基于Lingo的铁路工程混凝土拌和站选址成本分析

肖坤

摘 要：出于混凝土工程质量和施工进度考虑，铁路客专项目一般采用自建混凝土拌和站模式。由于环保原因，砂石料等地材价格飞涨，混凝土拌和站等大型临时工程建设标准也急剧提高，导致铁路工程正面临行业性亏损。本文通过实际案例，详细分析原材料供应位置和后期混凝土运输距离，结合混凝土制作费用和拌和站建站成本等因素，利用Lingo语言对混凝土拌和站的设置数量和选址位置进行方案探讨。

关键词：拌和站;选址;成本;Lingo;方案

1引言

当前，相关专家指出铁路工程建设领域正面临行业性亏损的困局，其最主要因素在于环保原因导致地材价格的无限制上涨和大型临时设施建设标准的大幅提高，而以上建设费用的增多又不在材料调差和费用调整的范围之内，所以铁路项目能否不发生亏损则很大一部分取决于项目实施过程中建造成本的严格控制。

铁路工程混凝土拌和站从功能上是起到物流配送中心的职能，其建设时的合理与否不仅直接影响到项目建设的安全、进度和质量，更直接关乎到各工程单位赖以生存的成本和信誉。因此，从工程建设的趋势来看，拌和站不仅仅是机械性的行使混凝土配送职能，更多的时候是要执行成本节约、提高信誉等职能，是整个工程建设的关键所在。一个成功的拌和站设置方案，可以在保证混凝土供应的前提下，大大缩减工程建造成本，降低运输费用，提高混凝土供应效率和质量。

在项目工程保供应的前提下，混凝土拌和站的设置应遵循经济性原则，即成本最小化。一般情况下，建立拌和站选址模型的目标函数通常是总费用最低，出于模型建立需要，通常文献会对模型做出一些假设条件，在拌和站的设置过程中一般只考虑了建设规模、数量及混凝土运输距离，而由于招标滞后的相关原材料却无法考虑。在日益严格的环保压力下，特别是自第十二届全国人民代表大会第五次会议召开以来，蓝天保卫战提出之后，国内重点省市重污染天应急响应频发，工业企业停工停产急剧增多，混凝土原材料供应商骤减，以至于可选择的材料供应商范围急剧缩小。所以关于拌和站的选址成本优化问题必须同安全、质量以及工程进度等因素一起考虑。

2拌和站选址原则

（1）铁路混凝土拌和站的修建一般在工程最开始阶段，拌和站设置数量和规模往往取决与项目工期、线路长度以及混凝土工程的需求量;

（2）铁路混凝土拌和站设置一般考虑设置在县级以上道路附近，且场地平整拆迁量少，以减少修建过多的临时材料进出道路，从而节约大型临时设施工程费用;

（3）铁路混凝土拌和站的设置应满足混凝土运输的时间要求，且供应距离一般不超过20km;

（4）大跨度桥梁等混凝土需求相对集中的地点优先考虑布设，并兼顾混凝土供应半径;

（5）梁场、轨道板场等混凝土需求量较大，且要求混凝土配合比不同可单独设置拌和站。

3拌和站选址的研究分析

3.1项目概况

某JT城际铁路项目，主要工作内容为：特大桥一座，正线长26.91公里，施工范围为501#墩～1292#墩，项目工期为48个月，混凝体主要工程量分部如下：

3.2拌和站设置模型的建立

铁路沿线混凝土需求量呈线性分布，且各个墩身需求点的需求量已知，现从项目沿线靠近县级及以上道路200m内选择若干处作为备选地点，以满足沿线混凝土供应需求，并使得拌和站的总成本最少。

为了便于计算，简化问题，现做出如下假设：

（1）在沿线县道及以上200米内作为拌和站备选地址;

（2）运输费用与混凝土运输量成正比，10km内（含10km）运输单价为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，混凝土制作单价28元/m3;

（3）分析数据时拌和站最多不超过3个，设置后土建规模相当，且可满足其管段内所以工点的配送要求，每个拌和站建站费用8800000元;

（4）各工点混凝土需求量已知，线路划分为40个工点;

（5）考虑梁场和轨道板场的专业性特点以及场地存放要求等因素，案例中针对梁场、板场可单独设置拌和站，本文暂不对其相关数据进行研究分析。

假设该项目有n个工点，各个工点混凝土需求量已知，从m个备选地址选取t个拌和站使得整个混凝土制作、运输、建站以及原材料运输等总成本最低。拌和站设置的数学模型主要变量如下：

n：工点个数;

m：拌和站备选个数;

C：代表不同标号的混凝土;

t：拟建拌和站个数;

xij：拌和站i为工点j供应的混凝土;

hij：从拌和站i到工点j的单位运费;

Fi：在第i个拌和站备选地建立混凝土拌和站的成本;

Vi：在第i个拌和站混凝土制作的费用;

Z：混凝土拌和站建造、混凝土制作、混凝土运输、原材料运输等总成本;

以上模型目标函数最小总成本Z中，第一项表示从拌和站i到工点j的运输成本，第二项表示单位混凝土所需地材的运输费用，第三项表示拌和站建站成本，第四项表示拌和站混凝土制作成本。

约束条件（1）式表示各个工点的需求量必须得到拌和站的充足供应;（2）式表示在m个备选地点选取t个建立拌和站;（3）式如果某个拌和站备选地点为某个工点供应混凝土，那么就需要在该地建立拌和站;（4）式表示变量取值范围。

3.3拌和站设置选址模型求解

根据实际案例情况，该JT城际铁路历经县级及以上主要干道7条（不含高速公路，如表2所示），其中二跨CY路、LH路与铁路线路交叉，该项目共有墩身点位792个，即792个需求点需供应混凝土，为了方便计算和建模，假设每20个墩身作为一个工点，工点总数40个。同时，为了不影响生产以及降低拌和站建设成本，我们将从表1中的7个备选地址处选择若干个使得总费用最低。表2表示各拌和站备选点对应工点的建站费用和混凝土制作单价（假定两项费用在各个拌和站均相同），表3表示由混凝土相关原材料推算出的单位混凝土所需原材料的运费，表4表示各工点混凝土需求量。

结合数学模型，利用Lingo软件编程输入相關数据，运行结果如下：

当t<=7时，总成本最小值Z=113892900，对应的拌和站数量为1处，即t=1，选址结果为G，其结果为最优方案;

当t=2时，即设立2处拌和站，总成本最小值Z=121956500，对应的拌和站选址结果为D和G;

软件运行结果显示，在拌和站布设数量和位置未知的情况下，结果分析得出，如果设置1处拌和站在XX路设置混凝土拌和站成本将最小化。如果出于管理方便，减少人为协调难度原因出发设置2处拌和站，则分别在JY路和XX路设置总成本将最小。

4结语

在全国各省市都在大力发展高速铁路的背景下，出于节约成本、减少耕地破坏和铁路运营安全的考虑，高速铁路桥梁设计使用频率越来越高，对于混凝土的使用量也就逐渐增多，混凝土拌和站的设计是否合理直接关乎到施工单位赖以生存的经济效益，在满足项目建设工期和安全质量的前提下，合理的布设混凝土拌和站数量和位置不仅能为施工企业节约成本提高经济效益，还能避免造成社会资源的不必要浪费。本文以JT城际铁路的线下工程为案例，结合原材料的运输距离对混凝土拌和站的布设方案进行了数据分析，同时对于工程项目的拌和站设置问题也提供了解决方案，尤其对于大型复杂工程，值得在实际应用中进行推广借鉴。

参考文献：

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