道路工程土石方优化调配模型与工程应用探究

李金龙

摘要：随着我国建筑工程的不断发展，道路工程的发展也越来越快，在道路工程建设中确保土石方优化调配，能够有效利用资源，合理地进行土石方调配，在一定程度上能够提高道路工程的经济性。

关键词：道路工程；土石方优化；调配模型；建筑工程；施工成本 文献标识码：A

中图分类号：U416 文章编号：1009-2374（2015）29-0044-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.022

随着道路工程的快速发展，如何提高道路工程施工工程中的施工效率，提高资源使用率，减少施工成本变得非常重要。在进行道路工程的施工过程中，采用优化的土石方的调配方案能够提高工程的经济性。通过对土石方调配方案的优化可以在最大程度上利用开挖出的土石方进行回填，这样可以保证资源的重复使用，同时在进行土石方优化的时候也会选择一条最近的路线，以此来减少装运的成本，提高工程的经济性。

1 土石方调配的基本条件

1.1 土石方调配的意义及条件

土石方调配的意义：在进行路基施工中，施工道路的设计高程和施工现场的原有地面的高程会有所差异，此时我们就可以采用土石方的调配来解决问题。对于高程较高的地方进行开外，低处回填，以此来确定道路的水平度，在土方开挖过程中产生的废料或者是进行开挖的土方量过大就会产生废料，这样就会造成成本的浪费，有时还会出现开挖量到运输地点距离过大的现象，为了防止此类问题的发生，我们就要对土方的开挖进行一定的规划，使土方的开挖量满足于回填量，同时又可以选择一条最短的运距，尽可能的减少土方的浪费，和运距偏大导致的经济浪费等现象。

土石方的调配包括是施工的组织和管理两个方面。土石方调配的基础条件是工程的设计方案。工程的进度计划、施工的技术水平和施工机械及施工道路等方面。优化的土石方的调配对工程的进度、工程的成本以及工程区域的水土流失、景观和噪音及粉尘等环境污染等因素都有一定的影响。

工程进度：工程进度的计划对确定施工的平面布置及施工的先后顺序有着重要的作用。

工程的基本设计方案：工程的基本设计方案是决定施工要求和土石方调配工程量的主要限制条件和约束的因素。

道路系统的布置：道路系统的布置会直接影响到运输费的多少，对运输的途径进行优化，能够有效的节约经济，达到资源利用最大化。

施工的技术水平：施工的技术水平会直接影响到土石方用料的程度，是土石方技术优化的边界因素。

施工机械的组合与配套：机械的使用会直接影响到土石方调配系统的开挖和回填的费用。

土石方调配模型的好坏会影响道路工程中多个因素，如工程成本、工程的进度、工区的景观、噪音和粉尘污染、工区新增的水土流失量等方面。

1.2 土石方调配的影响因素

土石方调配方案的好坏会直接影响到土石方调配中所使用的费用，与此同时，一个合理的优秀的土石方的调配系统可以有效地防止道路堵塞、多次倒运和料物不足等问题，以此来保证道路工程的正常进行。由于在道路工程中会大规模的对土方进行开挖和回填，这样就会影响到周边的环境，因此在进行土方优化调配的过程中，通过控制土方的开挖量能够有效地减少因土方开挖而对周围环境造成的影响。在施工过程中，各种机械相互协调进行，难免会产生很多的噪音，这时我们就可以通过土石方调整方案的优化，采取一定的措施，以此来减少噪音和粉尘的污染。在进行道路的施工过程中，受一些施工措施的影响，如开挖断面、弃渣场等工区会产生水土流失的问题，这样采用土石方的优化都可以对这些问题进行有效的解决。

2 道路工程的土石方优化的调配模型

土石方的优化模型是通过建立优化的调配模型，来尽可能地使施工费用达到最小化的土石方的调配方式。土石方的优化的调配模型在一定程度上能够使材料利用率达到最大化，从而实现道路工程的经济性。土石方优化的调配模型和传统的调配模型有着很大的区别，采用土石方优化调配模型能够更好地控制土石方的用量，保证道路工程的经济性，同时该方式通过建立模型的形势，能够更加清晰地观察到土方调配的优化方式。在进行土方优化调配模型的建立中，大部分数据都比较容易获得，获得数据后通过简单的统计和计算就可以得到一个优秀的土石方优化的调配方案，从而满足道路工程中对土石方调配的要求。

2.1 建立模型的准备工作

2.1.1 划分运输的距离：在进行土石方优化之前，我们要充分考虑土石方工程的起点和终点之间存在的距离，在距离选择时尽量选择一条较短的距离，以此来保证运输的经济性。如果工程规模很大，有很多数据需要进行统计，这时我们可以选择建立坐标系的方式，在坐标系上对各个开挖点以及填筑点间的距离进行计算，选择一条可以减少工程量的路线。

2.1.2 注意土体的密实度：不同区域内土体的性质都不同，土石方的体积和密实度都会受土体的影响产生一定的差距，因此在进行土石方优化调配的时候，要注意考虑的土体的性质，将土体不同的性质进行归纳总结，确保工程的顺利进行。

2.1.3 废料区的设置：在进行土方开挖的过程中会产生一定的废料，此时就需要一个适当的区域来进行企图的分配。废料区是土石方调配过程中不可忽视的一部分，在进行废料区的布置的时候，应该全方面考虑多种因素。比如运距问题和数量问题等。产生的废料是不能使用的，因此在建设模型的时候，应该设置相应的废料区，这个区位存放开挖的废料。

2.1.4 开挖区和回填区的合理分布：将开挖区和回填区内相对较为集中的路线作为土石方量的中心，也就是坐标轴上的一点。由于施工过程的开挖区和回填区的位置都是离散型分布的，也就是说在坐标轴上任意一点的开挖区和回填区都应相应的开挖量和回填量。在进行土石方优化调配中应尽可能保证开挖量和回填量较小。

2.2 土方优化调配模型的优化

在进行模型的优化主要有以下五个步骤：

2.2.1 对各个区域进行系统的编号：土方优化调配的过程中主要涉及到以下几个区域：填筑区域、开挖区域、弃土区域、借土区域以及废料区域，我们要分别对这些区域进行编号：

填筑区的编号（J个）：j=1，2，…，J；

开挖区的编号（I个）：i=1，2，…，I；

弃土区的编号（L个）：l=1，2，…，L；

借土区的编号（K个）：k=I+1，I=2，…，I+K；

废料区的编号（T个）：t=I+K+1，I+K+2，…，I+K+T。

进行完各个区域的划分之后就该对土石方的优化调配采用一定的措施。

2.2.2 设立目标函数：采用土石方优化调配模型能够实现土石方在调配过程中使费用达到最小。我们首先要确定开挖回填的区域，以及这些区域所需要的固定费用，在进行方案的优化时，我们可以通过进行运距的选择优化和土方的开挖回填的优化来减少施工费用。

2.2.3 土方优化的决策变量：土方优化的决策变量是从借土区域、废料区域、开挖区域当中进行一定的调配，将料量运输到弃土区域还有填筑区域，即从开挖区域或者是借土区域以及废料区域m处运输到弃土区域或者是填筑区域n处所需的土石方的用量。数学表达式为：p（m，n）。其中：

m=1，2，…，I，I+1，…，I+K，I+K+1，…，I+K+T；

n=1，2，…，J，J+1，…，J+L。

2.2.4 优化模型的分析：在进行模型优化的分析中，我们要获得一些模型的参数，比如说土方调配的运距和土方调配的数量，这些参数的获取方式都比较简单，因此利用土方优化调配模型对土石方的开挖和回填进行优化就变得更为切实可行。

2.2.5 土方优化模型求解：当我们建立好土石方的调配模型后，我们就能够清楚的观察到土石方的运距和土石方的开挖回填量，这样一个线性规划的模型能够清楚的表现出土方调配的方案，我们选择一个消耗最少，成本最低的方案后按照相关公式进行求解，得到一个土石方优化调配的方案。

3 工程应用实例

某公路为小区对外枢纽的对外通道，施工期间，该道路主要负责货物材料的运输，建成之后会成为该小区的永久的交通道路。该道路全长20km，按照国家公路设计标准为三级。路面的结构材料为混凝土，三车道，路面宽10.5m，根据相关设计和规范，对该道路的土石方情况进行调配。

用传统的道路的设计规范和该道路所处的地理环境进行分析，对弃土区和借土区进行一定的控制和布置，先通过传统的计算方式进行土石方的调配，我们之后采用的方式是土石方优化的调配模型。采用这种模型之后，我们不难发现这两个计算方式有着很大的差别，在进行优化模型的调配后，借土区和弃土区的开挖量都会有所减少，开挖出的土方量能够最大限度的进行回填，以此来减少弃土所占面积和借土的多少，让建筑成本有所下降。该道路施工规划中的土石方工程量如表1所示。该工程有3个开挖区、3个填筑区、1个采土区、1个弃土区。基于本文所建立的模型以及工程实例的数据，建立该道路工程的土石方调运线性规划模型，并通过单纯型法的求解进行过土方调配的情况如表2所示：

该道路工程通过对土石方优化的调配模型下进行分析，减少了借土区的开挖量和弃土区的土方含量，一定程度上减少了借土区和弃土区的用地范围和开挖量，同时该道路工程选择了一条合理的运距，尽可能地利用开挖出的土进行回填，降低工程建设的成本，提高了道路建设的经济性，同时由于采用了合理的土方优化的调配方案，有效地控制了道路施工的过程中对周围环境的影响。该道路设计在优化过程中所需要的数据都比较容易获得，对满足工程的需求具有建设性的意义。

4 结语

在进行道路土石方优化的调配模型的建立中，要根据工程的实际情况，按照一定的模型进行数据分析。在进行分析的同时不光要考虑到土方的开挖和回填的数量，还要做好运距的调整，以此来降低工程的成本，达到成本最优化。综上所述，可见土石方优化调配在工程中的重要性。

参考文献

[1]於永和，曹生荣.堤防工程土石方调配优化模型与应用[J].武汉大学学报，2006，（10）.

[2] 漆天奇.道路工程土石方调配与施工进度的动态联合优化[J].水电与新能源，2014，（8）.

[3] 周厚贵，曹生荣，申明亮.土石方调配研究现状与发展方向[J].土木工程学报，2009，（2）.

[4] 宋淼.道路工程土石方优化调配模型与工程应用[J].江西建材，2014，（2）.

[5] 曹生荣，周厚贵，申明亮.道路工程土石方优化调配模型与工程应用[J].四川大学学报，2007，（9）.

（责任编辑：陈 倩）