沥青混凝土路面施工工艺及机群协同作业

余 铨

（安徽中桥建设集团有限公司，安徽 合肥 230051）

引言

在公路工程施工过程中，由于沥青混凝土路面属于线性工程，涉及的关键工序多，使用的设备多[1]，科学合理地确定施工工艺以及正确配置施工机械资源成为目前市政公路沥青混凝土路面需要面对的首要问题，它不仅是节约经济造价的需要，也是以遵从施工工艺的客观工作规律的必然要求，对于提高大量的沥青混凝土路面施工机群的协同作业效率具有十分重要的意义[2]。

1 基于最小二乘向量机的沥青混凝土路面机群协同作业问题求解

根据拉格朗日算法和KKT 条件，得到问题的优化以及权向量w 的解答如方程（2）～方程（4）所示。

采用Mercer 条件的对称函数将方程（4）转化为线性函数进行求解，如方程（5）、方程（6）所示。

运用最小二乘法对线性函数进行求解，得到方程（6）的计算结果如方程（7）所示。

基于最小二乘向量机（LS-SVM）的沥青混凝土路面机群协同作业问题求解流程[4]，见图1。首先确定沥青混凝土路面机群协同作业问题分析模型，选择适当的沥青混凝土路面机械设备配置目标函数，比如施工质量目标函数、施工成本目标函数、施工效率目标函数等，随后根据配置模型，确定各个随机变量的概率分布和分布参数，超参数γ 和核函数参数的取值，即可确定了沥青混凝土路面机械设备配置的功能函数（目标函数的阈值函数），利用正交试验设计和有限元程序选定学习样本，并根据学习样本抽取一定的数据容量作为检测样本，将检测样本与最小二乘向量机法的学习条件进行对比，确定是否满足学习和训练条件，如果否，则应重新确定超参数γ 和核函数参数，如果是则进入正常的估算环节。依据各个随机变量的概率分布，随机抽样产生多组随机数，利用LS-SVM 非线性估计函数，计算各组随机数所对应的结构响应量，随后将随机变量和对应的响应量代入功能函数Z，计算Z≤0 的数量，由此得到沥青混凝土路面机械设备的最优配置与协同作业方案[5]。

图1 基于最小二乘向量机（LS-SVM）的沥青混凝土路面机群协同作业问题求解流程

2 工程应用案例分析

安徽省某公路改扩建工程CL01 标段主线全长13.634 km，起讫桩号K993+464.549～K993+475.135。采用双向八车道公路标准，设计速度120 km/h，路基标准宽度42 m，线路的平面布置，见图2。路基横断面全部为整体式断面，现有路基宽度为28 m，加宽后路基横断面组成为：中央分隔带宽度为3.0 m，左侧路缘带宽度为2×0.75 m，行车道宽度为2×（4×3.75）m，硬路肩宽度（含右侧路缘带宽度2×0.5 m）为2×3.0 m，土路肩宽度为2×0.75 m，行车道、路缘带、硬路肩路拱横坡为2.0%，土路肩横坡为3.0%[6]。

图2 工程线路平面布置图

图3 为基于最小二乘向量机（LS-SVM）的沥青混凝土路面机群协同作业计算结果。从图3a 中可以看出，拌合站每小时的沥青混凝土生产量基本服从正太分布，在每小时生产沥青混凝土102.0 t～108.0 t 的频次最大，为18 台拌合站，并逐步先两侧减小，在每小时生产沥青混凝土83.0 t～89.0 t、120.5 t～127.0 t 两个区间出现的频次最小，均为4 台拌合站。因此可以用正太分布函数进行表达，如方程（8）所示

从图3b 中可以看出，由于运料汽车在抵达拌和站时，需要进行排队等待，并按照顺序进行装车，经过计算每辆运料汽车的装载时间的并不相等，每车运料汽车装载沥青混凝土消耗的时间呈负指数降低的趋势。因此可以将装车时间函数按方程（9）计算

同样地，从图3c 中可以看出，摊铺机摊铺每当量车沥青混凝土消耗时间规律与每车运料汽车装载沥青混凝土消耗的时间一致，也呈现负指数降低的趋势。每当量车沥青混凝土摊铺机需要消耗1.0 min～2.5 min 中的频次最大，为36 台，而消耗9.6 min～11.0 min 的频次最小，为4 台，可以将摊铺机摊铺每当量车沥青混凝土消耗时间函数按方程（10）计算

在实际的沥青混凝土路面施工中，由于沥青混凝土材料运达现场之后，是按照摊铺、初压、复压、终压等工序进行，具有一定的流水节拍，导致压实单位长度的沥青混凝土路面时间不同，在实际统计中，按照压实10 m 进行考虑。从图3d 中可以看出，压路机压实每10 m 沥青混凝土路面消耗时间呈现先增加后减小的趋势，因此时间函数可以按方程（11）计算

图3 基于最小二乘向量机的沥青混凝土路面机群协同作业计算结果

3 结论

以安徽省某公路沥青混凝土路面施工为研究对象，在分析沥青混凝土路面施工关键施工工艺的基础上，基于最小二乘向量机的沥青混凝土路面机群协同作业问题求解，得到以下几个结论。

（1） 沥青混凝土路面的关键施工工艺涉及到沥青混合料的拌和、运输、摊铺、初压、复压、终压等工序，因此涉及到的施工机械类型以及数量众多，主要设备有沥青混凝土拌合站、运料汽车、转运车、摊铺机、压路机等[7]。

（2） 基于最小二乘向量机的沥青混凝土路面机群协同作业问题进行求解，结果表明，拌合站产量可以用正太分布函数进行表达，运料汽车和摊铺机的时间函数可以用负指数进行表达，而的压路机压实每10 m 沥青混凝土路面消耗时间呈现先增加后减小的趋势。