道路工程土石方優化調配模型與工程應用探究

李金龍

摘要：隨著我國建筑工程的不斷發展，道路工程的發展也越來越快，在道路工程建設中確保土石方優化調配，能夠有效利用資源，合理地進行土石方調配，在一定程度上能夠提高道路工程的經濟性。

關鍵詞：道路工程；土石方優化；調配模型；建筑工程；施工成本 文獻標識碼：A

中圖分類號：U416 文章編號：1009-2374（2015）29-0044-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.022

隨著道路工程的快速發展，如何提高道路工程施工工程中的施工效率，提高資源使用率，減少施工成本變得非常重要。在進行道路工程的施工過程中，采用優化的土石方的調配方案能夠提高工程的經濟性。通過對土石方調配方案的優化可以在最大程度上利用開挖出的土石方進行回填，這樣可以保證資源的重復使用，同時在進行土石方優化的時候也會選擇一條最近的路線，以此來減少裝運的成本，提高工程的經濟性。

1 土石方調配的基本條件

1.1 土石方調配的意義及條件

土石方調配的意義：在進行路基施工中，施工道路的設計高程和施工現場的原有地面的高程會有所差異，此時我們就可以采用土石方的調配來解決問題。對于高程較高的地方進行開外，低處回填，以此來確定道路的水平度，在土方開挖過程中產生的廢料或者是進行開挖的土方量過大就會產生廢料，這樣就會造成成本的浪費，有時還會出現開挖量到運輸地點距離過大的現象，為了防止此類問題的發生，我們就要對土方的開挖進行一定的規劃，使土方的開挖量滿足于回填量，同時又可以選擇一條最短的運距，盡可能的減少土方的浪費，和運距偏大導致的經濟浪費等現象。

土石方的調配包括是施工的組織和管理兩個方面。土石方調配的基礎條件是工程的設計方案。工程的進度計劃、施工的技術水平和施工機械及施工道路等方面。優化的土石方的調配對工程的進度、工程的成本以及工程區域的水土流失、景觀和噪音及粉塵等環境污染等因素都有一定的影響。

工程進度：工程進度的計劃對確定施工的平面布置及施工的先后順序有著重要的作用。

工程的基本設計方案：工程的基本設計方案是決定施工要求和土石方調配工程量的主要限制條件和約束的因素。

道路系統的布置：道路系統的布置會直接影響到運輸費的多少，對運輸的途徑進行優化，能夠有效的節約經濟，達到資源利用最大化。

施工的技術水平：施工的技術水平會直接影響到土石方用料的程度，是土石方技術優化的邊界因素。

施工機械的組合與配套：機械的使用會直接影響到土石方調配系統的開挖和回填的費用。

土石方調配模型的好壞會影響道路工程中多個因素，如工程成本、工程的進度、工區的景觀、噪音和粉塵污染、工區新增的水土流失量等方面。

1.2 土石方調配的影響因素

土石方調配方案的好壞會直接影響到土石方調配中所使用的費用，與此同時，一個合理的優秀的土石方的調配系統可以有效地防止道路堵塞、多次倒運和料物不足等問題，以此來保證道路工程的正常進行。由于在道路工程中會大規模的對土方進行開挖和回填，這樣就會影響到周邊的環境，因此在進行土方優化調配的過程中，通過控制土方的開挖量能夠有效地減少因土方開挖而對周圍環境造成的影響。在施工過程中，各種機械相互協調進行，難免會產生很多的噪音，這時我們就可以通過土石方調整方案的優化，采取一定的措施，以此來減少噪音和粉塵的污染。在進行道路的施工過程中，受一些施工措施的影響，如開挖斷面、棄渣場等工區會產生水土流失的問題，這樣采用土石方的優化都可以對這些問題進行有效的解決。

2 道路工程的土石方優化的調配模型

土石方的優化模型是通過建立優化的調配模型，來盡可能地使施工費用達到最小化的土石方的調配方式。土石方的優化的調配模型在一定程度上能夠使材料利用率達到最大化，從而實現道路工程的經濟性。土石方優化的調配模型和傳統的調配模型有著很大的區別，采用土石方優化調配模型能夠更好地控制土石方的用量，保證道路工程的經濟性，同時該方式通過建立模型的形勢，能夠更加清晰地觀察到土方調配的優化方式。在進行土方優化調配模型的建立中，大部分數據都比較容易獲得，獲得數據后通過簡單的統計和計算就可以得到一個優秀的土石方優化的調配方案，從而滿足道路工程中對土石方調配的要求。

2.1 建立模型的準備工作

2.1.1 劃分運輸的距離：在進行土石方優化之前，我們要充分考慮土石方工程的起點和終點之間存在的距離，在距離選擇時盡量選擇一條較短的距離，以此來保證運輸的經濟性。如果工程規模很大，有很多數據需要進行統計，這時我們可以選擇建立坐標系的方式，在坐標系上對各個開挖點以及填筑點間的距離進行計算，選擇一條可以減少工程量的路線。

2.1.2 注意土體的密實度：不同區域內土體的性質都不同，土石方的體積和密實度都會受土體的影響產生一定的差距，因此在進行土石方優化調配的時候，要注意考慮的土體的性質，將土體不同的性質進行歸納總結，確保工程的順利進行。

2.1.3 廢料區的設置：在進行土方開挖的過程中會產生一定的廢料，此時就需要一個適當的區域來進行企圖的分配。廢料區是土石方調配過程中不可忽視的一部分，在進行廢料區的布置的時候，應該全方面考慮多種因素。比如運距問題和數量問題等。產生的廢料是不能使用的，因此在建設模型的時候，應該設置相應的廢料區，這個區位存放開挖的廢料。

2.1.4 開挖區和回填區的合理分布：將開挖區和回填區內相對較為集中的路線作為土石方量的中心，也就是坐標軸上的一點。由于施工過程的開挖區和回填區的位置都是離散型分布的，也就是說在坐標軸上任意一點的開挖區和回填區都應相應的開挖量和回填量。在進行土石方優化調配中應盡可能保證開挖量和回填量較小。

2.2 土方優化調配模型的優化

在進行模型的優化主要有以下五個步驟：

2.2.1 對各個區域進行系統的編號：土方優化調配的過程中主要涉及到以下幾個區域：填筑區域、開挖區域、棄土區域、借土區域以及廢料區域，我們要分別對這些區域進行編號：

填筑區的編號（J個）：j=1，2，…，J；

開挖區的編號（I個）：i=1，2，…，I；

棄土區的編號（L個）：l=1，2，…，L；

借土區的編號（K個）：k=I+1，I=2，…，I+K；

廢料區的編號（T個）：t=I+K+1，I+K+2，…，I+K+T。

進行完各個區域的劃分之后就該對土石方的優化調配采用一定的措施。

2.2.2 設立目標函數：采用土石方優化調配模型能夠實現土石方在調配過程中使費用達到最小。我們首先要確定開挖回填的區域，以及這些區域所需要的固定費用，在進行方案的優化時，我們可以通過進行運距的選擇優化和土方的開挖回填的優化來減少施工費用。

2.2.3 土方優化的決策變量：土方優化的決策變量是從借土區域、廢料區域、開挖區域當中進行一定的調配，將料量運輸到棄土區域還有填筑區域，即從開挖區域或者是借土區域以及廢料區域m處運輸到棄土區域或者是填筑區域n處所需的土石方的用量。數學表達式為：p（m，n）。其中：

m=1，2，…，I，I+1，…，I+K，I+K+1，…，I+K+T；

n=1，2，…，J，J+1，…，J+L。

2.2.4 優化模型的分析：在進行模型優化的分析中，我們要獲得一些模型的參數，比如說土方調配的運距和土方調配的數量，這些參數的獲取方式都比較簡單，因此利用土方優化調配模型對土石方的開挖和回填進行優化就變得更為切實可行。

2.2.5 土方優化模型求解：當我們建立好土石方的調配模型后，我們就能夠清楚的觀察到土石方的運距和土石方的開挖回填量，這樣一個線性規劃的模型能夠清楚的表現出土方調配的方案，我們選擇一個消耗最少，成本最低的方案后按照相關公式進行求解，得到一個土石方優化調配的方案。

3 工程應用實例

某公路為小區對外樞紐的對外通道，施工期間，該道路主要負責貨物材料的運輸，建成之后會成為該小區的永久的交通道路。該道路全長20km，按照國家公路設計標準為三級。路面的結構材料為混凝土，三車道，路面寬10.5m，根據相關設計和規范，對該道路的土石方情況進行調配。

用傳統的道路的設計規范和該道路所處的地理環境進行分析，對棄土區和借土區進行一定的控制和布置，先通過傳統的計算方式進行土石方的調配，我們之后采用的方式是土石方優化的調配模型。采用這種模型之后，我們不難發現這兩個計算方式有著很大的差別，在進行優化模型的調配后，借土區和棄土區的開挖量都會有所減少，開挖出的土方量能夠最大限度的進行回填，以此來減少棄土所占面積和借土的多少，讓建筑成本有所下降。該道路施工規劃中的土石方工程量如表1所示。該工程有3個開挖區、3個填筑區、1個采土區、1個棄土區。基于本文所建立的模型以及工程實例的數據，建立該道路工程的土石方調運線性規劃模型，并通過單純型法的求解進行過土方調配的情況如表2所示：

該道路工程通過對土石方優化的調配模型下進行分析，減少了借土區的開挖量和棄土區的土方含量，一定程度上減少了借土區和棄土區的用地范圍和開挖量，同時該道路工程選擇了一條合理的運距，盡可能地利用開挖出的土進行回填，降低工程建設的成本，提高了道路建設的經濟性，同時由于采用了合理的土方優化的調配方案，有效地控制了道路施工的過程中對周圍環境的影響。該道路設計在優化過程中所需要的數據都比較容易獲得，對滿足工程的需求具有建設性的意義。

4 結語

在進行道路土石方優化的調配模型的建立中，要根據工程的實際情況，按照一定的模型進行數據分析。在進行分析的同時不光要考慮到土方的開挖和回填的數量，還要做好運距的調整，以此來降低工程的成本，達到成本最優化。綜上所述，可見土石方優化調配在工程中的重要性。

參考文獻

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（責任編輯：陳 倩）