土石方優(yōu)化調(diào)配模型新

1、土石方優(yōu)化調(diào)配模型1、 問題背景分析結(jié)合公路建設(shè)過程中土石方調(diào)配的挖方區(qū)、填方區(qū)、借方區(qū)及棄方區(qū)主要性質(zhì)及特點(diǎn)進(jìn)行定量分析，建立線性土石方調(diào)配優(yōu)化模型。對公路施工過程中的影響因素進(jìn)行比較分析，將調(diào)配優(yōu)化模型簡化為不同工作區(qū)土石方用量與距離運(yùn)費(fèi)的綜合考慮結(jié)果，引入運(yùn)費(fèi)系數(shù)九，應(yīng)用對模型lingo求解，能在工程實(shí)踐中起到明顯的優(yōu)化作用。高速公路修建過程中某標(biāo)段有3個挖方區(qū)，4個填方區(qū)，2個棄方區(qū)，1個借方區(qū)。該標(biāo)段各區(qū)位分布，見圖2。工程中各挖方區(qū)與借方區(qū)土石方量、填方區(qū)的開挖土量，見表1.A1捷方區(qū)與青方區(qū)土石方nt1K*森用1二方屆自用化力量t6AM依方區(qū)11809()N9初1986州AK22

2、2210T7B621240愴方區(qū)320()00627822176借方K11207000注：表內(nèi)數(shù)據(jù)12轉(zhuǎn)換分實(shí)后填方區(qū)所瘠蜥度的支石方數(shù)各填方區(qū)所需土石方量，見表2*2番境方區(qū)所需土石方量屬域土方it日方粼想方區(qū)193177埴方只二mu伙23UIM93001填萬/410022731注：/上內(nèi)數(shù)據(jù)巳梏樓方寞用總廳尺所甯帶度的上日歷數(shù)2、 建模過程在路線設(shè)計(jì)完成后，存在一個如何調(diào)運(yùn)土石方使系統(tǒng)總費(fèi)用最低問題，即土石方的優(yōu)化調(diào)配。本文在所有的料場規(guī)劃已經(jīng)完成的情況下，建立線性規(guī)劃模型，對土石方調(diào)配過程中的運(yùn)輸問題進(jìn)行優(yōu)化，以全程總調(diào)配費(fèi)用最低為目標(biāo)函數(shù)，綜合考慮調(diào)配過程中定量和定性化的約束條件。在此

3、線性規(guī)劃模型中，以填方區(qū)的土石方需求量為主要考慮對象，以全程總調(diào)配費(fèi)用最低為目標(biāo)函數(shù)。建模思2.1 已知條件（1）挖方區(qū)、填方區(qū)與棄方區(qū)的分布：在所有料場規(guī)劃已經(jīng)完成的情況下，為簡化模型和算法，對挖方區(qū)和填方區(qū)進(jìn)行合理分段，即將相對集中的某一長度路段的開挖量或填筑量視為處于坐標(biāo)軸上的一點(diǎn)（土石方量的質(zhì)心點(diǎn)），土石方優(yōu)化調(diào)配過程中所有可能的土石方調(diào)配起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的距離根據(jù)簡化的坐標(biāo)模型可視為已知。以土石方工程一端為起點(diǎn)，依次為各挖方區(qū)、填方區(qū)和棄土區(qū)編號。在此模型中有私挖方區(qū)，n個填方區(qū)，P個借方區(qū)，q個棄方區(qū)。各填方區(qū)所需土石方量：土石方在不同的狀態(tài)下密實(shí)度和體積不同，因此，優(yōu)化調(diào)配模型中的

4、體積關(guān)系按轉(zhuǎn)換后調(diào)配。即土石方調(diào)配關(guān)系中有填方區(qū)（壓實(shí)狀態(tài)）和棄土區(qū)（自然堆積狀態(tài)）兩類調(diào)配去處，將開挖之前自然狀態(tài)的土石方量轉(zhuǎn)化為這兩種狀態(tài)的方量。模型中：為挖方區(qū)i挖出的土石方量；為填方區(qū)j所需的土石方量；為借方區(qū)k借出的土石方量；為棄方區(qū)h所接收的土石方量。其中i=1,2, ?,項(xiàng).，=1,2,?,n；=1,2,?,P;=1,2,?,q。（3）所有可能運(yùn)輸路線的單位土石方運(yùn)費(fèi)：土石方優(yōu)化調(diào)配過程中所有可能的土石方調(diào)配起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的距離根據(jù)簡化的坐標(biāo)模型可視為已知。根據(jù)運(yùn)輸公司給出的價格確定各可能運(yùn)輸路線的距離運(yùn)費(fèi)與實(shí)際工程不同工作區(qū)土石方單價的具體情況，挖方區(qū)和借方區(qū)單位土石方費(fèi)用，填

5、方區(qū)及棄方區(qū)單位土石方的處理費(fèi)用。2.2 假設(shè)條件(1) 土石方調(diào)配過程中，不考慮物料損失。借方區(qū)所借出土石方不考慮棄方問題。(3) 土石方調(diào)配費(fèi)中各區(qū)單位土石方運(yùn)費(fèi)數(shù)據(jù)可靠。(4)相同各工作區(qū)內(nèi)土石方的單位土石方費(fèi)用相同。(5)車輛運(yùn)輸過程中，均不允許沿途進(jìn)行二次裝載與卸載。(6)1個挖方區(qū)一般只考慮24個填方區(qū)供料。2.3 目標(biāo)函數(shù)土石方調(diào)配系統(tǒng)的優(yōu)化在于實(shí)現(xiàn)整個調(diào)配系統(tǒng)費(fèi)用的最小化，土石方工程費(fèi)用主要包括：開挖費(fèi)用、填筑費(fèi)用、借方區(qū)開采費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用。當(dāng)路線設(shè)計(jì)方案完成后，由于不同挖方區(qū)開挖費(fèi)用及填方區(qū)填筑費(fèi)用是定值，因此土石方調(diào)配系統(tǒng)的優(yōu)化在于借方區(qū)開采費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用。由于運(yùn)輸費(fèi)用與土

6、石方量和運(yùn)輸距離有關(guān)，故而提出總運(yùn)輸費(fèi)用是運(yùn)費(fèi)與土石方量和運(yùn)輸距離的函數(shù)。因考慮到不同區(qū)域的路況性能、車輛的載重情況等因素，將運(yùn)費(fèi)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)單位運(yùn)費(fèi)與運(yùn)費(fèi)系數(shù)入的乘積。經(jīng)實(shí)際工程調(diào)查可得入的取值在0.851.15之間，調(diào)配系統(tǒng)費(fèi)用最小化的計(jì)算式為jim.£卻戲風(fēng)式中：為從挖方區(qū)i運(yùn)往填方區(qū)j的土石方量；為從借方區(qū)k運(yùn)往填方區(qū)j的土石方量；為從挖方區(qū)k運(yùn)往棄方區(qū)h的土石方量；為從挖方區(qū)i運(yùn)往填方區(qū)j的運(yùn)費(fèi)系數(shù)；為從借方區(qū)k運(yùn)往填方區(qū)j的運(yùn)費(fèi)系數(shù)；為從挖方區(qū)k運(yùn)往棄方區(qū)h的運(yùn)費(fèi)系數(shù)；其中、分別代表挖方區(qū)i與填方區(qū)j的距離；為借方區(qū)k與填方區(qū)j的距離；為挖方區(qū)i與棄方區(qū)h的距離。2.4 約

7、束條件將影響土石方調(diào)配過程的施工制約因素量化為線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型中的約束條件，一般考慮開挖、填筑和棄方的施工約束。(1) 土石方總量平衡的約束條件加工(2)調(diào)配運(yùn)輸過程中經(jīng)濟(jì)效益的約束條件i=l,2,，m加nQ,t4工，k.M'L&JjYJ2.5 決策變量土石方調(diào)配系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中的決策變量為模型中的待求變量，即各個施工時段內(nèi)各個組成要素，即開挖項(xiàng)目、填筑項(xiàng)目、棄方場之間的料物調(diào)配方量。2.6 模型的求解lingo是求解優(yōu)化模型的最佳選擇，該模型可利用lingo編程進(jìn)行求解，方法簡單易行。在實(shí)際編程過程中，鑒于lingo中無下腳標(biāo)，應(yīng)注意定義各參變量的方法，避免非法語句的輸入?？衫?/p>

8、用派生集定義參變量，并將同類型數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，以減少參變量長度來免造成求解失誤。如將距離按順序排列，儲存在一個變量名之下。以下為一些編程中可借鑒之處：(I)在定義變量時，利用派生集定義參數(shù)，如：Xa/al?am/J1,其表示由挖方區(qū)1分別運(yùn)往填方區(qū)1,2,?,m勺土石方量，？，。建立目標(biāo)函數(shù)時，可利用min與sumaS數(shù)min=sum(1inks：Xxf)。(3)輸入約束條件時，鑒于一個for語句只能建立一個約束條件，多次應(yīng)用for。(4)導(dǎo)人數(shù)據(jù)過程中，可利用ole函數(shù)將數(shù)據(jù)由excel導(dǎo)人lingo。如：l=ole(路徑，區(qū)域)。2.7 模型的分析每一挖方區(qū)供應(yīng)該模型以實(shí)際工程中可能出現(xiàn)的調(diào)

9、配方式進(jìn)行了簡化處理，兩至四個填方區(qū)調(diào)配方案，是綜合了其實(shí)際可用于填筑的土方量與運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性的綜合比較得出的，適用于絕大部分工程實(shí)際。但當(dāng)施工地區(qū)地質(zhì)條件較為特殊時，需進(jìn)行人工調(diào)配介入。3、 求解思路下面是調(diào)運(yùn)方案及結(jié)果比較：比較根據(jù)給定的各可能運(yùn)輸路線對應(yīng)的單位土石方運(yùn)費(fèi)，應(yīng)用lingo對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。并將模型求解結(jié)果（表3）與單純以距離最近作為優(yōu)先選擇供料區(qū)的方法（傳統(tǒng)調(diào)配方案）所得結(jié)果（表4）進(jìn)行對比，見表3、表4。表3模型的土方調(diào)運(yùn)方案(m3km)區(qū)域挖方區(qū)】挖方區(qū)2挖方區(qū)3借方區(qū)1填方區(qū)11H0901276000填方區(qū)20921009801填方區(qū)3074401409填方區(qū)40a88600衰4傳統(tǒng)的土方調(diào)配方案(m'km)區(qū)域控方區(qū)1挖方區(qū)2挖方區(qū)3借方區(qū)】填方區(qū)118090