筑路机械合理配置的优化方案研究

王文政

（衡水公路工程总公司，河北 衡水053000）

筑路机械合理配置的优化方案研究

王文政

（衡水公路工程总公司，河北 衡水053000）

在公路建设的施工过程中，恰当、合理的配置作业设备至关重要，一方面，其是提高筑路施工效率的关键因素，另一方面，其技术含量高且难度大，是考验施工人员和技术人员的重要工作环节。基于此，论文以筑路机械的合理配置为研究对象，分析施工机械配置的常规性手段和要求，进而运用优化和运筹方法构建一套优化决策模型，并将其应用于具体实践性工程，以检验筑路机械合理配置的优化决策的有效性和价值。

筑路设备；优化配置；实施决策

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

1 引言

在公路工程建设过程中，施工设备的合理组合与配置是一项难度大且繁杂的工作，其要求施工组织者必须具备较高的专业技术水平和工程建设经验。一般，其工作程序主要由两部分构成：一是依据施工类型确定设备的种类，二是通过评估工程规模和作业量对所需设备的数目进行组合和配置。工程组织者依据施工机械的不同功能和工作效率，运用常规的核算手段予以组合。然而，此种机械配置方法已难以达到目前设备组合的优配要求、甚至会影响设备工作效率的极致发挥。因此，研究并开发新型、有效的优配方略已成为筑路工作的重要内容之一。

2 筑路机械的优化配置

筑路机械的优化配置，主要是指在工程建设过程中，以作业设备群体为研究目标，依托概率运算、逻辑思维、系统控制、比拟仿效等手段，通过深入考量、评估、研判等过程，构建系统运作模型，并且选取最优化措施以获取其实效运算结果，将设备系统中各类型装备及设施在性能指标上取长补短、密切配合，在工作程序上恰到好处、精准发力，进而获取工艺上先进、操作时稳定、投资小成效高的作业设备集群体系。

一般情况下，施工设备的选择与合理配置以筑路工程规模和建设进度为标准，同时，还需考虑到施工设备的维护保养成本、所需操作配员、安全稳定指标要求以及转运、组装、调试和控制的标准规程、注意事项、便捷情况等，尤其还要控制好保护环境质量这一关。总结施工设备配置的一般流程为：认清工程总量——依照工程施工总量展开施工设备的初步选型——构建设备组合方案模型，实施设备的优质选配[1]——拟定优化选配方案。

3 筑路机械优化配置模型的建构

3.1 筑路机械优化配置模型的建构规则

依照我国筑路施工的设备条件，运用优化和运筹方法构建一套新型的施工机械优化配置模型，除满足设备选配的常规性原则之外，还需遵循以下几项规则：

1）应符合筑路施工过程对设备需求规模的要求，同时还需严防设备选配与用量上的无计划性。针对相异的施工对象与工程规模，应采取不同类型、不同数目的施工装备，以便符合工程建设作业的需求[2]。

2）在对所需作业设备总量进行核实后，应合理选择各机型所选配的比例，依照工程作业指标、总量、场地及计划的需要，确定各不同机型所用的匹配数量。

3）由于受到设备数量固定的限制，对一个工程或多个工程要选配一类或多类互有区别的设备配置模式[3]。

3.2 筑路机械优化配置的建模

本文采用优化和运筹方法构建一套优化决策模型，并通过定性分析和定量计算，甄选出合适的机群配置方案、以保证机械的配置达到最优。一般，在作业设备优化配置方案模型中，通常按不同施工内容的设备类型、施工对象及台班出力率做为选配方案中的变量因素，将施工设备的有限存有量作为限制参数，将工程规模或施工总量与施工期限作为被动变化函数[4]。

拟定作业于第m项工程的第n类设备有Mnm套，总体工程竣工期限所需时间为X，各类设备单元时间内施工的工程量为Q，S为台班生产率，欲实现单元时间内最大的工程作业量，而且实现各个工程段能同步完成其工作量，设备优化匹配的方案模型为：

约束条件包含：配置的机械数量（Mnm）不能高于共有机械数量；配置的机械数量必须大于0，且必须取整数；单日作业能力必须高于其紧后工序单日作业能力。式中，Snm表示第m项工程的第n类设备的台班生产率，a为施工设备类型，b为任务量。

4 筑路机械合理配置在实际工程中的应用

河北102国道某改建区间路基施工工程，通过勘测，工程队确定此区间路基建设应分3段施工来完成，分别是：采取挖土方式建设的路基，工程量为52×104m3，挖掘深度低于0.6m以下；挖掘和填土两种样式工程量各占一半的，合并工程量为32×104m3，属中级土壤类型；单独填土方式建设路基，其工程量为32×104m3[5]。此筑路工程队具备TY120型推土设备12套，在此区间路基工程三个施工段的台班施工效率分别为315m3、219m3、335m3；TY220型推土设备10套，其在三段路基施工中的台班施工效率分别为522m3、348m3、515m3；T140推土设备8套，分别在上述三段路基施工的台班工作效率分别是215m3、420m3、315m3。

4.1 施工设备的初始选配

依照路基施工的作业特点和工程设备的选配规则以及各类设备的工作特性对施工设备实施组合与配置，配置方式见图1所示。

图1设备作业工程量分配

图1代表了各类型设备与施工任务之间的匹配，其各单条直线代表一类设备匹配的适宜方式，给后续最优化设备配置方案在模型构建中配比变量的确定创造了条件。

4.2 施工机械优配方案中的变量选取及限制参数的拟定

施工设备优配方案的实际选取见表1所示。

设备优化组合与配置限制参数的拟定包括施工单位拥有的作业机械台数限制及施工期限作业时间的限制，其分别可

用对应的方程式来表达[6]。

表1 施工设备优化配置决策变量排列表

4.3 施工机械优化配置目标函数的拟定及结果评析

根据前文介绍的施工设备优化配置建模的约束条件与施工作业设备匹配优化对应函数方程，依托电脑配合运算可得最优化作业设备配置结果是：M11=4，M21=9，M31=7，M12=5，M13=3，M43=7，M41=M22=M53=M24=M34=0。

设备配置目标函数Q=22351，通过运算结果可以得出：

1）对于路基开挖的土方工程施工，TY120型、TY220型与T140型推土机作业设备的数目分别为4套、7套和5套时，其单套班最高运作效率达7 215m3；

2）对于挖填各半的路基施工土方任务，TY120型和WY100型开挖设备的数目分别为6套和9套时，单套班最高工作效率可达4 312m3；

3）对于填土型路基的土方施工任务，TY120型推土设备和CL7型铲倒设备的数目分别为3套和7套时，单套班最高工作效率可达4 335m3；

4）单套施工设备每班能实现的最高工程量可达22351m3，圆满完成三个施工路段路基构建总体任务需要利用施工设备工时72.5台班[7]。

5 筑路机械优化配置的注意事项

当今时期，筑路工程机械化程度已达到前所未有的技术水平，特别是现代网络信息技术及自动、高效、智能化机械控制技术的高速发展，使得公路建设作业设备优化组合过程充实进了很多新的内涵。其极大促进了公路工程建设事业的发展，同时也给筑路建设者们带来了新的挑战。施工人员在对施工机械设计配置方案的时候，应尤其注意以下两个方面：

首先，兼顾多方面因素，注重扬长避短。在合理组合和配置施工设备时，我们不但要依据建设方提供的工程类别、施工规模及建设周期等限制指标，依靠分析和精密运算，快速拟定出符合本工程实际条件的高效设备组合匹配程序，做到扬长避短。其次，综合整个施工过程。在公路实际施工过程中，制约设备组合配置的不确定因素较多，施工约束条件也较复杂，所以要纵观整个施工全过程以便动态调配施工机械作业。使用严谨的数学方法求得的优化配置模型，往往会得出过于苛刻的状态需求，导致放弃了最优的组合配置。故一定要综合考虑，掌握和利用好配置条件，以取得最佳配置成果。

6 结语

依托所构建的施工设备优化配置模型及应用核算案例可知，设备配置结果与初步选取的作业设备配置方案，在具体数量上尚存在着一定幅度的差别，针对某一工程施工初步选配的作业设备在优化配置过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。故这款设备的优化配置模型及选配手段对工程施工决策者具有重要作用，其可为科学调控工程作业进程，最大限度提生设备利用率，减小工程建设投资，压缩施工周期发挥出重要功能。

【1】张宝刚.公路养护机械的维修保养与管理工作探析[J].黑龙江交通科技,2012(6):68.

【2】边巧绒.做好公路养护机械管理工作的方略研究[J].甘肃科技纵横, 2015(10):89.

【3】唐桦林.浅析公路养护机械管理现状及对策[J].民营科技,2014(2): 105.

【4】刘羚丽.浅析农村公路养护机械的现状及合理配置[J].山西科技, 2014(3):125.

【5】刘羚丽.浅析农村公路养护机械的现状及对策合理配置[J].科技与企业,2014(10):156.

【6】马广强.公路养护机械维修与管理分析[J].科技与企业.2013(04)：89.

【7】唐柽云.公路养护机械及机械群静态配置分析[J].交通标准化,2013 (13)：56.

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，工程师，从事筑路机械研究，（电子信箱）306904945@qq.com。