瀝青混凝土路面施工工藝及機(jī)群協(xié)同作業(yè)

余 銓

（安徽中橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230051）

引言

在公路工程施工過(guò)程中，由于瀝青混凝土路面屬于線性工程，涉及的關(guān)鍵工序多，使用的設(shè)備多[1]，科學(xué)合理地確定施工工藝以及正確配置施工機(jī)械資源成為目前市政公路瀝青混凝土路面需要面對(duì)的首要問(wèn)題，它不僅是節(jié)約經(jīng)濟(jì)造價(jià)的需要，也是以遵從施工工藝的客觀工作規(guī)律的必然要求，對(duì)于提高大量的瀝青混凝土路面施工機(jī)群的協(xié)同作業(yè)效率具有十分重要的意義[2]。

1 基于最小二乘向量機(jī)的瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)問(wèn)題求解

根據(jù)拉格朗日算法和KKT 條件，得到問(wèn)題的優(yōu)化以及權(quán)向量w 的解答如方程（2）～方程（4）所示。

采用Mercer 條件的對(duì)稱函數(shù)將方程（4）轉(zhuǎn)化為線性函數(shù)進(jìn)行求解，如方程（5）、方程（6）所示。

運(yùn)用最小二乘法對(duì)線性函數(shù)進(jìn)行求解，得到方程（6）的計(jì)算結(jié)果如方程（7）所示。

基于最小二乘向量機(jī)（LS-SVM）的瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)問(wèn)題求解流程[4]，見(jiàn)圖1。首先確定瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)問(wèn)題分析模型，選擇適當(dāng)?shù)臑r青混凝土路面機(jī)械設(shè)備配置目標(biāo)函數(shù)，比如施工質(zhì)量目標(biāo)函數(shù)、施工成本目標(biāo)函數(shù)、施工效率目標(biāo)函數(shù)等，隨后根據(jù)配置模型，確定各個(gè)隨機(jī)變量的概率分布和分布參數(shù)，超參數(shù)γ 和核函數(shù)參數(shù)的取值，即可確定了瀝青混凝土路面機(jī)械設(shè)備配置的功能函數(shù)（目標(biāo)函數(shù)的閾值函數(shù)），利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和有限元程序選定學(xué)習(xí)樣本，并根據(jù)學(xué)習(xí)樣本抽取一定的數(shù)據(jù)容量作為檢測(cè)樣本，將檢測(cè)樣本與最小二乘向量機(jī)法的學(xué)習(xí)條件進(jìn)行對(duì)比，確定是否滿足學(xué)習(xí)和訓(xùn)練條件，如果否，則應(yīng)重新確定超參數(shù)γ 和核函數(shù)參數(shù)，如果是則進(jìn)入正常的估算環(huán)節(jié)。依據(jù)各個(gè)隨機(jī)變量的概率分布，隨機(jī)抽樣產(chǎn)生多組隨機(jī)數(shù)，利用LS-SVM 非線性估計(jì)函數(shù)，計(jì)算各組隨機(jī)數(shù)所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)量，隨后將隨機(jī)變量和對(duì)應(yīng)的響應(yīng)量代入功能函數(shù)Z，計(jì)算Z≤0 的數(shù)量，由此得到瀝青混凝土路面機(jī)械設(shè)備的最優(yōu)配置與協(xié)同作業(yè)方案[5]。

圖1 基于最小二乘向量機(jī)（LS-SVM）的瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)問(wèn)題求解流程

2 工程應(yīng)用案例分析

安徽省某公路改擴(kuò)建工程CL01 標(biāo)段主線全長(zhǎng)13.634 km，起訖樁號(hào)K993+464.549～K993+475.135。采用雙向八車道公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度120 km/h，路基標(biāo)準(zhǔn)寬度42 m，線路的平面布置，見(jiàn)圖2。路基橫斷面全部為整體式斷面，現(xiàn)有路基寬度為28 m，加寬后路基橫斷面組成為：中央分隔帶寬度為3.0 m，左側(cè)路緣帶寬度為2×0.75 m，行車道寬度為2×（4×3.75）m，硬路肩寬度（含右側(cè)路緣帶寬度2×0.5 m）為2×3.0 m，土路肩寬度為2×0.75 m，行車道、路緣帶、硬路肩路拱橫坡為2.0%，土路肩橫坡為3.0%[6]。

圖2 工程線路平面布置圖

圖3 為基于最小二乘向量機(jī)（LS-SVM）的瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)計(jì)算結(jié)果。從圖3a 中可以看出，拌合站每小時(shí)的瀝青混凝土生產(chǎn)量基本服從正太分布，在每小時(shí)生產(chǎn)瀝青混凝土102.0 t～108.0 t 的頻次最大，為18 臺(tái)拌合站，并逐步先兩側(cè)減小，在每小時(shí)生產(chǎn)瀝青混凝土83.0 t～89.0 t、120.5 t～127.0 t 兩個(gè)區(qū)間出現(xiàn)的頻次最小，均為4 臺(tái)拌合站。因此可以用正太分布函數(shù)進(jìn)行表達(dá)，如方程（8）所示

從圖3b 中可以看出，由于運(yùn)料汽車在抵達(dá)拌和站時(shí)，需要進(jìn)行排隊(duì)等待，并按照順序進(jìn)行裝車，經(jīng)過(guò)計(jì)算每輛運(yùn)料汽車的裝載時(shí)間的并不相等，每車運(yùn)料汽車裝載瀝青混凝土消耗的時(shí)間呈負(fù)指數(shù)降低的趨勢(shì)。因此可以將裝車時(shí)間函數(shù)按方程（9）計(jì)算

同樣地，從圖3c 中可以看出，攤鋪機(jī)攤鋪每當(dāng)量車瀝青混凝土消耗時(shí)間規(guī)律與每車運(yùn)料汽車裝載瀝青混凝土消耗的時(shí)間一致，也呈現(xiàn)負(fù)指數(shù)降低的趨勢(shì)。每當(dāng)量車瀝青混凝土攤鋪機(jī)需要消耗1.0 min～2.5 min 中的頻次最大，為36 臺(tái)，而消耗9.6 min～11.0 min 的頻次最小，為4 臺(tái)，可以將攤鋪機(jī)攤鋪每當(dāng)量車瀝青混凝土消耗時(shí)間函數(shù)按方程（10）計(jì)算

在實(shí)際的瀝青混凝土路面施工中，由于瀝青混凝土材料運(yùn)達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之后，是按照攤鋪、初壓、復(fù)壓、終壓等工序進(jìn)行，具有一定的流水節(jié)拍，導(dǎo)致壓實(shí)單位長(zhǎng)度的瀝青混凝土路面時(shí)間不同，在實(shí)際統(tǒng)計(jì)中，按照壓實(shí)10 m 進(jìn)行考慮。從圖3d 中可以看出，壓路機(jī)壓實(shí)每10 m 瀝青混凝土路面消耗時(shí)間呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，因此時(shí)間函數(shù)可以按方程（11）計(jì)算

圖3 基于最小二乘向量機(jī)的瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)論

以安徽省某公路瀝青混凝土路面施工為研究對(duì)象，在分析瀝青混凝土路面施工關(guān)鍵施工工藝的基礎(chǔ)上，基于最小二乘向量機(jī)的瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)問(wèn)題求解，得到以下幾個(gè)結(jié)論。

（1） 瀝青混凝土路面的關(guān)鍵施工工藝涉及到瀝青混合料的拌和、運(yùn)輸、攤鋪、初壓、復(fù)壓、終壓等工序，因此涉及到的施工機(jī)械類型以及數(shù)量眾多，主要設(shè)備有瀝青混凝土拌合站、運(yùn)料汽車、轉(zhuǎn)運(yùn)車、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)等[7]。

（2） 基于最小二乘向量機(jī)的瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)問(wèn)題進(jìn)行求解，結(jié)果表明，拌合站產(chǎn)量可以用正太分布函數(shù)進(jìn)行表達(dá)，運(yùn)料汽車和攤鋪機(jī)的時(shí)間函數(shù)可以用負(fù)指數(shù)進(jìn)行表達(dá)，而的壓路機(jī)壓實(shí)每10 m 瀝青混凝土路面消耗時(shí)間呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。