论文部分内容阅读
摘 要：随着我国经济的飞速发展和科技的进步，我国道路的发展与建设已经不可同日而语，公路建设中的机械化程度越来越高，论文论述了在公路路面施工中施工机械的优化配置方案，具体讨论了施工机械的选择原则和配置原则，并且建立了优化配置的模型，并通过工程实例，合理有效地优化配置方案。
关键词： 公路路面；施工机械；优化配置；数学模型
中图分类号：TU74
1.引言
施工机械作为完成各项施工项目的主要工具，是加速工程进度、确保工程安全和质量、改善劳动条件、提高经济效益、合理安排工程成本的关键装备。一般公路路面施工机械的关键设备包含摊铺设备、沥青混凝土搅拌设备、运输和碾压设备，必须经过四方面工艺环节的相互配合，才能有效的完成工程项目。四个工艺环节既密切关联又互相制约，对配合的熟练程度要求较高，任何一个环节得疏漏或配合不当，都有可能拖延项目施工，严重的甚至会瘫痪整个施工系统；此外，由于这些机械设备大多专用于公路施工，每一种机械只能用于单项或少数相近的工程，其使用范围必然具有一定的局限性，这就直接导致了施工设备的数量多、耗资大的问题。笔者结合近年的学习工作经验，将详细探究分析公路路面施工机械的优化配置方法。
2.施工机械设备配置的原则
公路路面施工机械受气象环境、土质条件、运距远近、作业条件等各方面因素的制约和影响， 选用在满足施工的条件下，尽量减少设备的闲置和浪费，实现经济效益的最大化。
2.1 施工机械型号、规格的选择
当施工强度高、工程量大、施工适合大型机械作业的条件时， 考虑到要获得良好的经济效益，宜选用大型机械，但是大型机械若发生停事故，对施工整体进程的影响也比较严重；而选用小型机械设备，适应性强、容易获得， 适投入生产的周期较短，但生产率相对较低。
2.2施工机械应适合作业条件
依据施工对象运输条件、场地大小、特点、规模等施工条件， 所选设备的性能和生产能力必须满足施工强度， 施工质量要达到设计要求，以便充分发挥施工机械的效率。
2.2.1 路面施工机械的配置目标
参与施工的机械相互之间的生产能力应能配套， 形成有效的机械化工艺流程， 便于施工组织调度，充分发挥各种机械的效能，使组织配套科学合理，工序流程衔接有序，达到机械运行的稳定协调。
2.2.2 施工机械的技术要求
施工机械设备安全环保、技术先进，且经济指标较好。在可以达到施工质量的前提下， 尽量选择通用的施工设备。
2.2.3正确处理进口机械与国产机械的关系
在可以满足工程需要的前提下， 且性能能够维持稳定，应优先选择国产机械。但对于工程质量要求高，而国产机械又不能完成的工程， 应选择进口机械。
2.2.4协调好机械设备租用与调拨的关系
只要在可以保证施工质量、使用可靠、性能配套、安全生产的前提，优先选择内部设备， 但就工程量小、间断的情况可适当考虑外租设备。
3.优化模型
主导工作的机械设备决定了施工方法、方式、工程的进度和施工质量，并且很大程度的决定了整个施工系统的效益。因而公路施工设备的配置与选型是否合理， 对于按照施工要求完成任务、提高施工设备的利用率、提高经济效益而言，具有非常重要的意义。为充分发挥机械设备的性能、合理配置机械设备和施工设备之间的参数，消除重复投资造成的浪费，提升效益，建立优化配置的数学模型。
路面施工机械的配备应依据施工方法和工艺、路面结构类型、工程数量及环境条件、材料种类、生产工期等因素来确定。公路路面施工的工序一般有：运输、集料拌和、摊铺和碾压。相应的施工设备有运输车辆和碾压设备、沥青混凝土搅拌设备和摊铺设备，主导的施工设备为沥青混凝土搅拌机械，该类设备的生产性能决定了后续工作需配套的机械设备的类型、生产能力和数量。由于施工现场的原因，一般碾压设备无需进行优化配置，如下将以沥青混凝土搅拌设备、运输车辆和摊铺设备三种设备的生产性能等参数为中心，以路面工程量作为基础，探索公路路面施工机械设备的优化配置模型。
以公路路面工程所需的生产能力为Qm ，而公路路面施工机械设备不同类型的数量
N1 ，N2 ， N3等，性能参数为C1， C2 ，C3等， 为了满足公路施工的生产能力Qm，相对于公路路面施工机械，其生产能力必须大于工程班所需的生产能力，满足的下式：
N1C1 + N2C2 + N3C3 + …≥Qm
3.1.1 沥青混凝土搅拌设备的性能模型
混凝土搅拌设备的生产性能有
NjiCjihjAj≥Qm
令aj = NjiCjihjAj/ Qm
则aj≥1
Nji—搅拌机械的数量
hj—工作时间
Aj—搅拌设备的系数
Cji—搅拌设备类型的生产能力
aj—搅拌设备系数；
3.1.2 摊铺设备的生产性能模型
沥青混凝土摊铺机械设备的拌和能力比理论上的摊铺能力比小得多， 但其实际摊铺量由摊铺厚度、宽度、速度等三个方面， 可以运用混凝土摊铺设备生产性能的经验公式，
NpiCpi≥ Qm
依据生产性能有
Cpi= 36VtCbhhpAp
令B2= 36VtCbhhpAp/Qm
ap= B2Npi≥1
其中ap—摊铺设备的系数；
Ap—时间利用系数
hp—摊铺设备工作时间
b—摊铺宽度
h—摊铺厚度（上层厚度和下层厚度，并且在计算时要分开计算） Npi—摊铺设备的数量
V t—摊铺速度（一般而言，下层的摊铺速度2.2m/s左右，上层的摊铺速度为2.10～2.34 m/ s） C—沥青混凝土密度
3.1.3 运输车辆的生产性能模型
路面施工所用的混凝土运输车辆采用自卸汽车，由于拌和站一般设在标段中点，所以考虑到经济性，运距应为最大运距的百分之八十，其公式有
NqiCqi≥ Qm
根据其生产性能，有
B3 = 60Ghqk1k2/ [（t1 + 2t2 + t3 + t 4） k3Qm]
Cqi = 60Ghqk1k2/[（t1 + 2t2 + t3 + t4）k3]
整理得
aq = NqiGB3≥1
其中aq— 运输车辆的系数；
Cqi— 车辆的生产性能
Nqi— 车辆数量
hq—工作时间
G— 车辆的载重
t1— 摊铺车料时间
t2—在搅拌站与摊铺机途中行驶时间
t3—车辆等待时间
t4—摊铺处等待卸载的时间
k1—车辆载重系数；
k2—车辆时间利用系数；
k3—车辆备用系数；
4.模型应用
一般而言，公路路面施工设备的优化配置模型，就不同的公路路面，其各项参数的影响程度并不是完全一致的，但是具体的施工路面，各种机械设备的影响系数可以进行确定。在分析一个路面施工项目时，可以分别研究机械设备的数量、性能和路面施工的规模，进而进行优化配置，然后依据所列出目标函数和约束条件来计算出优化配置的结果。
依据以上的分析结果，可以得出以下四个结论：建立的数学模型可用来检验公路路面施工机械能否满足优化配置的要求；如果在该数学模型是正确有效的前提下，当公路路面施工机械需要优化配置时，一般以路面工程量作为基础，在可以保证施工工程量的情况下，尽量使得各种机械的富余系数差达到最小，寻求最佳的经济效益；依据其数学模型计算的优化结果，必须要综合路面施工的气象条件、土质条件、作业内容和运距远近等现实情况来确定最佳的优化方案；由于其数学模型的不是一成不变的，具有受不同因素影响变动的可能性，可根据实际情况灵活处理不同因素的系数和因子。
5.结论
在公路路面机械化施工项目中， 经过对机械施工设备的优化配置， 使工作中的机械设备的作用得到充分的发挥，尽量减少施工机械的浪费现象，节约施工项目的成本，间接达到提高工程项目的经济效益。
参考文献：
[1]孙赫.沈海沥青路面施工质量的控制技术研究.沈阳建筑大学学报.2012-03-01
[2]田景波，许超.沥青路面施工机械优化配置分析.商品混凝土.2012-10-15
[3]施瑾.浅谈路面施工中最经济的机械设备组合方案.科技信息学报.2013-07-15
关键词： 公路路面；施工机械；优化配置；数学模型
中图分类号：TU74
1.引言
施工机械作为完成各项施工项目的主要工具，是加速工程进度、确保工程安全和质量、改善劳动条件、提高经济效益、合理安排工程成本的关键装备。一般公路路面施工机械的关键设备包含摊铺设备、沥青混凝土搅拌设备、运输和碾压设备，必须经过四方面工艺环节的相互配合，才能有效的完成工程项目。四个工艺环节既密切关联又互相制约，对配合的熟练程度要求较高，任何一个环节得疏漏或配合不当，都有可能拖延项目施工，严重的甚至会瘫痪整个施工系统；此外，由于这些机械设备大多专用于公路施工，每一种机械只能用于单项或少数相近的工程，其使用范围必然具有一定的局限性，这就直接导致了施工设备的数量多、耗资大的问题。笔者结合近年的学习工作经验，将详细探究分析公路路面施工机械的优化配置方法。
2.施工机械设备配置的原则
公路路面施工机械受气象环境、土质条件、运距远近、作业条件等各方面因素的制约和影响， 选用在满足施工的条件下，尽量减少设备的闲置和浪费，实现经济效益的最大化。
2.1 施工机械型号、规格的选择
当施工强度高、工程量大、施工适合大型机械作业的条件时， 考虑到要获得良好的经济效益，宜选用大型机械，但是大型机械若发生停事故，对施工整体进程的影响也比较严重；而选用小型机械设备，适应性强、容易获得， 适投入生产的周期较短，但生产率相对较低。
2.2施工机械应适合作业条件
依据施工对象运输条件、场地大小、特点、规模等施工条件， 所选设备的性能和生产能力必须满足施工强度， 施工质量要达到设计要求，以便充分发挥施工机械的效率。
2.2.1 路面施工机械的配置目标
参与施工的机械相互之间的生产能力应能配套， 形成有效的机械化工艺流程， 便于施工组织调度，充分发挥各种机械的效能，使组织配套科学合理，工序流程衔接有序，达到机械运行的稳定协调。
2.2.2 施工机械的技术要求
施工机械设备安全环保、技术先进，且经济指标较好。在可以达到施工质量的前提下， 尽量选择通用的施工设备。
2.2.3正确处理进口机械与国产机械的关系
在可以满足工程需要的前提下， 且性能能够维持稳定，应优先选择国产机械。但对于工程质量要求高，而国产机械又不能完成的工程， 应选择进口机械。
2.2.4协调好机械设备租用与调拨的关系
只要在可以保证施工质量、使用可靠、性能配套、安全生产的前提，优先选择内部设备， 但就工程量小、间断的情况可适当考虑外租设备。
3.优化模型
主导工作的机械设备决定了施工方法、方式、工程的进度和施工质量，并且很大程度的决定了整个施工系统的效益。因而公路施工设备的配置与选型是否合理， 对于按照施工要求完成任务、提高施工设备的利用率、提高经济效益而言，具有非常重要的意义。为充分发挥机械设备的性能、合理配置机械设备和施工设备之间的参数，消除重复投资造成的浪费，提升效益，建立优化配置的数学模型。
路面施工机械的配备应依据施工方法和工艺、路面结构类型、工程数量及环境条件、材料种类、生产工期等因素来确定。公路路面施工的工序一般有：运输、集料拌和、摊铺和碾压。相应的施工设备有运输车辆和碾压设备、沥青混凝土搅拌设备和摊铺设备，主导的施工设备为沥青混凝土搅拌机械，该类设备的生产性能决定了后续工作需配套的机械设备的类型、生产能力和数量。由于施工现场的原因，一般碾压设备无需进行优化配置，如下将以沥青混凝土搅拌设备、运输车辆和摊铺设备三种设备的生产性能等参数为中心，以路面工程量作为基础，探索公路路面施工机械设备的优化配置模型。
以公路路面工程所需的生产能力为Qm ，而公路路面施工机械设备不同类型的数量
N1 ，N2 ， N3等，性能参数为C1， C2 ，C3等， 为了满足公路施工的生产能力Qm，相对于公路路面施工机械，其生产能力必须大于工程班所需的生产能力，满足的下式：
N1C1 + N2C2 + N3C3 + …≥Qm
3.1.1 沥青混凝土搅拌设备的性能模型
混凝土搅拌设备的生产性能有
NjiCjihjAj≥Qm
令aj = NjiCjihjAj/ Qm
则aj≥1
Nji—搅拌机械的数量
hj—工作时间
Aj—搅拌设备的系数
Cji—搅拌设备类型的生产能力
aj—搅拌设备系数；
3.1.2 摊铺设备的生产性能模型
沥青混凝土摊铺机械设备的拌和能力比理论上的摊铺能力比小得多， 但其实际摊铺量由摊铺厚度、宽度、速度等三个方面， 可以运用混凝土摊铺设备生产性能的经验公式，
NpiCpi≥ Qm
依据生产性能有
Cpi= 36VtCbhhpAp
令B2= 36VtCbhhpAp/Qm
ap= B2Npi≥1
其中ap—摊铺设备的系数；
Ap—时间利用系数
hp—摊铺设备工作时间
b—摊铺宽度
h—摊铺厚度（上层厚度和下层厚度，并且在计算时要分开计算） Npi—摊铺设备的数量
V t—摊铺速度（一般而言，下层的摊铺速度2.2m/s左右，上层的摊铺速度为2.10～2.34 m/ s） C—沥青混凝土密度
3.1.3 运输车辆的生产性能模型
路面施工所用的混凝土运输车辆采用自卸汽车，由于拌和站一般设在标段中点，所以考虑到经济性，运距应为最大运距的百分之八十，其公式有
NqiCqi≥ Qm
根据其生产性能，有
B3 = 60Ghqk1k2/ [（t1 + 2t2 + t3 + t 4） k3Qm]
Cqi = 60Ghqk1k2/[（t1 + 2t2 + t3 + t4）k3]
整理得
aq = NqiGB3≥1
其中aq— 运输车辆的系数；
Cqi— 车辆的生产性能
Nqi— 车辆数量
hq—工作时间
G— 车辆的载重
t1— 摊铺车料时间
t2—在搅拌站与摊铺机途中行驶时间
t3—车辆等待时间
t4—摊铺处等待卸载的时间
k1—车辆载重系数；
k2—车辆时间利用系数；
k3—车辆备用系数；
4.模型应用
一般而言，公路路面施工设备的优化配置模型，就不同的公路路面，其各项参数的影响程度并不是完全一致的，但是具体的施工路面，各种机械设备的影响系数可以进行确定。在分析一个路面施工项目时，可以分别研究机械设备的数量、性能和路面施工的规模，进而进行优化配置，然后依据所列出目标函数和约束条件来计算出优化配置的结果。
依据以上的分析结果，可以得出以下四个结论：建立的数学模型可用来检验公路路面施工机械能否满足优化配置的要求；如果在该数学模型是正确有效的前提下，当公路路面施工机械需要优化配置时，一般以路面工程量作为基础，在可以保证施工工程量的情况下，尽量使得各种机械的富余系数差达到最小，寻求最佳的经济效益；依据其数学模型计算的优化结果，必须要综合路面施工的气象条件、土质条件、作业内容和运距远近等现实情况来确定最佳的优化方案；由于其数学模型的不是一成不变的，具有受不同因素影响变动的可能性，可根据实际情况灵活处理不同因素的系数和因子。
5.结论
在公路路面机械化施工项目中， 经过对机械施工设备的优化配置， 使工作中的机械设备的作用得到充分的发挥，尽量减少施工机械的浪费现象，节约施工项目的成本，间接达到提高工程项目的经济效益。
参考文献：
[1]孙赫.沈海沥青路面施工质量的控制技术研究.沈阳建筑大学学报.2012-03-01
[2]田景波，许超.沥青路面施工机械优化配置分析.商品混凝土.2012-10-15
[3]施瑾.浅谈路面施工中最经济的机械设备组合方案.科技信息学报.2013-07-15