瀝青混凝土路面施工工藝及機群協(xié)同作業(yè)

余 銓

（安徽中橋建設(shè)集團有限公司，安徽 合肥 230051）

引言

在公路工程施工過程中，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]，科學合理地確定施工工藝以及正確配置施工機械資源成為目前市政公路瀝青混凝土路面需要面對的首要問題，它不僅是節(jié)約經(jīng)濟造價的需要，也是以遵從施工工藝的客觀工作規(guī)律的必然要求，對于提高大量的瀝青混凝土路面施工機群的協(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的瀝青混凝土路面機群協(xié)同作業(yè)問題求解

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

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

運用最小二乘法對線性函數(shù)進行求解，得到方程（6）的計算結(jié)果如方程（7）所示。

基于最小二乘向量機（LS-SVM）的瀝青混凝土路面機群協(xié)同作業(yè)問題求解流程[4]，見圖1。首先確定瀝青混凝土路面機群協(xié)同作業(yè)問題分析模型，選擇適當?shù)臑r青混凝土路面機械設(shè)備配置目標函數(shù)，比如施工質(zhì)量目標函數(shù)、施工成本目標函數(shù)、施工效率目標函數(shù)等，隨后根據(jù)配置模型，確定各個隨機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械設(shè)備配置的功能函數(shù)（目標函數(shù)的閾值函數(shù)），利用正交試驗設(shè)計和有限元程序選定學習樣本，并根據(jù)學習樣本抽取一定的數(shù)據(jù)容量作為檢測樣本，將檢測樣本與最小二乘向量機法的學習條件進行對比，確定是否滿足學習和訓練條件，如果否，則應(yīng)重新確定超參數(shù)γ 和核函數(shù)參數(shù)，如果是則進入正常的估算環(huán)節(jié)。依據(jù)各個隨機變量的概率分布，隨機抽樣產(chǎn)生多組隨機數(shù)，利用LS-SVM 非線性估計函數(shù)，計算各組隨機數(shù)所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)量，隨后將隨機變量和對應(yīng)的響應(yīng)量代入功能函數(shù)Z，計算Z≤0 的數(shù)量，由此得到瀝青混凝土路面機械設(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（LS-SVM）的瀝青混凝土路面機群協(xié)同作業(yè)問題求解流程

2 工程應(yīng)用案例分析

安徽省某公路改擴建工程CL01 標段主線全長13.634 km，起訖樁號K993+464.549～K993+475.135。采用雙向八車道公路標準，設(shè)計速度120 km/h，路基標準寬度42 m，線路的平面布置，見圖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（LS-SVM）的瀝青混凝土路面機群協(xié)同作業(yè)計算結(jié)果。從圖3a 中可以看出，拌合站每小時的瀝青混凝土生產(chǎn)量基本服從正太分布，在每小時生產(chǎn)瀝青混凝土102.0 t～108.0 t 的頻次最大，為18 臺拌合站，并逐步先兩側(cè)減小，在每小時生產(chǎn)瀝青混凝土83.0 t～89.0 t、120.5 t～127.0 t 兩個區(qū)間出現(xiàn)的頻次最小，均為4 臺拌合站。因此可以用正太分布函數(shù)進行表達，如方程（8）所示

從圖3b 中可以看出，由于運料汽車在抵達拌和站時，需要進行排隊等待，并按照順序進行裝車，經(jīng)過計算每輛運料汽車的裝載時間的并不相等，每車運料汽車裝載瀝青混凝土消耗的時間呈負指數(shù)降低的趨勢。因此可以將裝車時間函數(shù)按方程（9）計算

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

在實際的瀝青混凝土路面施工中，由于瀝青混凝土材料運達現(xiàn)場之后，是按照攤鋪、初壓、復壓、終壓等工序進行，具有一定的流水節(jié)拍，導致壓實單位長度的瀝青混凝土路面時間不同，在實際統(tǒng)計中，按照壓實10 m 進行考慮。從圖3d 中可以看出，壓路機壓實每10 m 瀝青混凝土路面消耗時間呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，因此時間函數(shù)可以按方程（11）計算

圖3 基于最小二乘向量機的瀝青混凝土路面機群協(xié)同作業(yè)計算結(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的瀝青混凝土路面機群協(xié)同作業(yè)問題求解，得到以下幾個結(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、運輸、攤鋪、初壓、復壓、終壓等工序，因此涉及到的施工機械類型以及數(shù)量眾多，主要設(shè)備有瀝青混凝土拌合站、運料汽車、轉(zhuǎn)運車、攤鋪機、壓路機等[7]。

（2） 基于最小二乘向量機的瀝青混凝土路面機群協(xié)同作業(yè)問題進行求解，結(jié)果表明，拌合站產(chǎn)量可以用正太分布函數(shù)進行表達，運料汽車和攤鋪機的時間函數(shù)可以用負指數(shù)進行表達，而的壓路機壓實每10 m 瀝青混凝土路面消耗時間呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。