瀝青混凝土路面施工工藝及機群協同作業

余 銓

（安徽中橋建設集團有限公司，安徽 合肥 230051）

引言

在公路工程施工過程中，由于瀝青混凝土路面屬于線性工程，涉及的關鍵工序多，使用的設備多[1]，科學合理地確定施工工藝以及正確配置施工機械資源成為目前市政公路瀝青混凝土路面需要面對的首要問題，它不僅是節約經濟造價的需要，也是以遵從施工工藝的客觀工作規律的必然要求，對于提高大量的瀝青混凝土路面施工機群的協同作業效率具有十分重要的意義[2]。

1 基于最小二乘向量機的瀝青混凝土路面機群協同作業問題求解

根據拉格朗日算法和KKT 條件，得到問題的優化以及權向量w 的解答如方程（2）～方程（4）所示。

采用Mercer 條件的對稱函數將方程（4）轉化為線性函數進行求解，如方程（5）、方程（6）所示。

運用最小二乘法對線性函數進行求解，得到方程（6）的計算結果如方程（7）所示。

基于最小二乘向量機（LS-SVM）的瀝青混凝土路面機群協同作業問題求解流程[4]，見圖1。首先確定瀝青混凝土路面機群協同作業問題分析模型，選擇適當的瀝青混凝土路面機械設備配置目標函數，比如施工質量目標函數、施工成本目標函數、施工效率目標函數等，隨后根據配置模型，確定各個隨機變量的概率分布和分布參數，超參數γ 和核函數參數的取值，即可確定了瀝青混凝土路面機械設備配置的功能函數（目標函數的閾值函數），利用正交試驗設計和有限元程序選定學習樣本，并根據學習樣本抽取一定的數據容量作為檢測樣本，將檢測樣本與最小二乘向量機法的學習條件進行對比，確定是否滿足學習和訓練條件，如果否，則應重新確定超參數γ 和核函數參數，如果是則進入正常的估算環節。依據各個隨機變量的概率分布，隨機抽樣產生多組隨機數，利用LS-SVM 非線性估計函數，計算各組隨機數所對應的結構響應量，隨后將隨機變量和對應的響應量代入功能函數Z，計算Z≤0 的數量，由此得到瀝青混凝土路面機械設備的最優配置與協同作業方案[5]。

圖1 基于最小二乘向量機（LS-SVM）的瀝青混凝土路面機群協同作業問題求解流程

2 工程應用案例分析

安徽省某公路改擴建工程CL01 標段主線全長13.634 km，起訖樁號K993+464.549～K993+475.135。采用雙向八車道公路標準，設計速度120 km/h，路基標準寬度42 m，線路的平面布置，見圖2。路基橫斷面全部為整體式斷面，現有路基寬度為28 m，加寬后路基橫斷面組成為：中央分隔帶寬度為3.0 m，左側路緣帶寬度為2×0.75 m，行車道寬度為2×（4×3.75）m，硬路肩寬度（含右側路緣帶寬度2×0.5 m）為2×3.0 m，土路肩寬度為2×0.75 m，行車道、路緣帶、硬路肩路拱橫坡為2.0%，土路肩橫坡為3.0%[6]。

圖2 工程線路平面布置圖

圖3 為基于最小二乘向量機（LS-SVM）的瀝青混凝土路面機群協同作業計算結果。從圖3a 中可以看出，拌合站每小時的瀝青混凝土生產量基本服從正太分布，在每小時生產瀝青混凝土102.0 t～108.0 t 的頻次最大，為18 臺拌合站，并逐步先兩側減小，在每小時生產瀝青混凝土83.0 t～89.0 t、120.5 t～127.0 t 兩個區間出現的頻次最小，均為4 臺拌合站。因此可以用正太分布函數進行表達，如方程（8）所示

從圖3b 中可以看出，由于運料汽車在抵達拌和站時，需要進行排隊等待，并按照順序進行裝車，經過計算每輛運料汽車的裝載時間的并不相等，每車運料汽車裝載瀝青混凝土消耗的時間呈負指數降低的趨勢。因此可以將裝車時間函數按方程（9）計算

同樣地，從圖3c 中可以看出，攤鋪機攤鋪每當量車瀝青混凝土消耗時間規律與每車運料汽車裝載瀝青混凝土消耗的時間一致，也呈現負指數降低的趨勢。每當量車瀝青混凝土攤鋪機需要消耗1.0 min～2.5 min 中的頻次最大，為36 臺，而消耗9.6 min～11.0 min 的頻次最小，為4 臺，可以將攤鋪機攤鋪每當量車瀝青混凝土消耗時間函數按方程（10）計算

在實際的瀝青混凝土路面施工中，由于瀝青混凝土材料運達現場之后，是按照攤鋪、初壓、復壓、終壓等工序進行，具有一定的流水節拍，導致壓實單位長度的瀝青混凝土路面時間不同，在實際統計中，按照壓實10 m 進行考慮。從圖3d 中可以看出，壓路機壓實每10 m 瀝青混凝土路面消耗時間呈現先增加后減小的趨勢，因此時間函數可以按方程（11）計算

圖3 基于最小二乘向量機的瀝青混凝土路面機群協同作業計算結果

3 結論

以安徽省某公路瀝青混凝土路面施工為研究對象，在分析瀝青混凝土路面施工關鍵施工工藝的基礎上，基于最小二乘向量機的瀝青混凝土路面機群協同作業問題求解，得到以下幾個結論。

（1） 瀝青混凝土路面的關鍵施工工藝涉及到瀝青混合料的拌和、運輸、攤鋪、初壓、復壓、終壓等工序，因此涉及到的施工機械類型以及數量眾多，主要設備有瀝青混凝土拌合站、運料汽車、轉運車、攤鋪機、壓路機等[7]。

（2） 基于最小二乘向量機的瀝青混凝土路面機群協同作業問題進行求解，結果表明，拌合站產量可以用正太分布函數進行表達，運料汽車和攤鋪機的時間函數可以用負指數進行表達，而的壓路機壓實每10 m 瀝青混凝土路面消耗時間呈現先增加后減小的趨勢。