1)加强砌体结构设计。砖砌体是建筑承重与抗侧移的结构部分，可以灵活的布置建筑平面，但不适于做跃层结构与受力大的突兀结构。为了有效减少建筑构造柱的配筋，可在保证建筑安全性的基础上，建至少道纵向墙体，而且门窗开洞宽度不超过2．1m。
(2)加强底部框架剪力墙结构设计。在该设计中，如果底部框架剪力墙竖向抗侧力构件不连续，极易出现受力不平衡问题，所以必须严格要求建筑平面。设计底部框架剪力墙结构时，应尽可能将承重墙设计在框架梁上，若将墙体设于次梁上，则需加大建筑部分结构的配筋，如该次梁、主梁、框架梁，并加厚该次梁楼板。下图1为优化后的梁布置图。(3)此外，结构楼板应在填轻质材料的基础上，才能进行错层。在建筑户型设计中，为便于布置临街面柱网，应在临街面布置大房间，而背面则布置小房间，如卫生间、厨房等。
2．2建筑剪力墙设计
在剪力墙设计过程中，连梁设计是其中的关键部分。连梁连接建筑各墙肢形成联肢墙，增加了制约墙肢的条件。建筑结构的地震作用随着连梁剐度的增大而增大，而连梁与墙肢的分配内力也随之而增大，因此需适当增加构件配筋量，才能保证建筑的安全．性，但会浪费建筑材料。所以，设计建筑结构时，经验丰富的设计师通常不采用刚度大的衡下墙作为连梁，而是将连梁设计为弱连梁，减小截面与刚度。此外，建筑结构设计不仪要符合刚度和变形条件，还必须综合考虑建筑抗力、变形、经济等方面，尽可能合理布置建筑抗侧力构件。可见建筑结构抗侧力刚度随着剪力墙数量的增多而加大，结构位移也随之减小，但建筑结构地震力会因此增大，从而不利于控制建筑结构造价。所以在进行布置剪力墙时，要把周边弄的更加均匀，可以运用对称、分散等原则，在设计的时候一定要以建筑规定的水平位移限值为标准，适当的控制剪力墙数量。
2．3建筑细节设计
建筑结构设计优化中主要体现以下几个方面:加强建筑结构局部构件精细设计，如设计现浇板时，尽可能将异形板划为矩形板，从而使建筑合理受力，并避免拐角出现裂缝;选择冷轧带肋钢筋作为建筑底部框架抗震墙的底框梁箍筋，减少箍筋量，达到降低造价和便于施工目的;结合结构优化设计理念与计算机技术，使计算仿真优化设计思路广泛应用于建筑工程结构设计。利用计算机建立建筑结构优化设计模型，并利用计算机高效的优化设计方法，使建筑结构设计达到优化目的。优化设计大型复杂的建筑结构时，利用计算机优化设计建筑结构，具有传统设计方法无法比拟的优势。所以，建筑结构设计人员必须具备一定的计算机知识与运用能力，有效利用计算机优化设计分析建筑结构。总而言之，对于构造措施，要紧密联系规范进行设计，不要盲目的加大构造尺寸和钢筋直径大小，减小不必要的浪费。梁板柱的布置体系和受力体系尽量简单合理，对于不需要设置梁的部位要简化设置。控制砌体砂浆等级。控制基础的埋深和合理选用基础形式，对承载力特征值进行修正。
为建设黄壁庄水库副坝防渗墙，拟在副坝下游侧桩号2+000和3+750处的压坡平台上兴建2座产量200m3/h的大型混凝土生产系统，该系统含2个长×宽×高为60×60×8.4m一次储量7000m3的储料场和2座2×1.5m3的强制式机组的拌和楼见图1。由于副坝是整个水库工程存在隐患最多的部位，水库主管单位对在压坡平台上兴建工程严加限制：一不得深挖；二不得宽挖。保证在除险加固完成前副坝的安全度汛。在地形条件受限制的情况下，如何确保储料场按计划完成，关键在挡土墙设计。
如何在众多形式的挡土墙中选择一种适合现场条件的档土墙结构是当前必须研究的课题。档土墙作为一般拦土结构物，常用在闸坝的翼墙和渡槽、倒虹吸的进出口边墙及其他路堤挡土部位等。对这类工程的优化设计问题往往易被忽视。我们的实践表明，各类挡土墙的技术经济效益有着相当大的差别。本项研究，从工程实际出发，意图在如减压式挡土墙、重力式挡土墙、悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙等四种结构中进行双向优选，即进行本类的优选设计和各类之间的优选比较，最后确定一种技术、经济状况最优、现场适应性最好的挡土墙方案用于本工程。现将研究过程介绍如下。
1.2课题研究思路
该课题的研究思路分三步的研究思路。
第一步，首先确定方案比选的统一标准。过去人们的观点认为挡土墙形状各异，结构不同，各有优缺点，要比较相当困难。实际上任何形式的挡土墙功能都是挡土拦土，因此研究认为，它们的正常挡土状态就应当是一个统一标准，而这个正常的挡土状态正是现行的规范状态，在规范状态下这些参与比选的各类挡土墙是处在同一个设计水平上，因而可以比较。
第二步，确定优化设计的风险决策方法。众所周知，任何挡土墙的稳定性特征值都是挡土墙背填土物理力学特性的函数，同时又受地基结构特性的约束；对于挡土墙的经济造价，又与结构特征相关的工程量及市场物价相关的分析单价密不可分。显然，这些都是描述挡土墙特征的随机变量。鉴于挡土墙具有上述特点，因此可以认为每类挡土墙也是离散随机变量，采用数学期望准则和优势比较准则完全能够将含离散随机变量的各个方案进行优劣比较，按照定义，离散随机变量的一切可能值Xi与对应的概率P（ζ=Xi）的乘积之和称为数学期望，记为Mζ。如果随机变量只取得有限个值：X1、X2、X3、……Xi，而取得这些值的概率分别是P（x1）、P（x2）、P（x3）……P（xi）则
Mζ=X1P（x1）+X2P（x2）+X3P（x3）……XiP（xi）
运用到风险决策中来，以Mζ值最小为最优方案。
优势比较准则实际是将方案的技术效益或造价进行比较。当方案Ⅰ的随机变量S1、S2、S3、……Si与方案Ⅱ的随机变量S1、S2、S3、……Si对应相减，其值为“0”或“+”值，则方案Ⅰ有优势；若相减后其值为“0”“0”“+”“-”或“0”“0”“-”“-”，则方案Ⅰ不存在优势。
第三步，选取拟比较的能反映方案特性的随机变量可能值。研究认为，方案的规范状态，挡土墙的墙基应力，墙基对围岩的扰动度参数——挡土墙的宽高比B/H和相对避扰度、工程造价及相对效益A等值，基本能描述挡土墙的特征，而且这些变量在分析过程中都能一一取得。故以它们作为研究比较的随机变量是合理的。
第四步，搜索各类挡土墙的规范状态并按数学期望准则和优势比较准则分别考核各个待选方案。选出最优秀方案。
2各类挡土墙的设计指标
2.1确定计算挡土墙的土压力理论
目前计算土压力的理论有多种，而各种理论又用各自不同的假设分析方法来求算土压力。根据初步筛选，除减压式挡土墙外，其余重力式挡土墙，悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙背墙顶与墙踵连线倾角均大于临界角εer，本工程εer=45-ψ/2。尽管一些方案的墙背可能出现第二滑裂面，尽管采用的计算公式可能出现误差，为方便起见确定统一采用郎肯主动土压力理论来计算各类挡土墙的主动±压力。初步分析估算，计算误差不会导致大方案比较结果出现错位。
有关郎肯主动土压力计算公式详见图2。
2.2现行规范（SD133-84）指标与现场地质的物理力学特性。
现行规范（SD133-84）指标与现场地质的物理力学特性见表1。
2.3四种挡土墙的现行规范状态的计算成果
根据前述2.1和2.2节确定的数学模型和物理力学指标，无论用手算方式还是计算机搜索都可得到现行规范状态下的挡土墙计算成果。详见图2、表2和表3。
表2中的“GF”是“规范”二字的汉语拼音缩写；“围岩相对避扰度”意思指“围岩避免扰动的相对程度”，此相对值越大表明围岩受扰动越小，反之则越大。
3挡土墙优化设计的风险决策
3.1按数学期望准则的风险决策
采用数学期望准则风险决策之前先将表2中的第（2）项和第（5）项、表3中的第（12）项集中到表4来，并认为表中所有随机变量X1、X2、X3的概率P（x1）、P（x2）、P（x3）值均为0.333，则可算出a、b、c、d各方案的数学期望Mζ值，详见表4。
由表4可见，减压式挡土墙Mζ值较小，而悬臂式挡土墙的Mζ值较大。比较结果表明，减压式挡土墙在这四种挡土墙方案中为最优方案。
3.2按优势比较准则的风险决策
在进行优势比较准则决策之前，先将表2中的第（3）项第（6）项和表5中的第（13）项集列成表5并进行优势比较。详见表5。
将表5中各个随机变量相互比较发现，减压式挡土墙对其他三类挡土墙比较均得到“0”“0”“+”“+”，表明减压式挡土墙方案比较优秀，为首选方案。重力式挡土墙和扶臂式挡土墙方案对悬臂式挡土墙，比较结果也显示“0”“0”“+”“+”，表明该两者也有一定优势，可作为备选方案。
总之，无论采用数学期望准则还是采用优势比较准则分别对减压式挡土墙，重力式挡土墙、悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙进行分析，结果基本一致。在规范状态下，减压式挡土墙方案对围岩土扰动较小、较好地适应现场受限制的地形条件、工程量及造价较低，是被考核的四个挡土墙方案最具优势者。
4减压式挡土墙在黄壁庄水库除险加固工程混凝土生产系统中的应用。
4.1减压式挡土墙设计应注意事项
混凝土标号应为C20以上。进行配筋计算时宜取安全系数K≥1.4。并且墙底不得有虚土。
4.2减压式挡土墙的施工
注意墙体分段施工程序：先浇筑Ⅰ墙基底板——Ⅱ垂直墙体下半部分——Ⅲ减压平台以下的土方回填夯实——Ⅳ浇筑减压平台——Ⅴ浇筑垂直墙体上半部——Ⅵ减压平台以上回填。
4.3减压式挡土墙应用效果
在储料场的两端，总长4×40m=160m，墙高8.4m，墙基宽2.51m的减压式挡土墙于1998年11月建成投入运用。当储料7000m3时，减压平台以上储料高度h＞4m，墙顶变形2mm，墙基变形为0，运行正常。此种结构应用在储料场工程，减压平台可以代替部分混凝土硬化地面的工程量，一举两得，技术和经济效益明显。
5结语
本项研究采用数学期望准则和优势比较准则对不同类型挡土墙方案进行风险决策获得满意的效果，使工程实际中提出的问题得到解决，是对挡土墙结构优化设计的有益尝试。
减压式挡土墙是本项风险决策研究比选的出的优秀挡土墙方案。在黄壁庄水库工程应用结果表明，它的挡土效果与其他重力式挡土墙、悬臂挡土墙和扶壁式挡土墙相当，而工程造价仅为其他三类挡土墙的57%—81%、对围岩的扰动影响仅为其他三类挡土墙的41%—44%，对受限制的土基条件适应性较好，技术和经济效益明显。宜作闸坝翼墙及一般渠系建筑物进出口过渡段工程的选择方案。
本项研究的思路可供同类工程建设参考。
参考文献
