系統工程在巷道施工費用優化中的應用與實踐

王超

摘 要：針對目前礦建建設中巷道施工工期與施工費用優化時存在的問題，文中利用系統工程原理建立礦建巷道施工工程中的人員分派和費用優化模型，首先對巷道工程及各施工隊伍特點進行分析，得到巷道施工最優分派方案，進而基于網絡計劃方法對巷道工程施工的工期及總費用進行優化，建立了巷道施工最優工期及成本控制公式。最后，以孟村煤礦巷道施工為實例驗證了公式的合理性和工程實用性，對煤礦企業在巷道掘進中實現快速施工和提高效益具有重要的參考價值。

關鍵詞：系統工程；巷道施工；人員分派；總工期；費用優化

中圖分類號：TD 80 文獻標識碼：A 文章編號：1672-7312（2016）05-0567-05

由于客觀和主觀因素的影響，使得礦建工程項目具有建設周期長，投資大的特點，嚴重影響了企業聲譽，制約了企業的發展。縮短建設工期，優化礦建工程施工管理，節約成本已成為礦建企業所追求的共同目標[1-3]。前人在井筒施工方面研究較多，而在巷道施工中人員組織與費用優化研究較少。巷道施工費用一般由直接費和間接費組成，直接費的降低需通過合理安排各巷道工程的施工隊伍，使各施工隊盡可能地發揮其所長來實現；間接費則需基于施工工藝的優化進而縮短施工項目總工期來實現[4-5]。系統工程中解決分派問題和優化網絡計劃的方法目前對解決合理安排施工任務和優化施工工藝具有明顯效果[6]。所謂分派問題就是有n項任務交由n個施工隊去完成，由于每項任務的性質和各施工隊的專長不同，所以每項任務交由不同的施工隊完成，其效率就不同，因而如何分派各施工隊就成為了分派問題的核心[7-9]。優化網絡計劃是在一個具體工程網絡圖中，通過優化關鍵線路上各工序的完成時間，縮短項目總工期，降低工程費用，最終得到最優解。

1 人員分派模型的建立

在礦建巷道施工項目優化過程中，直接費用優化就是要通過分派的方法，向各施工隊伍合理分派施工任務，充分發揮其所長，達到縮短工期，節約成本的目的。假設有4項巷道工程任務，編號A，B，C，D，各項工程任務的性質、施工難度都有差異；組織4個施工隊甲、乙、丙、丁進行施工，各施工隊伍的施工設備及施工水平各不相同，對每項任務施工所需要的時間（表1）和費用（表2）各有差異。

2 費用優化模型的建立

將上文中所得人員分派方案作為施工網絡圖中各工序正常完成時所需時間和費用，采用系統工程中網絡計劃的方法對工程總費用進行費用優化[10]。近似認為各工序工期的縮短與直接費用的增加成線性關系變化，用式（8）表示。

3 工程實例分析

孟村煤礦是陜西彬長集團投資建設的大型現代化礦井，井田東西長10.5 km，南北寬6.5 km，總年限76.8 a.礦井總投資40.04億元，建設規模600萬t/a，礦井建設工期51個月。井下布置一條帶式輸送機大巷，2條輔助運輸巷，2條回風巷。

根據礦井建設的實際情況，將施工網絡圖（圖1）分為4項工程進行分派，分別為A巷道施工工程①→④→⑤，B巷道施工工程①→②→⑤→⑦，C巷道施工工程①→③→④→⑥和D巷道施工工程③→⑥→⑦，4項巷道工程分別有4個施工隊完成，簡稱甲、乙、丙及丁隊，所對應的施工費用和施工時間見表4及表5.

結合孟村礦各施工單位實際情況，繪制各工序施工時間與施工費用之間關系表，見表6所示，由表中數據對網絡圖中關鍵線路上各工序進行優化。原

方案（方案一）施工總工期為30周，工程直接費用為7 400萬元，關鍵線路為①→③→④→⑥→⑦，費率變化最小的工序為①→③和⑥→⑦，均為80萬元/周，先對⑥→⑦進行優化，縮短工期一周，由式（9）可得方案二：總工期29周，直接費用為7 480萬元，關鍵線路不變；在方案一的基礎上繼續對工序⑥→⑦進行優化得方案三：總工期28周，直接費用為7 560萬元，關鍵線路不變；以此類推，直到方案十：總工期21周，直接費用為8 420萬元。通過優化工程中各方案的數據記錄結果繪制費用-工期曲線圖，如圖2所示。

從圖2可以看出，各工序皆按最短工序完成任務所需費用為8 420萬元，當工序①→③工期為3周，工序③→④工期為6周，工序④→⑥工期為6周，工序⑥→⑦工期為6周時工期最短，且為極限工期。圖中各時期優化后的總費用都在正常工期與極限工

期費用連線的下方，較優化前為低，總工期從25周縮短到21周，直接費用增加較快，由30周縮短到25周時增加較緩。對于一個工程來說，其費用不僅僅由他的直接費用構成，還應當包括其間接費用，而間接費用是與工期成正比的，工期越長，間接費用越高。因此，當間接費用與直接費用之和最低時才是該工程的費用最優施工方案。間接費近似的認為與工期成正比，根據礦井建設實際情況取120萬元/周（如圖3所示）。由圖3可看出，當工期為25周時總工程費用最低，為10 800萬元來組織施工。

4 結 論

1）文中通過對礦建工程中巷道施工方案的優化，為礦井建設工程節約了工期，降低了建設成本，達到了費用優化的預期目的，為煤礦企業在礦井建設中樹立了榜樣；

2）將系統工程中的分派問題和施工網絡圖費用優化問題結合應用到了工程項目費用優化中，為后期的礦建工程中各項施工的科學管理和組織施工提供了科學依據；

3）根據文中的思路，在其他涉及到人員分派、費用優化的問題時，都可以利用系統工程的思想來進行解決，特別是在一些大型工程中效果可能會更加明顯。

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