時(shí)間:2023-08-06 09:02:55
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在靜止的或流動(dòng)緩慢的水體中,如果磷的濃度過高,會(huì)造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化,其危害已眾所周知,水體的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象已成為人類所面臨的嚴(yán)重的水環(huán)境問題之一。國際上的經(jīng)驗(yàn)表明,城市污水磷含量約占流入地表水體總磷負(fù)荷的34%,因此降低城市污水中磷含量是防止水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要途徑之一。
磷有著不同于氮、硫的性質(zhì),無論它的氧化態(tài)還是還原態(tài)都不可能成為氣態(tài)而被排放到空氣中。因此,各種除磷方法,其實(shí)原理都是通過把污水中的磷轉(zhuǎn)化為固體物(或原固體物的一部分)而將磷除去。目前污水除磷主要有化學(xué)除磷和生物除磷兩大類方法,本文主要介紹各種化學(xué)除磷技術(shù)。
一、化學(xué)凝聚沉淀除磷技術(shù)
化學(xué)凝聚沉淀法是采用最早、使用最廣泛的一種除磷方法。化學(xué)凝聚沉淀除磷的基本原理是通過投加化學(xué)藥劑形成不溶性磷酸鹽沉淀物,然后通過固液分離從污水中去除。磷的化學(xué)沉淀通常分為4個(gè)步驟:沉淀反應(yīng)、凝聚作用、絮凝作用、固液分離。沉淀反應(yīng)和凝聚過程在一個(gè)混合單元內(nèi)進(jìn)行,目的是使沉淀劑在污水中快速有效地混合。常用的沉淀劑主要有鈣鹽(石灰)、鋁鹽(硫酸鋁、聚合氯化鋁)、鐵鹽(氯化亞鐵、氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵)以及現(xiàn)在發(fā)展較快的無機(jī)有機(jī)復(fù)合型絮凝劑等。一般認(rèn)為磷酸鹽沉淀是配位基參與競(jìng)爭(zhēng)的電性中和沉淀。鈣鹽除磷是向含磷污水中投加石灰,由于形成氫氧根離子,污水pH值上升,與此同時(shí),污水中的磷與石灰中的鈣產(chǎn)生反應(yīng),形成沉淀。該法實(shí)際上是水的軟化過程,所需的石灰投加量?jī)H與污水的堿度有關(guān),而與污水的含磷量無關(guān)。
鋁鹽除磷的原理一般認(rèn)為是當(dāng)鋁鹽分散于水中時(shí),這些鋁的多核絡(luò)合物往往具有較高的正電荷和比表面積,能迅速吸附水體中帶負(fù)電荷的雜質(zhì),中和膠體電荷、壓縮雙電層及降低膠體電位,促進(jìn)了膠體和懸浮物等快速脫穩(wěn)、凝聚和沉淀,表現(xiàn)出良好的除磷效果。鋁鹽除磷處理適用pH為5.0-8.0,理想pH為5.8-6.9,最佳pH為6.3。鐵鹽除磷的投加量取決于溶解氧、pH值、生物酶、硫和碳酸鹽含量等。傳統(tǒng)的鐵鹽混凝劑有硫酸鐵、三氯化鐵、硫酸亞鐵等,新型的鐵鹽混凝劑主要有聚合硫酸鐵、聚氯硫酸鐵、聚合氯化鋁鐵等,是近年來發(fā)展較快的水處理混凝劑。用聚合氯化鋁鐵混凝劑對(duì)城鎮(zhèn)生活污水進(jìn)行處理,處理后磷含量低于0.5nag/L,達(dá)到生活污水國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
采用鎂鹽作沉淀劑,處理含磷和氨氮的污水,可同時(shí)去除污水中的氨氮和磷酸鹽,生成可用作肥料的沉淀物一磷酸銨鎂,當(dāng)ph值提高到10.5時(shí),氮和磷的去除率分別可以達(dá)到83%和97%鎖磷劑是一種新型水體除磷固磷劑,其主要是由改性黏土和稀土鑭的化合物組成的混合物。改進(jìn)生黏土的主要成份是氧化硅和氧化鋁為主的膨潤(rùn)土,其中含有少量的氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵等。鎖磷劑的主要作用原理是,由鎖磷劑中的化學(xué)活性成分鑭化物與水體中的磷酸根反應(yīng),生成溶解度極低的難溶磷酸鑭沉淀,并附著在改性黏土顆粒載體上,而后隨黏土顆粒緩慢沉降到水體底部。由于其形成的難溶磷酸鹽性能十分穩(wěn)定,因而可使所處理的磷長(zhǎng)期固化在沉淀底泥中,不產(chǎn)生二次釋放污染。同時(shí),這也有利于底泥的清理和回收利用“磁種-高梯度磁分離”。
二、結(jié)晶除磷技術(shù)
結(jié)晶法除磷是向已投加鈣鹽的含磷污水中添加一種結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)與難溶磷酸鹽相似的固體顆粒,破壞溶液的亞穩(wěn)態(tài),使磷酸鹽以實(shí)用的速度結(jié)晶沉淀,從而達(dá)到除磷目的。磷離子在水中與鈣離子發(fā)生反應(yīng)生成各種形式的磷酸鈣,當(dāng)存在上述離子污水的pH值呈堿性時(shí),則以堿式磷酸鈣(羥基磷灰石)的形式存在。由于磷灰石的溶解度隨堿度的升高而降低,因此升高污水的PH值,使處于亞穩(wěn)態(tài)的范圍內(nèi)的磷離子與晶種接觸,在晶種表面產(chǎn)生磷灰石而析出,從而使污水中的磷濃度下降,達(dá)到除磷的目的。
影響結(jié)晶法除磷的主要因素為污水PH值、反應(yīng)器的除碳酸效果及晶種的好壞。動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí),水力負(fù)荷是一個(gè)重要因素。對(duì)于生活污水的二級(jí)處理出水,利用曝氣吹脫二氧化碳。提高污水PH值至8左右,可防止結(jié)晶床的氧化鈣的結(jié)垢,并能使出水磷濃度達(dá)到一級(jí)處理出水標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于固定結(jié)晶床,磷去除率隨水力負(fù)荷的增加而下降,但在一定范圍內(nèi)仍能保持較高的去除率。
三、吸附除磷技術(shù)
吸附法除磷是利用某些多孔或大比表面積的固體物質(zhì)對(duì)水中磷酸根離子的親和力來實(shí)現(xiàn)的污水除磷工藝。磷通過在吸附劑表面的物理吸附、離子交換或表面沉淀過程,實(shí)現(xiàn)磷從污水中的分離,并可進(jìn)一步通過解吸處理回收磷資源。吸附法除磷工藝簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,可以作為生物除磷法的補(bǔ)充,也可以作為單獨(dú)的除磷手段。除磷吸附劑一般分為天然吸附劑和合成吸附劑兩類。天然吸附劑有:粉煤灰、鋼渣、沸石、凹凸棒石、海泡石、活性氧化鋁等;另一類是合成吸附劑,合成除磷吸附劑擴(kuò)大了吸附材料的選擇范圍,現(xiàn)在已有Al、Mg、Fe、Ca、Ti、za和la等多種金屬的氧化物及其鹽類作為選擇材料受到研究。
海泡石是一種多孔狀富鎂硅酸鹽黏土礦物,具有平行纖維隧道孔隙,其孔隙體積占纖維體積的二分之一上。將酸化后的海泡石通過熱處理制得的海泡石復(fù)合吸附劑,在pH值1~6之間對(duì)模擬污水中磷的去除率達(dá)到98%,對(duì)洗滌污水中磷的吸附容量大。
(二)LID優(yōu)點(diǎn)
1.LID定義
LID是一種生態(tài)化的土地開發(fā)(或再開發(fā))技術(shù),它將雨水管理盡可能地模擬成自然狀態(tài)下的排放,其基本原理是通過小規(guī)模的、分散的源頭控制機(jī)制和設(shè)計(jì)技術(shù),同屬綜合利用入滲、過濾、蒸發(fā)和蓄流等多項(xiàng)技術(shù)手段來減少徑流排水量,控制暴雨所帶來的徑流和污染問題。
2.LID與傳統(tǒng)的對(duì)比
相比于傳統(tǒng)的雨水管理技術(shù),LID具有明顯的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益(表2)。
二、低沖擊開發(fā)( LID)技術(shù)的應(yīng)用
(一)LID技術(shù)體系
LID技術(shù)體系(表2)包含兩種措施,即非結(jié)構(gòu)性措施和結(jié)構(gòu)性措施。其中,所謂結(jié)構(gòu)性措施就是通過小型落地輔助設(shè)施將雨水回收利用起來,雨水管理系統(tǒng)主要包括:滲漏、過濾、存儲(chǔ)、收集、處理、存儲(chǔ)等手段。
1.雨水滯留系統(tǒng)
當(dāng)徑流較大時(shí),LID雨水滯留系統(tǒng)主要通過降低流速、延長(zhǎng)匯集時(shí)間、延遲峰流量等技術(shù)措施來降低洪峰流量,通常以雨水花園、下凹綠地、生態(tài)草溝、綠色屋頂?shù)男问酱嬖凇?/p>
2.雨水滲透系統(tǒng)
透水性路面(圖2)是通常采用透水性較好的材料,使得暴雨徑流能夠很快地滲入下一層的土壤中,從而減少雨水的流失以及河流污染問題。
滲透管渠:作為雨水滲透設(shè)施,對(duì)于材料和管徑坡度的進(jìn)行十分嚴(yán)格的設(shè)設(shè)計(jì),這樣可以提高滲透管內(nèi)的流速,避免沉積物在管道內(nèi)聚集,通過水體的自重來緩解其他設(shè)計(jì)和造價(jià)的供應(yīng)。
滲透井:主要包括集水滲透井和滲透溢流井,前者指具有匯集雨水口和雨水下滲功能,后者除具有上述功能外,還具有向外溢流雨水的作用。
3.雨水貯存系統(tǒng)
屋面蓄水池:屋面蓄水系統(tǒng)的兩種存在形式:?jiǎn)误w建筑物的分散式系統(tǒng)和小區(qū)的集中系統(tǒng),流程包括集水區(qū)一輸水系統(tǒng)一過濾系統(tǒng)一儲(chǔ)存系統(tǒng)一配水系統(tǒng),需要時(shí)還可與儲(chǔ)水池相連。
地面蓄水池:在已有的天然池塘的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些工程技術(shù)處理,形成地面蓄水池,也可以在現(xiàn)有地塊的基礎(chǔ)上,人工開鑿蓄水池。
地下蓄水池:可以在地表加入礫石材料,使雨水暫時(shí)儲(chǔ)存在礫石間,在減少降雨徑流的同時(shí),還能通過自然滲透回補(bǔ)地下水,減少水體流失。
(二)LID技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新
1.LID園林景觀設(shè)計(jì)運(yùn)用
LID作為一種生態(tài)化的全新理念,在環(huán)境景觀設(shè)計(jì)中表現(xiàn)的更為突出,在充分利用園林景觀的觀賞性的同時(shí)挖掘其隱藏的生態(tài)手段,例如雨水花園、屋頂花園、下凹式綠地、生態(tài)草溝、樹盒、過濾帶、蓄水池等多方面的LID技術(shù)措施,結(jié)合相應(yīng)的景觀構(gòu)筑物的設(shè)計(jì),從每個(gè)環(huán)節(jié)中利用現(xiàn)有的資源體系,結(jié)合植物的自身的凈化特點(diǎn)與多樣性特征,使園林綠地在美觀的同時(shí)還具備保護(hù)城市水生態(tài)環(huán)境的功能。
2.LID建筑單體運(yùn)用
單體建筑作為構(gòu)成整個(gè)城市運(yùn)作的實(shí)體單元,在對(duì)城市雨水進(jìn)行管理的過程中,建筑的外表面(通常指屋頂及立面)是雨水的主要接受面。其中,建筑屋頂尤為重要,它是降雨過程中與雨水垂直交接的主要界面,可通過屋頂花園以及相關(guān)的儲(chǔ)存材料來達(dá)到收集雨水的作用。
同時(shí),雨水在屋頂形成徑流的過程當(dāng)中,溶解出屋頂中沉淀的許多污染物,使屋頂雨水成為了重要面源的污染源之一,在雨水管理過程中可將單棟建筑作為一個(gè)循環(huán)單元,進(jìn)行雨水的回收利用。
3.LID城市居住區(qū)運(yùn)用
通過對(duì)居住區(qū)進(jìn)行場(chǎng)地的功能劃分、確定不同材料所具有的自然特點(diǎn)不同,有針對(duì)性地利用現(xiàn)有的資源,居住區(qū)作為人群聚集生活的主要場(chǎng)所,是大量單棟建筑的聚集地,對(duì)城市雨水的管理有著重要的影響作用(組圖3)。
在居住區(qū)的景觀規(guī)劃過程中,通過對(duì)居住區(qū)雨水生成的源頭以及住區(qū)徑流排放的路徑進(jìn)行分析,結(jié)合居住區(qū)內(nèi)部宜人的綠地景觀(包括建筑周邊綠化、宅間綠地、組團(tuán)綠地、綜合綠地等),將雨洪管理景觀設(shè)施與居住區(qū)景觀設(shè)計(jì)整合于一體。
三、LID技術(shù)案例分析——深圳市光明新區(qū)示范區(qū)
(一)光明新區(qū)LID技術(shù)的具體運(yùn)用
201 0年,深圳市光明新區(qū)被確立為低影響開發(fā)( LID)技術(shù)示范區(qū),對(duì)于低沖擊技術(shù)的運(yùn)用及綠色城市的營(yíng)造有著重要的借鑒意義。
1.規(guī)劃先導(dǎo)
總體規(guī)劃層面基于“LID技術(shù)”及“海綿城市”設(shè)計(jì)理念,確立三方面的實(shí)踐項(xiàng)目:公共綠色建筑、市政排水道路及公園綠地項(xiàng)目。涉及公共建筑、市政道路、公園綠地、水系濕地、居住小區(qū)以及工業(yè)園區(qū)等層面的應(yīng)用。
2.完善新區(qū)生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)_嚴(yán)格控制新區(qū)河道藍(lán)線以及水生系統(tǒng)修護(hù)
深圳市光明新區(qū)(約1 50平方公里)在原有生態(tài)保護(hù)線的調(diào)整優(yōu)化基礎(chǔ)上(約83平方公里,超過全區(qū)面積的50%),劃定全區(qū)河道藍(lán)線(組圖5),全面保護(hù)區(qū)內(nèi)山一水環(huán)境、濕地、低洼地等生態(tài)敏感區(qū),嚴(yán)格控制建設(shè)用地規(guī)模。
3.技術(shù)示范項(xiàng)目引導(dǎo)
詳細(xì)規(guī)劃層面實(shí)施落地,照新區(qū)管委會(huì)所編制的《光明新區(qū)雨洪利用規(guī)劃》、《啟動(dòng)區(qū)低沖擊開發(fā)詳細(xì)規(guī)劃》、《建設(shè)項(xiàng)目低沖擊開發(fā)雨水綜合利用規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》等要求,規(guī)定了年徑流控制在70%、初期雨水污染總量削減控制不低于40%的強(qiáng)制指標(biāo),同時(shí),細(xì)化具體的控制指標(biāo):當(dāng)建筑面積超過2萬平方米,必須配套雨水綜合設(shè)施;對(duì)新建項(xiàng)目,在兩年一遇24小時(shí)降雨條件下的,不需增加雨水外排總量。對(duì)改建項(xiàng)目,不替換現(xiàn)有雨水管網(wǎng)基礎(chǔ)上,排水能力提高到三年一遇。項(xiàng)目類型細(xì)化落實(shí)公共建筑、市政道路、公園綠地、水系濕地、居住小區(qū)以及工業(yè)園區(qū)等層面的應(yīng)用。
(二)光明新區(qū)LID技術(shù)運(yùn)用的思考
低沖擊開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用能夠從技術(shù)上優(yōu)化我們的生產(chǎn)生活環(huán)境,在規(guī)劃過程中主體從微觀的角度進(jìn)行技術(shù)操作,從源頭上解決城市雨洪管理問題。
但是,低沖擊開發(fā)基于宏觀層面的量化分析較弱,缺乏相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范指導(dǎo),實(shí)施政策不夠完善,技術(shù)的推廣缺乏政策支持,后期應(yīng)充分借鑒、總結(jié)國內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),讓低沖擊技術(shù)被很好地運(yùn)用到實(shí)際的規(guī)劃設(shè)計(jì)中。
四、結(jié)語
低沖擊開發(fā)模式作為一種生態(tài)化、景觀化、低成本的城市雨水管理體系,在城市未來的綠色發(fā)展中起著重要的作用。當(dāng)前,在我國引入低沖擊開發(fā)理念是一次重大改革,該理念應(yīng)廣泛運(yùn)用到如今的建設(shè)當(dāng)中,如景觀設(shè)計(jì)、市政規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、環(huán)境規(guī)劃等相關(guān)學(xué)科,結(jié)合相應(yīng)的地域文化特色,進(jìn)行城市綠地、園林景觀、綠色居住、單體建筑、城市道路等不同類型以及規(guī)模的城市開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目,成功地將雨水作為城市的生態(tài)之“源”、景觀之“源”,盡不是城市的廢水之“源”、污水之“源”。
參考文獻(xiàn):
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1 臺(tái)州卷煙物流配送中心項(xiàng)目概況
臺(tái)州卷煙物流配送中心項(xiàng)目(下文簡(jiǎn)稱項(xiàng)目)位于浙江省臺(tái)州灣循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū),現(xiàn)狀為一片空地。項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為卷煙分揀能力37萬箱/年,占地面積102畝,建設(shè)用地面積53361m2(折合約80畝)。其建設(shè)內(nèi)容涵蓋聯(lián)合工房、生產(chǎn)管理及生活輔助用房、門衛(wèi)及大門、圍墻以及配套室外管線、道路、綠化等。項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容及其詳細(xì)情況見表1。
2 臺(tái)州卷煙物流配送中心項(xiàng)目低影響開發(fā)設(shè)計(jì)
2.1 項(xiàng)目低影響開發(fā)設(shè)計(jì)目標(biāo)
臺(tái)州卷煙物流配送中心作為工業(yè)建筑項(xiàng)目,應(yīng)首先滿足相關(guān)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范,借鑒綠色建筑理念,根據(jù)總圖、豎向、給排水、景觀等因素綜合確定低影響開發(fā)措施的適建性;其次,臺(tái)州卷煙物流配送中心項(xiàng)目位于浙江省臺(tái)州灣循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。該集聚區(qū)自2015年按照小雨不積水,大雨不內(nèi)澇的要求開展海綿城市建設(shè),要求所有入駐項(xiàng)目構(gòu)建低影響開發(fā)雨水系統(tǒng),且有控制目標(biāo):年徑流總量控制率達(dá)到75%(即單位面積用地控制徑流厚度為21mm)和建筑與小區(qū)雨水徑流污染物(以SS計(jì))削減率50%;最終,臺(tái)州卷煙物流配送中心應(yīng)在滿足上述要求和集聚區(qū)建設(shè)目標(biāo)前提下,根據(jù)場(chǎng)地下墊層類型、區(qū)域地形及水文等情況,按照源頭減排中端控制末端調(diào)蓄的思路設(shè)計(jì)低影響開發(fā)設(shè)施,實(shí)現(xiàn)雨水徑流水量與水質(zhì)的控制目標(biāo)。
2.2 低影響開發(fā)設(shè)計(jì)思路
首先,在收集相關(guān)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范、綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)和浙江省臺(tái)州灣循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)對(duì)入園項(xiàng)目建設(shè)要求等資料的基礎(chǔ)上,綜合確定項(xiàng)目低影響開發(fā)設(shè)計(jì)目標(biāo);其次,根據(jù)區(qū)域水文循環(huán)系統(tǒng)長(zhǎng)年統(tǒng)計(jì)資料、場(chǎng)地地形、項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容等現(xiàn)狀數(shù)據(jù),進(jìn)行項(xiàng)目低影響開發(fā)措施的初步確定和布局;第三,對(duì)項(xiàng)目低影響開發(fā)措施進(jìn)行定量評(píng)估,并與項(xiàng)目低影響開發(fā)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比,反復(fù)調(diào)整直至結(jié)果達(dá)到目標(biāo)值;最終確定項(xiàng)目低影響開發(fā)措施的類型、布局和規(guī)模。項(xiàng)目低影響開發(fā)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。
2.3 項(xiàng)目低影響開發(fā)設(shè)計(jì)方案
在上述研究基礎(chǔ)上,臺(tái)州卷煙物流配送中心項(xiàng)目的低影響開發(fā)設(shè)計(jì)措施包括透水鋪裝地面、下沉式綠地、景觀水池、雨水花園和雨水收集回用設(shè)施等(具體規(guī)模見表2)。
3 項(xiàng)目低影響開發(fā)設(shè)計(jì)措施效果評(píng)價(jià)
項(xiàng)目低影響開發(fā)設(shè)計(jì)措施包括透水鋪裝地面、下沉式綠地、景觀水池、雨水花園和雨水收集回用設(shè)施。筆者以滯蓄能力和年SS總量去除率兩項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)措施實(shí)施后的預(yù)期效果。
3.1 項(xiàng)目低影響開發(fā)設(shè)計(jì)措施滯蓄能力評(píng)價(jià)
項(xiàng)目為工業(yè)建筑類,建設(shè)用地面積53361m2,按照調(diào)蓄、滯留21mm降雨厚度計(jì),項(xiàng)目未采取低影響開發(fā)措施情況下,其滯蓄能力為533610.021=1120.58m3。根據(jù)住建部《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》(試行),項(xiàng)目在采取低影響措施后,經(jīng)計(jì)算其滯蓄能力為1148.73m31120.58m3,能夠滿足集聚區(qū)對(duì)入駐項(xiàng)目滯蓄能力指標(biāo)要求。項(xiàng)目低影響開發(fā)設(shè)計(jì)措施滯蓄能力計(jì)算見表2。
3.2 項(xiàng)目低影響開發(fā)設(shè)計(jì)措施年SS總量去除率評(píng)價(jià)
年SS總量去除率,即全年雨水徑流中SS的總量去除率。城市徑流污染物中SS往往與其他污染物指標(biāo)具有一定的相關(guān)性。因此一般可采用SS作為徑流污染物控制指標(biāo),用于表征雨水徑流中污染物的削減率。
年SS總量去除率=年徑流總量控制率低影響開發(fā)設(shè)施對(duì) SS的平均去除率。
根據(jù)美國流域保護(hù)中心(Center For Watershed Protection,CWP)的研究數(shù)據(jù),本項(xiàng)目的低影響開發(fā)設(shè)施的污染物去除率分別?。和杆佈b地面取85%、景觀水池取70%、雨水花園取90%。
項(xiàng)目的年SS總量去除率
=0.75=0.630.5。
中圖分類號(hào):G633.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2016)22-0217-02
一、地理教學(xué)中的案例教學(xué)法
案例教學(xué)法也叫實(shí)例教學(xué)法或個(gè)案教學(xué)法,即在教師指導(dǎo)下,根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容的需要,采用實(shí)例組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)、研究、鍛煉能力的方法。地理案例教學(xué)法強(qiáng)調(diào)借助自然界或社會(huì)生活中的實(shí)際材料來解釋地理事物的現(xiàn)象或規(guī)律,說明抽象的觀點(diǎn)。它能生動(dòng)、貼切地反映地理事象的特性,幫助學(xué)生掌握地理知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的地理實(shí)踐能力[1]。同時(shí)由于部分學(xué)生的學(xué)習(xí)不懂的知識(shí)遷移、不會(huì)知識(shí)遷移,對(duì)案例教學(xué)法往往表現(xiàn)出“只見案例現(xiàn)象,看不到案例背后所呈現(xiàn)的地理知識(shí)、技能”,而特殊描述到一般法則對(duì)提升案例教學(xué)的效率、質(zhì)量有著其優(yōu)越的思維借鑒。
二、地理教學(xué)中的特殊描述與一般法則
1、地理教學(xué)中的特殊描述與一般法則的含義
地理教學(xué)中的“一般法則”是指地理學(xué)的基本原理、規(guī)律、方法等內(nèi)容,可以進(jìn)一步的遷移轉(zhuǎn)化和指導(dǎo)后續(xù)學(xué)習(xí)[2]。它要具有科學(xué)性、普遍性、適用性和可遷移性的特點(diǎn),可以是靜態(tài)的知識(shí)以及知識(shí)結(jié)構(gòu),也可以是動(dòng)態(tài)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和認(rèn)知過程。也就是說,地理教學(xué)中的“一般法則”可能是教學(xué)內(nèi)容,也可能是教學(xué)內(nèi)容背后反映出的共性規(guī)律與方法、認(rèn)知思路、解題規(guī)律等[2]。
地理教學(xué)中的“特殊描述”是對(duì)“一般法則”更具體、更細(xì)化的描畫;更具個(gè)性的事物或特征[3]。它要具有獨(dú)特性、典型性、條理性和啟發(fā)性的特點(diǎn),可以是針對(duì)某一特定時(shí)空范圍內(nèi)地理規(guī)律、原理、方法、知識(shí)點(diǎn)等,也可以是教學(xué)視角和試題題目的具體描述[2]。
2、 地理一般法則與特殊描述的關(guān)系及其對(duì)特殊描述的選擇
從外在表象分析,“一般法則”所承載的是地理學(xué)的原理、方法,所呈現(xiàn)的是地理事物的基本核心;從實(shí)質(zhì)上來講,是地理科學(xué)的外在表達(dá),擁有原理、規(guī)則和一般真理的知識(shí)。而“特殊描述”從表象分析為具體的地理事物及其發(fā)生、發(fā)展的過程,且包括與其地理環(huán)境的關(guān)系;究其實(shí)質(zhì),是“一般法則”的客觀載體。二者在一定條件下相互轉(zhuǎn)化。
對(duì)于一般法則的特殊描述的選擇要具有典型性,以便于一般法則的歸納與概括。地理教學(xué)中的很多空間問題、區(qū)域問題都是以案析理的過程,這里的案就指是地理案例教學(xué)法中的特殊描述,理就是一般法則。所以在以案析理的過程中,最重要的就是所舉案例的典型性與代表性,也就是說地理教師在教學(xué)過程中所選擇的充當(dāng)特殊描述的案例一定要能夠充分推理歸納出教學(xué)目標(biāo)中所要呈現(xiàn)的一般法則,既要具有典型代表性,又要具有問題分析、推理、歸納的一般特征。
3、由特殊描述到一般法則的意義
地理學(xué)習(xí)并不是簡(jiǎn)單知識(shí)的灌輸,而且重視學(xué)生能力的達(dá)成,在獲得地理知識(shí)的同時(shí)也獲得學(xué)習(xí)的能力。在近些年的高考試題中,要求機(jī)械答題步驟的題目數(shù)量已經(jīng)逐漸在減少,高考題目越來越重視對(duì)學(xué)生能力的考察。所以,教師在教學(xué)過程中,傳授給學(xué)生的應(yīng)該是一種分析問題、處理問題、解決問題的能力,讓學(xué)生獲得一種學(xué)習(xí)的能力。學(xué)生得知某一類知識(shí)的一般法則,就可以游刃有余的利用這些規(guī)律、原理或是方法靈活地解決相關(guān)類型的問題。
三、農(nóng)業(yè)的區(qū)位選擇中由特殊描述到一般法則的“以案析理”
1、 農(nóng)業(yè)的區(qū)位選擇中的特殊描述――“案例”
在進(jìn)行農(nóng)業(yè)的區(qū)位選擇一節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)時(shí),老師可以通過列舉若干個(gè)不同自然、人文條件的典型地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況,讓同學(xué)們組織歸納影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展的因素,從而得出農(nóng)業(yè)區(qū)位選擇的代表性因素,即農(nóng)業(yè)區(qū)位選擇的一般法則。例如,可以列舉以下分別帶有不同特殊性描述的實(shí)例來幫助總結(jié)農(nóng)業(yè)的區(qū)位選擇因素。
案例一:新疆位于我國西北地區(qū),屬于西北干旱和半干旱氣候區(qū),這里的哈密瓜、葡萄等瓜果含糖量很高,原因是什么呢?我國北方地區(qū)飲食以面食為主,南方則以米食為主,這又是由于什么原因?qū)е碌哪兀?/p>
案例二:千煙洲位于我國江西省泰和縣灌溪鎮(zhèn),是一個(gè)典型的亞熱帶紅壤低山丘陵地區(qū),這個(gè)地區(qū)采用的是“丘上林草丘間塘,緩坡溝谷魚果糧”的立體農(nóng)業(yè)模式,這主要受什么因素影響?
案例三:賀蘭山以西是黃沙滾滾的騰格里沙漠,以東卻是有著“塞上江南”美譽(yù)的寧夏平原,該區(qū)年降水量不足300毫米,卻有30萬公頃良田。賀蘭山東西兩側(cè)截然不同的景觀的原因是什么?
案例四:福建安溪“鐵觀音”聞名世界,國外茶道研究者曾把茶種帶至當(dāng)?shù)卦耘?,但茶樹種植效果始終欠佳,其原因是什么?
案例五:近年來,我國城市郊區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)比重不斷下降,城郊農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展,主要受什么因素影響?
案例六:美國農(nóng)業(yè)就業(yè)人口800萬,占總就業(yè)人口的0.58%(總就業(yè)人口1.38億),美國從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人口很少,為什么農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量卻很高?
案例七:荷蘭的鮮花出口占全球市場(chǎng)的60%,在24小時(shí)內(nèi),荷蘭的鮮花可以空運(yùn)到世界上每一個(gè)角落,為什么荷蘭能做到用鮮花裝點(diǎn)了幾乎整個(gè)世界?
2、 由案例的特殊描述歸納一般法則
以上七個(gè)案例中都涉及到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的區(qū)位因素,每個(gè)地區(qū)的區(qū)位因素不同,其農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展情況都不一樣。通過對(duì)以上各個(gè)案例的分析,我們就可以總結(jié)歸納出農(nóng)業(yè)的區(qū)位選擇所對(duì)應(yīng)的一般法則。
2.1氣候因素
新疆瓜果奇佳的主要原因是該區(qū)域干旱的氣候。。新疆地區(qū)位于溫帶大陸性氣候區(qū),夏季熱量充足,氣候干旱,年降水量少,晴天較多,光照充足。充足的光照使得植物光合作用強(qiáng)烈。晝夜溫差大,使農(nóng)作物白天光合作用制造大量有機(jī)物和糖分;夜晚溫度低,使農(nóng)作物呼吸作用較弱,消耗較少的有機(jī)物和糖分。從而農(nóng)作物糖分積累較多。
我國北方地區(qū)多屬溫帶季風(fēng)氣候區(qū),冬冷夏熱,年降水量多在800毫米以下,耕作以旱作生產(chǎn)為主,糧食作物以小麥為主。南方地區(qū)多屬亞熱帶季風(fēng)、熱帶季風(fēng)氣候,熱量條件優(yōu)越,年降水豐富,年降水量多在800毫米以上,耕作以水田生產(chǎn)為主,糧食作物主要是水稻。南北方降水條件的不同,導(dǎo)致南水北旱種植制度、南米北面飲食習(xí)慣的差異。
2.2地形因素
地形條件不同導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類型不同。平原地區(qū)平坦開闊,土層深厚,土壤肥沃,宜發(fā)展耕作業(yè);山地及緩坡地帶,地形坡度大,耕作不便,且不易水土保持,適宜發(fā)展畜牧業(yè)和果林業(yè);山間溝谷地區(qū),地形低洼,河、溏較多,宜發(fā)展?jié)O業(yè)。山地垂直地形條件不同,使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)隨海拔變化而不同。
2.3水源因素
黃河流經(jīng)賀蘭山以東的寧夏平原地區(qū),為寧夏地區(qū)帶來了豐富的水源,可以解決寧夏地區(qū)的灌溉用水和生活用水。雖然寧夏平原降水較少,但由于得到了黃河充足的水源條件,加之充足的光照,使糧食生產(chǎn)數(shù)量很高。而賀蘭山以西的騰格里地區(qū),本身降水較少,而又缺乏灌溉河流,終然是沙漠景觀。所以,水源條件是寧夏農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)優(yōu)越的自然條件。
2.4土壤因素
土壤是作物生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ),不同的土壤種類,適宜生長(zhǎng)不同的作物。安溪鐵觀音茶園的土壤,以紅壤為主體,土層深厚肥沃,質(zhì)地疏松,經(jīng)過耕作已轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝陨橙劳粱螯S泥沙土,土中氮、磷、鉀、硅,以及有機(jī)質(zhì)含量十分豐富。再加上其地植被繁茂,枯枝落葉滿蓋土表,使土壤猶如覆蓋上一層海綿,有利于土壤的吸水供肥。所以鐵觀音到了非這種土壤養(yǎng)植的地區(qū),產(chǎn)量和質(zhì)量都不能達(dá)到一個(gè)好的效果。
2.5市場(chǎng)因素
市場(chǎng)的需求量最終決定了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的類型和規(guī)模。當(dāng)一個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所獲得的產(chǎn)品沒有一個(gè)固定、可以支撐其繼續(xù)生產(chǎn)的銷售渠道,那么這個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展將得不到很好的持續(xù)。伴隨著我國城市化水平不斷提高,城郊地租不斷漲高,使高附加值的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成為必須;城市人口不斷增多,肉蛋奶、花卉等市場(chǎng)需求量大幅增加。這種市場(chǎng)條件的改變使城郊農(nóng)業(yè)快速發(fā)展。所以,在進(jìn)行農(nóng)業(yè)的區(qū)位選擇之前,要全面的考慮其市場(chǎng)因素,這樣才能使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益獲得最大,才不會(huì)造成農(nóng)產(chǎn)品的滯銷和運(yùn)輸成本的浪費(fèi)。
2.6機(jī)械因素
機(jī)械化水平的高低會(huì)影響生產(chǎn)效率。美國的科技水平處于世界領(lǐng)先地位,其農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)發(fā)達(dá),農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)普及率高,當(dāng)用機(jī)械種植、養(yǎng)護(hù)、收獲時(shí),其工作效率會(huì)有很大的提高,也會(huì)帶來農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的增加。
2.7交通、技術(shù)因素
當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量與質(zhì)量能夠得到一定保證的同時(shí),如何快捷、有效的將其他地區(qū)所需求的產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)疆?dāng)?shù)兀彩寝r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)影響因素。隨著交通水平和運(yùn)輸技術(shù)的不斷發(fā)展,運(yùn)輸?shù)男屎唾|(zhì)量不斷提高,農(nóng)產(chǎn)品的損失率降到最低,其生產(chǎn)所獲得的經(jīng)濟(jì)效益也在不斷提高。
四、結(jié)論
所以,由以上幾個(gè)特殊案例的歸納,影響農(nóng)業(yè)區(qū)位選擇的因素可以概括為氣候、地形、水源、土壤、市場(chǎng)、機(jī)械、交通和技術(shù)幾個(gè)主要方面。通過以上描述,可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)一節(jié)地理教學(xué)內(nèi)容適合使用多個(gè)實(shí)例的列舉來得出一個(gè)一般規(guī)律或原理性知識(shí)的時(shí)候,可以使用案例教學(xué)法實(shí)現(xiàn)其由特殊描述到一般法則的轉(zhuǎn)換,這樣有利于學(xué)生將分散的知識(shí)集中歸納,培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力,同時(shí)也有效提升了學(xué)生遷移知識(shí)的能力。
參考文獻(xiàn):
隨著社會(huì)建設(shè)和生活水平不斷提高,城市居民日益需要經(jīng)常性的休閑健身活動(dòng)來平衡身心,享受自然生態(tài)的環(huán)境,懂得養(yǎng)生和保持健康的體魄。建設(shè)生態(tài)城市已經(jīng)為世人認(rèn)可,并越來越成為城市發(fā)展的目標(biāo)和方向。城市生態(tài)景觀設(shè)計(jì)是生態(tài)城市建設(shè)的重要組成部分,也是實(shí)現(xiàn)生態(tài)城市建設(shè)目標(biāo)的途徑,因此,重新審視有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1 項(xiàng)目概況
項(xiàng)目位于南山區(qū)塘朗山片區(qū),華僑城北側(cè)、龍珠片區(qū)東側(cè)、塘朗山南麓,其西側(cè)緊鄰南坪快速,屬于深圳地鐵7號(hào)線深云車輛段上蓋工程,項(xiàng)目總占地面積約10.5hm2。規(guī)劃區(qū)內(nèi)采石場(chǎng)破壞地貌和植被,造成水土流失與視覺景觀污染?,F(xiàn)狀采石場(chǎng)場(chǎng)地已平整,平整區(qū)場(chǎng)地寬約220m、長(zhǎng)約430m、地面高程約75m。場(chǎng)坪高程根據(jù)地形及出入線爬坡條件確定為66.614m。段址基本呈不規(guī)則的長(zhǎng)方形,寬約307m,長(zhǎng)約905m,車輛段需開山建設(shè),場(chǎng)地內(nèi)拆遷工程較少?;厝姝h(huán)山,地勢(shì)起伏較大,東側(cè)為山體陡坡,峰高約為260m。深云車輛段場(chǎng)地盡可能利用已平整場(chǎng)地,但由于車輛段段址用地需求較大,部分場(chǎng)地需要開山建設(shè)。
2 深圳地鐵文體公園的景觀設(shè)計(jì)
2.1 生態(tài)規(guī)劃
利用生態(tài)景觀學(xué)的基本原理,構(gòu)建生態(tài)基質(zhì)――生態(tài)斑塊一生態(tài)廊道的基本生態(tài)景觀單元,利用BIM建立建筑模型,從而期望實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生,結(jié)合項(xiàng)目基地特點(diǎn),提出“重新與山連接”的設(shè)計(jì)理念,最大化對(duì)現(xiàn)狀已遭破壞的基地進(jìn)行生態(tài)恢復(fù),并賦予其多種復(fù)合功能,發(fā)揮土地最大的使用價(jià)值。
2.2 方案構(gòu)思
2.2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)。設(shè)計(jì)以原生的自然、人與自然和諧共生的生態(tài)系統(tǒng)為依托,將公園場(chǎng)地與自然山體連接,延續(xù)山體的生態(tài)環(huán)境,將人的使用功能與山體的自然生態(tài)環(huán)境充分融合,從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)上與山體形成連接,功能上與社會(huì)需求形成連接,體現(xiàn)該項(xiàng)目人與自然和諧共生的生態(tài)特色。從生態(tài)角度上看,該項(xiàng)目是城市的人與自然的生態(tài)環(huán)境之間的一個(gè)中轉(zhuǎn)站,社會(huì)功能上滿足了城市居民的需求,生態(tài)功能上承載了塘朗山的生態(tài)作用,因此,可以說是城市的綠色驛站,是人與自然互動(dòng)的一個(gè)站點(diǎn)。
2.2.2 方案特色。設(shè)計(jì)以“融入自然,律動(dòng)生命”作為主題,將體育運(yùn)動(dòng)融入到優(yōu)美舒適的生態(tài)環(huán)境中,將人的運(yùn)動(dòng)與自然生物的活動(dòng)融合一起,使文體公園成為城市居民與自然生物共享的一個(gè)綠色驛站,成為塘郎山郊野公園的自然健身房、城區(qū)的運(yùn)動(dòng)休閑帶。
①生態(tài)休閑:聯(lián)動(dòng)車輛段及郊野公園,采用對(duì)環(huán)境友好的規(guī)劃及設(shè)計(jì)理念,融入生態(tài)環(huán)境,是天然氧吧中的休閑天堂。②地鐵文化:中國首創(chuàng)以地鐵文化為核心的主題公園,是沉淀地鐵文化,呈現(xiàn)地鐵歷史的平臺(tái)。③教育創(chuàng)新:項(xiàng)目的地鐵實(shí)訓(xùn)區(qū),將面向整個(gè)深圳市的地鐵專業(yè)人員和公眾進(jìn)行培訓(xùn),是技術(shù)前沿的教育基地。④融合集約:積極探索生態(tài)建設(shè)與軌道交通設(shè)施建設(shè)的接駁點(diǎn)并將其融合,同時(shí),通過對(duì)項(xiàng)目各功能塊的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)資源共享,是土地綜合開發(fā)利用的典范。⑤綠色節(jié)能建筑:該項(xiàng)目在建筑設(shè)計(jì)方面,將引進(jìn)先進(jìn)的生態(tài)節(jié)能技術(shù),在雨水收集、自然通風(fēng)、垂直綠化、太陽能利用等方面深入研究,努力打造一個(gè)節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的綠色生態(tài)建筑。
2.3 生態(tài)建設(shè)難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)
2.3.1 景觀生態(tài)系統(tǒng)缺乏連續(xù)性。所有的地鐵上蓋項(xiàng)目,都有一個(gè)共同的難點(diǎn),即如何在混凝土蓋板上進(jìn)行生態(tài)建設(shè)。上蓋項(xiàng)目基本都是與地面脫離,有別于普通住宅的地下車庫建設(shè),后者是埋入地下,有一定的土層厚度在地表與自然地面連接,因此,對(duì)自然環(huán)境的連續(xù)性破壞較小。前者往往是高出地面,蓋板與地面存在高差,與自然地面無法直接連接,要融入周邊生態(tài)環(huán)境有一定難度,生態(tài)綠地的建設(shè)往往缺少系統(tǒng)連續(xù)性和完整性。
項(xiàng)目基地原本是塘朗山腳下的采石場(chǎng),三面為塘朗山環(huán)繞,因此,有條件利用山體與地面的高差,將蓋板與山體自然連接,最大限度將蓋板上的綠地與山體綠地連接,使公園成為山體的一部分,這是本項(xiàng)目生態(tài)建設(shè)的基本出發(fā)點(diǎn)。
在公園綠地與自然山體連接的基礎(chǔ)上,項(xiàng)目注重利用塘朗山的生態(tài)資源。塘朗山自然資源豐富,據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,屬國家重點(diǎn)保護(hù)的野生植物有7科7屬7種,其中有Ⅱ級(jí)保護(hù)的植物――桫欏和一級(jí)級(jí)保護(hù)植物――仙湖蘇鐵,眾多蝴蝶品種也是本區(qū)域重要景觀資源。因此,打造良好的生態(tài)環(huán)境,引入塘朗山的野生動(dòng)植物,使公園成為塘朗山部分野生生物的棲息地,使公園成為塘朗山生態(tài)斑塊的一部分,是該公園建設(shè)的美好愿景,也是該公園建設(shè)的終極目標(biāo)。
2.3.2 景觀綠地的覆土深度受限。上蓋綠地的另一個(gè)難點(diǎn),是考慮建設(shè)成本投入,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)留的綠地覆土深度往往不足,很難達(dá)到理想的種植深度要求,難以建設(shè)成多層次綠地生態(tài)群落。項(xiàng)目設(shè)計(jì)中預(yù)留覆土深度從0.6~1.2m不等,通過各專業(yè)的深入溝通協(xié)調(diào),結(jié)合蓋板下柱間的跨度不同,對(duì)種植區(qū)、運(yùn)動(dòng)區(qū)、休息區(qū)、服務(wù)區(qū)等統(tǒng)籌規(guī)劃。柱間跨度小的區(qū)域,劃為種植區(qū),提高荷載后建設(shè)成本提高較少,因此,預(yù)留覆土較深;柱間跨度大的區(qū)域,結(jié)構(gòu)荷載越大,建設(shè)成本成倍增長(zhǎng),因此,劃為運(yùn)動(dòng)區(qū)或服務(wù)區(qū)等以減小覆土的荷載要求。此外,景觀設(shè)計(jì)中,在覆土不足的區(qū)域,充分利用梁柱位置,設(shè)置種植池提高覆土厚度,盡可能增加喬木種植數(shù)量。條件不足的區(qū)域,利用廊架種植攀援植物,形成立體綠化景觀,充分發(fā)揮其生態(tài)效益。
2.3.3 雨水利用受限。在現(xiàn)代的城市建設(shè)中,經(jīng)常提到雨水利用,尤其是要求大部分雨水自然下滲減少地表徑流,提倡建設(shè)海綿城市等。而我們的上蓋綠地,雨水給蓋板所截?cái)?,無法到達(dá)自然綠地中,因此,需要采用新的方式對(duì)雨水收集利用。項(xiàng)目在雨洪規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),采用了2個(gè)蓄水系統(tǒng)對(duì)雨水收集利用:一是在蓋板上設(shè)置景觀濕地,既解決了部分蓄水需要,又作為生態(tài)過濾池凈化雨水,同時(shí)還豐富了景觀綠地的生態(tài)功能。二是在蓋板下的地面設(shè)置地下蓄水池,將蓋板上溢流出來的雨水進(jìn)行收集,然后用泵提升至景觀濕地中進(jìn)行利用,或者直接作為綠化灌溉補(bǔ)水。
2.4 過程保障――車輛段生態(tài)文明施工
2.4.1 施工現(xiàn)場(chǎng)封閉式管理,營(yíng)造文明、安全、整潔、和諧、高效的施工現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境。一是地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)采用三期地鐵統(tǒng)一規(guī)劃的圍擋進(jìn)行封閉施工,大門處設(shè)置門衛(wèi)室,負(fù)責(zé)進(jìn)出人員、車輛登記等。二是場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆钒凑粘鞘械缆窐?biāo)準(zhǔn)鋪設(shè)瀝青路面,設(shè)置減速帶,豎立反光鏡,安裝限速、禁鳴等交通標(biāo)識(shí),路面漆上標(biāo)準(zhǔn)的交通標(biāo)志線,沿線安裝路燈。配備灑水車,每天定時(shí)對(duì)場(chǎng)內(nèi)道路及場(chǎng)區(qū)周圍市政道路進(jìn)行灑水,組織專人對(duì)道路清掃維護(hù),有效減少了施工揚(yáng)塵。三是施工現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)噪聲設(shè)備,設(shè)置在遠(yuǎn)離居民區(qū)位置,依據(jù)調(diào)查民意后得出最佳的爆破時(shí)間,調(diào)整爆破方案。
2.4.2 南坪快速路上架鋼橋,“天塹變通途”,最大限度降低泥頭車對(duì)市區(qū)居民的干擾。車輛段土石方運(yùn)輸工程量大,如何減少泥頭車穿行市區(qū),最大限度地降低對(duì)市區(qū)居民的干擾,是施工單位項(xiàng)目部一直努力研究解決的難題。
一切,從庫斯科開始
庫斯科的歷史已經(jīng)很久,已經(jīng)分不出哪些是神話,哪些是史書。傳說在12世紀(jì),第一代印加王被祖先太陽神派出來尋找大地的中心點(diǎn),最終在這里找到中心,并建立城市。第九代王Pachacutec開始大規(guī)模地戰(zhàn)略擴(kuò)張,疆土一度從現(xiàn)在的厄瓜多爾、哥倫比亞一直延伸的智利北部的沙漠地帶,達(dá)到了帝國鼎盛的時(shí)期。正是在這一時(shí)期,建造了以馬丘比丘最具代表的眾多神話般的山頂城堡。
1526年,西班牙人費(fèi)朗西斯科·皮薩羅從中美洲的巴拿馬向南進(jìn)發(fā)很快發(fā)現(xiàn)了印加帝國這片富庶的地方,返回西班牙后開始籌集人力和財(cái)力,于1532在厄瓜多爾登陸,很快挺進(jìn)到印加帝國的心臟地帶,并且抓獲了第十二代印加王,殺害了幾千名手無寸鐵的土著居民。最終費(fèi)朗西斯科下令處死了印加王,接著占領(lǐng)了庫斯科。實(shí)際上,在當(dāng)時(shí)騎在馬背上,鎧甲護(hù)身,揮舞利劍和火槍的西班牙入侵者已是勢(shì)不可擋,最終印加帝國的臣民們撤退到了崇山峻嶺之中,雖然幾次試圖西班牙人的統(tǒng)治,但是弓箭長(zhǎng)矛終究抵不過科技含量更高的武器,印加人都以失敗告終,從此他們不再有往日帝國的輝煌。幾百年過去了,從哥倫比亞到厄瓜多爾,從秘魯?shù)讲@S亞,再到智利,在這片遼闊的曾經(jīng)是印加人生活勞作的土地上,印加人至今依然是社會(huì)的底層,過著很貧苦的生活。
行走在庫斯科那一條條筆直又崎嶇的山城小路上,偶爾會(huì)有印加?jì)D女抱著小羊駝從身邊走過,她們身穿艷麗的衣裙,頭頂上的方形或圓形帽子上,手工刺繡圖案十分艷麗。她們是住在庫斯科周邊大山里的印加人的后裔,來到這原本屬于她們的都城,回顧一下自己的祖先曾經(jīng)馳騁南美洲大陸、輝煌一時(shí)的偉大帝國,看看那些早已被壓在天主教堂下面的巨大的皇宮城墻。而住在城里的印加人則早已不再穿著本民族的服裝,但是他們的屋脊正中都會(huì)有雙牛造型的“TORI”,中間是雄雞報(bào)曉,兩邊分別是梯子和長(zhǎng)矛。他們依然還保留著印加人古老的符號(hào),祈求上天給他們帶來吉祥和賜福。
從殘留的印加宮殿的遺址上不難看出,印加人當(dāng)時(shí)的建造工藝還是相當(dāng)高的。印加人認(rèn)為不該從大地上切削石料,因此從周圍尋找分散的石塊來建造城市。他們深知每一塊石頭都來之不易,會(huì)盡最大可能利用其外形尺寸,但又不違背建筑力學(xué)的基本原理,而不是通常人為的開鑿切割成同一尺寸和形狀的石頭。印加人的石頭建筑連灰泥都沒有使用,完全靠精確的切割堆砌來完成,修成的墻上石塊間的縫隙還不到1毫米寬。在一處建筑的下面,你會(huì)看到一塊多達(dá)13條邊的巨石,就很好的證明了印加人在這方面的天賦。
如今,庫斯科,依然屹立在海拔3400米高高的安第斯山上,周邊被群山環(huán)繞。隨處可以看到印加建筑的巨大石塊壘起的敦厚墻壁,狹窄而又陡峭的街道上布滿了被經(jīng)年磨得發(fā)亮的鵝卵石。但是,依坡而建的廣場(chǎng)上,不僅聚集著原著民印加人,更多的是西班牙征服者的后裔,以及多種族的混血人種。雖然城內(nèi)有很多謳歌印加人的雕塑,大多表現(xiàn)他們?cè)鯓有蜗蟾叽?,怎樣勇猛彪悍,甚至抓到西班牙士兵挖出心臟來吃的情景,也被雕塑在城市廣場(chǎng),但是這些都改變不了歷史,也改變不了現(xiàn)實(shí),印加人這一古老的民族,他們的文化、宗教、文字、語言、生活習(xí)性、甚至人種都已經(jīng)消失或者在漸漸地消失之中。
我祝愿這一古老的民族能夠繁衍生息,盡量減少外來種族和文化對(duì)自己固有傳統(tǒng)文明的影響。
遺失的城市——馬丘比丘
在秘魯東南方向的崇山峻嶺之中,在三面環(huán)水的高山頂山,有一處神秘的遺址,印加帝國之城——馬丘比丘MACHU PICCHU。它是秘魯?shù)臉?biāo)志,一個(gè)不可思議的帝國之城,至今還有眾多的謎團(tuán)沒被揭開:為什么要建造這樣一座功能齊全的城市?印加人什么時(shí)候建造的?為什么要在這樣一個(gè)地勢(shì)十分險(xiǎn)峻的地方建造?至今人們對(duì)它的認(rèn)知還十分有限。印加人并未掌握文字的技巧而留下任何描述文字,至今沒人明白印加文明(公元前8000年)怎么能夠把重達(dá)20噸的巨石搬上馬丘比丘山頂。
但是這絲毫沒有妨礙人們對(duì)它的愛戀和探尋神秘的渴望。對(duì)于我和絕大多數(shù)來秘魯?shù)挠慰停踔潦悄厦廊俗约簛碚f,能看到“消失”的印加古城馬丘比丘都會(huì)是旅途中的重要時(shí)刻。它的歷史如此神秘,它高山之巔那驚人地理位置上的精美石匠工藝水平更是聞名世界。
乘上富麗堂皇的“印加火車”前往帝國之城。 “INCA TRIN”只有一節(jié)車頭兼做車廂,內(nèi)壁畫有印加人的影像,真皮座椅,航空般的服務(wù),為乘客提供飲料和點(diǎn)心。車廂寬大明亮的車窗和天窗,讓客人盡可能多的飽覽車外的雪山、森林、河川、印加遺址等美景。秘魯?shù)幕疖囀钦夎F路,車子沿著湍急的烏魯班巴河川,搖搖晃晃地緩慢行駛,中途幾次停車,火車司機(jī)跳下車去人工搬動(dòng)道岔,大約一個(gè)半小時(shí)到達(dá)大山中的村子阿瓜斯·卡蓮特斯。它緊緊依偎在深深的峽谷之中,被高聳入云的大山和云霧環(huán)繞著。這里也是攀登馬丘比丘的必經(jīng)之地,因此現(xiàn)在更多的人就叫它馬丘比丘村。
馬丘比丘,是秘魯一個(gè)著名的前哥倫布時(shí)期印加帝國的遺跡,距庫斯科130公里,整個(gè)遺址高聳在海拔2350—2430米的山脊上,俯瞰著烏魯班巴河谷,是世界七大奇跡之一。由于獨(dú)特的位置、地址特點(diǎn)和發(fā)現(xiàn)時(shí)間較晚(1911年),馬丘比丘成了印加帝國最為人所熟悉的標(biāo)志。在1983年,馬丘比丘古神廟被聯(lián)合國教科文組織定為世界遺產(chǎn),且為文化與自然雙重遺產(chǎn)。
我看見石砌的古老建筑物,
鑲嵌在青翠的安第斯高峰之間。
激流與風(fēng)雨侵蝕了幾百年的城堡奔騰下泄。
在這崎嶇的高地,
在這輝煌的廢墟,
我尋到能續(xù)寫詩篇所必需的原則信念。
智利詩人、諾貝爾文學(xué)獎(jiǎng)獲得者巴勃羅·聶魯達(dá)在他著名的《馬丘比丘之巔》中這樣的贊道。
大霧在群山中繚繞,一會(huì)兒云霧,一會(huì)兒雨。不遠(yuǎn)萬里來到此地,讓我欣賞這帝國之城,更加增添幾分神秘的色彩,給我更多的遐想。
馬丘比丘分為兩部分。馬丘比丘上建有太陽神廟,而烏那比丘建有月亮神廟,分別聳立在兩個(gè)尖尖山頭,遙相呼應(yīng)。兩山相距不遠(yuǎn),可要想從馬丘比丘爬到對(duì)面的烏那比丘,那可是要費(fèi)一番辛苦。要從這個(gè)上頂下到半山腰,沿著光亮濕滑長(zhǎng)滿青苔的印加小路一路手腳并用,走過一段山梁,立刻開始幾乎是60-70度的攀爬,很多地方只容一人側(cè)身攀登,很多地方?jīng)]石階。你的身邊,一邊是刀削樣直立的峭壁,一邊是萬丈深淵的峽谷,萬一失足,必成千古恨。在即將到達(dá)山頂?shù)牡胤竭€必須要鉆過一處山洞,而且洞內(nèi)只容得一人在泥水里匍匐通過。
從高高的烏那比丘上可以俯瞰馬丘比丘遺址全景,很是壯觀?!爸弊中蔚谋P山路就像羊腸一般掛在山坡山,高高的馬丘比丘被烏魯班巴河幾乎是360度環(huán)繞包圍著。一股股水汽團(tuán)從谷底沿著陡峭的山坡向上升起,滾滾的云霧一會(huì)兒將對(duì)面的山峰遮擋,一會(huì)兒顯露一下馬丘比丘一角,好像是在故意捉弄前來參觀的人們,又好像告訴人們這里的神秘氛圍。
“的的喀喀”湖上漂浮的村莊
“的的喀喀”——好一個(gè)讓人歡快跳動(dòng)的名字。
這美麗的高原湖泊,現(xiàn)在為玻利維亞和秘魯共享。但是,在兩國看到“的的喀喀”景色卻是各有千秋。如果你看過波利維亞境內(nèi)的“的的喀喀”,再來看看秘魯?shù)摹暗牡目Α?,你就?huì)覺得同一湖泊,風(fēng)光竟然大不相同。在玻利維亞,你看到的“的的喀喀”湖水是湛藍(lán)湛藍(lán)的,翠綠的孤島神奇地立在浩瀚的湖水中,雪山巍峨,白云朵朵,蜿蜒的印加小路、層次分明的梯田,一切都是那樣的自然而又純樸。
而在秘魯?shù)钠罩Z你看到的湖水是綠色的,大片的蘆葦生長(zhǎng)在湖中。這里有世上獨(dú)一無二的,在湖水中漂浮著的人工 “島嶼”—ISLAS FLOTANTES漂浮島。湖里這些漂來漂去的“小島”并非真正的陸地,而是是古老的烏魯斯人(Uros)使用“的的喀喀”特有的TOTORA香蒲草堆積而成。
烏魯斯人是印第安阿依馬拉族的一支。作為一個(gè)小部落,古時(shí)候他們?yōu)榱吮荛_好斗的印加帝國的侵略而逃到了湖中。他們擇“蒲草和蘆葦”而居,既可隱蔽自己又可以在此生存。他們用湖里生長(zhǎng)的香蒲草和蘆葦捆扎成巨大的漂浮島。由于厚厚的香蒲草堆鋪在一起,浮力很大,烏魯斯人就在上面用香蒲蓋起簡(jiǎn)陋的小屋,常年居住在這種浮動(dòng)小島上,以捕魚為生,甚至可以在上面種植蔬菜,飼養(yǎng)雞鴨等。每個(gè)漂浮島上可以住幾戶人家。他們祖祖輩輩生活在這香蒲草的世界中,保持著世代相傳的民族習(xí)慣。
烏魯斯人的主要交通工具也是一種用香蒲草捆扎起來名叫“淘淘拉”的小船,約有2米多長(zhǎng),可載4~5個(gè)人,也可以把兩只“淘淘拉”綁在一起,在湖中游弋。這種兩頭尖翹,輕巧靈便的草船類似古代埃及墓碑上所畫的月亮形莎草小船。草船航行在湖光山色之中,構(gòu)成了秘魯“的的喀喀”湖上的獨(dú)特風(fēng)貌。
烏魯斯人的“土地”是軟的忽悠忽悠的香蒲和蘆葦,走在上面又軟又有彈性,一步一陷,深一腳淺一腳,好似要陷到湖里一樣,很是要小心,一不留神就會(huì)走出“陸地”,跨界掉到深深的湖水里。他們的房子是香蒲草,門是香蒲草,床是香蒲草,桌子是香蒲草,船是香蒲草。實(shí)際上UROS人的生活已經(jīng)牢牢地和TOTORA香蒲草交融在了一起。“地面”上的香蒲草腐爛后,UROS人就會(huì)將上面重新長(zhǎng)出的香蒲草蘆葦割下來,一段一段交叉鋪上去,周而復(fù)始。每當(dāng)大一點(diǎn)的游艇??窟@種浮動(dòng)的島嶼,整個(gè)島就像一片厚厚的海綿墊上下起伏。他們經(jīng)常掛在口頭上的話就是“不知道什么時(shí)候就會(huì)漂到玻利維亞去了?!睘豸斔谷酥愠?,在漂浮島不大的一方天地里,世世代代生活下去,將用葦草制物的手藝口口相授。
湖心有一處小島叫塔丘勒(ISLATAQUILE),風(fēng)景絕佳,靛藍(lán)的湖水,天際翻滾的白云,疏密有致的作物,簡(jiǎn)樸的石拱門。島上的人癡迷絨線編制,隨處可見正在織絨線的土著人,而且不論男女。 男人們都驕傲地戴著自己織的長(zhǎng)絨線帽,五彩艷麗的看上去有點(diǎn)像睡帽一樣的帽子,是有講究的,它代表著男人婚否和社會(huì)地位。如果帽子是全紅的,那么就表示他已經(jīng)結(jié)婚了,如果帽子是紅白二色的,那么就表示他還是單身。不同的花色代表不同的身份地位。
塔丘勒島上的女人有種出世的美,美得讓人心碎。她們穿著毛氈一樣厚厚的多層百褶裙,上衣繡著漂亮的花朵,長(zhǎng)長(zhǎng)的辮子稍上再系上幾個(gè)大大的毛茸茸的彩色圓球。她們從不用穿鞋子和襪子,行走在如詩如畫的小島上。
當(dāng)你乘坐小艇行駛在縱橫交錯(cuò)的水道里,置身于一望無際縹緲婆娑的香蒲草中,立即會(huì)被充滿夢(mèng)幻般神秘色彩和意境俘獲。
TIPS
簽證:秘魯對(duì)中國公民簽證苛刻。除了要求申請(qǐng)者提供在職證明、收入證明、無犯罪記錄證明,而且還要經(jīng)過公證和外交雙認(rèn)證,并且必須通過旅行社遞交,不接受個(gè)人遞交簽證申請(qǐng)。
到達(dá):中國沒有直達(dá)秘魯?shù)娘w機(jī),需從北美或歐洲轉(zhuǎn)機(jī),也可通過玻利維亞、智利、厄瓜多爾三國陸路入境。
礦床的形成及演化是地球物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)形式,礦體就是礦區(qū)內(nèi)成礦元素相對(duì)集中的區(qū)域,其他元素則在礦體之中和周圍形成與成礦過程、成礦作用有關(guān)的變化,成礦地球化學(xué)研究的重要目的之一就是要揭示成礦作用中元素變化的時(shí)空規(guī)律。這是開展礦床(深部)成礦預(yù)測(cè)的重要基礎(chǔ)。
眾所周知,成礦相關(guān)元素在成礦作用過程中會(huì)在礦體及其形成比礦體范圍大得多的相對(duì)富集,通常將這種現(xiàn)象稱為地球化學(xué)原生(異常)暈,而將暈中元素的空間排列規(guī)律稱之為地球化學(xué)分帶,它包括水平分帶和垂直分帶。在深部成礦預(yù)測(cè)中,人們更關(guān)注礦體原生暈的垂向分帶特征,即原生暈垂(軸)向分帶序列,其中還分為頭暈、礦體暈和尾暈三部分。原生暈概念的提出對(duì)于促進(jìn)成礦元素地球化學(xué)理論研究的深入及在礦床成礦預(yù)測(cè)中發(fā)揮著重要作用。然而,有關(guān)原生暈的討論主要集中在成礦及其相關(guān)元素的空間變化特征方面,而對(duì)成礦過程的長(zhǎng)期性和多期性等問題考慮較少,亦即對(duì)成礦元素地球化學(xué)行為的時(shí)間效應(yīng)關(guān)注不足。
李惠等在研究金礦原生暈軸向分帶時(shí),基于中國金礦床普遍存在多階段疊加成礦的特點(diǎn),并根據(jù)深部成礦預(yù)測(cè)的需要,提出了多期多階段疊加成暈,即原生疊加暈的概念,并建立了利用原生疊加暈開展深部成礦預(yù)測(cè)的一系列標(biāo)志和準(zhǔn)則。實(shí)際上就是在原先的空間軸向分帶基礎(chǔ)上引進(jìn)了多階段的時(shí)間參數(shù)。這是對(duì)經(jīng)典原生暈理解的一個(gè)突出貢獻(xiàn)和有意義的創(chuàng)新。原生疊加暈的提出對(duì)于單期多階段成礦作用造成的元素成暈特點(diǎn)及其規(guī)律研究提供了有力的工具,成功地解決了許多該類型礦床的深部預(yù)測(cè)問題。應(yīng)該注意到,即使是具有很多成礦階段的單期成礦作用,其熱液體系都是一致的,同時(shí)同一體系中各階段疊加的性質(zhì)也可能是不同的。紀(jì)宏金等正是注意到這一點(diǎn)在其對(duì)山東山城金礦開展成礦地球化學(xué)研究時(shí),探討使用成礦疊加暈分帶序列分解的方法開展工作,進(jìn)一步深化了原生疊加暈的研究。
越來越多的研究表明,礦床,特別是大型―超大型礦床的形成往往是長(zhǎng)期多期成礦地質(zhì)過程的疊加產(chǎn)物,宏上表現(xiàn)為成礦系統(tǒng)疊加,即形成復(fù)合成礦成系統(tǒng)。正如翟裕生院士所提出的成礦系統(tǒng)疊加及多成因礦床發(fā)育已構(gòu)成中國區(qū)域成礦的重要特色。對(duì)于復(fù)合成礦系統(tǒng)而言,礦床的形成可能并不僅是單期多階段成礦疊加的問題,而是涉及到多個(gè)成礦期的疊加。即在同一空間域中,先期成礦系統(tǒng)被后期成礦系統(tǒng)所疊加,造成不同礦床類型的重疊和大型礦形成。不同的成礦期對(duì)應(yīng)于不同成礦事件。由于不同成礦事件形成于特定的地質(zhì)―構(gòu)造環(huán)境,因此會(huì)涉及到不同的成礦體系。在這些不同體系中,成礦物質(zhì)(礦質(zhì)或流體)來源及其演化均具有各自的地球化學(xué)特點(diǎn),顯然每一次成礦事件都會(huì)形成與其相對(duì)應(yīng)的地球化學(xué)響應(yīng),不考慮多期疊加成礦事件的具體過程而針對(duì)礦床所建立的地球化學(xué)原生暈或疊加暈實(shí)際上是多成礦體系元素地球化學(xué)響應(yīng)的綜合反映。這種原生暈或原生疊加暈難以再現(xiàn)多體系成礦過程的多期性和復(fù)雜性,因而在許多具體應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生相關(guān)問題。顯然,如果不將這種復(fù)雜狀態(tài)下形成的元素地球化學(xué)響應(yīng)根據(jù)成礦期(階段)的時(shí)間序列進(jìn)行有效分解,便難以開展符合地質(zhì)情況的成礦預(yù)測(cè)。為此我們引入成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的概念,其目的在于更全面地將時(shí)間因素引入原生暈研究,試圖通過對(duì)成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)―空結(jié)構(gòu)的精細(xì)解析,全面再現(xiàn)成礦元素的地球化學(xué)過程,旨在為解決多源成礦體系條件下復(fù)合成礦系統(tǒng)中多期成礦疊加礦床深部成礦預(yù)測(cè)問題探索一條途徑。
所謂成礦(元素)地球化學(xué)場(chǎng),是指成礦及其相關(guān)元素在成礦作用過程中于特定地區(qū)產(chǎn)生的時(shí)間分配和空間分布。因此,成礦地球化學(xué)場(chǎng)具有隨機(jī)性和結(jié)構(gòu)性雙重屬性。成礦作用及其他各類地球化學(xué)過程都可理解為地球化學(xué)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的演化,即地球化學(xué)場(chǎng)的時(shí)-空結(jié)構(gòu)。因此,地球化學(xué)場(chǎng)的時(shí)-空結(jié)構(gòu)是成礦作用動(dòng)力學(xué)研究的重要內(nèi)容。在復(fù)合成礦系統(tǒng)中,多種地質(zhì)-地球化學(xué)-成礦作用相互疊接,導(dǎo)致成礦地球化學(xué)場(chǎng)表現(xiàn)為復(fù)雜的疊加場(chǎng),這使得地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性是復(fù)合成礦系統(tǒng)研究的核心與關(guān)鍵,而通過對(duì)地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的精細(xì)解析來研究有關(guān)的地質(zhì)體和地質(zhì)過程乃是地球化學(xué)場(chǎng)研究的核心。
2 關(guān)于成礦多期性或成礦多期疊加的理解
在討論基于成礦多期疊加礦床進(jìn)行的成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)精細(xì)解析之前,有必要對(duì)成礦多期疊加的含義做一完整理解?,F(xiàn)在看來,絕大部分大型超大型礦床,特別是金礦床都是多種或多個(gè)成礦過程綜合作用的產(chǎn)物。人們習(xí)慣上用多期成礦疊加來說明這一問題。但是從現(xiàn)有發(fā)表的成果文獻(xiàn)看,“成礦作用疊加或成礦多期性”這同一個(gè)名詞表達(dá)出來的卻是多種含義。(1)表達(dá)的是同一成礦期多礦化階段的成礦疊加或者一個(gè)內(nèi)生成礦期與表生期的成礦疊加。如果是前者,可能涉及只是同一期成礦作用內(nèi)部的多階段活動(dòng)歷史,而沒有涉及到多期成礦作用的問題。因此將這種疊加描述為多期成礦作用疊加是不確切的。后者中的表生作用對(duì)于內(nèi)生礦床成礦而言,嚴(yán)格來說不能看成是一個(gè)成礦期。表生作用是對(duì)內(nèi)生期已經(jīng)形成的礦床的改造(次生富集)甚至破壞作用,屬于礦床形成后的改造與保存范疇的問題。盡管礦床形成后的保存與變化也是礦床學(xué)家應(yīng)該倍加關(guān)注的問題之一,原則上這已經(jīng)不屬于成礦疊加的范疇。因此我們也不贊成將這種情況描述為多期成礦疊加。(2)表達(dá)的是多種成礦作用參與,即所謂多成因疊加。一般情況下發(fā)生在同一成礦期的多成因疊加現(xiàn)象是極少見的,更多的是表現(xiàn)為不同期成礦作用參與。問題的核心在于不同成礦期的成礦作用是否真的形成了(具工業(yè)價(jià)值的)礦床(體)還是只是形成了其基礎(chǔ)?顯然,如果礦床(體)只是在最后一個(gè)成礦期的成礦作用中形成,此前的成礦作用只是形成了其基礎(chǔ)(如預(yù)富集)的話,在礦床(體)上就看不出多期疊加的直觀表現(xiàn)。在開展礦床成因研究時(shí),通過礦床地質(zhì)地球化學(xué)方法,可能示蹤出多種成礦作用的痕跡(如早期的變質(zhì)作用導(dǎo)致礦質(zhì)預(yù)富集à晚期的巖漿活動(dòng)導(dǎo)致礦床形成)。在這種情況下,實(shí)際上是一個(gè)長(zhǎng)期多個(gè)成礦作用參與成礦的過程,可能涉及到區(qū)域上的多個(gè)成礦系統(tǒng),但并沒發(fā)生真正的成礦疊加現(xiàn)象,而只是繼承效應(yīng)。(3)我們對(duì)多期成礦疊加的理解建立在對(duì)成礦事件的確定之上。將在一定的時(shí)空域內(nèi)(通常與成礦系統(tǒng)的時(shí)空域相對(duì)應(yīng))形成了具經(jīng)濟(jì)意義的礦床(體)一種或一組地質(zhì)(成礦)作用過程稱之為一個(gè)成礦事件。它與成礦作用的區(qū)別在于前者形成了礦床(體)而后者不一定,有可能只是形成了礦質(zhì)的預(yù)富集(遠(yuǎn)沒有達(dá)到可以利用的礦床(體)程度)??梢钥闯?,當(dāng)某成礦作用形成了具經(jīng)濟(jì)意義的礦床(體)時(shí),就相當(dāng)于發(fā)了一次成礦事件。因此,盡管在漫長(zhǎng)的地質(zhì)構(gòu)造演化中,各種各樣的地質(zhì)作用(變質(zhì)、沉積、巖漿、構(gòu)造、流體)等頻繁發(fā)生,其中也可不同程度地伴隨著成礦元素的地球化學(xué)行為,但真正能稱為成礦事件的卻相對(duì)要少得多。此外成礦事件是相對(duì)成礦元素而言的。即同一地質(zhì)作用對(duì)于這種元素沒有形成礦床,不是一次成礦事件,但可能形成了其它元素的礦床,因此又可以稱之為成礦事件。一次成礦事件一般對(duì)應(yīng)于一個(gè)相對(duì)完整獨(dú)立的成礦系統(tǒng),當(dāng)然成礦事件還具有其它多種屬性特征。只有當(dāng)至少兩個(gè)不同地質(zhì)時(shí)代的成礦事件共同作用于一個(gè)礦床(體)時(shí),才能稱之為多期成礦疊加。
成礦多期疊加對(duì)成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)具有重要影響,這正是開展地球化學(xué)原生暈研究時(shí)必須為什么要成礦多期疊加的關(guān)鍵所在。由于多期成礦的熱液體系不同,它們的成礦暈?zāi)J剑ㄈ珙^暈、礦體暈、尾元素組合)就可能不相同。對(duì)于成礦預(yù)測(cè)而言,判定標(biāo)志就會(huì)不一樣。例如,對(duì)于主成礦元素au而言,元素ag或者pb在一種體系中可能作為頭暈元素出現(xiàn),這時(shí)其異常(分帶位置或異常特征)可以作為深部預(yù)測(cè)的有效標(biāo)志之一;而在另一體系中則可能作為礦體暈元素出現(xiàn),這時(shí)就不宜將其作為預(yù)測(cè)的主要標(biāo)志。當(dāng)出現(xiàn)這兩種體系疊加同一條礦脈或礦體上時(shí),如果僅用空間分帶來表達(dá)其地球化學(xué)場(chǎng)結(jié)構(gòu),就反映不了它們本身具有的細(xì)微意義。另一方面,雖然整個(gè)礦區(qū)存在著成礦的多期性,但對(duì)于具體的礦脈或礦體而言,多期多階段成礦疊加的強(qiáng)度、方式、位置也會(huì)不同,顯然針對(duì)不同的情況,其地球化學(xué)場(chǎng)結(jié)構(gòu)就會(huì)有差異。
上面的討論是針對(duì)同種成礦元素多期成礦疊加的情況。由于成礦事件是相
對(duì)于成礦元素而言的,因此,我們還應(yīng)該考慮到另外一種情況,即在同一成礦空間中發(fā)生的多期疊加作用形成了多種礦種(金和銀,或金銅,或金銀銅鉛等等)共生或伴生的礦床,也就是說,一期成礦作用形成了金礦體,而另一期成礦作用可能形成的是其他元素的礦體,或者僅僅形成礦化,二者在空間上同位疊加,顯然這種疊加作用的結(jié)果是形成了多金屬礦床(化),而沒有對(duì)早期成礦元素造成更加富集??梢哉J(rèn)為,正如大型超大型單元素礦床大多是多期成礦疊加作用的產(chǎn)物一樣,許多多金屬共生或伴生的礦床也同樣是復(fù)合成礦系統(tǒng)多期成礦疊加的產(chǎn)物,特別是在地球化學(xué)性質(zhì)上相差較遠(yuǎn)的多個(gè)元素共(伴)生于同一礦區(qū)(體)時(shí),更可能如此。對(duì)于這類礦床而言,在進(jìn)行深部成礦預(yù)測(cè)時(shí),開展其成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的精細(xì)解析工作就更加必要??傊?,復(fù)合成礦系統(tǒng)地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的精細(xì)解析是成礦地球化學(xué)理論研究與找礦勘探發(fā)展的共同要求。通過地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的精細(xì)解析,可以解釋可能的礦種、揭示可能的成礦作用過程、縮小找礦靶區(qū)、確定礦床(體)剝蝕深度、現(xiàn)有礦床的深部預(yù)測(cè)和找礦前景。對(duì)深化礦床學(xué)理論認(rèn)識(shí)和隱伏礦體找礦具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
3 成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)解析的研究思路
成礦地球化學(xué)時(shí)空結(jié)構(gòu)的精細(xì)解析雖然主要針對(duì)復(fù)合成礦系統(tǒng)多期疊加礦床提出來,但它實(shí)際上對(duì)于所有礦床都可以應(yīng)用。當(dāng)?shù)V床成礦不存在多期疊加時(shí),其時(shí)間結(jié)構(gòu)就表現(xiàn)在多階段的疊加上面,即原生疊加暈的范疇。這是由于多階段成礦只涉及到一個(gè)成礦熱液體系,每階段形成的頭、礦體、尾暈元素組合基本是相同的,相對(duì)于整個(gè)成礦期而言是一個(gè)自相似過程,因此對(duì)于成礦預(yù)測(cè)而言,對(duì)每個(gè)階段形成的時(shí)間結(jié)構(gòu)進(jìn)行離解并無實(shí)際意義。但當(dāng)?shù)V床研究確定成礦具有多期疊加性時(shí),成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的精細(xì)解析便是必須開展的工作。這也就是說,開展成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)―空結(jié)構(gòu)精細(xì)解析,首先應(yīng)在合適的對(duì)象上進(jìn)行,這要求對(duì)礦床地質(zhì)特征以及成礦的基本問題,特別是成礦期成礦階段的確定等開展細(xì)致而深入的觀察與研究。否則建立起來的時(shí)空結(jié)構(gòu)就失去了依托,地質(zhì)意義不清?;谏鲜?,提出成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)精細(xì)解析的研究思路是:選取由多期疊加成礦作用形成的典型(金)礦床為研究對(duì)象,合理部署野外(礦山)地質(zhì)調(diào)查工作,基于翔實(shí)的野外第一手資料和實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù),綜合運(yùn)用礦床地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)、元素地球化學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)等多種方法手段,以多期疊加成礦過程中元素地球化學(xué)行為差異的深入剖析為切入點(diǎn),通過對(duì)成礦期成礦階段的精細(xì)劃分,對(duì)應(yīng)的礦石礦物組合的準(zhǔn)確厘定以及蝕變分帶演化、成礦流體性質(zhì)等的系統(tǒng)研究,示蹤多期成礦疊加過程中元素的時(shí)空演化軌跡,提取不同成礦期次的元素地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空間結(jié)構(gòu)信息,并建立相應(yīng)的成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)間結(jié)構(gòu)模型和空間結(jié)構(gòu)模型。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行復(fù)合成礦系統(tǒng)地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的耦合研究,確立找礦預(yù)測(cè)準(zhǔn)則,為礦山深、邊部及勘探和開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。
4 成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)解析方法
根據(jù)上述研究思路,可以將成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)解析分解為以下幾個(gè)步驟。
4.1 礦床地質(zhì)研究
構(gòu)建成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)首先要開展礦床地質(zhì)研究,其主要目的在于確定多期成礦作用疊加的強(qiáng)度、方式、位置和性質(zhì)等,重點(diǎn)是討論不同成礦期次的礦化特征,如含礦熱液、礦物組合、礦化樣式及其疊加模式。這涉及到礦床地質(zhì)學(xué)研究的各個(gè)方面,如礦脈、礦體和礦石的地質(zhì)特征、礦物組合、圍巖蝕變特征、尤其是成礦期次的精細(xì)劃分,成礦地質(zhì)-地球化學(xué)事件的確立及其間的對(duì)應(yīng)關(guān)系等。這些研究是明確成礦元素地球化學(xué)統(tǒng)計(jì)規(guī)律及時(shí)空結(jié)構(gòu)所蘊(yùn)涵成礦地質(zhì)意義的前提和基礎(chǔ)。
4.2 元素地球化學(xué)統(tǒng)計(jì)分析
以上述礦床地質(zhì)研究為基礎(chǔ),就可以通過地面、坑道和鉆孔全空間的系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)取樣與相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試,開展具體礦脈(或礦體)元素地球化學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析,揭示其中蘊(yùn)涵的地質(zhì)-地球化學(xué)-成礦作用信息。主要包括:(1)原始數(shù)據(jù)整體特征的研究。主要手段為聚類分析和因子分析,目的在于初步考察研究區(qū)成礦地球化學(xué)場(chǎng)的基本特征。(2)元素含量水平和組合特征的分析。元素組合特征和元素含量水平是對(duì)找礦勘探具有決定意義的特征參數(shù),通過研究各組樣品中元素含量水平和組合特征,可以判定可能存在的礦種。
4.3 地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)間結(jié)構(gòu)分解
成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)間結(jié)構(gòu)指的是不同成礦期從早階段到晚階段相關(guān)元素的活動(dòng)規(guī)律。它主要包括成礦期成礦及相關(guān)元素組合、期內(nèi)不同成礦階段元素的遷移、沉淀和富集規(guī)律等內(nèi)容。顯然對(duì)于多期復(fù)雜疊加的礦床而言,除非各成礦期的礦化產(chǎn)物特點(diǎn)突出,易于鑒別并適于獨(dú)立開展研究,否則不同成礦期的元素特征只能從其總體中予以離解,我們將這一過程定義為成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)間結(jié)構(gòu)分解。分解著重于成礦元素地球化學(xué)特征與成礦期次間對(duì)應(yīng)關(guān)系的研究與剖析,通過研究不同成礦期次的元素組合特征與指示元素的關(guān)聯(lián)和區(qū)別,以闡釋成礦元素組合的地質(zhì)-地球化學(xué)意義,揭示可能的成礦作用過程。
理論上,成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)間結(jié)構(gòu)的分解應(yīng)在成礦期次精細(xì)劃分的基礎(chǔ)上,分別采集相應(yīng)成礦期(或成礦階段)的巖石地球化學(xué)樣品進(jìn)行綜合分析。但是,對(duì)于具體的礦區(qū)或礦脈來說,由于不同期礦化產(chǎn)物的疊加和復(fù)合,在野外樣品采集過程中要準(zhǔn)確對(duì)它們加以區(qū)分往往存在很多困難。為此,在實(shí)際應(yīng)用中常常利用多元統(tǒng)計(jì)學(xué)的分析方法,如相關(guān)分析、聚類分析、因子分析或主成分分析等獲取成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)間結(jié)構(gòu)的重要信息。
這里要特別提及有關(guān)地質(zhì)上常用的因子分析方法。余金生、李裕偉[12]在《地質(zhì)因子分析》一書中明確強(qiáng)調(diào)指出,因子分析可以從以下三個(gè)方面為地質(zhì)工作者提供重大幫助:1、在不損失地質(zhì)成因信息的前提下盡可能地壓縮原始數(shù)據(jù);2、能將龐雜紛亂的地質(zhì)數(shù)據(jù)按成因上的聯(lián)系進(jìn)行歸納、整理、精煉和分類,理出幾條比較客觀的成因線索,指示成因推理方向,啟發(fā)人們思考相應(yīng)的成因結(jié)論;3、分解復(fù)雜疊加的地質(zhì)過程。這是因子分析在地質(zhì)方面最為經(jīng)典,同時(shí)也是最為巧妙的應(yīng)用。因?yàn)榈刭|(zhì)現(xiàn)象往往都是多種成因過程的疊加產(chǎn)物,巖漿作用是如此,成礦作用更是如此。這種疊加不僅表現(xiàn)在時(shí)間上,也表現(xiàn)在空間上,各種過程相互干擾,互相掩蓋,使得每個(gè)具體過程的特征都面目不清,造成地質(zhì)成因的復(fù)雜化。如何從這種紛繁復(fù)雜的地質(zhì)過程中去識(shí)別每一個(gè)單一過程的本來面目是地質(zhì)人員進(jìn)行成因(包括成礦疊加)研究時(shí)最感棘手卻又必須解決的問題。因子分析就是從定量方面解決這一問題最為有效和巧妙的方法之一。此外,我們認(rèn)為,通過因子分析,還可以從定量的數(shù)據(jù)方面去對(duì)地質(zhì)成因的復(fù)雜過程(如多期成礦疊加等)的理論解釋提供最有力的證明。研究已經(jīng)表明,通過這些統(tǒng)計(jì)分析,可以對(duì)復(fù)雜的成礦作用進(jìn)行分解并在滿足需要的條件下為我們提供足夠的信息。很明顯,詳細(xì)而準(zhǔn)確的成礦期成礦階段及其礦物共生組合研究既是開展成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)結(jié)構(gòu)解析的基礎(chǔ),又是其解釋的依據(jù),同時(shí)二者之間還可以提供相互映證。
4.4 地球化學(xué)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)剖析
成礦地球化學(xué)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)即以前所稱礦體原生地球化學(xué)暈。它表征的是與成礦相關(guān)元素組合在成礦作用過程中于礦體及其周圍空間形成的相對(duì)富集現(xiàn)象,對(duì)成礦地球化學(xué)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)的探索是地球化學(xué)找礦領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)性課題,到目前為止,它仍是礦床成礦預(yù)測(cè),特別是深部預(yù)測(cè)最有效、最準(zhǔn)確的方法之一。因而長(zhǎng)期以來被視為提高找礦效果,增大找礦命中率的根本途徑。根據(jù)礦體原生地球化學(xué)暈的性質(zhì),成礦地球化學(xué)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)主要包括兩方面的內(nèi)容。
其一是建立成礦及其相關(guān)元素的地球化學(xué)分帶,即組分分帶特征。從勘查地球化學(xué)需要出發(fā),人們?cè)陂_展成礦地球化學(xué)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)研究的過程中,與原生暈研究一樣,主要著眼于最佳控礦地球化學(xué)標(biāo)志的垂向或軸向分帶研究工作,通過垂向分帶特征的研究,并結(jié)合其礦體之間的關(guān)系,確定礦體前緣暈、礦體暈和尾暈元素組合,探尋它們?cè)诖瓜蛏系淖兓?guī)律,闡明其地質(zhì)找礦明確意義,從中挖掘深部礦體的定位信息。
其二確定不同元素在礦體周圍的含量分帶,即濃度分帶特征。濃度分帶特征是表示相應(yīng)元素富集強(qiáng)度的重要
標(biāo)志。對(duì)于成礦元素而言,當(dāng)其濃集到一定程度時(shí)便構(gòu)成礦體,由礦體向外一般呈漸變方式逐次降低,形成濃度帶。而對(duì)于其他成礦相關(guān)元素而言,情況往往要復(fù)雜得多。首先是這些元素含量盡管(大大)高于背景值,但即使是其濃集中心也多不夠成礦體;其次,這些元素濃度的變化并不同主成礦元素完全一致,即主成礦元素含量高的位置,其他相關(guān)元素中,有的含量同步增高,但有的卻不一定也是最高,相反會(huì)可能偏低。主成礦元素和相關(guān)元素含量變化間的這種空間結(jié)構(gòu)具有一定的規(guī)律性,這正是礦體前緣暈、礦體暈、尾暈劃分的重要基礎(chǔ)。正是因?yàn)榇嬖谥@樣的差異和規(guī)律性,才使得通過元素分帶的特征預(yù)測(cè)礦體成礦為可能。當(dāng)前,成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建著重于原生暈軸向分帶序列的研究。顯然,原生暈的軸向分帶序列是針對(duì)各個(gè)具體礦脈或礦體建立的。類似地,還可以通過脈體在礦區(qū)內(nèi)的分布特征以及同一標(biāo)高礦脈的元素分布規(guī)律,總結(jié)出不同水平上的水平分帶序列。這些分帶序列是地球化學(xué)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)的重要組成部分,對(duì)于整個(gè)礦區(qū)內(nèi)深、邊部隱伏礦脈的預(yù)測(cè)有重要意義。與時(shí)間結(jié)構(gòu)不同,不同脈體間的空間序列往往由于其成礦作用過程的不同而存在不同程度的差異。
對(duì)于薄脈型礦體(脈),元素地球化學(xué)場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)是在礦脈(體)縱投影圖上建立的,它雖然高度概括地表達(dá)了元素在該脈(礦)體上的分布規(guī)律,但對(duì)成礦元素在脈(礦)體不同部位(如勘探線)的局部變化有所壓抑。已有研究表明(李惠等,1998),這種方法完全滿足規(guī)模(主要指走向延長(zhǎng))不是特別大的礦脈(體)的深部預(yù)測(cè)要求,對(duì)于較長(zhǎng)的脈體宜分段開展工作,特別需要時(shí)也可對(duì)感興趣地段按勘探線建立元素分帶加以配合。對(duì)厚大且不規(guī)則礦脈(體)則應(yīng)按聯(lián)合剖面的形式進(jìn)行,有條件時(shí)可以按一定間隔選擇盡可能多的勘探線剖面進(jìn)行取樣,開展剖面原生暈分帶研究,以利于更好的預(yù)測(cè)深部成礦前景。
4.5 成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的成因意義
成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)不僅是深部成礦預(yù)測(cè)的重要手段,它同時(shí)還能反映一定的成因信息。因?yàn)橛刹煌傻V作用形成的礦床,具有與其相對(duì)應(yīng)的特征標(biāo)型元素組合,體現(xiàn)出成礦作用與元素組合之間的專屬性關(guān)系,盡管這種關(guān)系非常復(fù)雜并具交叉,既同主要成礦元素的種類,又同成礦作用的類型有關(guān)。大量的研究表明,在內(nèi)生金成礦作用過程中,與基性、超基性巖漿活動(dòng)有關(guān)的特征元素主要有cr、ni、co、v、ti、pt、fe等;與中酸入巖漿活動(dòng)有關(guān)的特征元素包括:w、sn、mo、bi、li、be、nb、ta、fe、cu、pb、zn等,同樣與中酸性巖漿活動(dòng)有關(guān),但表現(xiàn)為淺成火山熱液成礦的則具有富集低溫元素,如se、te、as、sb、hg、ba、b、ag、au等特點(diǎn)。源于地幔的熱液成礦體系在具有與基性-超基性巖漿巖相關(guān)的元素組合同時(shí),則可能還富集k、na、li等堿質(zhì)元素以及u、ree等稀有元素。上述討論表明,成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的成因意義主要通過元素組合關(guān)系加以表現(xiàn),因此,對(duì)于單一成礦期成礦作用而言,時(shí)間結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)反映的成因意義是一致的。而對(duì)于多期成礦疊加的成礦作用而言,就主要體現(xiàn)在時(shí)間結(jié)構(gòu)方面,因?yàn)榭臻g結(jié)構(gòu)是多期成礦疊加信息的綜合反映。由于元素組合關(guān)系的復(fù)雜性和多解性,在用元素組合反映成因信息時(shí),應(yīng)分析盡可能多的元素。
5 成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)耦合與深部成礦預(yù)測(cè)
5.1 元素地球化學(xué)時(shí)空結(jié)構(gòu)形成機(jī)理
要成功實(shí)現(xiàn)成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的有效耦合,必須先了解其形成機(jī)理。正如前述,成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)間結(jié)構(gòu)主要同成礦作用的性質(zhì)有關(guān)。而空間結(jié)構(gòu)的形成則主要同元素的地球化學(xué)習(xí)性及其活動(dòng)的空間狀態(tài)關(guān)聯(lián),并同其演化經(jīng)歷,也就是成礦過程(時(shí)間)密切聯(lián)系。
前人大量原生暈地球化學(xué)軸向分帶的研究成果已經(jīng)證明,對(duì)于由簡(jiǎn)單成礦作用(單成因少成礦階段,例如不多于3個(gè),形成的完整礦體來說,元素的軸向地球化學(xué)分帶一般遵從相對(duì)低溫活潑元素會(huì)比其它元素運(yùn)行的距離更遠(yuǎn)從而構(gòu)成前緣暈,成礦及與其密切相伴的元素構(gòu)成礦體暈,而相對(duì)高溫元素構(gòu)成尾部暈的規(guī)律。李惠等通過對(duì)58個(gè)典型金礦床原生暈軸向分帶序列的概率統(tǒng)計(jì),得出了中國金礦床原生暈綜合軸向(垂直)分帶序列,從上往下是:
b-as-hg-f-sb-baèpb-ag-au-zn-cuèw-bi-mo-mn-ni-cd-co-v-ti
前緣及上部 礦體中部 礦體下部及尾暈
李惠等(1999)同時(shí)指出,這一規(guī)律會(huì)因礦床類型、規(guī)模等不同而有變化,其中有些元素(如w、ba、pb、ag等)位置變化還會(huì)很大,這種同一元素位置上的變化實(shí)際是多期多階段成礦疊加的一種表現(xiàn)。此外,該分帶序列表現(xiàn)的是一個(gè)完整礦體(所謂完整礦體是指礦體頭部(暈)未被剝蝕,礦體尾部正常尖滅)的垂向分帶特征??梢詮某傻V過程的角度解釋這規(guī)律的形成機(jī)制。理論上,高溫元素應(yīng)該先從熱流體中沉淀,因在成礦早階段會(huì)形成高溫礦物組合,如果具有礦物分帶現(xiàn)象,它們應(yīng)該出現(xiàn)在礦脈靠近脈壁部分(即邊部),一般不會(huì)離開脈(礦)體而沉淀到很遠(yuǎn)的距離;而低溫元素則隨著溫度的降低而在最后階段沉淀,因此它們的礦物組合應(yīng)該在脈體中央出現(xiàn),另外,它們可以離開脈體,通過交代蝕變等作用,于脈(礦)體周圍或更遠(yuǎn)的圍巖中形成蝕變礦物分帶。主成礦元素的沉淀時(shí)間則界于前二者之間。因此對(duì)于某一期熱液成礦作用而言,可以想象這樣的礦物(元素)沉淀過程:當(dāng)含有不同礦質(zhì)和伴生元素的高溫?zé)崃黧w從地下深部進(jìn)入合適的容礦空間時(shí),隨著溫壓條件度等的變化,高溫礦物(元素)組合,如果能夠形成的話,先在容礦空間的邊部、邊部圍巖及相對(duì)下部開始沉淀,由此形成尾部相對(duì)富集的尾暈。當(dāng)圍巖的參透性或連通性好時(shí),它們也可以在圍巖中形成不同類型的蝕變。熱液繼續(xù)向前運(yùn)移,含主要成礦元素的礦物組合隨之大規(guī)模形成,基本上填滿了所有容礦空間,形成礦體,即形成礦體暈元素。最后,低溫礦物(元素)組合在礦體的前部以及它們所能到達(dá)的各種空間內(nèi)發(fā)生分散沉淀,形成時(shí)限范圍大,但強(qiáng)度低的前緣暈或暈。由此可以看出,元素空間的分帶規(guī)律雖然是一種統(tǒng)計(jì)結(jié)果,但顯然還是受到了元素在熱液活動(dòng)過程中地球化學(xué)習(xí)性的制約,是元素在成礦過程中時(shí)空耦合的結(jié)果。這一機(jī)制是我們下面將要進(jìn)行地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)耦合的基本原理。
5.2 成礦元素地球化學(xué)時(shí)空結(jié)構(gòu)耦合原則和方法
5.2.1 成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空耦合的原則
根據(jù)成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理,在開展其耦合時(shí)應(yīng)遵循如下原則:
1、空間結(jié)構(gòu)服從時(shí)間結(jié)構(gòu)的原則:建立地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)間結(jié)構(gòu)的目的就在于對(duì)多期成礦疊加綜合效應(yīng)的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行離解,使表征成礦地球化學(xué)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)的元素分帶更具針對(duì)性意義。因此,在進(jìn)行時(shí)空結(jié)構(gòu)有耦合時(shí)應(yīng)遵從空間結(jié)構(gòu)服從時(shí)間結(jié)構(gòu)的原則。例如確定了元素hg是銀成礦期的主要伴生元素,而不是金成礦期的主要伴生元素,實(shí)際上它對(duì)金礦化體而言指示意義就不明確,或者可能根本沒有指標(biāo)意義。但在綜合的元素地球化學(xué)分帶中,結(jié)合其地球化學(xué)習(xí)性,它可能歸屬為反映深部存在礦化的前緣暈元素,而得出錯(cuò)誤的預(yù)測(cè)結(jié)果。
2、空間結(jié)構(gòu)的完整性原則:用以進(jìn)行深部成礦預(yù)測(cè)的成礦地球化學(xué)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)應(yīng)該完整,即反映礦體頭部(前緣)暈、礦體暈和尾暈的元素組合必須齊全并且是真實(shí)地通過完整礦體的地球化學(xué)工作建立起來的。否則它可能只是反映了礦化過程中的局部現(xiàn)象,從而造成頭、尾暈元素組合模糊,或只能借鑒一般的規(guī)律進(jìn)行確定。事實(shí)上既使是在同一成礦地質(zhì)環(huán)境由同一成礦事件形成的礦體,其變化性也是存在的。顯然這種局部的反映或一般性的規(guī)律只能起到參考意義。
3、時(shí)空結(jié)構(gòu)與建立(預(yù)測(cè))對(duì)象對(duì)應(yīng)的原則:一般地說,成礦地球化學(xué)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)主要同成礦事件的性質(zhì)有關(guān),但同一成礦事件作用于不同的對(duì)象時(shí),會(huì)因其他因素的控制而發(fā)生某些局變化,同一組成的含礦熱流體當(dāng)與不類型的圍巖作用時(shí),由于水巖反應(yīng)的局部差異,也會(huì)形成的原生暈的變
化,如有些元素在此處會(huì)得到富集,而另一些元素就不能發(fā)生可識(shí)別的富集,這樣,最終會(huì)影響到成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)??臻g結(jié)構(gòu)方面更容易受到局部成礦地質(zhì)環(huán)境的影響。所以時(shí)空結(jié)構(gòu)的建立必須與其作用的對(duì)象對(duì)應(yīng)起來,時(shí)空耦合也應(yīng)與建立的對(duì)象時(shí)空狀態(tài)綜合對(duì)比分析進(jìn)行。既使在同一礦區(qū)范圍內(nèi),在這個(gè)礦體上建立起來的時(shí)空結(jié)構(gòu)可能對(duì)于其他的礦體就不完全適用。4、理論服從實(shí)際的原則:通過礦體元素地球化學(xué)方法建立起來的時(shí)空結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是遵從有關(guān)地球化學(xué)、成礦(規(guī)律)學(xué)、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)等理論的。但在實(shí)際工作中,建立起來的時(shí)空結(jié)構(gòu)有時(shí)并不能運(yùn)用相關(guān)的理論進(jìn)行完整的解釋,甚至?xí)嬖谀撤N矛盾之處。這實(shí)際上是由地質(zhì)、成礦作用的復(fù)雜性決定的,原因在于我們不能完全了解成礦的環(huán)境、狀態(tài)及其完整過程。在這種情況下,應(yīng)遵從理論服從實(shí)際的原則,而不能從理論推導(dǎo)出發(fā)對(duì)工作結(jié)果進(jìn)行隨意地變更,讓它更適合某種理論要求。
5.2.2 成礦元素地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空耦合的方法
在遵從上述原則的基礎(chǔ)上,成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)耦合的一般工作內(nèi)容和方法是:
1、以時(shí)間結(jié)構(gòu)為依據(jù),從所建立的空間結(jié)構(gòu)中離解出單一成礦期或成礦階段的空間結(jié)構(gòu);
2、根據(jù)礦體的產(chǎn)出特征,針對(duì)不同成礦期形成的時(shí)間結(jié)構(gòu),并結(jié)合元素地球化學(xué)習(xí)性以及前人經(jīng)驗(yàn)總結(jié),從中離解出同一成礦期內(nèi)形成的前緣暈、礦體暈或尾暈元素組合;
3、根據(jù)空間結(jié)構(gòu)中的濃度分帶特征,分別說明前緣暈、礦體暈和尾暈元素組合的成礦預(yù)測(cè)意義;
4、根據(jù)時(shí)空結(jié)構(gòu)的耦合結(jié)果,制訂深部礦體預(yù)測(cè)的具體流程。
5.3 基于成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的深部成礦預(yù)測(cè)
通過成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的耦合而將元素空間分帶按成礦期進(jìn)行解體之后,以此為依據(jù)開展的成礦預(yù)測(cè)工作同傳統(tǒng)的原生(疊加)暈方法基本是一致的。主要的差別在于,對(duì)于同種元素(如au)多期成礦疊加而言,首先考慮是否存在同一成礦期內(nèi)的多階段疊加,參與預(yù)測(cè)的元素是該成礦期的相關(guān)元素組合。上述耦合結(jié)構(gòu)果中各成礦期內(nèi)特征或稱特有的元素是關(guān)鍵元素,兩成礦期共有元素是輔助元素。其次考慮是否存不同成礦期的成礦疊加,參與預(yù)測(cè)的元素則是前期相關(guān)基礎(chǔ)上再考慮疊加期的有關(guān)元素空間結(jié)構(gòu)特征。對(duì)于不同礦種(如金銀等)的元素且分別是兩期礦化的產(chǎn)物時(shí),預(yù)測(cè)時(shí)應(yīng)針對(duì)礦種并按相應(yīng)成礦期內(nèi)的元素組合,特別是特征元素組合進(jìn)行。即開展金礦體預(yù)測(cè)時(shí),就考慮金成礦期的元素組合,預(yù)測(cè)銀礦體(如果形成了銀礦體)時(shí),應(yīng)依據(jù)銀礦化期的元素組合進(jìn)行。其他類推。
5.3.1 多期成礦疊加的主要樣式
由于多期成礦疊加十分復(fù)雜,因此在具體預(yù)測(cè)過程中,首先應(yīng)明確礦區(qū)多期成礦的疊加樣式。通常情況下,兩期礦化的疊加可能有如下樣式(a、b分別表示兩個(gè)成礦期)(圖1)。
圖1 兩期成礦疊加時(shí)的礦化疊加主要樣式
aa或bb式疊加(ⅰ):為同一成礦期形成的礦(化)體,一般表現(xiàn)為該礦化期內(nèi)的多階段疊加。元素地球化學(xué)場(chǎng)的時(shí)空結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:時(shí)間結(jié)構(gòu)總體相同,但元素(或礦物)組合視不同階段而有變化;空間結(jié)構(gòu)總體相似,前緣暈、礦體暈、尾暈元素組合相同;但元素排序視不同階段的疊加情況而有變化。對(duì)于具體礦脈,又可分為串珠式(尖滅再現(xiàn))(ⅰ-1)和串珠側(cè)列式(尖滅側(cè)現(xiàn))(ⅰ-2)、頭尾相接(ⅰ-3)式和頭尾重疊側(cè)列式(ⅰ-4)、同位,即完全在同一位置疊加,常構(gòu)成角礫狀礦石(ⅰ-5)和并置(或平行)(ⅰ-6)疊加式等礦化疊加式。在aa或bb式礦化的情況下,時(shí)空結(jié)構(gòu)的成礦預(yù)測(cè)意義在于確定礦化是哪一期成礦的產(chǎn)物而選用相應(yīng)的空間結(jié)構(gòu)開展成礦預(yù)測(cè)。
ab或ba式疊加(ⅱ):為兩期礦化疊加形成的礦體,多數(shù)表現(xiàn)為各期礦化中不同階段程度不同的疊加,每期成礦各階段都出現(xiàn)且均重要的情況是極少見的。其元素成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)復(fù)雜的模式,每期成礦具有自身的成礦元素組合,因此其頭暈、礦體暈、尾暈元素也會(huì)不一致,根據(jù)疊加方式不同具有不同特點(diǎn)。它同樣也可劃分為6個(gè)子式。在這種情況下,應(yīng)用上述的方法,利用成礦地球化學(xué)時(shí)空結(jié)構(gòu)進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)。
aba或bab式疊加(ⅲ):aa或/和ab(ba)式的之間不同組合方式,情況特別復(fù)雜。一般將其簡(jiǎn)化為ab或ba式加以討論。
5.3.2 多期成礦疊加礦體的深部預(yù)測(cè)準(zhǔn)則
在確定了主要疊加樣式基礎(chǔ)上,再將多期成礦分解為各個(gè)單一成礦期后分別進(jìn)行預(yù)測(cè)工作,最后再考慮疊加效應(yīng)。而對(duì)于單一成礦期的多階段疊加成礦預(yù)測(cè)而言,李惠等(1998)對(duì)其預(yù)測(cè)準(zhǔn)則進(jìn)行了全面闡述。根據(jù)我們的工作成果,現(xiàn)將其主要內(nèi)容補(bǔ)充說明如下:
a、有礦準(zhǔn)則:指地表或近地表區(qū)域,這時(shí)由于勘探或采礦深度有限,還無法或難以建立垂向空間分帶,因此依據(jù)地表元素的異常確定。當(dāng)主成礦元素異常較低,而前緣暈元素異常較強(qiáng)時(shí),指示其一定深度范圍內(nèi)有礦。
b、無礦準(zhǔn)則:在無空間分帶時(shí),當(dāng)主成礦元素?zé)o異?;虍惓:艿?,而尾暈元素異常較強(qiáng)且無前緣暈元素異常疊加時(shí),指示其深部無礦;在有空間分帶時(shí),呈則應(yīng)正向分帶。
c、礦體延深準(zhǔn)則:正向分帶或在此基礎(chǔ)上,下部出現(xiàn)前緣暈元素的情況下(混合分帶),當(dāng)?shù)V體中礦體暈元素很強(qiáng),且無尾暈異常出現(xiàn)或其很低時(shí),或同時(shí)出現(xiàn)前緣暈元素異常時(shí),表示礦體有一定或較大延深。
d、礦體尖滅準(zhǔn)則:正向分帶或在此基礎(chǔ)上,下部無前緣暈元素的情況下,當(dāng)?shù)V體中礦體暈元素較強(qiáng),同時(shí)尾暈元素異常也較強(qiáng)時(shí),礦體向下一定深度內(nèi)即將尖滅。
e、深部盲礦準(zhǔn)則:又稱反分帶準(zhǔn)則,指前緣暈元素空間分帶及其異常出現(xiàn)在礦體下部或尾部,且當(dāng)前礦體即將或已尖滅,表明深部有盲礦體存在。
在實(shí)際工作中的預(yù)測(cè)工作都表為上述各準(zhǔn)則的綜合運(yùn)用,在多期成礦疊加情況下更是如此。顯然,在成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)確定之后,具體的成礦預(yù)測(cè)工作則相對(duì)簡(jiǎn)單。
5.3.3 多期成礦疊加礦床的地質(zhì)-地球化學(xué)模型
在開展具體的成礦預(yù)測(cè)工作之前,應(yīng)根據(jù)上述各方面的的研究成果,并結(jié)合礦床地質(zhì)地球化學(xué)特征等,建立適合于并應(yīng)用于研究對(duì)象的地質(zhì)-地球化學(xué)模型。這種模型應(yīng)是礦床地質(zhì)特征和成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)解析成果的高度概括和綜合,并同時(shí)是礦床深部成礦預(yù)測(cè)的重要基礎(chǔ)。一般情況下,礦床的地質(zhì)-地球化學(xué)模型主要反映如下具體內(nèi)容。
1、礦體(脈)的空間產(chǎn)狀特征;
2、礦體(脈)的蝕變空間分帶和元素成礦暈特征;
3、不同成礦期成礦元素地球化學(xué)的時(shí)空結(jié)構(gòu)特征;
4、不同成礦期成礦元素地球化學(xué)的時(shí)空結(jié)構(gòu)耦合特征;
圖2即是多期成礦疊加礦床的地質(zhì)-地球化學(xué)模型的一個(gè)實(shí)例。它是
圖2山東大尹格莊金礦區(qū)兩期成礦疊加地質(zhì)-地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)深部預(yù)測(cè)模型(說明見正文)
在對(duì)山東大尹格莊金礦床地質(zhì)特征的研究和成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的精細(xì)解析基礎(chǔ)上,建立的該礦床基于成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)的深部成礦預(yù)測(cè)模型。研究表明,該礦床至少存在兩個(gè)成礦期的成礦疊加。早期為金成礦期,形成了大尹格莊金礦床的主體,晚期為銀成礦期,在早期礦化體之上不同程度和方式地又疊加了銀礦化,但沒有形成銀的獨(dú)立礦體,同時(shí)銀成礦期金礦化作用也不強(qiáng)。該模型完整地反映了礦床多期疊加由此形成的成礦地球化學(xué)場(chǎng)的時(shí)空結(jié)構(gòu)。它由如下幾部分組成。左邊部分表示金成礦期形成的地質(zhì)-地球化學(xué)特征,右邊部分表示銀成礦期形成的地質(zhì)-地球化學(xué)特征,中間部分反映二者成礦的疊加情況。各部分中不同深度的色調(diào)區(qū)分別表示各成礦期前緣暈、礦體暈和尾暈異常相對(duì)于礦(化)體發(fā)育的位置和強(qiáng)度(用面積示意),其中銀礦化期礦體暈用點(diǎn)線表示并未真正形成有經(jīng)濟(jì)意義的礦體,而暈的元素組合則反映在其上部的表格中。“?”表示相關(guān)的異常(圖中為前緣暈)疊加是否存在,這是開展深部成礦預(yù)測(cè)工作的關(guān)鍵之一。礦脈上部的異常表示相關(guān)元素可能在地表形成的異常情況,根據(jù)它的發(fā)育特征可以對(duì)近地表部分的盲礦體展開預(yù)測(cè)工作。
顯然還可對(duì)每一個(gè)成礦期內(nèi)的多階段疊加情況建立更為具體的模型,以協(xié)助深部預(yù)測(cè)的開展,其基本原理與上述是一致的。上述的模型充分體現(xiàn)了成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)精細(xì)解析為深部成礦預(yù)測(cè)服務(wù)的宗旨,并與深部成礦預(yù)測(cè)的準(zhǔn)則是吻合的。近幾年,我們運(yùn)用成礦地球化學(xué)場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)解析分別在云南大坪、山東大尹格莊等大型金礦床開展深部成礦預(yù)測(cè)工作,均取得了良好的找礦效果。
(作者單位:武警黃金地質(zhì)研究所)
工作實(shí)踐
廊坊市
規(guī)劃區(qū)工程地質(zhì)問題宮進(jìn)忠 李衛(wèi)東 師淑娟 王 建
廊坊市位于環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的核心地帶,素有“京津走廊上的明珠”之稱,其城市規(guī)劃區(qū)位于東經(jīng)116°31′―116°48′,北緯39°27′―39°37′,總面積約355km2,包括市區(qū)、開發(fā)區(qū)、尖塔鎮(zhèn)、北史家務(wù)鄉(xiāng)的全部和萬莊鎮(zhèn)、舊州鎮(zhèn)及北旺鄉(xiāng)的大部,總?cè)丝?5萬。20__年實(shí)現(xiàn)國民生產(chǎn)總值528.5億元。
調(diào)查區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)華北平原沉降帶北緣,冀陷內(nèi)的廊坊―固安凹餡之東北部。該區(qū)自第三紀(jì)以來新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的格局是:西北部太行山、燕山地區(qū)強(qiáng)烈隆升,東南部河北平原持續(xù)下降,形成了北北東向凹陷與隆起相間的復(fù)合型斷陷盆地,堆積了巨厚的上第三系(2280―4800米)和第四系(500―600米)沉積物。
按地層巖性特征可將第四系劃分為四個(gè)含水組,分別對(duì)應(yīng)于全新統(tǒng)(底界20―30米)、上更新統(tǒng)(80―150米)、中更新統(tǒng)(340―360米)和下更新統(tǒng)(500―520米)。據(jù)最新成果,淺層地下水位埋深從市區(qū)的1.3米到郊區(qū)的22米,形成反漏斗;深層地下水埋深從市區(qū)的72米到郊區(qū)的25米,形成降落漏斗。
工程地質(zhì)問題是指工程建筑與地質(zhì)環(huán)境(由工程地質(zhì)條件具體表征)相互作用;相互矛盾而引起的,對(duì)建筑本身的順利施工和正常運(yùn)行或?qū)χ車h(huán)境可能產(chǎn)生不良影響的地質(zhì)現(xiàn)象。
本區(qū)主要的不良工程地質(zhì)現(xiàn)象有飽和砂土地震液化、軟弱土層、流土和管涌等。
1. 飽和砂土地震液化
密實(shí)的砂土和粉土具有較高的強(qiáng)度和較低的壓縮性,是良好的建筑物地基,但被地下水飽和的松散砂土和粉土,不僅強(qiáng)度低,而且水穩(wěn)定性很差,當(dāng)其受到外力震動(dòng)時(shí),顆粒間趨于緊密,孔隙水壓力增大,有效應(yīng)力減小。當(dāng)有效應(yīng)力趨于零時(shí),砂土的抗剪強(qiáng)度消失,從而引起地面沉陷、斜坡失穩(wěn)或地基失效的現(xiàn)象,常伴隨有噴水冒砂。
砂土液化在地震時(shí)可大規(guī)模發(fā)生并造成嚴(yán)重危害,1966年邢臺(tái)和1976年唐山地震中,有些建筑物的破壞就是由砂土液化造成的。
發(fā)生砂土液化必須具備砂土、飽和、震動(dòng)三個(gè)條件,影響液化的主要因素有:①砂土的粒度成分,顆粒細(xì)小、均勻級(jí)配的砂土、粉砂、細(xì)砂及含少量粘親水膠體物質(zhì)的砂易于產(chǎn)生液化;②砂的密度,疏松的砂易液化,密實(shí)的砂抗液化;③上覆土層厚度:有效覆蓋壓力愈大,愈不容易液化;④液化歷史:發(fā)生過液化又重新被壓密的砂土,較易重新液化;⑤地面震動(dòng):動(dòng)強(qiáng)度(地震震級(jí))愈高,歷時(shí)愈長(zhǎng),液化破壞愈嚴(yán)重,液化影響的深度愈大,波及范圍也愈廣。
1.1 工程勘查資料
據(jù)地礦廊坊地質(zhì)工程勘察所等單位多年來巖土工程勘查資料,利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及土工測(cè)試結(jié)果,本區(qū)判別出砂土液化的鉆孔主要分布于萬莊商貿(mào)、康順里、第三小學(xué)、同樂小區(qū)、明珠圖書城、恒基家園、市供銷社、管道醫(yī)院、煤炭四部、運(yùn)通家園、寶隆商貿(mào)、第一中學(xué)、華苑小區(qū)、安次物資和國際花園等地段。
從上述資料可見,本區(qū)液化場(chǎng)地水位埋深1.0-4.5米,液化指數(shù)0.52-12.05,多數(shù)小于5.0,為輕微至中等液化,少數(shù)為嚴(yán)重液化;層位分布上可劃分為兩層,一是黃色粉土、粉砂,層厚1-4米,底層埋深3-5米,n=6.3-10.5擊,fk=90-120kpa,屬歧口組(q4q);二是灰色細(xì)中砂:層厚3-10米,底層埋深8-15米,n=20.3-22.4擊,fk=200-240kpa,屬高灣組(q4g)。
1.2 分布規(guī)律
綜合分析區(qū)內(nèi)液化場(chǎng)地的巖相古地理和水文地質(zhì)資料,可以得出下列規(guī)律性認(rèn)識(shí)。
(1)空間上呈條帶狀展布:其中歧口組液化層呈西北向,與近代無定河及渾河河道有關(guān);高灣組液化層呈南北向,與中世紀(jì)漯河河道有關(guān)。
(2)快速堆積成因:液化場(chǎng)地15米深度內(nèi)很少或無泥炭和螺殼伴生,表明其快速堆積的沖洪積巖相古地理特征。
(3)水文地質(zhì)條件:液化帶淺層地下水涌水量較高,為7.5-5.0m3/h?m(其余地區(qū)5.0-2.5m3/h?m),水化學(xué)類型hco3-camg、hco3-namg為主,礦化度小于1.0g/l。
(4)水文地球化學(xué)異常:液化帶淺層地下水ph值7.4-8.6(平均7.42),色度10-20(背景??5),渾濁度15-30(背景3),mn 450-600μg/ l(平均228μg/l),cu 16-28μg/ l(平均14.3μg/l),zn 9-160μg/ l(平均8.75μg/ l),cr 10-40μg/ l(平均5.19μg/ l)較高,而mg2+23-65μg/ l(平均92.4μg/ l)則較低,反映了偏堿性的氧化環(huán)境。
1.3 實(shí)地驗(yàn)證
在某一地質(zhì)環(huán)境內(nèi)已建成的任何建筑物都應(yīng)被看作為一項(xiàng)重要的原型試驗(yàn),研究該建筑物是否適應(yīng)這樣的地質(zhì)環(huán)境,往往可以得到很多用勘探、測(cè)試手段所難以得到的在理論和實(shí)踐上都極有價(jià)值的資料。通過這種研究可劃分出穩(wěn)定性不同的地段,了解使建筑物受到損害的各種工程地質(zhì)作用的發(fā)展情況,判明工程地質(zhì)評(píng)價(jià)的正確性等。對(duì)現(xiàn)存建筑物的野外實(shí)地調(diào)查,研究其興建后所產(chǎn)生的工程地質(zhì)現(xiàn)象,是工程地質(zhì)調(diào)查所特有的工作內(nèi)容。
據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特性、所處的地質(zhì)環(huán)境、出現(xiàn)的變形現(xiàn)象,結(jié)合長(zhǎng)期觀察資料,可分析建筑物變形的原因。
系統(tǒng)的地質(zhì)環(huán)境調(diào)查表明,沿上述砂土液化帶,發(fā)現(xiàn)大量墻體傾斜和房屋建筑開裂現(xiàn)象。
(1)墻體傾斜現(xiàn)象:多沿京山鐵路兩側(cè)分布,如萬莊至采育公路鉆前大隊(duì)段、華北石油小學(xué)、采四發(fā)熱門診對(duì)面、裕華里小區(qū)電力宿舍、河北物勘院、第二小學(xué)、小廊坊光輝里、桑園東街47號(hào)民居、和平路南端大成飯店、安慶里西25號(hào)以北(第一中學(xué)東)圍墻,傾斜70―80°,長(zhǎng)50―100m,并伴有開裂腐蝕,有的岌岌可危,靠樹木或房屋支撐。
(2)房屋建筑開裂現(xiàn)象:多達(dá)數(shù)十處,裂縫寬1―5cm,長(zhǎng)數(shù)米,如中信賓館三層樓、長(zhǎng)途汽車站主樓臺(tái)階、十二層的管道局員工公寓(建設(shè)中發(fā)生傾斜)、第一中學(xué)教學(xué)樓及門衛(wèi)、開發(fā)區(qū)祥云城辦公樓等。
調(diào)查中還發(fā)現(xiàn),在砂土液化帶這一不良地質(zhì)環(huán)境上,發(fā)生破壞的建筑物類型多為民用的簡(jiǎn)易建筑,那些經(jīng)過適當(dāng)?shù)牡鼗袒幚淼母叩燃?jí)建筑破壞現(xiàn)象較少見。
2 軟土地基
軟土是美國農(nóng)業(yè)部1975年土壤分類方案中的一個(gè)土綱,發(fā)育于半濕潤(rùn)和半干旱的溫暖至寒冷氣候條件下,在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積,經(jīng)生物化學(xué)作用形成的飽和粘性土,主要包括淤泥、泥炭等。因含大量清水的膠體顆粒,具有海綿狀結(jié)構(gòu),呈軟塑狀態(tài);其天然含水量大,一般需利用換填、夯實(shí)、壓密、排水、膠結(jié)、加筋及熱學(xué)等方法進(jìn)行加固,用以改良地基土的力學(xué)性質(zhì)。
軟土在我國濱海平原、河口三角洲、湖泊洼地及山間谷地廣泛分布。
在15米巖土地基最小承載力等值線圖上,沿李洼村―萬莊、古縣―西小區(qū)―麥洼、樓莊―苗場(chǎng)及王寨―桑園辛莊一帶,即兩期古河道西南側(cè)出現(xiàn)承載力小于100kpa的帶狀區(qū)域,在其范圍內(nèi)的工程勘察鉆孔中多有軟土層發(fā)育。上述工程地質(zhì)層符合含水量大于等于液限ω≥ωl、空隙比e??1.0,壓縮性高a1-2≥0.5 mpa―1,承載力低于100 kpa的軟土定義標(biāo)準(zhǔn)。
軟土具有觸變性、流變形、高壓縮性、低強(qiáng)度、低透水性和不均勻性,易造成建筑物的不均勻沉降、側(cè)向滑移、邊坡不穩(wěn)等,給工程建設(shè)造成危害。
3. 流土和管涌
地下水的幾種不良地質(zhì)作用包括滲流破壞、基坑突涌和凍脹等。它們以形成的過程論稱為作用,以影響及后果論稱為現(xiàn)象。
滲流破壞系指土體在地下水滲流的作用下其顆粒發(fā)生移動(dòng),或顆粒成分及土的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的現(xiàn)象。它與地下水的動(dòng)力水密切相關(guān)。地下水在滲流的過程中對(duì)土體格架的作用力叫做動(dòng)水力,單位為kn/m3。
理論上說,土粒處于懸浮狀態(tài),它將隨滲流水一起流動(dòng),這就是滲流破壞產(chǎn)生的原因。
地基滲流破壞的形式主要有管涌和流砂(土),及介于兩者之間的過渡型。
(1)管涌 在滲流水的作用下,地基土中細(xì)小顆粒被沖走,土的空隙被擴(kuò)大,逐漸形成管狀滲流通道,從而掏空地基,促使地基破壞。
自然界中,在一定條件下同樣會(huì)發(fā)生上述滲流破壞作用,通常稱為潛蝕,有機(jī)械和化學(xué)兩種形式。機(jī)械潛蝕是指滲流的機(jī)械力將土細(xì)粒沖走而形成洞穴;化學(xué)潛蝕是指流水溶解土中易溶鹽或膠結(jié)物使土體變得松散,土粒被水沖走而形成洞穴。這兩種作用一般是同時(shí)存在的。
(2)流砂(土) 在自下而上的滲透水流作用下,土體某一范圍內(nèi)的細(xì)顆粒同時(shí)被浮動(dòng)、沸騰、沖走。這種現(xiàn)象多發(fā)生在顆粒較細(xì)、級(jí)配均勻的細(xì)粉砂中,故稱為流砂。但這種現(xiàn)象在粘性土中亦有發(fā)生,也稱流土。流砂(土)能造成大量的土體流動(dòng),致使地基破壞、地表塌陷,常給基礎(chǔ)施工帶來很大困難。
滲流破壞不僅能在建筑物基坑開挖中發(fā)生,而且能在有地下水滲出的邊坡或地面出現(xiàn)。管涌破壞通常有一個(gè)發(fā)展過程,而流砂(土)破壞亦是突然發(fā)生的[2]。
本區(qū)廣泛分布的粉砂、粉土為中軟土地基,在地下水埋藏較淺地區(qū)和龍河、鳳河、排水干渠等水巖作用強(qiáng)烈地段管涌和流土現(xiàn)象導(dǎo)致的災(zāi)害相當(dāng)普遍。茲舉幾例如下:
(1)瞿各莊村北斗渠邊深裂縫:在50m寬、60m長(zhǎng)、4m深的人工取土坑西緣,經(jīng)雨水下滲潛蝕沖刷,形成10-20cm寬、10-20m長(zhǎng),外寬內(nèi)窄的垂直裂縫,引發(fā)邊坡塌陷。
(2)廊大引渠武警圍墻走滑拆離:因跨越廊大引渠邊坡,導(dǎo)致墻體走滑、拆離成為兩截,形成50-70cm的寬大裂縫,可容行人通過。
(3)河北物勘院門臉簡(jiǎn)易房開裂:因北鄰洗車坑槽,地基不均沉降,導(dǎo)致3cm寬、1m長(zhǎng)的開裂。
(4)龍河左堤北昌水文站(火化廠北)房屋開裂:因堤壩水土流失,地基不均勻沉降,導(dǎo)致磚體結(jié)構(gòu)房屋傾斜開裂。
(5)石油管道局教育培訓(xùn)樓地基不均勻沉降導(dǎo)致變形破壞:1995年初,距該樓南約30m建宿舍樓,施工地基開挖面積3000m2,在地基周圍布降水孔29眼(未進(jìn)行隔水處理),3、4月降水深度為9m,以后保持水位降深6m左右。宿舍樓施工后,培訓(xùn)樓主樓中部及東部墻體即出現(xiàn)裂縫數(shù)條,裂縫呈垂直狀,橫穿主樓體。沉降觀測(cè)表明,主樓中部和西部沉降量明顯大于東部,副樓沉降量又小于主樓??梢?,地基不均勻沉降是樓體產(chǎn)生裂縫的原因所在。造成地基不均勻沉降的因素有:①橫跨古河道邊緣,巖性及厚度變化較大;②地下水位大幅度驟降。
(6)市水務(wù)局辦公室樓因附近開挖基坑而開裂:20__年春季開始,因修建地下通道工程,在該樓西側(cè)2m左右開挖建筑基坑并人工降低水位,導(dǎo)致地基承載力降低,引發(fā)樓體開裂成為危樓,辦公人員全部撤離,施工暫停,雙方糾紛,上達(dá)市政府調(diào)解。
(7)郊區(qū)快速路、京山鐵路立交橋基坑管涌流土:因開挖至地下水潛水面以下,基坑的側(cè)壁滲水流砂,涓涓細(xì)流成為小溪,源源不斷,沖刷成為溝槽,積水成河,堆沙成灘。
(8)九干渠北旺鄉(xiāng)政府圍墻遭流土破壞:因排水管沖刷,地基沉降,導(dǎo)致墻體開裂呈凸字形。
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正文目錄
第一章 引言 1
第一節(jié) 研究背景與現(xiàn)狀 1
第二節(jié) 選題的意義 2
第二章 生產(chǎn)線概論 3
第一節(jié) 生產(chǎn)線的基本理念 3
一、生產(chǎn)線的概念 3
二、流水式生產(chǎn)線的概念 3
第二節(jié) 生產(chǎn)瓶頸 4
一、生產(chǎn)線上的約束 4
二、節(jié)拍和瓶頸 4
第三節(jié) 生產(chǎn)線評(píng)價(jià)指標(biāo) 5
一、生產(chǎn)線最終產(chǎn)量 5
二、操作器的利用率 5
第四節(jié) 生產(chǎn)線物流系統(tǒng)仿真方法的優(yōu)勢(shì) 6
一、傳統(tǒng)生產(chǎn)線物流分析方法 6
二、仿真方法的優(yōu)勢(shì) 6
第三章 仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 7
第一節(jié) 仿真技術(shù)的發(fā)展歷史及其特點(diǎn) 7
一、仿真技術(shù)的發(fā)展歷史 7
二.仿真技術(shù)的特點(diǎn) 7
第二節(jié) 仿真技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用與分類 8
一.仿真技術(shù)的應(yīng)用 8
二.仿真技術(shù)的分類 9
第三節(jié) 物流相關(guān)仿真軟件介紹 10
一、AUTOMOD 10
二、ARENA 10
三、EXTEND 11
四、FLEXSIM 11
第四章 生產(chǎn)線仿真建模 13
第一節(jié) 生產(chǎn)線仿真的基本過程 13
一 明確仿真目的 13
二 收集數(shù)據(jù) 14
三 建立系統(tǒng)的物理模型 14
四 建立系統(tǒng)的邏輯模型 14
五 模型確認(rèn) 14
六 仿真模型運(yùn)行 14
七 模型運(yùn)行結(jié)果分析 14
第二節(jié) 模型介紹 15
一、圣奧沙發(fā)流水線簡(jiǎn)介 15
二、沙發(fā)制造部工藝流程圖 15
三、模型實(shí)體 16
第三節(jié) 模型運(yùn)行及其結(jié)果 23
一、仿真模型 23
二、仿真結(jié)果 25
第四節(jié) 結(jié)果分析以及模型改造 31
一、結(jié)果分析 31
二、模型改造 32
三、模型改進(jìn)后的分析 38
第五章 結(jié)論與展望 39
參考文獻(xiàn) 40
致 謝 42
第一章 引言
第一節(jié) 研究背景與現(xiàn)狀
近年來,隨著國內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈,我國加入WTO,企業(yè)面臨巨大的挑戰(zhàn)。物流的現(xiàn)代化越來越受到人們的關(guān)注。傳統(tǒng)物流是一個(gè)流通與制造過程的附屬品,其基本任務(wù)僅僅是完成商品流通或制造過程中物料的物理位置的轉(zhuǎn)移,以確保流通或生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行,因此,物流的各個(gè)功能環(huán)節(jié)長(zhǎng)期以來是相互分散和孤立的?,F(xiàn)代流通與生產(chǎn)過程則是更加注重整體的效益。物流作為一個(gè)多因素、多目標(biāo)的復(fù)雜系統(tǒng),追求其整體的優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)分析問題。現(xiàn)代物流越來越多的強(qiáng)調(diào)物流的系統(tǒng)化合綜合化,現(xiàn)代物流和傳統(tǒng)物流的本質(zhì)區(qū)別逐漸顯現(xiàn)出來。正式由于現(xiàn)代物流的這一特點(diǎn),尤其需要運(yùn)用系統(tǒng)分析的方法對(duì)其進(jìn)行分析研究。
生產(chǎn)線即產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線,即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開始,經(jīng)過加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等一系列生產(chǎn)活動(dòng)所構(gòu)成的路線。生產(chǎn)線需要接收和處理大量的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、制造資源等信息,合理調(diào)度加工零件。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)分析和人工調(diào)度不能適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)和現(xiàn)代管理的要求。過去,一個(gè)企業(yè)有十幾輛、幾十輛車負(fù)責(zé)產(chǎn)成品的運(yùn)輸。車輛的調(diào)度完全依靠管理人員、調(diào)度人員的已有經(jīng)驗(yàn)。今后,企業(yè)物流逐步走向社會(huì)化。企業(yè)要降低成本,縮短供貨期,對(duì)物流提出了更高的要求。不僅僅滿足于車輛的調(diào)配,更需要合理選擇運(yùn)輸路線、合理配載和返程貨物搭載等。而且,由于生產(chǎn)的逐漸多樣化,服務(wù)的客戶化,不再有一成不變的計(jì)劃生產(chǎn),市場(chǎng)不斷變化的生產(chǎn)和供貨,需要管理人員動(dòng)態(tài)調(diào)整計(jì)劃。人工的、經(jīng)驗(yàn)式的管理必須用科學(xué)的控制管理方式代替。系統(tǒng)仿真正是適應(yīng)了物流系統(tǒng)的復(fù)雜化、物流目標(biāo)的多樣化的發(fā)展需要。 人們?cè)谘芯恳粋€(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí),通??梢圆捎脙煞N辦法:一種是直接在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行研究;另一種就是在系統(tǒng)的模型上進(jìn)行研究。在實(shí)際系統(tǒng)上研究固然有其真實(shí)可信的有點(diǎn),但是很多情況下是不合適甚至不可行的。這主要有以下幾方面的原因:
(1)、需要考慮安全性。在研究重要的,涉及人身安全或設(shè)備安全的系統(tǒng)時(shí),不允許在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn),例如宇航系統(tǒng),核能系統(tǒng),航空系統(tǒng)等。
(2)、系統(tǒng)具有不可逆性。有很多系統(tǒng)是不可逆的,例如已經(jīng)發(fā)生的災(zāi)害,生態(tài)系統(tǒng)等。
(3)、投資風(fēng)險(xiǎn)過大。一些重大的工程項(xiàng)目,重大設(shè)備系統(tǒng)很復(fù)雜,投資巨大,不允許在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行破壞性的實(shí)驗(yàn)。
(4)、研究時(shí)間過長(zhǎng)。多數(shù)情況下,在實(shí)際系統(tǒng)上研究問題往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間。例如研究復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)一般需要數(shù)十年;研究一個(gè)交通運(yùn)輸系統(tǒng)也至少需要數(shù)天甚至數(shù)月。
(5)、真實(shí)的系統(tǒng)尚未建成。如果希望在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣,顯然無法在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行。
出于以上主要原因,利用模型來研究系統(tǒng)不僅是必要的甚至在某些情況下是唯一可行的方法。
第二節(jié) 選題的意義
生產(chǎn)物流系統(tǒng)是企業(yè)物流系統(tǒng)的子系統(tǒng),同時(shí)也是制造系統(tǒng)的重要組成部分。生產(chǎn)物流系統(tǒng)的優(yōu)化不但可以提高企業(yè)生產(chǎn)中物流的順暢程度、提高生產(chǎn)效率,還可以降低物料搬運(yùn)成本;進(jìn)而提高企業(yè)的成本、質(zhì)量、交貨期等各項(xiàng)系統(tǒng)性能指標(biāo)。由于生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性和隨機(jī)性,數(shù)學(xué)解析方法無法對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的諸多特征進(jìn)行建模,也就無法準(zhǔn)確地進(jìn)行投產(chǎn)方案的計(jì)算和優(yōu)化。而系統(tǒng)仿真以相似論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和時(shí)間序列分析等為理論基礎(chǔ),能夠真實(shí)地仿真隨即時(shí)間,實(shí)時(shí)模擬生產(chǎn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性[1],再現(xiàn)或預(yù)測(cè)所需的生產(chǎn)系統(tǒng)特征。
而Flexsim是一套系統(tǒng)仿真模型設(shè)計(jì)、制作與分析工具軟件。它集計(jì)算機(jī)三維圖像處理技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)為一體,專門面向制造、物流等領(lǐng)域。運(yùn)用Flexsim系列仿真軟件,可在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立研究對(duì)象的系統(tǒng)三位模型,然后對(duì)模型進(jìn)行各種系統(tǒng)分析和工程驗(yàn)證,最終獲得優(yōu)化設(shè)計(jì)或改造方案。
本文以圣奧有限公司沙發(fā)生產(chǎn)線為例,通過仿 真軟件Flexsim建立生產(chǎn)線仿真模型,進(jìn)行物流和調(diào)度仿真,瓶頸設(shè)備和故障分析與生產(chǎn)線能力評(píng)估,為生產(chǎn)線規(guī)劃與布局及生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃制定提供可靠的科學(xué)依據(jù)。而用仿真軟件做生產(chǎn)線優(yōu)化還可以可以減少成本,三維效果好,最重要的是仿真優(yōu)化結(jié)果明顯。第二章 生產(chǎn)線概論
第一節(jié) 生產(chǎn)線的基本理念
一、生產(chǎn)線的概念
產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線,即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開始,經(jīng)過加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等一系列生產(chǎn)活動(dòng)所構(gòu)成的路線。狹義的生產(chǎn)線是按對(duì)象原則組織起來的,完成產(chǎn)品工藝過程的一種生產(chǎn)組織形式,即按產(chǎn)品專業(yè)化原則,配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品(零、部件)所需要的各種設(shè)備和各工種的工人,負(fù)責(zé)完成某種產(chǎn)品(零、部件)的全部制造工作,對(duì)相同的勞動(dòng)對(duì)象進(jìn)行不同工藝的加工。
生產(chǎn)線的主要產(chǎn)品或多數(shù)產(chǎn)品的工藝路線和工序勞動(dòng)量比例,決定了一條生產(chǎn)線上擁有為完成某幾種產(chǎn)品的加工任務(wù)所必需的機(jī)器設(shè)備,機(jī)器設(shè)備的排列和工作地的布置等。生產(chǎn)線具有較大的靈活性,能適應(yīng)多品種生產(chǎn)的需要;在不能采用流水生產(chǎn)的條件下,組織生產(chǎn)線是一種比較先進(jìn)的生產(chǎn)組織形式;在產(chǎn)品品種規(guī)格較為復(fù)雜,零部件數(shù)目較多,每種產(chǎn)品產(chǎn)量不多,機(jī)器設(shè)備不足的企業(yè)里,采用生產(chǎn)線能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
二、流水式生產(chǎn)線的概念
流水線是指勞動(dòng)對(duì)象按照一定的工藝路線,順序的通過各個(gè)工作地,并按照統(tǒng)一的生產(chǎn)速度(節(jié)拍)完成工藝作業(yè)連續(xù)的、重復(fù)的生產(chǎn)過程。
流水生產(chǎn)方式是把高度的對(duì)象專業(yè)化生產(chǎn)和勞動(dòng)對(duì)象的平行移動(dòng)方式有機(jī)結(jié)合起來的一種先進(jìn)的生產(chǎn)組織方式。
單品種流水生產(chǎn)線又稱不變流水線,指流水線上只固定生產(chǎn)一種制品。要求制品的數(shù)量足夠大,以保證流水線上的設(shè)備有足夠的復(fù)合。
多對(duì)象流水生產(chǎn)有兩種基本形式。一種是可變流水線,其特點(diǎn)是在計(jì)劃期內(nèi),按照一定的間隔期,成批輪番生產(chǎn)多種產(chǎn)品;在間隔期內(nèi),只生產(chǎn)一種產(chǎn)品;在完成規(guī)定的批量后,轉(zhuǎn)生產(chǎn)另一種產(chǎn)品。另一種是混合流水線,其特點(diǎn)是:在同一時(shí)間內(nèi),流水線上混合生產(chǎn)多種產(chǎn)品。按固定的混合產(chǎn)品組組織生產(chǎn),即將不同的產(chǎn)品按固定的比例和生產(chǎn)順序編程產(chǎn)品組。一個(gè)組一個(gè)組地在流水線上進(jìn)行生產(chǎn)。
第二節(jié) 生產(chǎn)瓶頸
一、生產(chǎn)線上的約束
生產(chǎn)線的生產(chǎn)過程是一個(gè)按照生產(chǎn)工藝安排的有序過程。因此,可完成生產(chǎn)作業(yè)要素受到一定程度上的限制。例如,在安裝儀器或者設(shè)備外殼前需要裝上電動(dòng)機(jī)。進(jìn)行生產(chǎn)線平衡時(shí),除了考慮優(yōu)先約束之外還應(yīng)考慮非生產(chǎn)工藝的約束:
(1)區(qū)域約束。它時(shí)與生產(chǎn)工位布置有關(guān)的限制,分為正區(qū)域約束和負(fù)區(qū)域約束。正區(qū)域約束是指某些確定的作業(yè)要素應(yīng)該彼此就近設(shè)置;負(fù)區(qū)域約束是指作業(yè)要素之間相互干涉,在位置上不應(yīng)靠近的限制條件。
(2)位置約束。在大型的生產(chǎn)線上,如汽車的裝配線上,由于產(chǎn)品比作業(yè)人員可完成的裝配作業(yè)空間大,不能完成其周邊的裝配作業(yè),產(chǎn)品裝配作業(yè)受到空間的限制。
二、節(jié)拍和瓶頸
流程的“節(jié)拍 ”(Cycle time)是指連續(xù)完成相同的兩個(gè)產(chǎn)品(或兩次服務(wù),或兩批產(chǎn)品)之間的間隔時(shí)間。換句話說,即指完成一個(gè)產(chǎn)品所需的平均時(shí)間。節(jié)拍通常只是用于定義一個(gè)流程中某一具體工序或環(huán)節(jié)的單位產(chǎn)出時(shí)間。如果產(chǎn)品必須是成批制作的,則節(jié)拍指兩批產(chǎn)品之間的間隔時(shí)間。在流程設(shè)計(jì)中,如果預(yù)先給定了一個(gè)流程每天(或其它單位時(shí)間段)必須的產(chǎn)出,首先需要考慮的是流程的節(jié)拍。
而通常把一個(gè)流程中生產(chǎn)節(jié)拍最慢的環(huán)節(jié)叫做“瓶頸”(Bottleneck)。流程中存在的瓶頸不僅限制了一個(gè)流程的產(chǎn)出速度,而且影響了其它環(huán)節(jié)生產(chǎn)能力的發(fā)揮。更廣義地講,所謂瓶頸是指整個(gè)流程中制約產(chǎn)出的各種因素。例如,在有些情況下,可能利用的人力不足、原材料不能及時(shí)到位、某環(huán)節(jié)設(shè)備發(fā)生故障、信息流阻滯等,都有可能成為瓶頸。正如“瓶頸”的字面含義,一個(gè)瓶子瓶口大小決定著液體從中流出的速度,生產(chǎn)運(yùn)作流程中的瓶頸則制約著整個(gè)流程的產(chǎn)出速度。瓶頸還有可能“漂移”,取決于在特定時(shí)間段內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品或使用的人力和設(shè)備。因此在流程設(shè)計(jì)中和日后的日常生產(chǎn)運(yùn)作中都需要引起足夠的重視, 注意生產(chǎn)線平衡的持續(xù)改善。
與節(jié)拍和瓶頸相關(guān)聯(lián)的另一個(gè)概念是流程中的“空閑時(shí)間”(idle time)。空閑時(shí)間是指工作時(shí)間內(nèi)沒有執(zhí)行有效工作任務(wù)的那段時(shí)間,可以指設(shè)備或人的時(shí)間。當(dāng)一個(gè)流程中各個(gè)工序的節(jié)拍不一致時(shí),瓶頸工序以外的其它工序就會(huì)產(chǎn)生空閑時(shí)間。這就需要對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行平衡。制造業(yè)的生產(chǎn)線多半是在進(jìn)行了細(xì)分之后的多工序流水化連續(xù)作業(yè)生產(chǎn)線,此時(shí)由于分工作業(yè),簡(jiǎn)化了作業(yè)難度,使作業(yè)熟練度容易提高,從而提高了作業(yè)效率。然而經(jīng)過了這樣的作業(yè)細(xì)分化之后,各工序的作業(yè)時(shí)間在理論上,現(xiàn)實(shí)上都不能完全相同,這就勢(shì)必存在工序間節(jié)拍不一致出現(xiàn)瓶頸的現(xiàn)象。除了造成的無謂的工時(shí)損失外,還造成大量的工序堆積即存滯品發(fā)生,嚴(yán)重的還會(huì)造成生產(chǎn)的中止。
為了解決以上問題就必須對(duì)各工序的作業(yè)時(shí)間平均化,同時(shí)對(duì)作業(yè)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,以使生產(chǎn)線能順暢活動(dòng)。“生產(chǎn)線工藝平衡”即是對(duì)生產(chǎn)的全部工序進(jìn)行平均化,調(diào)整各作業(yè)負(fù)荷,以使各作業(yè)時(shí)間盡可能相近。是生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)與作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化必須考慮的最重要的問題。生產(chǎn)線工藝平衡的目的是通過平衡生產(chǎn)線使用現(xiàn)場(chǎng)更加容易理解“一個(gè)流”的必要性及“小單元生產(chǎn)”(Cell production)的編制方法,它是一切新理論新方法的基礎(chǔ)。
第三節(jié) 生產(chǎn)線評(píng)價(jià)指標(biāo)
在生產(chǎn)線平衡中,通常可以使用生產(chǎn)線最終產(chǎn)量、工作時(shí)間、利用率、空閑率、阻塞率等幾個(gè)指標(biāo)來比較和評(píng)價(jià)生產(chǎn)線平衡的結(jié)果,而本文中主要用到生產(chǎn)線最終產(chǎn)量和操作器利用率這兩個(gè)指標(biāo)。
一、生產(chǎn)線最終產(chǎn)量
生產(chǎn)線的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一為該條生產(chǎn)線最終的產(chǎn)量。一般而言,最終產(chǎn)量越多越好,本文中模型改進(jìn)前后對(duì)比的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一就是生產(chǎn)線的最終產(chǎn)量。不過,現(xiàn)實(shí)生活中,企業(yè)還是要考慮到生產(chǎn)成本問題。如果生產(chǎn)成本投入很大,相對(duì)而言,最終產(chǎn)量增加不多,那么就不一定值得投入更多的生產(chǎn)成本的。
二、操作器的利用率
生產(chǎn)線中機(jī)器的利用率也是一個(gè)很重要的生產(chǎn)線評(píng)價(jià)指標(biāo),一般利用率較高的生產(chǎn)線比較好。試想,如果一條生產(chǎn)線上的機(jī)器大多時(shí)間都處于空閑或等待之類的 非處理狀態(tài),那就說明這條生產(chǎn)線的利用率不高,存在很大的浪費(fèi)。本文中模型的第二個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)就是機(jī)器的利用率,通過模型改造,使得生產(chǎn)線上的各個(gè)機(jī)器的利用率有大大的提高,充分的使用了其生產(chǎn)能力,沒有造成浪費(fèi)。
第四節(jié) 生產(chǎn)線物流系統(tǒng)仿真方法的優(yōu)勢(shì)
一、傳統(tǒng)生產(chǎn)線物流分析方法
傳統(tǒng)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)流程的優(yōu)化,主要集中在生產(chǎn)流程、生產(chǎn)節(jié)拍和工藝流程方面的優(yōu)化,且主要由工藝員根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的規(guī)模,建立實(shí)體模型,通過改變其中幾個(gè)瓶頸設(shè)備來達(dá)到優(yōu)化的目的。這種優(yōu)化在很大程度上來說,沒有相關(guān)理論為指導(dǎo),多是從生產(chǎn)實(shí)際中總結(jié)出的一些經(jīng)驗(yàn)中得出的,常常是局部的優(yōu)化,可以說只是些修修補(bǔ)補(bǔ),并不能從根本上解決企業(yè)整體存在的問題。針對(duì)企業(yè)優(yōu)化問題,目前用的較多的傳統(tǒng)生產(chǎn)線物流分析方法是對(duì)所研究系統(tǒng)建立起相關(guān)數(shù)學(xué)模型,通過數(shù)學(xué)工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。
而對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行分析的數(shù)學(xué)方法包括有運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)工程等學(xué)科。其內(nèi)容包含有排隊(duì)論、目標(biāo)規(guī)劃法、模糊綜合評(píng)判法、層次分析法、關(guān)系矩陣法等等。不過類似于這些方法,計(jì)算量過大,而且有些時(shí)候不一定能得出結(jié)果,所以存在一定的弊端。隨著生產(chǎn)系統(tǒng)越來越復(fù)雜,越來越多采用仿真方法。
二、仿真方法的優(yōu)勢(shì)
對(duì)于比較復(fù)雜的工藝流程,僅用數(shù)學(xué)方法往往不能發(fā)現(xiàn)工藝流程中的瓶頸,因而也無法為系統(tǒng)優(yōu)化提供依據(jù)。因此,需要通過仿真技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)工藝流程建立仿真模型、設(shè)置參數(shù),來實(shí)現(xiàn)工藝流程的仿真,從而找到瓶頸,再通過優(yōu)化方法消除流程中的瓶頸。因?yàn)閷?duì)物流系統(tǒng)的仿真能將制造廠內(nèi)生產(chǎn)的實(shí)際情況逼真的再現(xiàn)出來,并結(jié)合虛擬制造、虛擬物流的思想,通過對(duì)各種模型設(shè)備的工作時(shí)間、利用率、空閑率、阻塞率等的分析,找出制約整個(gè)系統(tǒng)物流的瓶頸因素,再通過改變相關(guān)制約因素來達(dá)到系統(tǒng)整體的最優(yōu),這不僅有效的解決了傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化不能真實(shí)、具體、全面地反映系統(tǒng)運(yùn)作情況的缺陷,又巧妙的回避了大量不必要的計(jì)算,操作起來十分經(jīng)濟(jì)方便。
仿真技術(shù)綜合集成了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、多媒體、軟件工程、信息處理、自動(dòng)控制的多個(gè)高新科技領(lǐng)域的知識(shí),是以相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)為基礎(chǔ),以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具,利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一門綜合性技術(shù)??捎行У慕鉀Q這種多因素、多目標(biāo)、多層次的系統(tǒng)優(yōu)化問題。
第三章 仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用
第一節(jié) 真技術(shù)的發(fā)展歷史及其特點(diǎn)
一、仿真技術(shù)的發(fā)展歷史
系統(tǒng)仿真是建立在系統(tǒng)理論、控制理論、相似理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等理論基礎(chǔ)之上,以計(jì)算機(jī)和其他專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具,利用系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)或假想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn),并借助于專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)資料對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析研究,做出決策的一門綜合性和實(shí)驗(yàn)性的學(xué)科。
早在幾千年前,我們的先人就懂得了系統(tǒng)仿真的基本原理。中國象棋就是用于仿真古代戰(zhàn)爭(zhēng)的游戲;軍事沙盤用來仿真兩軍對(duì)戰(zhàn)的戰(zhàn)略;建筑中用木模研究實(shí)際建筑物的結(jié)構(gòu)與承載性能等。知道20世紀(jì)40年代,馮。諾依曼正式提出了系統(tǒng)仿真的概念,隨后1952年美國成立了仿真學(xué)會(huì),1963年出版了仿真領(lǐng)域最具權(quán)威性的學(xué)術(shù)刊物《SIMULATION》后,系統(tǒng)仿真之間變成了一門獨(dú)立的學(xué)科。
二、仿真技術(shù)的特點(diǎn)
系統(tǒng)仿真技術(shù)是模型(物理的、數(shù)學(xué)的或非數(shù)學(xué)的)的建立、驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)運(yùn)行技術(shù)?,F(xiàn)代仿真技術(shù)的特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn):
(1)、系統(tǒng)仿真技術(shù)是一門通用的支撐性的技術(shù)。在決策者們面對(duì)一些重大的,棘手的問題時(shí), 能以其他方法無法代替的特殊功能, 為其提供關(guān)鍵性的見解和創(chuàng)新的觀點(diǎn)
(2)、系統(tǒng)仿真技術(shù)學(xué)科的發(fā)展具有相對(duì)的獨(dú)立性, 同時(shí)又與光、機(jī)、電、聲, 特別是信息等眾多專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展互為促進(jìn)。因此系統(tǒng)仿真技術(shù)具有學(xué)科面廣、綜合性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?、無破壞性、可多次重復(fù)、安全、經(jīng)濟(jì)、可控、不受氣候條件和場(chǎng)地空間的限制等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn), 這是其他技術(shù)無法比擬的。
(3)、系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用緊密相關(guān)。應(yīng)用需求倩影、系統(tǒng)帶技術(shù)、技術(shù)促系統(tǒng)、系統(tǒng)服務(wù)于應(yīng)用,這是一個(gè)辯證的關(guān)系。應(yīng)用需求是推動(dòng)系統(tǒng)仿真技術(shù)發(fā)展的原動(dòng)力, 系統(tǒng)仿真技術(shù)應(yīng)用效益不但與其技術(shù)水平的高低有關(guān), 還與應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展密切相關(guān)。大量實(shí)例證明, 系統(tǒng)仿真技術(shù)的有效應(yīng)用必須依托于先進(jìn)的仿真系統(tǒng), 只有服務(wù)于應(yīng)用的仿真系統(tǒng)向前發(fā)展了, 才能帶動(dòng)系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展。
(4)、系統(tǒng)仿真技術(shù)應(yīng)用正向全系統(tǒng)、系統(tǒng)全生命周期、系統(tǒng)全方位管理發(fā)展, 這些都給予仿真技術(shù)的發(fā)展。
第二節(jié) 仿真技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用與分類
一、仿真技術(shù)的應(yīng)用
仿真在生產(chǎn)中的應(yīng)用,主要依賴于生產(chǎn)力發(fā)展水平的提高。對(duì)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)過程和系統(tǒng), 以人工操作為主的生產(chǎn),仿真顯示不出其突出的優(yōu)點(diǎn)。然而,隨著生產(chǎn)自動(dòng)化水平不斷提高, 生產(chǎn)系統(tǒng)越來越復(fù)雜。生產(chǎn)節(jié)奏越來越快,生產(chǎn)管理者對(duì)生產(chǎn)改進(jìn)的每一決策,都需謹(jǐn)慎考慮。措施不當(dāng),往往需付出高昂的代價(jià)。而正是由于系統(tǒng)的復(fù)雜性、快節(jié)奏和柔性,要想預(yù)測(cè)每一種決策給系統(tǒng)帶來的后果。已是人的大腦無法勝任的了。仿真技術(shù)正是彌補(bǔ)了這一不足,成為現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)的有用工具,成為生產(chǎn)管理人員的得力助手。仿真在制造業(yè)中的應(yīng)用,主要有以下幾方面:
1.生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)
在一個(gè)新的生產(chǎn)系統(tǒng)建立時(shí),往往要對(duì)該生產(chǎn)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。除了其它的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法外,仿真是最常用的一種方法。對(duì)新系統(tǒng)建立模型,動(dòng)態(tài)運(yùn)行此模型,從而找到系統(tǒng)方案存在的問題。多次修改參數(shù)與運(yùn)行,可以尋求一個(gè)較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。
2.物料的管理
復(fù)雜、快節(jié)奏的生產(chǎn)系統(tǒng)。物料的管理往往是十分復(fù)雜的。不同的物料管理策略,會(huì)產(chǎn)生不同的效果。策略得當(dāng),可以保證生產(chǎn)系統(tǒng)均衡的生產(chǎn),保證物料適時(shí)、適量的供應(yīng)。反之,會(huì)造成生產(chǎn)物流的失調(diào),或出現(xiàn)積壓浪費(fèi),或出現(xiàn)供料不足。通過物料管理策略仿真, 可以確定出最恰當(dāng)?shù)奈锪瞎芾矸桨浮?/p>
3.生產(chǎn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)
多工序、多設(shè)備的復(fù)雜生產(chǎn)線。各加工工序生產(chǎn)節(jié)奏一般是不協(xié)調(diào)的。這種不協(xié)調(diào)會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)系統(tǒng)整體效率。協(xié)調(diào)各工序的生產(chǎn)節(jié)拍,充分發(fā)揮所有生產(chǎn)設(shè)備和人力資源的潛力, 力求系統(tǒng)生產(chǎn)的總體高效率,是生產(chǎn)中最常見的難題。仿真可以幫助人們迅速 找到生產(chǎn)的瓶頸,通過采取相應(yīng)措旖,消除瓶頸,協(xié)調(diào)生產(chǎn)。
4.生產(chǎn)計(jì)劃摸擬
企業(yè)、公司在制訂計(jì)劃時(shí),為了預(yù)測(cè)計(jì)劃下達(dá)后的效果,一般都采用定量分析的方法,通過分析來評(píng)價(jià)計(jì)劃的合理性。仿真是定量分析方法中應(yīng)用最廣泛的。
5.生產(chǎn)成本分析
仿真可以模擬生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)過程。如果將成本作為一個(gè)基本變量,生產(chǎn)過程的模擬可以得到生產(chǎn)成本的統(tǒng)計(jì)性能。改變參數(shù),多次仿真可以尋求降低成本提高生產(chǎn)率的較優(yōu)方案。
生產(chǎn)線作為生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分,仿真技術(shù)在其中的應(yīng)用同樣十分廣闊,從原料管理,工具管理,生產(chǎn)設(shè)備規(guī)劃,控制生產(chǎn)吞吐等。
二、仿真技術(shù)的分類
系統(tǒng)仿真可以有很多種分類方法。
①.按模型的類型可以分為連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散事件系統(tǒng)仿真、連續(xù)/離散混合系統(tǒng)仿真和定性系統(tǒng)仿真;
②.按仿真的實(shí)現(xiàn)方法和手段及模型的種類,可以分為物理仿真和數(shù)學(xué)仿真;
③.根據(jù)人和設(shè)備的真實(shí)程度,可以分為實(shí)況仿真、虛擬仿真和構(gòu)造仿真等;
連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散時(shí)間系統(tǒng)仿真是根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)變化的不同而進(jìn)行分類的。連續(xù)系統(tǒng)仿真是指系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間連續(xù)變化的系統(tǒng)的方針;離散事件系統(tǒng)仿真則是指系統(tǒng)狀態(tài)值在一些時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生變化的系統(tǒng)的方針。在系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展歷史中,連續(xù)系統(tǒng)仿真較早得到發(fā)展和成熟的應(yīng)用。最為成熟的領(lǐng)域包括自動(dòng)控制,電力系統(tǒng),宇航,航空等。離散事件系統(tǒng)仿真是隨著管理科學(xué)的不斷發(fā)展和先進(jìn)制造系統(tǒng)的發(fā)展而逐漸被重視和發(fā)展起來的。目前,在交通運(yùn)輸管理,誠實(shí)規(guī)劃設(shè)計(jì),庫存控制,制造物流等領(lǐng)域都開展了離散事件系統(tǒng)仿真的理論和應(yīng)用研究。
物理仿真是建立系統(tǒng)的物理模型。最早的仿真起源于物理仿真,例如航空飛行用空洞實(shí)驗(yàn)研究氣流對(duì)飛機(jī)飛行的影響。數(shù)字仿真則是通過建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究。數(shù)學(xué)仿真又分為模擬仿真和數(shù)字仿真。數(shù)字仿真就是建立系統(tǒng)的數(shù)字模型。由于數(shù)字仿真依賴于計(jì)算機(jī),并需要處理大量數(shù)據(jù),要求能快速計(jì)算,因此數(shù)字仿真是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而形成和不斷成熟起來的。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,數(shù)字仿真的研究和應(yīng)用在系統(tǒng)仿真中占有越來越大的比重。
國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家系統(tǒng)仿真技術(shù)的應(yīng)用非常普遍。20世紀(jì)90年代初,美國提出了22項(xiàng)國家關(guān)鍵技術(shù),系統(tǒng)仿真技術(shù)被列為16項(xiàng);美國國防部提出了21項(xiàng)國防關(guān)鍵技術(shù),系統(tǒng)仿真技術(shù)被列為第6項(xiàng)。美國已經(jīng)嚴(yán)格規(guī)定所有重要的武器研究,必須進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)后才可投入正式生產(chǎn)和使用。
根據(jù)20世紀(jì)80年代末的統(tǒng)計(jì),比人企業(yè)運(yùn)用系統(tǒng)工程解決管理和決策問題時(shí),采用系統(tǒng)仿真方法的已經(jīng)超過80%。英國制造業(yè)也普遍采用系統(tǒng)仿真方法解決無聊控制、人力配置、調(diào)度評(píng)估、投資策略以及均衡生產(chǎn)等問題。根據(jù)國外應(yīng)用統(tǒng)計(jì),運(yùn)用系統(tǒng)仿真油畫系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃可減少投資約30%,在庫存控制方面科減少庫存約15%。
第三節(jié) 物流相關(guān)仿真軟件介紹
一、AutoMod
AutoMod仿真軟件是由美國Brooks Automation公司出品,目前最新版本是11.2。 其研發(fā)基地位于猶他州的鹽湖城,于上世紀(jì)80年代開始研發(fā),目前已成為國際上產(chǎn)品較成熟、應(yīng)用較廣泛的仿真軟件之一。 AutoMod的應(yīng)用覆及汽車、家電、造船、化工、煙草、圖書等制造業(yè)領(lǐng)域,軍事、核工業(yè)等國防領(lǐng)域,以及郵政通信、港口、航空、倉儲(chǔ)、配送、物料操作等物流及其他服務(wù)行業(yè)和領(lǐng)域。AutoMod是一款比較成熟的離散事件系統(tǒng)仿真軟件,可完成對(duì)制造系統(tǒng)、倉儲(chǔ)系統(tǒng)、物料處理、企業(yè)內(nèi)部物流、港口、車站、空港、配送中心,以及控制系統(tǒng)等的仿真分析、評(píng)價(jià)和優(yōu)化設(shè)計(jì)等。
二、Arena
Arena是美國System Modeling公司于1993年開始就基于仿真語言SIMAN
及可視化環(huán)境CINEMA研制開發(fā)的可視化交互級(jí)城市商業(yè)化仿真軟件,為不同需求的用戶開發(fā)有多種產(chǎn)品類型。
作為通用的可視化仿真環(huán)境,Arena的應(yīng)用范圍十分廣泛,集合覆蓋了可視化仿真的所有領(lǐng)域。在物流領(lǐng)域,Arena的應(yīng)用涉及從供應(yīng)商到客戶的整個(gè)供應(yīng)鏈,包括供應(yīng)商管理、庫存管理、制造過程、分銷物流、商務(wù)過程以及客戶服務(wù)等。在制造過程仿真應(yīng)用中,Arena常用來進(jìn)行四個(gè)方面的仿真分析:①生產(chǎn)過程中的工藝過程計(jì)劃、設(shè)備布置等;②生產(chǎn)管理中的生產(chǎn)計(jì)劃、庫存管理(如庫存規(guī)劃、庫存控制機(jī)制)等;③制造過程的經(jīng)濟(jì)性、風(fēng)險(xiǎn)性分析,降低成本或輔助企業(yè)投資決策等;④各種先進(jìn)制造模式如虛擬組織與敏捷供應(yīng)鏈管理的可視化仿真等。
三、Extend
Extend系統(tǒng)仿真軟件是由美國Imagine That公司開發(fā)的通用仿真平臺(tái)。Extend目前有連續(xù)、離散、工業(yè)和套裝四個(gè)版本的商業(yè)產(chǎn)品。Extend提供了自成一體的集成環(huán)境,為不同層次的用戶提供了多種工具,并且Extend的模塊可以很容易地搭建并組合在一起,大大方便了建模。Extend在眾多行業(yè)得到企業(yè)、學(xué)校和政府的廣泛認(rèn)可。其應(yīng)用領(lǐng)域包括通訊、制造、服務(wù)、衛(wèi)生、物流和軍事等行業(yè)。
Extend提供了輸入建模、運(yùn)行仿真模型、數(shù)據(jù)分析等基本功能。Extend提供了模塊化的建模功能,用戶可以采用軟件提供的基本模塊,或者自己建立的模塊搭建模型。此外,Extend包含了以個(gè)基于消息傳遞的仿真引擎,提供迅速的模型運(yùn)行機(jī)制和靈活建模機(jī)制。Extend采用2D的建模與仿真顯示功能,建立的模型和方針運(yùn)行都顯示二維的畫面。Extend的方針運(yùn)行支持及時(shí)的參數(shù)修改,能夠及時(shí)看到修改參數(shù)后的運(yùn)行情況。Extend也停工了專門的StatFit數(shù)據(jù)你和功能,輔助用戶進(jìn)行各種類型的輸入數(shù)據(jù)的處理和分析。
四、Flexsim
Flexsim是一款通用離散仿真軟件,被用來對(duì)若干不同行業(yè)不同系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。據(jù)粗略估計(jì),大約500個(gè)Fortune企業(yè)中的一般為Flexsim的客戶,包括General Mills, Daimler Chrysler, FedEx等一些著名企業(yè)。
Flexsim是一套系統(tǒng)仿真模型設(shè)計(jì)、制作與分析工具軟件。它集計(jì)算機(jī)三維圖像處理技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)為一體,專門面向制造、物流等領(lǐng)域。運(yùn)用Flexsim系列仿真軟件,可在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立研究對(duì)象的系統(tǒng)三位模型,然后對(duì)模型進(jìn)行各種系統(tǒng)分析和工程驗(yàn)證,最終獲得優(yōu)化設(shè)計(jì)或改造方案。
Flexsim是新一代離散時(shí)間系統(tǒng)仿真的有效工具。面向?qū)ο蟮慕7绞绞沟媒_^程更為快捷,只需通過圖形的拖動(dòng)和必要的附加程序就可以快速的建立起系統(tǒng)的模型。軟件提供了豐富的物理單元,如處理器、操作員、堆垛機(jī)、貨架等,大大方便了用戶的建模。所建立的物理仿真模 型可以用三維動(dòng)畫方式表現(xiàn)出來。
目前,F(xiàn)lexsim軟件已經(jīng)在物流及生產(chǎn)制造領(lǐng)域里成功的進(jìn)行了多種系統(tǒng)的建模與仿真分析,如配送中心的揀選仿真、倉儲(chǔ)出入庫仿真、產(chǎn)品庫分揀仿真、生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真、高速公路交通仿真、集裝箱碼頭仿真、機(jī)場(chǎng)仿真、城市應(yīng)急系統(tǒng)仿真等。
以下是運(yùn)用Flexsim成功解決的一些問題:
• 提高設(shè)備的利用率
• 減小等待時(shí)間和排隊(duì)長(zhǎng)度
• 有效分配資源
• 消除缺貨問題
• 把故障的負(fù)面影響減至最低
• 把廢棄物的負(fù)面影響減至最低
• 研究可替換的投資概念
• 決定零件經(jīng)過的時(shí)間
• 研究降低成本計(jì)劃
• 建立最優(yōu)批量和工件排序
• 解決物料發(fā)送問題
• 研究設(shè)備預(yù)置時(shí)間和改換工具的影響
• 優(yōu)化貨物和服務(wù)的優(yōu)先次序與分派邏輯
• 在系統(tǒng)全部行為和相關(guān)作業(yè)中訓(xùn)練操作人員
• 展示新的工具設(shè)計(jì)和性能
• 管理日常運(yùn)作決策
Flexsim采用面向?qū)ο蠹夹g(shù),并具有3D顯示功能。建??旖莘奖愫惋@示能力強(qiáng)是Flexsim仿真軟件的重要特點(diǎn)。該軟件提供了原始數(shù)據(jù)擬合、輸入建模、圖形化的模型構(gòu)建、虛擬現(xiàn)實(shí)顯示、運(yùn)行模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)、對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化、生成3D動(dòng)畫影像文件等的功能,也提供了與其他工具軟件的方便接口。第四章 生產(chǎn)線仿真建模
第一節(jié) 生產(chǎn)線仿真的基本過程
生產(chǎn)線仿真的基本流程如圖4-1:
圖4-1 生產(chǎn)線仿真基本流程
一、明確仿真目的
建立生產(chǎn)線仿真首先要明確仿真的目的,這樣才能避免對(duì)仿真過程中不必要細(xì)節(jié)的糾纏,突出問題的重點(diǎn)。
二、收集數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)收集包括收集與系統(tǒng)輸入輸出有關(guān)的數(shù)據(jù)以及反應(yīng)系統(tǒng)各部分之間關(guān)系的數(shù)據(jù):包括各個(gè)生產(chǎn)線的相互關(guān)系、生產(chǎn)時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間、加工零件路徑關(guān)系等。這是保證以后Flexsim生產(chǎn)線模型能真正反映真實(shí)生產(chǎn)線模型的必要條件。
三、建立系統(tǒng)的物理模型
由Flexsim 中提供的各類資源來模擬生產(chǎn)線設(shè)備及產(chǎn)品。
四、建立系統(tǒng)的邏輯模型
通過connect 屬性連接各實(shí)體, 以及對(duì)各實(shí)體參數(shù)的設(shè)置及編程, 實(shí)現(xiàn)一定產(chǎn)品加工順序及不同品種的生產(chǎn)順序。
五、模型確認(rèn)
確認(rèn)是確定模型是否正確代表實(shí)際系統(tǒng),把模型及其特性與現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)及其特性比較的全過程。對(duì)模型的確認(rèn)工作往往是通過對(duì)模型的矯正來完成,比較模型和實(shí)際系統(tǒng)的特性是一個(gè)迭代的過程。這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行直到認(rèn)為模型準(zhǔn)確為止。
六、仿真模型運(yùn)行
仿真運(yùn)行就是將系統(tǒng)的仿真模型放在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。在運(yùn)行過程中了解模型對(duì)各種不同的輸入數(shù)據(jù)以及不同的仿真機(jī)制輸出響應(yīng)的情況。
七、模型運(yùn)行結(jié)果分析
對(duì)仿真結(jié)果分析是確定仿真實(shí)驗(yàn)中所獲得的數(shù)據(jù)是否合理和充分,是否滿足系統(tǒng)的目標(biāo)要求,同時(shí)將仿真結(jié)果整理成報(bào)告,確定比較系統(tǒng)不同方案的準(zhǔn)則、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和問題可能的解,為系統(tǒng)方案的最終決策提供輔助支持。
第二節(jié) 模型介紹
一、圣奧沙發(fā)流水線簡(jiǎn)介
本模型以圣奧集團(tuán)有限公司旗下的沙發(fā)流水線為實(shí)體模型。圣奧現(xiàn)有各類沙發(fā)共33款,其中6款為外購產(chǎn)品,25款為自行研發(fā)生產(chǎn),淘汰2款。主要產(chǎn)品類別有: 厚重、氣派沙發(fā)系列;高層主管(皮質(zhì)) 穩(wěn)重、時(shí)尚、簡(jiǎn)約沙發(fā)系列;各階層(皮質(zhì)及仿皮)貴賓、休閑沙發(fā)系列:訪客、會(huì)客(布藝及皮質(zhì))。
二、沙發(fā)制造部工藝流程圖
圖4-2 沙發(fā)制造工藝流程圖
該生產(chǎn)線的流程為圖4-2所示。主要步驟有來料檢驗(yàn)、材料入庫、開料、釘架、打帶、裁綿、裁剪、車縫、噴膠貼綿、成型安裝、包裝。而開料、釘架和打帶是對(duì)板材進(jìn)行處理的。裁綿和車縫是對(duì)皮料進(jìn)行處理的。而各流程的先后順序以及組合方式就如圖4-2所示。
三、模型實(shí)體
表4-1 模型實(shí)體介紹
模型元素 系統(tǒng)元素 備注
Flowitem 原料 默認(rèn)生成原料
Processor
機(jī)器 進(jìn)行不同的參數(shù)定義以表征不同機(jī)器組中的機(jī)器
Queue 暫存區(qū) 暫時(shí)存放貨物的區(qū)域
Conveyor 傳送帶 用來傳送被加工對(duì)象
Source 原材料庫 原材料的始發(fā)處
Sink 成品庫 原料加工后的最終去向
(一)加工工藝及設(shè)備:
開料------根據(jù)產(chǎn)品、設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)要求畫板、用開料鋸、帶鋸將板材鋸成所需求規(guī)格形狀(數(shù)量、品質(zhì)),機(jī)械設(shè)備及工具:帶鋸機(jī)、推臺(tái)鋸、橫截鋸、壓刨機(jī)。
開綿------根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)、樣板要求,用電剪將海綿簡(jiǎn)稱所需求規(guī)格的產(chǎn)品部件,機(jī)械設(shè)備及工具:電剪
裁剪------根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)要求,用裁剪工具將皮料和面料裁成所需規(guī)格的產(chǎn)品部件,機(jī)械設(shè)備及工具:電剪,剪刀
車縫------根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求,對(duì)各型號(hào)的產(chǎn)品進(jìn)行縫合,機(jī)械設(shè)備及工具:縫紉機(jī)、鎖邊機(jī)、雙針機(jī)
釘架------根據(jù)工藝技術(shù)要求,對(duì)已開好的料進(jìn)行拼接,機(jī)械設(shè)備及工具:馬釘槍、直釘槍
貼綿------根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求,對(duì)已釘好的沙發(fā)架加貼海綿、造型
成型------對(duì)已貼好綿的沙發(fā)進(jìn)行們皮和組裝,對(duì)沙發(fā)進(jìn)行初步的成型
安裝------根據(jù)工藝要求對(duì)需要組裝的產(chǎn)品進(jìn)行安裝固定以達(dá)到工藝要求
包裝------根據(jù)工藝要求對(duì)檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品進(jìn)行包裝以達(dá)到工藝需求。
(二)模型假定:
由于工序較多,所以我將生產(chǎn)線中對(duì)板材的操作步驟(開料-釘架-打帶)合并為一個(gè)過程,簡(jiǎn)稱為板材操作,假定存在一板材處理器,能完成此三個(gè)程序。同理,將對(duì)皮料進(jìn)行操作的步驟(剪裁-車縫)合并為一個(gè)過程,簡(jiǎn)稱為皮料處理器。由于貼綿過程只有一道,所以就不需要合并。此外,圣奧沙發(fā)生產(chǎn)流水線上是一個(gè)流程一個(gè)人負(fù)責(zé)的。所以因?yàn)槲野褜?duì)板材的處理合并為一個(gè)流程,所以設(shè)定有1個(gè)操作員操作該流程。同理可得,裁綿區(qū)1人操作,皮料處理區(qū)1人操作。綜上,整條沙發(fā)生產(chǎn)線所需的操作員共有6人。
表4-2 車間生產(chǎn)線機(jī)器與操作人員明細(xì)表
機(jī)器名稱 數(shù)量 操作人員數(shù)
板材處理器 1 1
裁綿器 1 1
皮料處理器 1 1
噴膠器 1 1
成型安裝器 1 1
包裝器 1 1
沙發(fā)生產(chǎn)線首先從原料倉庫取材料。由于生產(chǎn)線流程中有來料檢驗(yàn)這一步驟,我假設(shè)原材料的產(chǎn)品合格率為99%,即只有1%的產(chǎn)品,由發(fā)生器隨機(jī)發(fā)送。而與發(fā)生器連接的第一個(gè)暫存區(qū)是存放合格品的,第二個(gè)暫存區(qū)是存放不合格品的,進(jìn)入生產(chǎn)線的原材料是由第一個(gè)暫存區(qū)發(fā)出的,因此就不存在有出現(xiàn)有次品進(jìn)入生產(chǎn)線的問題。板材處理的總時(shí)間為各步驟的總和(即開料時(shí)間+釘架時(shí)間+打帶時(shí)間)為702s。裁綿時(shí)間為78s,皮料處理時(shí)間(即裁剪時(shí)間+車縫時(shí)間)為367s。當(dāng)板材和綿料都處理完畢后,以1:1的比例進(jìn) 行噴膠貼綿操作,該過程處理時(shí)間為345s。完成后,與處理完畢的皮料進(jìn)行成型安裝,需要時(shí)間380s。最后進(jìn)行成品包裝,需時(shí)256s。當(dāng)上述步驟都完成后,將成品入庫。
模型的布局如圖4-3:
圖4-3 模型布局圖
圖4-4 模型透視圖
(三)運(yùn)行時(shí)間:
假定沙發(fā)生產(chǎn)線是一周7天都工作,每天工作時(shí)間為24個(gè)小時(shí),采用班組輪換制度進(jìn)行運(yùn)作??傆?jì)一次仿真時(shí)間為168小時(shí)(7*24=168),即604800s(168*60*60=604800s)。
(四)參數(shù)設(shè)置:
1.發(fā)生器source的參數(shù)設(shè)置為服從正態(tài)分布,均值為50,方差為2。
2.操作器處理時(shí)間服從常數(shù)分布。
3.除了裝載廢品的暫存區(qū)最大容量為1000,其他暫存區(qū)最大容量均為100。
4.由于有來料檢驗(yàn)環(huán)節(jié),我假定來自原料倉庫的材料合格率為99%,所以在發(fā)生器的臨時(shí)實(shí)體流分頁中的送往端進(jìn)行設(shè)定。如圖4-5:
圖4-5 發(fā)生器參數(shù)設(shè)置圖
5.設(shè)定第一臺(tái)合成器操作之后實(shí)體顏色改為黃色,自定義顏色為(R=255,G=255,B=0)。
6.第一臺(tái)合成器設(shè)置:
圖4-6 合成器一設(shè)置圖
圖4-7合成器一參數(shù)設(shè)置圖
7.第二臺(tái)合成器處理過后顏色設(shè)置為白色,即(R=255,G=255,B=255)。
圖4-8 合成器二參數(shù)設(shè)置圖
第三節(jié) 模型運(yùn)行及其結(jié)果
一、仿真模型
由于本文的模型是以一周為一個(gè)模型周期的,因此我們用到Flexsim實(shí)驗(yàn)控制器的這個(gè)功能,實(shí)驗(yàn)控制器的參數(shù)設(shè)定如圖4-9:
圖4-9 實(shí)驗(yàn)控制器設(shè)置圖
運(yùn)行中的模型截圖4-10。
圖4-10 運(yùn)行中的模型立體圖
仿真結(jié)束時(shí)間為604813.30s。
圖4-11 運(yùn)行中的模型俯視圖
該模型場(chǎng)景運(yùn)行五次之后,觀察的最終產(chǎn)量為860。如圖4-12:
圖4-12 最終產(chǎn)量圖
二、仿真結(jié)果
(一)板材處理器:
由于在該生產(chǎn)線仿真模型中,我們假設(shè)的原料供應(yīng)是得到充分保證的。如圖4-13所示,板材處理器基本上處于滿負(fù)荷狀態(tài),即一直在進(jìn)行操作。
圖4-13 板材處理器狀態(tài)圖
(二)裁綿器:
從圖4-14可以看出裁綿器有大量空閑,空閑率超過50%。
圖4-14 裁綿器狀態(tài)圖
(三)皮料處理器:
皮料處理器利用率也不高,大部分時(shí)間還是處于空閑狀態(tài)。
圖4-15 皮料處理器狀態(tài)圖
(四)噴膠貼綿器:
噴膠貼綿器的工作效率也不高,處理率只有近50%,大部分時(shí)間都是在收集。有前面幾個(gè)操作器的狀態(tài)可知,由于板材操作器的工作時(shí)間過長(zhǎng),導(dǎo)致裁綿器已經(jīng)工作完成而它還沒有操作完成。此外,噴膠貼綿器又是要由板材操作器和裁綿器都工作完后才能將處理過后的材料進(jìn)行合成,所以它大部分時(shí)間都在等待經(jīng)板材操作器處理過后的材料。
圖4-16 噴膠貼綿器狀態(tài)圖
(五)成型安裝器:
成型安裝器的狀態(tài)和上一個(gè)噴膠貼綿器狀態(tài)相差不多,原因也相似。由于皮料處理器工作時(shí)間相對(duì)不是特別長(zhǎng),且工序只有一道,而噴膠貼綿器以及之前的操作不僅操作時(shí)間久,而且工序也有兩道,所以成型安裝器這里大部分時(shí)間都在等待噴膠處理過后的材料。皮料處理過后的材料也得閑置著,等待著進(jìn)行合并。
圖4-17 成型安裝器狀態(tài)圖
(六)包裝器:
由于成型安裝器那里大部分時(shí)間都在等待,所以會(huì)造成包裝器大部分時(shí)間都是空閑的,只有等待成型安裝器安裝完成之后才能進(jìn)行操作,所以利用率不高,空閑率過高。
圖4-18包裝器狀態(tài)圖
第四節(jié) 結(jié)果分析以及模型改造
一、結(jié)果分析
由上述狀態(tài)圖可以看出,由于板材操作器的處理時(shí)間相對(duì)于裁綿器和皮料處理器的時(shí)間過長(zhǎng),所以導(dǎo)致同一層次的裁綿器和皮料處理器的空閑時(shí)間太大,操作率不高。而且,由于板材操作器的處理時(shí)間過長(zhǎng),導(dǎo)致噴膠貼綿器的大部分時(shí)間都在等待它操作完成。連鎖反應(yīng),最后的成型安裝器大部分時(shí)間久在等噴膠貼綿器操作結(jié)束。這樣以來,最后的包裝器大多時(shí)間都是空閑的。只有前一步驟的成型包裝器完成了之后它才運(yùn)作。
因此,這條生產(chǎn)線的生產(chǎn)瓶頸就在板材操作器那里。由于生產(chǎn)時(shí)間過長(zhǎng),導(dǎo)致整條生產(chǎn)線的利用率不高。其他操作器空閑率過大,利用率很低,而且合成器的大部分時(shí)間都是在等待。因此,本文的模型改造主要對(duì)板材操作器進(jìn)行改造的。
下圖就可以看出裁綿器后的暫存區(qū)十分擁堵。
圖4-19運(yùn)行中的模型圖
二、模型改造
針對(duì)上述的結(jié)果分析,本文對(duì)模型進(jìn)行以下改造:
(一)由于板材操作器是生產(chǎn)瓶頸,所以在模型中增加一臺(tái)同類型操作器。此外進(jìn)行技術(shù)革新,使其操作時(shí)間簡(jiǎn)短,改造后每臺(tái)機(jī)器的操作時(shí)間為300s。
(二)在皮料處理器之后使用一跳傳送帶,并設(shè)定速度為1m/s。這樣就使得皮料處理完成之后不會(huì)馬上擁堵到暫存區(qū)。
模型改造后的立體圖如下:
圖4-20改造后的模型立體圖
改造后的模型運(yùn)行中的圖:
圖4-21改造后的模型運(yùn)行圖
模型運(yùn)行結(jié)果中各操作器的狀態(tài):
板材操作器1:
圖4-22改造后的板材操作器一的狀態(tài)圖
板材操作器2:
圖4-23改造后的板材操作器二的狀態(tài)圖
裁棉器:
圖4-24改造后的裁綿作器的狀態(tài)圖
皮料處理器:
圖4-25改造后的皮料器的狀態(tài)圖
噴膠貼綿器器:
圖4-26改造后的合成器一的狀態(tài)圖
成型安裝器:
圖4-27改造后的合成器二的狀態(tài)圖
包裝器:
圖4-28改造后的包裝器的狀態(tài)圖
最終產(chǎn)量:
圖4-29改造后的最終產(chǎn)量圖
三、 模型改進(jìn)后的分析
從上面的狀態(tài)圖中可以發(fā)現(xiàn),各操作器的操作率有明顯提高,并且最終產(chǎn)量提高了將近一倍。原先一次仿真結(jié)果產(chǎn)量為860。增加一臺(tái)板材處理器之后仿真后的產(chǎn)量為1586,產(chǎn)量增加了84.4%。這個(gè)結(jié)果十分理想。因此,在設(shè)備和人員方面增加投入,換來產(chǎn)量的飛速增長(zhǎng)是很值得的。
改造前后的產(chǎn)量比較:
圖4-30改造前的最終產(chǎn)量圖
圖4-31改造后的最終產(chǎn)量圖
第五章 結(jié)論與展望
通過對(duì)中國圣奧有限公司的沙發(fā)制造車間的生產(chǎn)線調(diào)查,運(yùn)用Flexsim軟件進(jìn)行該生產(chǎn)線的模擬仿真,并設(shè)置參數(shù),從最終的仿真結(jié)果中發(fā)現(xiàn)該生產(chǎn)線的不足。如板材處理器的生產(chǎn)瓶頸,經(jīng)過仔細(xì)分析,最終在板材處理該環(huán)節(jié)上提高其生產(chǎn)能力,即增加一臺(tái)板材處理器,分擔(dān)部分原材料,并且進(jìn)行技術(shù)革新,使得單板材處理環(huán)節(jié)的處理時(shí)間有所剪斷。改造后的模型運(yùn)行結(jié)果十分理想,不僅各個(gè)操作器的忙閑率有所提高,處理率增加了,空閑率降低了,最明顯的改進(jìn)結(jié)果就是其最終產(chǎn)量,由原先的860增加到1586,將近增加了一倍,表明使用仿真軟件能夠用方便的找出瓶頸,并且可以明顯的對(duì)比改造前后的結(jié)果。
實(shí)體制造企業(yè)的生產(chǎn)線是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng),其決 策變量十分多,并且一般不是單一目標(biāo)的系統(tǒng),而是個(gè)多目標(biāo)的系統(tǒng)。此外,會(huì)有很多不定性因素,所以單純的數(shù)學(xué)方法很難對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確分析并且找出不足。因而對(duì)生產(chǎn)線的建模和仿真是必不可少的。Flexsim的特點(diǎn)就是三位可視化效果好,操作也比較簡(jiǎn)便,實(shí)體類型豐富,數(shù)據(jù)選擇也比較齊全,對(duì)于生產(chǎn)線仿真十分適合。
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