优化理论在沥青路面机械化施工中的应用

刘小会

摘要：随着城市的不断发展，市政道路的扩建与改建工程也日益的增加，很多工地都同时开始施工，因此要求许多搅拌站同时供料的现象，机械化施工提高了工作的效率，但也对供料单位提出更高的要求，不仅要在保证质量的前提下供料，还要不断的提高供料的速度，因此，需要用一种有效的理论方法进行验证，在不同的施工阶段对各个施工地点提供最佳的供给量，成为需要研究的重点，并把这个作为基础，对生产、调度运输等方面进行合理的安排。本文主要针对这些问题进行探讨优化理论在沥青路面机械化施工中的应用，并且用实际数据对该理论的可行性进行验证。

关键词：优化理论；沥青路面；拌和；运输；施工

Abstract: with the development of the city, the expansion of municipal road and rebuilding project also increasingly increases, many site also started the construction, therefore, ask many of the station and material feeding phenomenon, mechanical construction improve work efficiency, but also to the material feeding unit put forward higher requirement, not only to quality premise for material, and continuously improve material feeding speed, therefore, need to use a kind of effective of the theory and method of verification, in different stage of construction to each construction sites provide the best supply, become the focus of research needs, and this as a basis, the production, scheduling transportation and so on of reasonable arrangement. This paper mainly aiming at these problems are discussed in the asphalt pavement optimization theory of the application of the mechanical construction, and use the actual data of the theoretical feasibility is verified.

Keywords: optimization theory; The asphalt pavement; Mixing; Transport; construction

中图分类号：U416.217文献标识码：A 文章编号：

由于市政道路对路面的要求相对较高，因此在对路面进行沥青混凝土面层的施工中一定要严格按照施工标准来进行，沥青路面施工的主要工序有：首先制作沥青混凝土混合料，然后对基层进行检查和处理，再将混合料运送到施工工地进行路面摊铺，最后对铺层进行压实。这个工序过程中需要用到的施工机械包括：运输车辆、沥青混凝土搅拌设备、沥青混凝土摊铺机、乳化沥青设备、沥青洒布车及压实机械等。在施工过程中，为了让机械设备有一个连续性的施工条件，最重要的是沥青混凝土摊铺机的合理配置。单纯就市政道路的扩建和改建而言，受工程地点分布零散和工程量大小的不相同的影响，对搅拌站的选择也有了很大的局限性。针对这一现实问题，在保证机械化施工持续进行的同时，还要根据各搅拌站与各施工地点的运输费用的大小来着重选择在各搅拌站需要的混合料多少，要在整体费用最低的要求下来对生产、调度运输等方面进行合理安排。

1、优化方法的应用

因为沥青混凝土路面各结构参数的极限状态和非正态性方程是非线性的，因此其可靠度计算需要一些特殊处理，不同的计算方法存在一定的差异。为了对施工中各项因素合理的进行安排部署，加强施工的整体目标实现，就需要对施工进度、施工质量及运输费用等进行合理的安排，这就需要引入优化理论。优化理论是在多种可以实现工程目标的方法中，寻找出一个施工进度快、工程质量高、运输费用低的方法。在沥青路面机械化施工中，优化理论尤为重要。

1.1工程简介

本文主要根据常州中吴大道的扩建与改建工程为例，对优化理论的应用进行阐述。改扩建道路采用沥青混凝土路面施工，该项目总体分为三个施工地点，其中三个工作地点的工程量也都不同。

第一处施工地点，该处市政道路全长五公里，路面宽度为15米，其中路面上下两层厚度分别为4厘米、5厘米，与之对应的的混合料总量分别为6.83×103t和8.7×103t。

第二处施工地点，该处市政道路全长六公里，路面宽度为7.5米，其中路面上下两层厚度分别为6厘米、5厘米，与之对应的的混合料总量分别为4.1×103t和5.25×103t。

第三处施工地点，该处市政道路全长4.2公里，路面宽度为7.5米，其中路面上下两层厚度分别为4厘米、5厘米，与之对应的的混合料总量分别为3.3×103t和4.2×103t。

工程要求实际对路面层铺设的时间只有十天，因此对该施工单位提出了很高的要求，因为该单位的施工设备相对比较充足，因此采取了三处路面同时施工的措施。本文也主要从该项目实施的过程中对沥青路面机械化施工采用优化理论的可行性和可靠性进行简单的分析，提出该理论实施需要注意的一些关键因素。

1.2优化算法应用分析

在此施工条件下，用路面下面层的施工状况来说明各搅拌站的最佳供料状态。

第一， 在道路施工时，各处施工点对混合料的需求量（按五天，10小时每天计算）：

第二，实际情况下，有三个不同位置的搅拌站，三个搅拌站最大的生产量分别为160t/h、100t/h、200t/h。因为在实际供料过程中，搅拌设备对工地的有效供给量是受各方面因素制约的，需要优化选择，考虑到这个因素，需要算出各个搅拌设备有效供给的最大量，其算法是按下面公式进行计算的：

（1）

公式中：S表示有效供给量；KB表示搅拌设备时间利用系数，为0.9；a为混合料的损耗率，取5%；Q表示搅拌设备的实际生产率。则得出以下三处的实际有效供给量：

1.3优化计算

采用优化算法的主要目标是确定各施工地点在各搅拌站利用的混合料的最佳量，既要在施工的连续性上有保证，还要满足混合料总体的运输费用最小化。假设搅拌站i与施工工地j间的运输费用为Cij,施工工地j与搅拌站i的混合料供应量为Xij，则，优化的目标函数是：

（2）

最小化,并服从于

（3）

（4）

（5）

（6）

目标是最小化各地施工总工程量或者是总体运输费用的互相约束，在上式（4）中，是各地施工进度的约束，上式（5）中是各搅拌站设备生产能力的约束。

在市政道路及其他公路施工中，伴随着施工进程的不断推进，单位运输费用也是随着工程进度的发展而变化的，由于运输费用发生了变化，也就导致了各搅拌站混合料对各个施工工地的最佳供应量也发生了变化，所以，要根据各施工工地施工进度的变化算出需要搅拌站供给混合料的最佳数量，这样也就可以确定搅拌站需要搅拌的最佳生产量。下面就用施工阶段的中间部分施工为例说明这一问题：

各搅拌站到各施工地点的单位运输费用Cij表示，如表一所示：

表1 单位运费（元/t）

S dest

1 2 3

1 13 25 10

2 17 9 11

3 15 5 21

目标函数：

约束条件：

因为优化理论的计算方法是线性的，所以用求解线性规划问题的通用方法单纯形法很容易就可以把结果算出啦，计算的结果在表2中给出。

表2 各搅拌站对不同工地最佳的有效供给量xij （t/h）

S* dest

174 105 84

S*(1) 137 0 0

S*(2) 0 0 84

S*(3) 37 105 0

最小运输费用为：3785元/h.

各个搅拌站的总的最佳有效供给量为:

在总共的最佳有效供给量的基础上，需要把混合料的和搅拌设备的时间利用率及损耗率考虑其中，利用（1）式就可以对搅拌设备的实际生产率的最佳量算得：

通过对搅拌设备的最佳实际生产率的计算结果可以看出，在各施工地点的中间施工阶段，前两个搅拌设备的生产能力已经达到了极限，但是第3个搅拌设备的生产率还有所储备。因此，在工程不断进展的同时，单位运费也产生了相应的变化，各个搅拌设备的最佳生产率也产生了变化，由于搅拌设备的调整是一项比较复杂的工作，而且调整搅拌设备费时费力，增加了工作量，也就增加了成本。所以在实际工作中，此类情况下一般不对搅拌设备进行调整，而是采用贮料筒贮料的方法来解决搅拌设备的工作时间问题，这样既保证了混合料的最佳供给时间，也保证了搅拌设备的优化利用，这是优化理论在实践过程中得以充分证实其可行性的实践依据。

而对运输费用的调整则需要通过对搅拌设备的实际生产率和车辆配置共同计算优化得出，主要是在不同的施工阶段，各个工地与搅拌站对车辆的要求来决定对运输车辆的调度，在工地混合料供给量相对充足的时候，运输车辆可以到距离较远的的搅拌站运料，以缓解距离近的搅拌站的生产压力，一旦在工地对混合料的需求加大时，距离较近的搅拌站也就可以满足工地对混合料的需求，总的原则是既要满足施工地点对运输量的需求，还要满足运输费用的最小化，这样也就提高了工作效率又降低了工程成本。

2、结束语

在实际市政道路的扩建及改建工程施工中，基本上都会出现多个不同的施工地段及多个搅拌站的问题出现，一旦遇到这种问题，就需要合理的对生产进行安排，合理的调度运输车辆，既要把运输成本降低到最小程度，又要保证搅拌站的生产安排。本文中所提到的一些解决此类问题的方法主要是从理论方面进行指导，并列举出某地交通工程机械化施工公司在实际工作中遇到的此类问题的一些解决途径，实践证明，优化理论在具体的沥青路面机械化施工中是可以得到有效利用的，不仅保证了设备管理及工程进度，还提高了企业的经济效益。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。