道路工程土石方優(yōu)化調(diào)配模型與工程應(yīng)用探究

李金龍

摘要：隨著我國建筑工程的不斷發(fā)展，道路工程的發(fā)展也越來越快，在道路工程建設(shè)中確保土石方優(yōu)化調(diào)配，能夠有效利用資源，合理地進行土石方調(diào)配，在一定程度上能夠提高道路工程的經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞：道路工程；土石方優(yōu)化；調(diào)配模型；建筑工程；施工成本 文獻標識碼：A

中圖分類號：U416 文章編號：1009-2374（2015）29-0044-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.022

隨著道路工程的快速發(fā)展，如何提高道路工程施工工程中的施工效率，提高資源使用率，減少施工成本變得非常重要。在進行道路工程的施工過程中，采用優(yōu)化的土石方的調(diào)配方案能夠提高工程的經(jīng)濟性。通過對土石方調(diào)配方案的優(yōu)化可以在最大程度上利用開挖出的土石方進行回填，這樣可以保證資源的重復使用，同時在進行土石方優(yōu)化的時候也會選擇一條最近的路線，以此來減少裝運的成本，提高工程的經(jīng)濟性。

1 土石方調(diào)配的基本條件

1.1 土石方調(diào)配的意義及條件

土石方調(diào)配的意義：在進行路基施工中，施工道路的設(shè)計高程和施工現(xiàn)場的原有地面的高程會有所差異，此時我們就可以采用土石方的調(diào)配來解決問題。對于高程較高的地方進行開外，低處回填，以此來確定道路的水平度，在土方開挖過程中產(chǎn)生的廢料或者是進行開挖的土方量過大就會產(chǎn)生廢料，這樣就會造成成本的浪費，有時還會出現(xiàn)開挖量到運輸?shù)攸c距離過大的現(xiàn)象，為了防止此類問題的發(fā)生，我們就要對土方的開挖進行一定的規(guī)劃，使土方的開挖量滿足于回填量，同時又可以選擇一條最短的運距，盡可能的減少土方的浪費，和運距偏大導致的經(jīng)濟浪費等現(xiàn)象。

土石方的調(diào)配包括是施工的組織和管理兩個方面。土石方調(diào)配的基礎(chǔ)條件是工程的設(shè)計方案。工程的進度計劃、施工的技術(shù)水平和施工機械及施工道路等方面。優(yōu)化的土石方的調(diào)配對工程的進度、工程的成本以及工程區(qū)域的水土流失、景觀和噪音及粉塵等環(huán)境污染等因素都有一定的影響。

工程進度：工程進度的計劃對確定施工的平面布置及施工的先后順序有著重要的作用。

工程的基本設(shè)計方案：工程的基本設(shè)計方案是決定施工要求和土石方調(diào)配工程量的主要限制條件和約束的因素。

道路系統(tǒng)的布置：道路系統(tǒng)的布置會直接影響到運輸費的多少，對運輸?shù)耐緩竭M行優(yōu)化，能夠有效的節(jié)約經(jīng)濟，達到資源利用最大化。

施工的技術(shù)水平：施工的技術(shù)水平會直接影響到土石方用料的程度，是土石方技術(shù)優(yōu)化的邊界因素。

施工機械的組合與配套：機械的使用會直接影響到土石方調(diào)配系統(tǒng)的開挖和回填的費用。

土石方調(diào)配模型的好壞會影響道路工程中多個因素，如工程成本、工程的進度、工區(qū)的景觀、噪音和粉塵污染、工區(qū)新增的水土流失量等方面。

1.2 土石方調(diào)配的影響因素

土石方調(diào)配方案的好壞會直接影響到土石方調(diào)配中所使用的費用，與此同時，一個合理的優(yōu)秀的土石方的調(diào)配系統(tǒng)可以有效地防止道路堵塞、多次倒運和料物不足等問題，以此來保證道路工程的正常進行。由于在道路工程中會大規(guī)模的對土方進行開挖和回填，這樣就會影響到周邊的環(huán)境，因此在進行土方優(yōu)化調(diào)配的過程中，通過控制土方的開挖量能夠有效地減少因土方開挖而對周圍環(huán)境造成的影響。在施工過程中，各種機械相互協(xié)調(diào)進行，難免會產(chǎn)生很多的噪音，這時我們就可以通過土石方調(diào)整方案的優(yōu)化，采取一定的措施，以此來減少噪音和粉塵的污染。在進行道路的施工過程中，受一些施工措施的影響，如開挖斷面、棄渣場等工區(qū)會產(chǎn)生水土流失的問題，這樣采用土石方的優(yōu)化都可以對這些問題進行有效的解決。

2 道路工程的土石方優(yōu)化的調(diào)配模型

土石方的優(yōu)化模型是通過建立優(yōu)化的調(diào)配模型，來盡可能地使施工費用達到最小化的土石方的調(diào)配方式。土石方的優(yōu)化的調(diào)配模型在一定程度上能夠使材料利用率達到最大化，從而實現(xiàn)道路工程的經(jīng)濟性。土石方優(yōu)化的調(diào)配模型和傳統(tǒng)的調(diào)配模型有著很大的區(qū)別，采用土石方優(yōu)化調(diào)配模型能夠更好地控制土石方的用量，保證道路工程的經(jīng)濟性，同時該方式通過建立模型的形勢，能夠更加清晰地觀察到土方調(diào)配的優(yōu)化方式。在進行土方優(yōu)化調(diào)配模型的建立中，大部分數(shù)據(jù)都比較容易獲得，獲得數(shù)據(jù)后通過簡單的統(tǒng)計和計算就可以得到一個優(yōu)秀的土石方優(yōu)化的調(diào)配方案，從而滿足道路工程中對土石方調(diào)配的要求。

2.1 建立模型的準備工作

2.1.1 劃分運輸?shù)木嚯x：在進行土石方優(yōu)化之前，我們要充分考慮土石方工程的起點和終點之間存在的距離，在距離選擇時盡量選擇一條較短的距離，以此來保證運輸?shù)慕?jīng)濟性。如果工程規(guī)模很大，有很多數(shù)據(jù)需要進行統(tǒng)計，這時我們可以選擇建立坐標系的方式，在坐標系上對各個開挖點以及填筑點間的距離進行計算，選擇一條可以減少工程量的路線。

2.1.2 注意土體的密實度：不同區(qū)域內(nèi)土體的性質(zhì)都不同，土石方的體積和密實度都會受土體的影響產(chǎn)生一定的差距，因此在進行土石方優(yōu)化調(diào)配的時候，要注意考慮的土體的性質(zhì)，將土體不同的性質(zhì)進行歸納總結(jié)，確保工程的順利進行。

2.1.3 廢料區(qū)的設(shè)置：在進行土方開挖的過程中會產(chǎn)生一定的廢料，此時就需要一個適當?shù)膮^(qū)域來進行企圖的分配。廢料區(qū)是土石方調(diào)配過程中不可忽視的一部分，在進行廢料區(qū)的布置的時候，應(yīng)該全方面考慮多種因素。比如運距問題和數(shù)量問題等。產(chǎn)生的廢料是不能使用的，因此在建設(shè)模型的時候，應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的廢料區(qū)，這個區(qū)位存放開挖的廢料。

2.1.4 開挖區(qū)和回填區(qū)的合理分布：將開挖區(qū)和回填區(qū)內(nèi)相對較為集中的路線作為土石方量的中心，也就是坐標軸上的一點。由于施工過程的開挖區(qū)和回填區(qū)的位置都是離散型分布的，也就是說在坐標軸上任意一點的開挖區(qū)和回填區(qū)都應(yīng)相應(yīng)的開挖量和回填量。在進行土石方優(yōu)化調(diào)配中應(yīng)盡可能保證開挖量和回填量較小。

2.2 土方優(yōu)化調(diào)配模型的優(yōu)化

在進行模型的優(yōu)化主要有以下五個步驟：

2.2.1 對各個區(qū)域進行系統(tǒng)的編號：土方優(yōu)化調(diào)配的過程中主要涉及到以下幾個區(qū)域：填筑區(qū)域、開挖區(qū)域、棄土區(qū)域、借土區(qū)域以及廢料區(qū)域，我們要分別對這些區(qū)域進行編號：

填筑區(qū)的編號（J個）：j=1，2，…，J；

開挖區(qū)的編號（I個）：i=1，2，…，I；

棄土區(qū)的編號（L個）：l=1，2，…，L；

借土區(qū)的編號（K個）：k=I+1，I=2，…，I+K；

廢料區(qū)的編號（T個）：t=I+K+1，I+K+2，…，I+K+T。

進行完各個區(qū)域的劃分之后就該對土石方的優(yōu)化調(diào)配采用一定的措施。

2.2.2 設(shè)立目標函數(shù)：采用土石方優(yōu)化調(diào)配模型能夠?qū)崿F(xiàn)土石方在調(diào)配過程中使費用達到最小。我們首先要確定開挖回填的區(qū)域，以及這些區(qū)域所需要的固定費用，在進行方案的優(yōu)化時，我們可以通過進行運距的選擇優(yōu)化和土方的開挖回填的優(yōu)化來減少施工費用。

2.2.3 土方優(yōu)化的決策變量：土方優(yōu)化的決策變量是從借土區(qū)域、廢料區(qū)域、開挖區(qū)域當中進行一定的調(diào)配，將料量運輸?shù)綏壨羺^(qū)域還有填筑區(qū)域，即從開挖區(qū)域或者是借土區(qū)域以及廢料區(qū)域m處運輸?shù)綏壨羺^(qū)域或者是填筑區(qū)域n處所需的土石方的用量。數(shù)學表達式為：p（m，n）。其中：

m=1，2，…，I，I+1，…，I+K，I+K+1，…，I+K+T；

n=1，2，…，J，J+1，…，J+L。

2.2.4 優(yōu)化模型的分析：在進行模型優(yōu)化的分析中，我們要獲得一些模型的參數(shù)，比如說土方調(diào)配的運距和土方調(diào)配的數(shù)量，這些參數(shù)的獲取方式都比較簡單，因此利用土方優(yōu)化調(diào)配模型對土石方的開挖和回填進行優(yōu)化就變得更為切實可行。

2.2.5 土方優(yōu)化模型求解：當我們建立好土石方的調(diào)配模型后，我們就能夠清楚的觀察到土石方的運距和土石方的開挖回填量，這樣一個線性規(guī)劃的模型能夠清楚的表現(xiàn)出土方調(diào)配的方案，我們選擇一個消耗最少，成本最低的方案后按照相關(guān)公式進行求解，得到一個土石方優(yōu)化調(diào)配的方案。

3 工程應(yīng)用實例

某公路為小區(qū)對外樞紐的對外通道，施工期間，該道路主要負責貨物材料的運輸，建成之后會成為該小區(qū)的永久的交通道路。該道路全長20km，按照國家公路設(shè)計標準為三級。路面的結(jié)構(gòu)材料為混凝土，三車道，路面寬10.5m，根據(jù)相關(guān)設(shè)計和規(guī)范，對該道路的土石方情況進行調(diào)配。

用傳統(tǒng)的道路的設(shè)計規(guī)范和該道路所處的地理環(huán)境進行分析，對棄土區(qū)和借土區(qū)進行一定的控制和布置，先通過傳統(tǒng)的計算方式進行土石方的調(diào)配，我們之后采用的方式是土石方優(yōu)化的調(diào)配模型。采用這種模型之后，我們不難發(fā)現(xiàn)這兩個計算方式有著很大的差別，在進行優(yōu)化模型的調(diào)配后，借土區(qū)和棄土區(qū)的開挖量都會有所減少，開挖出的土方量能夠最大限度的進行回填，以此來減少棄土所占面積和借土的多少，讓建筑成本有所下降。該道路施工規(guī)劃中的土石方工程量如表1所示。該工程有3個開挖區(qū)、3個填筑區(qū)、1個采土區(qū)、1個棄土區(qū)?；诒疚乃⒌哪Ｐ鸵约肮こ虒嵗臄?shù)據(jù)，建立該道路工程的土石方調(diào)運線性規(guī)劃模型，并通過單純型法的求解進行過土方調(diào)配的情況如表2所示：

該道路工程通過對土石方優(yōu)化的調(diào)配模型下進行分析，減少了借土區(qū)的開挖量和棄土區(qū)的土方含量，一定程度上減少了借土區(qū)和棄土區(qū)的用地范圍和開挖量，同時該道路工程選擇了一條合理的運距，盡可能地利用開挖出的土進行回填，降低工程建設(shè)的成本，提高了道路建設(shè)的經(jīng)濟性，同時由于采用了合理的土方優(yōu)化的調(diào)配方案，有效地控制了道路施工的過程中對周圍環(huán)境的影響。該道路設(shè)計在優(yōu)化過程中所需要的數(shù)據(jù)都比較容易獲得，對滿足工程的需求具有建設(shè)性的意義。

4 結(jié)語

在進行道路土石方優(yōu)化的調(diào)配模型的建立中，要根據(jù)工程的實際情況，按照一定的模型進行數(shù)據(jù)分析。在進行分析的同時不光要考慮到土方的開挖和回填的數(shù)量，還要做好運距的調(diào)整，以此來降低工程的成本，達到成本最優(yōu)化。綜上所述，可見土石方優(yōu)化調(diào)配在工程中的重要性。

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（責任編輯：陳 倩）