筑路機械合理配置的優(yōu)化方案研究

王文政

（衡水公路工程總公司，河北 衡水053000）

筑路機械合理配置的優(yōu)化方案研究

王文政

（衡水公路工程總公司，河北 衡水053000）

在公路建設的施工過程中，恰當、合理的配置作業(yè)設備至關重要，一方面，其是提高筑路施工效率的關鍵因素，另一方面，其技術含量高且難度大，是考驗施工人員和技術人員的重要工作環(huán)節(jié)?；诖?，論文以筑路機械的合理配置為研究對象，分析施工機械配置的常規(guī)性手段和要求，進而運用優(yōu)化和運籌方法構建一套優(yōu)化決策模型，并將其應用于具體實踐性工程，以檢驗筑路機械合理配置的優(yōu)化決策的有效性和價值。

筑路設備；優(yōu)化配置；實施決策

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

1 引言

在公路工程建設過程中，施工設備的合理組合與配置是一項難度大且繁雜的工作，其要求施工組織者必須具備較高的專業(yè)技術水平和工程建設經(jīng)驗。一般，其工作程序主要由兩部分構成：一是依據(jù)施工類型確定設備的種類，二是通過評估工程規(guī)模和作業(yè)量對所需設備的數(shù)目進行組合和配置。工程組織者依據(jù)施工機械的不同功能和工作效率，運用常規(guī)的核算手段予以組合。然而，此種機械配置方法已難以達到目前設備組合的優(yōu)配要求、甚至會影響設備工作效率的極致發(fā)揮。因此，研究并開發(fā)新型、有效的優(yōu)配方略已成為筑路工作的重要內容之一。

2 筑路機械的優(yōu)化配置

筑路機械的優(yōu)化配置，主要是指在工程建設過程中，以作業(yè)設備群體為研究目標，依托概率運算、邏輯思維、系統(tǒng)控制、比擬仿效等手段，通過深入考量、評估、研判等過程，構建系統(tǒng)運作模型，并且選取最優(yōu)化措施以獲取其實效運算結果，將設備系統(tǒng)中各類型裝備及設施在性能指標上取長補短、密切配合，在工作程序上恰到好處、精準發(fā)力，進而獲取工藝上先進、操作時穩(wěn)定、投資小成效高的作業(yè)設備集群體系。

一般情況下，施工設備的選擇與合理配置以筑路工程規(guī)模和建設進度為標準，同時，還需考慮到施工設備的維護保養(yǎng)成本、所需操作配員、安全穩(wěn)定指標要求以及轉運、組裝、調試和控制的標準規(guī)程、注意事項、便捷情況等，尤其還要控制好保護環(huán)境質量這一關?？偨Y施工設備配置的一般流程為：認清工程總量——依照工程施工總量展開施工設備的初步選型——構建設備組合方案模型，實施設備的優(yōu)質選配[1]——擬定優(yōu)化選配方案。

3 筑路機械優(yōu)化配置模型的建構

3.1 筑路機械優(yōu)化配置模型的建構規(guī)則

依照我國筑路施工的設備條件，運用優(yōu)化和運籌方法構建一套新型的施工機械優(yōu)化配置模型，除滿足設備選配的常規(guī)性原則之外，還需遵循以下幾項規(guī)則：

1）應符合筑路施工過程對設備需求規(guī)模的要求，同時還需嚴防設備選配與用量上的無計劃性。針對相異的施工對象與工程規(guī)模，應采取不同類型、不同數(shù)目的施工裝備，以便符合工程建設作業(yè)的需求[2]。

2）在對所需作業(yè)設備總量進行核實后，應合理選擇各機型所選配的比例，依照工程作業(yè)指標、總量、場地及計劃的需要，確定各不同機型所用的匹配數(shù)量。

3）由于受到設備數(shù)量固定的限制，對一個工程或多個工程要選配一類或多類互有區(qū)別的設備配置模式[3]。

3.2 筑路機械優(yōu)化配置的建模

本文采用優(yōu)化和運籌方法構建一套優(yōu)化決策模型，并通過定性分析和定量計算，甄選出合適的機群配置方案、以保證機械的配置達到最優(yōu)。一般，在作業(yè)設備優(yōu)化配置方案模型中，通常按不同施工內容的設備類型、施工對象及臺班出力率做為選配方案中的變量因素，將施工設備的有限存有量作為限制參數(shù)，將工程規(guī)?；蚴┕た偭颗c施工期限作為被動變化函數(shù)[4]。

擬定作業(yè)于第m項工程的第n類設備有Mnm套，總體工程竣工期限所需時間為X，各類設備單元時間內施工的工程量為Q，S為臺班生產率，欲實現(xiàn)單元時間內最大的工程作業(yè)量，而且實現(xiàn)各個工程段能同步完成其工作量，設備優(yōu)化匹配的方案模型為：

約束條件包含：配置的機械數(shù)量（Mnm）不能高于共有機械數(shù)量；配置的機械數(shù)量必須大于0，且必須取整數(shù)；單日作業(yè)能力必須高于其緊后工序單日作業(yè)能力。式中，Snm表示第m項工程的第n類設備的臺班生產率，a為施工設備類型，b為任務量。

4 筑路機械合理配置在實際工程中的應用

河北102國道某改建區(qū)間路基施工工程，通過勘測，工程隊確定此區(qū)間路基建設應分3段施工來完成，分別是：采取挖土方式建設的路基，工程量為52×104m3，挖掘深度低于0.6m以下；挖掘和填土兩種樣式工程量各占一半的，合并工程量為32×104m3，屬中級土壤類型；單獨填土方式建設路基，其工程量為32×104m3[5]。此筑路工程隊具備TY120型推土設備12套，在此區(qū)間路基工程三個施工段的臺班施工效率分別為315m3、219m3、335m3；TY220型推土設備10套，其在三段路基施工中的臺班施工效率分別為522m3、348m3、515m3；T140推土設備8套，分別在上述三段路基施工的臺班工作效率分別是215m3、420m3、315m3。

4.1 施工設備的初始選配

依照路基施工的作業(yè)特點和工程設備的選配規(guī)則以及各類設備的工作特性對施工設備實施組合與配置，配置方式見圖1所示。

圖1設備作業(yè)工程量分配

圖1代表了各類型設備與施工任務之間的匹配，其各單條直線代表一類設備匹配的適宜方式，給后續(xù)最優(yōu)化設備配置方案在模型構建中配比變量的確定創(chuàng)造了條件。

4.2 施工機械優(yōu)配方案中的變量選取及限制參數(shù)的擬定

施工設備優(yōu)配方案的實際選取見表1所示。

設備優(yōu)化組合與配置限制參數(shù)的擬定包括施工單位擁有的作業(yè)機械臺數(shù)限制及施工期限作業(yè)時間的限制，其分別可

用對應的方程式來表達[6]。

表1 施工設備優(yōu)化配置決策變量排列表

4.3 施工機械優(yōu)化配置目標函數(shù)的擬定及結果評析

根據(jù)前文介紹的施工設備優(yōu)化配置建模的約束條件與施工作業(yè)設備匹配優(yōu)化對應函數(shù)方程，依托電腦配合運算可得最優(yōu)化作業(yè)設備配置結果是：M11=4，M21=9，M31=7，M12=5，M13=3，M43=7，M41=M22=M53=M24=M34=0。

設備配置目標函數(shù)Q=22351，通過運算結果可以得出：

1）對于路基開挖的土方工程施工，TY120型、TY220型與T140型推土機作業(yè)設備的數(shù)目分別為4套、7套和5套時，其單套班最高運作效率達7 215m3；

2）對于挖填各半的路基施工土方任務，TY120型和WY100型開挖設備的數(shù)目分別為6套和9套時，單套班最高工作效率可達4 312m3；

3）對于填土型路基的土方施工任務，TY120型推土設備和CL7型鏟倒設備的數(shù)目分別為3套和7套時，單套班最高工作效率可達4 335m3；

4）單套施工設備每班能實現(xiàn)的最高工程量可達22351m3，圓滿完成三個施工路段路基構建總體任務需要利用施工設備工時72.5臺班[7]。

5 筑路機械優(yōu)化配置的注意事項

當今時期，筑路工程機械化程度已達到前所未有的技術水平，特別是現(xiàn)代網(wǎng)絡信息技術及自動、高效、智能化機械控制技術的高速發(fā)展，使得公路建設作業(yè)設備優(yōu)化組合過程充實進了很多新的內涵。其極大促進了公路工程建設事業(yè)的發(fā)展，同時也給筑路建設者們帶來了新的挑戰(zhàn)。施工人員在對施工機械設計配置方案的時候，應尤其注意以下兩個方面：

首先，兼顧多方面因素，注重揚長避短。在合理組合和配置施工設備時，我們不但要依據(jù)建設方提供的工程類別、施工規(guī)模及建設周期等限制指標，依靠分析和精密運算，快速擬定出符合本工程實際條件的高效設備組合匹配程序，做到揚長避短。其次，綜合整個施工過程。在公路實際施工過程中，制約設備組合配置的不確定因素較多，施工約束條件也較復雜，所以要縱觀整個施工全過程以便動態(tài)調配施工機械作業(yè)。使用嚴謹?shù)臄?shù)學方法求得的優(yōu)化配置模型，往往會得出過于苛刻的狀態(tài)需求，導致放棄了最優(yōu)的組合配置。故一定要綜合考慮，掌握和利用好配置條件，以取得最佳配置成果。

6 結語

依托所構建的施工設備優(yōu)化配置模型及應用核算案例可知，設備配置結果與初步選取的作業(yè)設備配置方案，在具體數(shù)量上尚存在著一定幅度的差別，針對某一工程施工初步選配的作業(yè)設備在優(yōu)化配置過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。故這款設備的優(yōu)化配置模型及選配手段對工程施工決策者具有重要作用，其可為科學調控工程作業(yè)進程，最大限度提生設備利用率，減小工程建設投資，壓縮施工周期發(fā)揮出重要功能。

【1】張寶剛.公路養(yǎng)護機械的維修保養(yǎng)與管理工作探析[J].黑龍江交通科技,2012(6):68.

【2】邊巧絨.做好公路養(yǎng)護機械管理工作的方略研究[J].甘肅科技縱橫, 2015(10):89.

【3】唐樺林.淺析公路養(yǎng)護機械管理現(xiàn)狀及對策[J].民營科技,2014(2): 105.

【4】劉羚麗.淺析農村公路養(yǎng)護機械的現(xiàn)狀及合理配置[J].山西科技, 2014(3):125.

【5】劉羚麗.淺析農村公路養(yǎng)護機械的現(xiàn)狀及對策合理配置[J].科技與企業(yè),2014(10):156.

【6】馬廣強.公路養(yǎng)護機械維修與管理分析[J].科技與企業(yè).2013(04)：89.

【7】唐檉云.公路養(yǎng)護機械及機械群靜態(tài)配置分析[J].交通標準化,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，工程師，從事筑路機械研究，（電子信箱）306904945@qq.com。