公路工程施工平面的優(yōu)化配置研究

摘要 公路工程施工平面的合理布局，能夠提高人員配合和設(shè)備應(yīng)用效率，提高作業(yè)效率效益，在總體上節(jié)約施工成本。案例工程抓住工期管理、環(huán)境保護(hù)、安全施工、合理利用資源等重點(diǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，應(yīng)用優(yōu)化的二次分配分析模型和基于隸屬度關(guān)系的遺傳評(píng)測(cè)分析方法，進(jìn)行公路工程施工平面的優(yōu)化分析配置，取得了良好的施工平面優(yōu)化配置成果。梳理介紹該技術(shù)要點(diǎn)及做法，為同類工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞 公路工程；施工平面；優(yōu)化配置；分析研究

中圖分類號(hào) TU721 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）06-0036-03

0 引言

案例項(xiàng)目在工程平面配置中，以提高人員配合和設(shè)備應(yīng)用效率，縮短材料運(yùn)輸距離，在總體上節(jié)約施工成本為目標(biāo)，綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備、材料運(yùn)輸、施工人員利用等問題，應(yīng)用二次分配和遺傳模型算法，開展公路工程施工平面的優(yōu)化配置研究，形成了相對(duì)優(yōu)化的施工平面配置成果。這里結(jié)合工程應(yīng)用，梳理介紹相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)及成果，以為工程施工管理應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 施工平面優(yōu)化配置方法

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

好的施工管理和配置應(yīng)該有利于工期完工、保障文明安全施工、現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境保護(hù)以及合理利用資源。施工平面配置方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系當(dāng)然也應(yīng)該循此思路進(jìn)行構(gòu)建。案例工程從上述觀念出發(fā)，以兩級(jí)指標(biāo)制，構(gòu)建了施工現(xiàn)場(chǎng)平面配置方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，具體見表1所示[1]。

1.2 優(yōu)化分析模型

公路工程施工平面配置優(yōu)化分析模型如下：

（1）

模型中cijkl——費(fèi)用系數(shù)，設(shè)施i配置至j區(qū)域，設(shè)施k配置至l區(qū)域所引發(fā)的施工費(fèi)用。c1ijkl——事件致使人員流動(dòng)發(fā)生的費(fèi)用，c2ijkl——事件致使設(shè)備流動(dòng)發(fā)生的費(fèi)用，c3ijkl——事件致使材料運(yùn)輸發(fā)生的費(fèi)用。

xij=1時(shí)，表示i設(shè)施配置至j區(qū)域的事件成立，xkl=1時(shí)，表示k設(shè)施配置至l區(qū)域的事件成立，只有二者同時(shí)成立時(shí)cijkl費(fèi)用系數(shù)才有效存在。

1.3 遺傳評(píng)測(cè)算法

（2）

模型中，rij——著眼于因素ui，該評(píng)測(cè)對(duì)象可以被評(píng)為rj的隸屬度，表示第i個(gè)ui因素在第j個(gè)rj評(píng)語的分布頻率，多歸一化為。

1.4 優(yōu)化分析過程

施工平面優(yōu)化分析過程如圖1。

2 工程概況

某公路工程過線區(qū)域?yàn)榍治g構(gòu)造中低基巖山區(qū)、基巖殘丘、戈壁荒漠平原，海拔高度在1 500～2 500 m，溝谷斷流的石（荒）漠地貌，基巖裸露，碎石遍布，植被稀少。戈壁平原相對(duì)平坦開闊，東南低，西北高。標(biāo)段內(nèi)共配置兩個(gè)拌和站。其中，1號(hào)拌和站位處K175+600區(qū)域，占地約18 666.67 m2；2號(hào)拌和站位處K218+000區(qū)域，占地約20 000 m2。每個(gè)拌和站內(nèi)均包含了鋼筋加工場(chǎng)、配料倉、預(yù)制場(chǎng)、調(diào)拌站、砂石堆場(chǎng)、碎石堆場(chǎng)等設(shè)施，以確保供應(yīng)充足和生產(chǎn)線路順暢。

3 施工現(xiàn)場(chǎng)平面優(yōu)化配置應(yīng)用

3.1 因素參數(shù)輸入階段

在進(jìn)行項(xiàng)目施工平面優(yōu)化配置分析時(shí)，需要認(rèn)真考慮各種因素，案例工程施工現(xiàn)場(chǎng)平面優(yōu)化配置分析的主要考慮因素具體見表2所示[2]。

相較于兩個(gè)拌和場(chǎng)內(nèi)部設(shè)施的影響，兩個(gè)拌和場(chǎng)之間的互相影響更為重要。這里重點(diǎn)探討2個(gè)拌和站的配置關(guān)系對(duì)機(jī)械、材料和人工帶來的費(fèi)用狀態(tài)影響，并根據(jù)實(shí)際情況，分析臨時(shí)設(shè)施對(duì)人工費(fèi)、材料費(fèi)和機(jī)械費(fèi)的影響，如表3～5所示[3]。

3.2 模型優(yōu)化計(jì)算階段

基于前述數(shù)據(jù)，列出人員、材料、機(jī)械設(shè)備流動(dòng)費(fèi)的矩陣，其中人員流動(dòng)費(fèi)矩陣：

C1 （3）

材料流動(dòng)費(fèi)矩陣：

C2 （4）

機(jī)械流動(dòng)費(fèi)矩陣：

C3 （5）

經(jīng)過程序計(jì)算獲得了3個(gè)新方案ABC，它們的費(fèi)用比原方案都節(jié)省了13%左右，這是一個(gè)顯著的進(jìn)步。需要注意的是，遺傳計(jì)算方法僅能基于給定的臨時(shí)設(shè)施配置關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，不能給予配置關(guān)系的智能再增刪，新方案與原方案的部分結(jié)果見表6所示。

結(jié)果顯示，方案A的主要改進(jìn)是1號(hào)拌和站的平面位置得到了相應(yīng)的調(diào)節(jié)；方案B中2號(hào)拌和站的平面位置得到了適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，此外鋼筋場(chǎng)、備料區(qū)和碎石倉庫等區(qū)域的面積也略有改動(dòng)；方案C對(duì)1號(hào)拌和站的平面位置進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，同時(shí)鋼筋場(chǎng)、備料區(qū)和碎石倉庫等區(qū)域的面積也發(fā)生了一定的變化。優(yōu)化方案對(duì)拌和站的平面位置進(jìn)行了調(diào)整，以滿足項(xiàng)目中橋梁及線路施工的材料用量。這一調(diào)整主要是出于對(duì)工程中2座大型橋梁施工需求的重視。

3.3 配置方案優(yōu)中選優(yōu)

（1）基于指標(biāo)集形成評(píng)測(cè)矩陣。采用因素集合U=｛作業(yè)影響、運(yùn)輸暢通、靈活操作、噪聲、飲水用水質(zhì)量、空氣質(zhì)量、土地利用率、作業(yè)安全、火災(zāi)防范｝，利用熵權(quán)綜合模糊評(píng)測(cè)方法，對(duì)前述ABC三個(gè)新方案進(jìn)行計(jì)算分析。

采用很差、比較差、一般、比較好、非常好等5個(gè)級(jí)別的評(píng)測(cè)方案進(jìn)行評(píng)測(cè)。首先評(píng)測(cè)方案A，并建立計(jì)算矩陣。根據(jù)不同的評(píng)測(cè)指標(biāo)和評(píng)測(cè)集，我們獲得了方案A的評(píng)測(cè)矩陣：

RA （6）

（2）計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。利用熵值權(quán)重計(jì)算方法確定權(quán)重。因?yàn)槟：仃嘡業(yè)已符合標(biāo)準(zhǔn)化矩陣要求，故R=P，其中的K為0.434。則方案A權(quán)重計(jì)算過程見表7所示。

（3）獲得評(píng)級(jí)結(jié)果。根據(jù)專家意見，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)賦予相同的權(quán)重，并考慮評(píng)測(cè)方案的統(tǒng)一度，對(duì)綜合評(píng)測(cè)結(jié)果進(jìn)行權(quán)重賦值。具體而言，評(píng)測(cè)結(jié)果中得分較高的指標(biāo)擁有較大的權(quán)重，反之則擁有比較小的權(quán)重。

方案A的評(píng)測(cè)結(jié)果B=（0.020，0.080，0.560，0.290，0.050）。在各項(xiàng)指標(biāo)的綜合評(píng)測(cè)中，有2%的專家評(píng)價(jià)該方案為非常優(yōu)秀，8%的專家評(píng)價(jià)該方案為較為出色，有56%的專家評(píng)價(jià)該方案為一般，有29%的專家評(píng)價(jià)該方案為存在一些問題，5%的專家評(píng)價(jià)該方案為非常糟糕。

方案B的評(píng)測(cè)結(jié)果B=（0.170，0.610，0.190，0.030，0）。在各項(xiàng)指標(biāo)的綜合評(píng)測(cè)中，有17%的專家評(píng)價(jià)該方案為非常優(yōu)秀，61%的專家評(píng)價(jià)該方案為較為出色，有19%的專家評(píng)價(jià)該方案為一般，有3%的專家評(píng)價(jià)該方案為存在一些問題，沒有專家評(píng)價(jià)該方案為非常糟糕。

方案C的評(píng)測(cè)結(jié)果B=（0.030，0.300，0.590，0.080，0）。在各項(xiàng)指標(biāo)的綜合評(píng)測(cè)中，有3%的專家評(píng)價(jià)該方案為非常優(yōu)秀，30%的專家評(píng)價(jià)該方案為較為出色，有59%的專家評(píng)價(jià)該方案為一般，有8%的專家評(píng)價(jià)該方案為存在一些問題，沒有專家評(píng)價(jià)該方案為非常糟糕。綜合比較，方案B優(yōu)于其他兩個(gè)方案，因此選擇方案B作為最終的優(yōu)選方案。

4 結(jié)語

該文基于工程案例，探討了公路工程施工平面的優(yōu)化分析與配置相關(guān)技術(shù)。文中介紹了公路工程施工平面配置評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系、優(yōu)化的二次分配分析模型、基于隸屬度計(jì)算的遺傳評(píng)測(cè)分析算法、施工平面優(yōu)化分析過程。案例工程經(jīng)過因素參數(shù)輸入階段、模型優(yōu)化計(jì)算階段和配置方案優(yōu)中選優(yōu)階段等3個(gè)階段的模型分析，得出方案B優(yōu)于其他兩個(gè)方案的模型分析結(jié)論，因此工程最終選擇方案B作為施工平面的優(yōu)選方案，投入工程應(yīng)用。好的工程平面布局，能夠合理配置工程場(chǎng)地資源和優(yōu)化施工流程，使得整個(gè)工程現(xiàn)場(chǎng)車輛、人員交通更加流暢，減少擁堵現(xiàn)象的發(fā)生，提高工作效率效益。

參考文獻(xiàn)

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