QC成果报告提高变电工程地基换填控制的效率效果Word文档下载推荐.docx
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3
助理工程师
马克刚
39
18
组员
刘平
28
4
工程师
汪岩松
47
24
教授级高工
禹峰
42
何礼秋
51
30
胡孔飞
29
胡晨
7
吴志海
31
许庆伟
洪光森
5
活动情况
本次QC小组坚持以小、实、新为基础，本次活动PDCA循环1次，采用分散与集中相结合的活动方式，有记录的活动8次，人均QC学习30小时。
2课题选择
2.1选题理由
名词解释：
基础换填是指将地基土中的软弱土层、不均匀土层等挖去，回填坚硬、稳定的岩土材料，并经夯压密实或直接采用圬工材料回填，作为建筑物基础、路基等的持力层。
图2-1为采用毛石混凝土换填。
图2-1地基换填示意图
小组成员从分析现状及业主、监理、我院要求等方面出发，选择本次课题“提高变电工程地基换填控制的效率效果”（图2-2）。
图2-2选题理由分析图
制图：
黄兴怀时间：
2.2活动计划
阶段
活动日期
活动内容
负责人
参加人
P阶段
小组成立、选定课题，制定活动计划
小组全体
2012年1月～2月
现状调查、目标确定、目标可行分析
2012年2月～3月
原因分析
2012年3月
要因确认、制定对策
D阶段
2012年4月～2012年9月
对策实施
C阶段
2012年10月～2013年6月
效果检查
A阶段
2013年7月
巩固措施、回顾及下一步打算
制表：
3现状调查
3.1我省2010-2011年工程建设情况调查
目前，我省变电站的基础形式按是否采用换填处理，可分为三种类型：
天然地基、换填地基（含部分换填地基）、桩基及其它地基处理方式，小组成员调查了我省2010-2011年工程竣工的项目，统计了三种基础形式所占比例如图3-1所示。
图3-1安徽省2010-2011年竣工项目中基础形式比例
邱新刚时间：
2012年1月15日
由图3-1可知，在安徽省内变电工程中，超过60%的变电站需采用换填地基处理（含部分换填地基），具体调查情况见表3-1。
表3-1安徽省内2010-2011年变电站基础换填情况调查表
编号
变电站工程名称
预算工程量（方）
实际工程量（方）
实际量与预算量差值（方）
实际量与预算量相对误差（%）
结算额与预算额差值（万元）
地基复杂程度
1
220kV正午变电站
900
760
-140
-15
-6.3
中等复杂
2
220kV东庄变电站
1500
1350
-150
-10
-6.75
220kV邓村变电站
3500
3080
-420
-12
-18.9
220kV梅丰变电站
2200
2500
300
14
13.5
220kV普庆变电站
2800
3160
360
13
16.2
6
220kV太平变电站
1200
1340
140
12
6.3
220kV铚城变电站
1600
1820
220
9.9
8
220kV清竹变电站
1300
1190
-110
-8
-4.95
220kV灯塔变电站
1000
1060
60
2.7
简单
10
220kV铜狮变电站
2600
2910
180
8.1
11
220kV晴岚变电站
4500
3960
-540
-24.3
220kV武昌变电站
2550
350
16
15.75
220kV吕蒙变电站
1100
-11
220kV喻村变电站
1800
2030
230
10.35
15
500kV蚌埠变电站
4200
4530
330
14.85
220kV蓉城变电站
600
540
-40
-6
-1.8
17
220kV杏花变电站
3600
4240
610
27.45
复杂
220kV古沟变电站
1260
220kV惠黎变电站
1920
120
5.4
20
220kV天柱变电站
5000
5800
800
36
21
500kV庐桐变电站
3200
3580
250
11.25
22
220kV霍里变电站
3220
420
18.9
注：
表中负值表示实际量少于预算量，反之实际量超出预算量。
制表：
将调查表3-1中数据进行统计，得出预算量与实际量相对误差平均值的情况如表3-2，从表3-2中可以看出，预算量与实际量相对误差平均值为11.1%。
表3-2换填工程预算量与实际量误差情况统计结果
预算量与实际量相对误差平均值
（%）
预算量小于实际量情况的相对误差平均值
预算量大于实际量情况的相对误差平均值
预算量与实际量相对误差达10%以上的比例（%）
11.1
11.4
10.6
63.6
马克刚时间：
2012年1月16日
小组成员按照地基复杂程度分类统计了预算量与实际量相对误差的平均值的变化情况，并绘制了变化趋势图（如图3-2），从图3-2中可以看出，当地基越复杂时，预算量与实际量的误差将越大。
图3-2预算量与实际量相对误差平均值随地基复杂程度变化情况
汪岩松时间：
同时，小组成员制作了换填预算量与实际量相对误差分布范围的统计柱状图（图3-3），由图3-3可知，变电站换填工程预算量与实际量的相对误差主要集中在10～15%之间。
如定义相对误差超过10%以上为换填工程控制效果差，则超过60%的变电站均存在换填工程控制效果差的现象。
图3-3换填预算量与实际量相对误差分布范围的统计柱状图
胡孔飞时间：
因此，从工程精细化管理、控制造价等方面，均有必要采取措施提高换填工程控制的效果。
3.2换填工程控制效率调查
换填工程控制包括前期的工程量计算和后期地质工代服务两部分，本次在我院2011年竣工项目中选取了12个工程进行调查，具体情况见表3-3。
表3-32011年我省变电站地基换填情况调查表
换填工程量计算时间
（单人·
工日）
地质工代次数
（次）
地基复杂
程度
3.5
4.5
平均时间
4.2
7.6
禹峰时间：
根据表3-3可知，按照传统的计算方法，平均每站在换填量计算方面需花费设计人员约4.2工日，需地质人员进场验槽约7.6次。
因此，如能采取措施改提高计算效率和降低工代服务时间，则对于我院降本增效方面可起到积极的作用。
4设定目标
4.1目标设定
目标一：
勘测报告满足规程、规范和我院质量要求的情况下，地基换填处理工程量预算值与实际值误差小于5%。
目标二：
换填工程量计算效率提高50%，地质工代时间减小30%。
4.2目标可行性分析
目标是可行的
5分析原因
在现状调查的基础上，小组成员采用头脑风暴法，通过多次讨论，分析了变电站工程换填控制效率低效果差的原因，并绘制了原因分析关联图如下：
图5-1原因分析关联图
制图人：
黄兴怀日期：
2012年3月5日
6确定主要原因
通过原因分析关联图，小组成员共总结了8个末端因素，下面将逐一进行要因确认。
表6-1要因确认表
序号
末端因素
验证分析
要因
确认
地质条件的不确定性
勘察工作按照既定勘察大纲要求进行，并满足相关规程、规范的要求，局部由于地层的不确定性造成的误差属于不可控因素
非要因
勘察资料精度不够
可通过增加勘探点、加强勘察现场管理和多种勘探手段综合利用的方法，以获得相对准确的地质资料
计算方法具有误差
传统计算方法利用基础邻近的钻孔资料作为依据，换填深度按照钻孔的地层分布进行，没有考虑到地层在水平方向的变化和基础的尺寸效应，如地层起伏较大时，实际换填处理的深度将与钻孔的地层深度存在较大差别，从而导致计算结果出现较大的误差
手工计算效率低
设计人员主要采用人工判读地层的方法，确定各个基础的换填深度，而后辅以EXCEL表格计算换填工程量，计算过程繁冗、费时，效率低下
地质工代无法逐基验槽
变电站工程基础数量多，换填施工一般延续很长时间，由于工程地点一般分布在省内不同地区，且多个工程同时开工，考虑到成本和人员配置情况，目前，在电力行业变电站工程中，地质人员无法作为长期工代驻留现场进行所有基础的验槽，该条为不可变因素
机械开挖深度控制困难
可通过预留保护层进行人工开挖、规范施工操作流程和加强基础验槽等措施控制开挖深度
未提供换填深度和换填量的施工图文件
对于地层存在变化时，设计人员通常未在施工图中说明具体的换填处理深度和换填方量，施工单位没有明确的换填指导深度，容易产生超挖情况，也造成监理人员监督困难，在工程量确认时可能造成纠纷
基础开挖批次多
由于施工现场人力和机械资源有限，且考虑到施工空间及土方调运等因素，变电站内基础开挖需分区、分步进行，基础开挖批次主要受施工进度计划影响，该条不是本次课题的主要因素
制表人：
马克刚 制表日期：
2012年3月15日
通过以上分析论证，从7个末端因素中找出3个要因，要因归纳见表6-2。
表6-2要因一览表
制表人：
汪岩松 制表日期：
7制定对策
小组成员根据之前确定的主要因素，按照5W1H流程，分别针对要因明确了目标，并制定了相应的对策。
表7-1对策制定表
对策
WHAT
目标
WHY
措施
HOW
WHO
地点
WHERE
实施时间
WHEN
优化计算方法
在既有地质资料情况下，确保计算误差小于5%
考虑方格网法、控制点法和计算平均深度法等相对准确的计算方法
办公室
2012年
4～5月
提供精细化的设计文件
确保施工单位可按图施工，监理单位可按设计文件监督
提供各基础的换填深度和换填工程量设计文件，作为监理和施工的依据
计算过程采用软件自动计算
通过软件自动计算，确保计算时间缩短50%
开发自动验算和确定持力层、计算换填工程量的软件
张明瑞刘平
5～9月
制表人：
张明瑞 制表日期：
2012年3月28日
8实施对策
按照对策表要求，小组全体成员分工合作，落实每项措施。
实施对策一：
如图8-1所示，在计算换填工程量时，由于持力层存在一定起伏，实际以曲面形式分布在三维空间，因此需要确定基础换填范围内持力层的最大埋深，从而以最大埋深作为换填的控制深度，如何确定最大的持力层埋深则成为换填工程控制中一个首要问题。
图8-1换填深度确定示意图
通过调研相关文献及小组会议讨论，小组成员提出了三种计算换填量的方法：
网格法、控制点法和平均深度法（如图8-2），并对三种方法的特点进行分析对比，见表8-1。
表8-1换填量计算方法对比
特点方法
原理
优缺点
平均深度法
选取基础换填范围的形心位置作为该基础换填控制的参考点，读取该点的地层信息，确定该点的换填深度，并作为该基础的换填深度，据此计算换填量
优点：
计算的数据量小，计算速度快，适用于地层界面平坦或起伏小的情况。
缺点：
当持力层起伏较大时，难以获得最大换填深度，计算值将偏小
网格法
将基础的换填范围以一定间距划分为方格网，读取所有方格网节点的地层信息，确定所有节点的换填深度，最终以深度最大值作为该基础的换填深度，据此计算换填量
当网格间距较小时，可准确获取最大换填深度，计算精度高，对任意地基情况均适用
当网格间距较小时，计算的数据量大，计算时间比控制点法长，当网格间距较大时，计算精度低
控制点法
在基础换填范围内选取控制点，控制点包括：
换填范围轮廓线的角点、换填范围内的钻孔点（如果存在钻孔）、二维地质剖面线与换填范围轮廓线的交点（如果存在剖面线过换填区域），读取各控制点处的地层信息，确定各控制点的换填深度，最终以深度最大值作为该基础的换填深度，据此计算换填量
可较为准确地获取基础换填范围内的最大换填深度，计算精度高，对任意地基情况均适用
计算的数据量相对较小（控制点通常为6～9个点），计算时间比平均深度法长，但比网格法短很多
2012年4月10日
a.平均深度法b.网格法
c.控制点法
图8-2换填量计算方法示意图（方框表示基础换填范围线，圆点表示深度确定点）
许庆伟 制图日期：
通过以上三种方案的优缺点对比，小组成员最终选择控制点法作为换填工程量的计算方法，并根据该算法的原理，在EXCEL表格中编制了相应的计算公式，通过人工判读地层和输入相应的地层信息，可以较为准确地计算基础的换填工程量。
为验证本次提出算法的有效性和计算模型的准确性，小组成员以已经竣工的220kV喻村变电站和220kV正午变电站（属于中等复杂地基）为例，选取其中部分建（构）筑物基础进行了方法验证，验证结果如表8-2。
表8-2220kV喻村变、220kV正午变换填工程量计算结果与实际量对比情况
变电站名称
构筑物区域
换填工程量（方）
相对误差（%）
预算量（传统法）
实际量
控制点法计算量
预算量与实际量
控制点法计算量与实际量
220kV喻村变
110kV构架
1360
1320
13.3
2.9
220kV正午变
35kV开关室
780
-15.5
-2.6
洪光森 制表日期：
2012年4月24日
从表8-2中可以看出，采用控制点法计算的工程量与实际结算量之间的误差均小于5%，满足本次设定的目标要求，故采用控制点法可以较为准确地计算换填工程量。
实施对策二：
根据对策表中制定的对策，为提高设计文件的完备性，从而利于现场业主、监理和施工单位参考，小组成员编制了《基础换填处理施工图》模板（图8-3）和《换填工程设计一览表》（表8-3），并将以上两份文件并入基础施工图设计文件中。
图8-3基础换填处理施工图示意
胡晨 制图日期：
2012年4月16日
另外，小组成员编制了一套换填工程量的控制流程，如图8-4所示，在换填施工过程中，施工人员和监理人员需参照《基础换填处理施工图》和《换填工程设计一览表》中的换填深度进行基坑开挖和自检，如发现持力层深度发生变化，及时通知勘察人员验槽。
图8-4换填工程控制流程
何礼秋 制图日期：
2012年4月20日
表8-3换填工程设计一览表
建（构）筑物区域
基础轴线号
设计基底埋深
（m）
设计换填高度
设计换填工程量
（m3）
换填材料
吴志海 制表日期：
实施对策三：
目前，市场上尚无可直接计算基础换填工程量的商业软件。
小组成员通过调研相关文献及向其它行业学习取经，决定通过三维地质建模的思想来实现计算方法的程序化，并经过小组成员的讨论，形成解决思路如下：
2012年4月28日
小组成员调研了有关三维地质建模方面的相关商业软件，现有的三维建模商业软件主要以国外软件为主，国内的软件开发起步较晚且不够成熟，同时软件的功能多是面向不同的专业应用，例如，石油勘探、矿产模拟、开采评估、设计规划等，如GoCAD、EarthVision、RMS等。
小组成员分析了现有的商业软件情况，提出了4个不同的方案实现计算方法的自动化，并对各方案进行了调研和分析，具体情况见表8-4。
表8-4不同软件开发方案比较分析
方案
名称
方案内容
分析
方案一
委托三维地质软件公司进行开发，在已有的三维地质软件中增加换填工程量计算模块
需购买三维地质软件平台和相应的计算模块，费用10～15万元
方案二
委托普通的软件开发公司，不依赖于已有的三维软件平台，单独开发一款基于三维地质模型的换填工程量计算软件
单独开发一款软件，费用约15万元
方案三
以目前已有的三维地质商业软件为平台，由小组成员自主进行二次开发，增加换填工程量计算功能
需购买三维地质软件平台，费用10～12万元，但二次开发功能不完善
方案四
以通用的三维建模软件为平台，由小组成员自主开发换填工程量计算软件
如购买三维建模软件平台，费用约10万元，如已有三维建模软件平台，仅需进行二次开发，则成本较低
胡晨 制表日期：
2012年5月9日
由于我院地理信息研究中心已采购了ArcGIS商业软件用于GIS的应用和研究，借助该软件的三维建模功能，可顺利进行二次开发，因此，小组成员决定选择方案四进行自主开发。
软件开发设计
根据以上分析，本次小组成员决定在ArcGIS平台上开发换填工程量自动计算软件，并按照以下流程进行。
刘平 制图日期：
2012年5月13日
小组成员进行了总体需求分析和系统功能需求分析，在需求说明书中绘制了功能需求分析图（图8-5）。
图8-5软件功能需求分析图
张明瑞 制图日期：
2012年5月25日
软件编程实现
针对功能需求说明书，小组成员编制了三维地质变电站地基处理工程量计算软件技术架构图（图8-6），制定了软件开发技术路线（图8-7），并进行了软件接口设计、界面设计、功能模块设计、系统设计及非功能性设计等相关内容。
图8-6三维地质变电站地基处理工程量计算软件技术架构图
2012年5月28日
图8-7软件开发技术路线
2012年6月3日
软件验证
软件设计界面如图8-8所示，以安徽省220kV月桥（三山）变电站工程为例，小组成员对本次开发的软件进行了验证。
图8-8三维地质变电站地基处理工程量计算软件总体界面
小组成员从三维地质模型和换填工程量计算两个方面进行测试验证。
对于三维地质模型的精度，小组成员研究了两种检查方法：
随机点比较和剖面比较。
通过比较，验证了软件生成的三维地质模型是准确的。
根据钻孔数据生成的三维地质模型效果图如图8-9至图8-12所示。
图8-9钻孔显示效果图
图8-10土层显示效果图
图8-11三维地质体显示效果图
图8-12任意剖面显示效果图
对于换填工程量计算的验证，小组成员以220kV月桥变工程中220kV配电区及110kV配电区的基础作为验证对象。
（1）验证条件1：
持力层的自动识别。
经测试，基础平面布置图导入软件后，自动选取的持力层均满足条件，且与之前设计时人工判读的持力层一致。
（2）验证条件2：
换填块石体积总量。
软件可自动输出处理工程量清单（如图8-13所示）和标注基础处理工程量的图形文件（如图8-14所示）。
验证结果见表8-5。
表8-5220kV月桥（三山）变电站工程换填处理工程量控制情况
预算换填工程量
（方）
实际换填工程量
预算量与实际量相对误差（%）
220kV配电区域
155.1
162.1
110kV配电区域
275.1
286.7
2012年9月28日
根据表8-5可知，预算量与结算量的相对误差均小于5%，且达到了本次活动设定的目标一的要求，从而证明软件的输出结果是准确的。
图8-13换填处理工程量清单
图8-14换填处理施工图文件
软件第三方测评
除小组成员自测外，小组将软件提交中国电力设计规划协会进
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