筑路機(jī)械合理配置的優(yōu)化方案研究

王文政

（衡水公路工程總公司，河北 衡水053000）

筑路機(jī)械合理配置的優(yōu)化方案研究

王文政

（衡水公路工程總公司，河北 衡水053000）

在公路建設(shè)的施工過程中，恰當(dāng)、合理的配置作業(yè)設(shè)備至關(guān)重要，一方面，其是提高筑路施工效率的關(guān)鍵因素，另一方面，其技術(shù)含量高且難度大，是考驗(yàn)施工人員和技術(shù)人員的重要工作環(huán)節(jié)。基于此，論文以筑路機(jī)械的合理配置為研究對(duì)象，分析施工機(jī)械配置的常規(guī)性手段和要求，進(jìn)而運(yùn)用優(yōu)化和運(yùn)籌方法構(gòu)建一套優(yōu)化決策模型，并將其應(yīng)用于具體實(shí)踐性工程，以檢驗(yàn)筑路機(jī)械合理配置的優(yōu)化決策的有效性和價(jià)值。

筑路設(shè)備；優(yōu)化配置；實(shí)施決策

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.039

1 引言

在公路工程建設(shè)過程中，施工設(shè)備的合理組合與配置是一項(xiàng)難度大且繁雜的工作，其要求施工組織者必須具備較高的專業(yè)技術(shù)水平和工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。一般，其工作程序主要由兩部分構(gòu)成：一是依據(jù)施工類型確定設(shè)備的種類，二是通過評(píng)估工程規(guī)模和作業(yè)量對(duì)所需設(shè)備的數(shù)目進(jìn)行組合和配置。工程組織者依據(jù)施工機(jī)械的不同功能和工作效率，運(yùn)用常規(guī)的核算手段予以組合。然而，此種機(jī)械配置方法已難以達(dá)到目前設(shè)備組合的優(yōu)配要求、甚至?xí)绊懺O(shè)備工作效率的極致發(fā)揮。因此，研究并開發(fā)新型、有效的優(yōu)配方略已成為筑路工作的重要內(nèi)容之一。

2 筑路機(jī)械的優(yōu)化配置

筑路機(jī)械的優(yōu)化配置，主要是指在工程建設(shè)過程中，以作業(yè)設(shè)備群體為研究目標(biāo)，依托概率運(yùn)算、邏輯思維、系統(tǒng)控制、比擬仿效等手段，通過深入考量、評(píng)估、研判等過程，構(gòu)建系統(tǒng)運(yùn)作模型，并且選取最優(yōu)化措施以獲取其實(shí)效運(yùn)算結(jié)果，將設(shè)備系統(tǒng)中各類型裝備及設(shè)施在性能指標(biāo)上取長(zhǎng)補(bǔ)短、密切配合，在工作程序上恰到好處、精準(zhǔn)發(fā)力，進(jìn)而獲取工藝上先進(jìn)、操作時(shí)穩(wěn)定、投資小成效高的作業(yè)設(shè)備集群體系。

一般情況下，施工設(shè)備的選擇與合理配置以筑路工程規(guī)模和建設(shè)進(jìn)度為標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，還需考慮到施工設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)成本、所需操作配員、安全穩(wěn)定指標(biāo)要求以及轉(zhuǎn)運(yùn)、組裝、調(diào)試和控制的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程、注意事項(xiàng)、便捷情況等，尤其還要控制好保護(hù)環(huán)境質(zhì)量這一關(guān)。總結(jié)施工設(shè)備配置的一般流程為：認(rèn)清工程總量——依照工程施工總量展開施工設(shè)備的初步選型——構(gòu)建設(shè)備組合方案模型，實(shí)施設(shè)備的優(yōu)質(zhì)選配[1]——擬定優(yōu)化選配方案。

3 筑路機(jī)械優(yōu)化配置模型的建構(gòu)

3.1 筑路機(jī)械優(yōu)化配置模型的建構(gòu)規(guī)則

依照我國(guó)筑路施工的設(shè)備條件，運(yùn)用優(yōu)化和運(yùn)籌方法構(gòu)建一套新型的施工機(jī)械優(yōu)化配置模型，除滿足設(shè)備選配的常規(guī)性原則之外，還需遵循以下幾項(xiàng)規(guī)則：

1）應(yīng)符合筑路施工過程對(duì)設(shè)備需求規(guī)模的要求，同時(shí)還需嚴(yán)防設(shè)備選配與用量上的無計(jì)劃性。針對(duì)相異的施工對(duì)象與工程規(guī)模，應(yīng)采取不同類型、不同數(shù)目的施工裝備，以便符合工程建設(shè)作業(yè)的需求[2]。

2）在對(duì)所需作業(yè)設(shè)備總量進(jìn)行核實(shí)后，應(yīng)合理選擇各機(jī)型所選配的比例，依照工程作業(yè)指標(biāo)、總量、場(chǎng)地及計(jì)劃的需要，確定各不同機(jī)型所用的匹配數(shù)量。

3）由于受到設(shè)備數(shù)量固定的限制，對(duì)一個(gè)工程或多個(gè)工程要選配一類或多類互有區(qū)別的設(shè)備配置模式[3]。

3.2 筑路機(jī)械優(yōu)化配置的建模

本文采用優(yōu)化和運(yùn)籌方法構(gòu)建一套優(yōu)化決策模型，并通過定性分析和定量計(jì)算，甄選出合適的機(jī)群配置方案、以保證機(jī)械的配置達(dá)到最優(yōu)。一般，在作業(yè)設(shè)備優(yōu)化配置方案模型中，通常按不同施工內(nèi)容的設(shè)備類型、施工對(duì)象及臺(tái)班出力率做為選配方案中的變量因素，將施工設(shè)備的有限存有量作為限制參數(shù)，將工程規(guī)模或施工總量與施工期限作為被動(dòng)變化函數(shù)[4]。

擬定作業(yè)于第m項(xiàng)工程的第n類設(shè)備有Mnm套，總體工程竣工期限所需時(shí)間為X，各類設(shè)備單元時(shí)間內(nèi)施工的工程量為Q，S為臺(tái)班生產(chǎn)率，欲實(shí)現(xiàn)單元時(shí)間內(nèi)最大的工程作業(yè)量，而且實(shí)現(xiàn)各個(gè)工程段能同步完成其工作量，設(shè)備優(yōu)化匹配的方案模型為：

約束條件包含：配置的機(jī)械數(shù)量（Mnm）不能高于共有機(jī)械數(shù)量；配置的機(jī)械數(shù)量必須大于0，且必須取整數(shù)；單日作業(yè)能力必須高于其緊后工序單日作業(yè)能力。式中，Snm表示第m項(xiàng)工程的第n類設(shè)備的臺(tái)班生產(chǎn)率，a為施工設(shè)備類型，b為任務(wù)量。

4 筑路機(jī)械合理配置在實(shí)際工程中的應(yīng)用

河北102國(guó)道某改建區(qū)間路基施工工程，通過勘測(cè)，工程隊(duì)確定此區(qū)間路基建設(shè)應(yīng)分3段施工來完成，分別是：采取挖土方式建設(shè)的路基，工程量為52×104m3，挖掘深度低于0.6m以下；挖掘和填土兩種樣式工程量各占一半的，合并工程量為32×104m3，屬中級(jí)土壤類型；單獨(dú)填土方式建設(shè)路基，其工程量為32×104m3[5]。此筑路工程隊(duì)具備TY120型推土設(shè)備12套，在此區(qū)間路基工程三個(gè)施工段的臺(tái)班施工效率分別為315m3、219m3、335m3；TY220型推土設(shè)備10套，其在三段路基施工中的臺(tái)班施工效率分別為522m3、348m3、515m3；T140推土設(shè)備8套，分別在上述三段路基施工的臺(tái)班工作效率分別是215m3、420m3、315m3。

4.1 施工設(shè)備的初始選配

依照路基施工的作業(yè)特點(diǎn)和工程設(shè)備的選配規(guī)則以及各類設(shè)備的工作特性對(duì)施工設(shè)備實(shí)施組合與配置，配置方式見圖1所示。

圖1設(shè)備作業(yè)工程量分配

圖1代表了各類型設(shè)備與施工任務(wù)之間的匹配，其各單條直線代表一類設(shè)備匹配的適宜方式，給后續(xù)最優(yōu)化設(shè)備配置方案在模型構(gòu)建中配比變量的確定創(chuàng)造了條件。

4.2 施工機(jī)械優(yōu)配方案中的變量選取及限制參數(shù)的擬定

施工設(shè)備優(yōu)配方案的實(shí)際選取見表1所示。

設(shè)備優(yōu)化組合與配置限制參數(shù)的擬定包括施工單位擁有的作業(yè)機(jī)械臺(tái)數(shù)限制及施工期限作業(yè)時(shí)間的限制，其分別可

用對(duì)應(yīng)的方程式來表達(dá)[6]。

表1 施工設(shè)備優(yōu)化配置決策變量排列表

4.3 施工機(jī)械優(yōu)化配置目標(biāo)函數(shù)的擬定及結(jié)果評(píng)析

根據(jù)前文介紹的施工設(shè)備優(yōu)化配置建模的約束條件與施工作業(yè)設(shè)備匹配優(yōu)化對(duì)應(yīng)函數(shù)方程，依托電腦配合運(yùn)算可得最優(yōu)化作業(yè)設(shè)備配置結(jié)果是：M11=4，M21=9，M31=7，M12=5，M13=3，M43=7，M41=M22=M53=M24=M34=0。

設(shè)備配置目標(biāo)函數(shù)Q=22351，通過運(yùn)算結(jié)果可以得出：

1）對(duì)于路基開挖的土方工程施工，TY120型、TY220型與T140型推土機(jī)作業(yè)設(shè)備的數(shù)目分別為4套、7套和5套時(shí)，其單套班最高運(yùn)作效率達(dá)7 215m3；

2）對(duì)于挖填各半的路基施工土方任務(wù)，TY120型和WY100型開挖設(shè)備的數(shù)目分別為6套和9套時(shí)，單套班最高工作效率可達(dá)4 312m3；

3）對(duì)于填土型路基的土方施工任務(wù)，TY120型推土設(shè)備和CL7型鏟倒設(shè)備的數(shù)目分別為3套和7套時(shí)，單套班最高工作效率可達(dá)4 335m3；

4）單套施工設(shè)備每班能實(shí)現(xiàn)的最高工程量可達(dá)22351m3，圓滿完成三個(gè)施工路段路基構(gòu)建總體任務(wù)需要利用施工設(shè)備工時(shí)72.5臺(tái)班[7]。

5 筑路機(jī)械優(yōu)化配置的注意事項(xiàng)

當(dāng)今時(shí)期，筑路工程機(jī)械化程度已達(dá)到前所未有的技術(shù)水平，特別是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)及自動(dòng)、高效、智能化機(jī)械控制技術(shù)的高速發(fā)展，使得公路建設(shè)作業(yè)設(shè)備優(yōu)化組合過程充實(shí)進(jìn)了很多新的內(nèi)涵。其極大促進(jìn)了公路工程建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也給筑路建設(shè)者們帶來了新的挑戰(zhàn)。施工人員在對(duì)施工機(jī)械設(shè)計(jì)配置方案的時(shí)候，應(yīng)尤其注意以下兩個(gè)方面：

首先，兼顧多方面因素，注重?fù)P長(zhǎng)避短。在合理組合和配置施工設(shè)備時(shí)，我們不但要依據(jù)建設(shè)方提供的工程類別、施工規(guī)模及建設(shè)周期等限制指標(biāo)，依靠分析和精密運(yùn)算，快速擬定出符合本工程實(shí)際條件的高效設(shè)備組合匹配程序，做到揚(yáng)長(zhǎng)避短。其次，綜合整個(gè)施工過程。在公路實(shí)際施工過程中，制約設(shè)備組合配置的不確定因素較多，施工約束條件也較復(fù)雜，所以要縱觀整個(gè)施工全過程以便動(dòng)態(tài)調(diào)配施工機(jī)械作業(yè)。使用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)方法求得的優(yōu)化配置模型，往往會(huì)得出過于苛刻的狀態(tài)需求，導(dǎo)致放棄了最優(yōu)的組合配置。故一定要綜合考慮，掌握和利用好配置條件，以取得最佳配置成果。

6 結(jié)語(yǔ)

依托所構(gòu)建的施工設(shè)備優(yōu)化配置模型及應(yīng)用核算案例可知，設(shè)備配置結(jié)果與初步選取的作業(yè)設(shè)備配置方案，在具體數(shù)量上尚存在著一定幅度的差別，針對(duì)某一工程施工初步選配的作業(yè)設(shè)備在優(yōu)化配置過程中并未真正得到使用，其原因主要是出于追求最高施工效益的目的。故這款設(shè)備的優(yōu)化配置模型及選配手段對(duì)工程施工決策者具有重要作用，其可為科學(xué)調(diào)控工程作業(yè)進(jìn)程，最大限度提生設(shè)備利用率，減小工程建設(shè)投資，壓縮施工周期發(fā)揮出重要功能。

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Optimization Research of Road-building Machinery Reasonable Configuration

WANG Wen-zheng
（Hengshui Highway Engineering Corporation,Hengshui 053000，China）

In the process of the construction of highway construction,appropriate and reasonable configuration operation equipment is crucial,ontheonehand,itisthekeyfactorforimprovingtheefficiencyofroadconstruction,ontheotherhand,thehightechnologycontentand difficultyisbig,testistheimportantlinkofconstructionpersonnelandtechnicalpersonnel.Basedonthis,inthispaper,reasonableallocation of road construction machinery as the research object,analyzing the conventional method and requirement of construction machinery configuration,andthenusingtheoptimizationandmanagementmethodstobuildasetofoptimizeddecisionmodel,andappliedtopractical engineering,theconcretetotesttheeffectivenessofthereasonableconfigurationofroad-buildingmachineryoptimizationdecisionandvalue.

roadconstructionequipment;optimizeconfiguration;implementdecisions

U415.5

A

1007-9467（2016）07-0151-03

2016-03-03

王文政（1981～），男，河北衡水人，工程師，從事筑路機(jī)械研究，（電子信箱）306904945@qq.com。