基于Lingo的鐵路工程混凝土拌和站選址成本分析

肖坤

摘 要：出于混凝土工程質量和施工進度考慮，鐵路客專項目一般采用自建混凝土拌和站模式。由于環保原因，砂石料等地材價格飛漲，混凝土拌和站等大型臨時工程建設標準也急劇提高，導致鐵路工程正面臨行業性虧損。本文通過實際案例，詳細分析原材料供應位置和后期混凝土運輸距離，結合混凝土制作費用和拌和站建站成本等因素，利用Lingo語言對混凝土拌和站的設置數量和選址位置進行方案探討。

關鍵詞：拌和站;選址;成本;Lingo;方案

1引言

當前，相關專家指出鐵路工程建設領域正面臨行業性虧損的困局，其最主要因素在于環保原因導致地材價格的無限制上漲和大型臨時設施建設標準的大幅提高，而以上建設費用的增多又不在材料調差和費用調整的范圍之內，所以鐵路項目能否不發生虧損則很大一部分取決于項目實施過程中建造成本的嚴格控制。

鐵路工程混凝土拌和站從功能上是起到物流配送中心的職能，其建設時的合理與否不僅直接影響到項目建設的安全、進度和質量，更直接關乎到各工程單位賴以生存的成本和信譽。因此，從工程建設的趨勢來看，拌和站不僅僅是機械性的行使混凝土配送職能，更多的時候是要執行成本節約、提高信譽等職能，是整個工程建設的關鍵所在。一個成功的拌和站設置方案，可以在保證混凝土供應的前提下，大大縮減工程建造成本，降低運輸費用，提高混凝土供應效率和質量。

在項目工程保供應的前提下，混凝土拌和站的設置應遵循經濟性原則，即成本最小化。一般情況下，建立拌和站選址模型的目標函數通常是總費用最低，出于模型建立需要，通常文獻會對模型做出一些假設條件，在拌和站的設置過程中一般只考慮了建設規模、數量及混凝土運輸距離，而由于招標滯后的相關原材料卻無法考慮。在日益嚴格的環保壓力下，特別是自第十二屆全國人民代表大會第五次會議召開以來，藍天保衛戰提出之后，國內重點省市重污染天應急響應頻發，工業企業停工停產急劇增多，混凝土原材料供應商驟減，以至于可選擇的材料供應商范圍急劇縮小。所以關于拌和站的選址成本優化問題必須同安全、質量以及工程進度等因素一起考慮。

2拌和站選址原則

（1）鐵路混凝土拌和站的修建一般在工程最開始階段，拌和站設置數量和規模往往取決與項目工期、線路長度以及混凝土工程的需求量;

（2）鐵路混凝土拌和站設置一般考慮設置在縣級以上道路附近，且場地平整拆遷量少，以減少修建過多的臨時材料進出道路，從而節約大型臨時設施工程費用;

（3）鐵路混凝土拌和站的設置應滿足混凝土運輸的時間要求，且供應距離一般不超過20km;

（4）大跨度橋梁等混凝土需求相對集中的地點優先考慮布設，并兼顧混凝土供應半徑;

（5）梁場、軌道板場等混凝土需求量較大，且要求混凝土配合比不同可單獨設置拌和站。

3拌和站選址的研究分析

3.1項目概況

某JT城際鐵路項目，主要工作內容為：特大橋一座，正線長26.91公里，施工范圍為501#墩～1292#墩，項目工期為48個月，混凝體主要工程量分部如下：

3.2拌和站設置模型的建立

鐵路沿線混凝土需求量呈線性分布，且各個墩身需求點的需求量已知，現從項目沿線靠近縣級及以上道路200m內選擇若干處作為備選地點，以滿足沿線混凝土供應需求，并使得拌和站的總成本最少。

為了便于計算，簡化問題，現做出如下假設：

（1）在沿線縣道及以上200米內作為拌和站備選地址;

（2）運輸費用與混凝土運輸量成正比，10km內（含10km）運輸單價為23元/m3，超出10km以上每立方米混凝土每增加1公里增加1元/km·m3，混凝土制作單價28元/m3;

（3）分析數據時拌和站最多不超過3個，設置后土建規模相當，且可滿足其管段內所以工點的配送要求，每個拌和站建站費用8800000元;

（4）各工點混凝土需求量已知，線路劃分為40個工點;

（5）考慮梁場和軌道板場的專業性特點以及場地存放要求等因素，案例中針對梁場、板場可單獨設置拌和站，本文暫不對其相關數據進行研究分析。

假設該項目有n個工點，各個工點混凝土需求量已知，從m個備選地址選取t個拌和站使得整個混凝土制作、運輸、建站以及原材料運輸等總成本最低。拌和站設置的數學模型主要變量如下：

n：工點個數;

m：拌和站備選個數;

C：代表不同標號的混凝土;

t：擬建拌和站個數;

xij：拌和站i為工點j供應的混凝土;

hij：從拌和站i到工點j的單位運費;

Fi：在第i個拌和站備選地建立混凝土拌和站的成本;

Vi：在第i個拌和站混凝土制作的費用;

Z：混凝土拌和站建造、混凝土制作、混凝土運輸、原材料運輸等總成本;

以上模型目標函數最小總成本Z中，第一項表示從拌和站i到工點j的運輸成本，第二項表示單位混凝土所需地材的運輸費用，第三項表示拌和站建站成本，第四項表示拌和站混凝土制作成本。

約束條件（1）式表示各個工點的需求量必須得到拌和站的充足供應;（2）式表示在m個備選地點選取t個建立拌和站;（3）式如果某個拌和站備選地點為某個工點供應混凝土，那么就需要在該地建立拌和站;（4）式表示變量取值范圍。

3.3拌和站設置選址模型求解

根據實際案例情況，該JT城際鐵路歷經縣級及以上主要干道7條（不含高速公路，如表2所示），其中二跨CY路、LH路與鐵路線路交叉，該項目共有墩身點位792個，即792個需求點需供應混凝土，為了方便計算和建模，假設每20個墩身作為一個工點，工點總數40個。同時，為了不影響生產以及降低拌和站建設成本，我們將從表1中的7個備選地址處選擇若干個使得總費用最低。表2表示各拌和站備選點對應工點的建站費用和混凝土制作單價（假定兩項費用在各個拌和站均相同），表3表示由混凝土相關原材料推算出的單位混凝土所需原材料的運費，表4表示各工點混凝土需求量。

結合數學模型，利用Lingo軟件編程輸入相關數據，運行結果如下：

當t<=7時，總成本最小值Z=113892900，對應的拌和站數量為1處，即t=1，選址結果為G，其結果為最優方案;

當t=2時，即設立2處拌和站，總成本最小值Z=121956500，對應的拌和站選址結果為D和G;

軟件運行結果顯示，在拌和站布設數量和位置未知的情況下，結果分析得出，如果設置1處拌和站在XX路設置混凝土拌和站成本將最小化。如果出于管理方便，減少人為協調難度原因出發設置2處拌和站，則分別在JY路和XX路設置總成本將最小。

4結語

在全國各省市都在大力發展高速鐵路的背景下，出于節約成本、減少耕地破壞和鐵路運營安全的考慮，高速鐵路橋梁設計使用頻率越來越高，對于混凝土的使用量也就逐漸增多，混凝土拌和站的設計是否合理直接關乎到施工單位賴以生存的經濟效益，在滿足項目建設工期和安全質量的前提下，合理的布設混凝土拌和站數量和位置不僅能為施工企業節約成本提高經濟效益，還能避免造成社會資源的不必要浪費。本文以JT城際鐵路的線下工程為案例，結合原材料的運輸距離對混凝土拌和站的布設方案進行了數據分析，同時對于工程項目的拌和站設置問題也提供了解決方案，尤其對于大型復雜工程，值得在實際應用中進行推廣借鑒。

參考文獻：

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