系統(tǒng)工程在巷道施工費(fèi)用優(yōu)化中的應(yīng)用與實(shí)踐

王超

摘 要：針對(duì)目前礦建建設(shè)中巷道施工工期與施工費(fèi)用優(yōu)化時(shí)存在的問(wèn)題，文中利用系統(tǒng)工程原理建立礦建巷道施工工程中的人員分派和費(fèi)用優(yōu)化模型，首先對(duì)巷道工程及各施工隊(duì)伍特點(diǎn)進(jìn)行分析，得到巷道施工最優(yōu)分派方案，進(jìn)而基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃方法對(duì)巷道工程施工的工期及總費(fèi)用進(jìn)行優(yōu)化，建立了巷道施工最優(yōu)工期及成本控制公式。最后，以孟村煤礦巷道施工為實(shí)例驗(yàn)證了公式的合理性和工程實(shí)用性，對(duì)煤礦企業(yè)在巷道掘進(jìn)中實(shí)現(xiàn)快速施工和提高效益具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)工程；巷道施工；人員分派；總工期；費(fèi)用優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TD 80 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7312（2016）05-0567-05

由于客觀和主觀因素的影響，使得礦建工程項(xiàng)目具有建設(shè)周期長(zhǎng)，投資大的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響了企業(yè)聲譽(yù)，制約了企業(yè)的發(fā)展。縮短建設(shè)工期，優(yōu)化礦建工程施工管理，節(jié)約成本已成為礦建企業(yè)所追求的共同目標(biāo)[1-3]。前人在井筒施工方面研究較多，而在巷道施工中人員組織與費(fèi)用優(yōu)化研究較少。巷道施工費(fèi)用一般由直接費(fèi)和間接費(fèi)組成，直接費(fèi)的降低需通過(guò)合理安排各巷道工程的施工隊(duì)伍，使各施工隊(duì)盡可能地發(fā)揮其所長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)；間接費(fèi)則需基于施工工藝的優(yōu)化進(jìn)而縮短施工項(xiàng)目總工期來(lái)實(shí)現(xiàn)[4-5]。系統(tǒng)工程中解決分派問(wèn)題和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的方法目前對(duì)解決合理安排施工任務(wù)和優(yōu)化施工工藝具有明顯效果[6]。所謂分派問(wèn)題就是有n項(xiàng)任務(wù)交由n個(gè)施工隊(duì)去完成，由于每項(xiàng)任務(wù)的性質(zhì)和各施工隊(duì)的專長(zhǎng)不同，所以每項(xiàng)任務(wù)交由不同的施工隊(duì)完成，其效率就不同，因而如何分派各施工隊(duì)就成為了分派問(wèn)題的核心[7-9]。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃是在一個(gè)具體工程網(wǎng)絡(luò)圖中，通過(guò)優(yōu)化關(guān)鍵線路上各工序的完成時(shí)間，縮短項(xiàng)目總工期，降低工程費(fèi)用，最終得到最優(yōu)解。

1 人員分派模型的建立

在礦建巷道施工項(xiàng)目?jī)?yōu)化過(guò)程中，直接費(fèi)用優(yōu)化就是要通過(guò)分派的方法，向各施工隊(duì)伍合理分派施工任務(wù)，充分發(fā)揮其所長(zhǎng)，達(dá)到縮短工期，節(jié)約成本的目的。假設(shè)有4項(xiàng)巷道工程任務(wù)，編號(hào)A，B，C，D，各項(xiàng)工程任務(wù)的性質(zhì)、施工難度都有差異；組織4個(gè)施工隊(duì)甲、乙、丙、丁進(jìn)行施工，各施工隊(duì)伍的施工設(shè)備及施工水平各不相同，對(duì)每項(xiàng)任務(wù)施工所需要的時(shí)間（表1）和費(fèi)用（表2）各有差異。

2 費(fèi)用優(yōu)化模型的建立

將上文中所得人員分派方案作為施工網(wǎng)絡(luò)圖中各工序正常完成時(shí)所需時(shí)間和費(fèi)用，采用系統(tǒng)工程中網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的方法對(duì)工程總費(fèi)用進(jìn)行費(fèi)用優(yōu)化[10]。近似認(rèn)為各工序工期的縮短與直接費(fèi)用的增加成線性關(guān)系變化，用式（8）表示。

3 工程實(shí)例分析

孟村煤礦是陜西彬長(zhǎng)集團(tuán)投資建設(shè)的大型現(xiàn)代化礦井，井田東西長(zhǎng)10.5 km，南北寬6.5 km，總年限76.8 a.礦井總投資40.04億元，建設(shè)規(guī)模600萬(wàn)t/a，礦井建設(shè)工期51個(gè)月。井下布置一條帶式輸送機(jī)大巷，2條輔助運(yùn)輸巷，2條回風(fēng)巷。

根據(jù)礦井建設(shè)的實(shí)際情況，將施工網(wǎng)絡(luò)圖（圖1）分為4項(xiàng)工程進(jìn)行分派，分別為A巷道施工工程①→④→⑤，B巷道施工工程①→②→⑤→⑦，C巷道施工工程①→③→④→⑥和D巷道施工工程③→⑥→⑦，4項(xiàng)巷道工程分別有4個(gè)施工隊(duì)完成，簡(jiǎn)稱甲、乙、丙及丁隊(duì)，所對(duì)應(yīng)的施工費(fèi)用和施工時(shí)間見(jiàn)表4及表5.

結(jié)合孟村礦各施工單位實(shí)際情況，繪制各工序施工時(shí)間與施工費(fèi)用之間關(guān)系表，見(jiàn)表6所示，由表中數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)圖中關(guān)鍵線路上各工序進(jìn)行優(yōu)化。原

方案（方案一）施工總工期為30周，工程直接費(fèi)用為7 400萬(wàn)元，關(guān)鍵線路為①→③→④→⑥→⑦，費(fèi)率變化最小的工序?yàn)棰佟酆廷蕖撸鶠?0萬(wàn)元/周，先對(duì)⑥→⑦進(jìn)行優(yōu)化，縮短工期一周，由式（9）可得方案二：總工期29周，直接費(fèi)用為7 480萬(wàn)元，關(guān)鍵線路不變；在方案一的基礎(chǔ)上繼續(xù)對(duì)工序⑥→⑦進(jìn)行優(yōu)化得方案三：總工期28周，直接費(fèi)用為7 560萬(wàn)元，關(guān)鍵線路不變；以此類推，直到方案十：總工期21周，直接費(fèi)用為8 420萬(wàn)元。通過(guò)優(yōu)化工程中各方案的數(shù)據(jù)記錄結(jié)果繪制費(fèi)用-工期曲線圖，如圖2所示。

從圖2可以看出，各工序皆按最短工序完成任務(wù)所需費(fèi)用為8 420萬(wàn)元，當(dāng)工序①→③工期為3周，工序③→④工期為6周，工序④→⑥工期為6周，工序⑥→⑦工期為6周時(shí)工期最短，且為極限工期。圖中各時(shí)期優(yōu)化后的總費(fèi)用都在正常工期與極限工

期費(fèi)用連線的下方，較優(yōu)化前為低，總工期從25周縮短到21周，直接費(fèi)用增加較快，由30周縮短到25周時(shí)增加較緩。對(duì)于一個(gè)工程來(lái)說(shuō)，其費(fèi)用不僅僅由他的直接費(fèi)用構(gòu)成，還應(yīng)當(dāng)包括其間接費(fèi)用，而間接費(fèi)用是與工期成正比的，工期越長(zhǎng)，間接費(fèi)用越高。因此，當(dāng)間接費(fèi)用與直接費(fèi)用之和最低時(shí)才是該工程的費(fèi)用最優(yōu)施工方案。間接費(fèi)近似的認(rèn)為與工期成正比，根據(jù)礦井建設(shè)實(shí)際情況取120萬(wàn)元/周（如圖3所示）。由圖3可看出，當(dāng)工期為25周時(shí)總工程費(fèi)用最低，為10 800萬(wàn)元來(lái)組織施工。

4 結(jié) 論

1）文中通過(guò)對(duì)礦建工程中巷道施工方案的優(yōu)化，為礦井建設(shè)工程節(jié)約了工期，降低了建設(shè)成本，達(dá)到了費(fèi)用優(yōu)化的預(yù)期目的，為煤礦企業(yè)在礦井建設(shè)中樹立了榜樣；

2）將系統(tǒng)工程中的分派問(wèn)題和施工網(wǎng)絡(luò)圖費(fèi)用優(yōu)化問(wèn)題結(jié)合應(yīng)用到了工程項(xiàng)目費(fèi)用優(yōu)化中，為后期的礦建工程中各項(xiàng)施工的科學(xué)管理和組織施工提供了科學(xué)依據(jù)；

3）根據(jù)文中的思路，在其他涉及到人員分派、費(fèi)用優(yōu)化的問(wèn)題時(shí)，都可以利用系統(tǒng)工程的思想來(lái)進(jìn)行解決，特別是在一些大型工程中效果可能會(huì)更加明顯。

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