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公路施工机械匹配系统分析
摘 要：施工机械通过合理的优化配置、才能充分发挥机械的最大潜
能，按期建设高质量、低成本、低能耗公路工程任务，并给施工带来一定
的经济效益。
关键词：机械化 系统 优化
中图分类号：U415.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）
009-071-02
随着中国建设事业的迅速发展，高速路的建设，离不开机械化设备。
机械化施工是一项系统工程，是机械技术，统计学、施工技术、运筹学的
有机融合。“科学管理，优化组合”是机械化施工系统的核心。
1 路面机械化施工系统资源优化配置
在高速公路的路面施工中，由搅拌站、摊铺设备、压路机和料车组成
的机械化系统被广泛用于路面施工中。该系统机械化性能配置程度高，若
仅凭定性认识及经验而没有对机械资源配置深入分析进行机械的搭配，将
导致机械生产率低下，施工成本增高。
高速路的路面机械化施工系统主要由“拌和――摊铺”、“摊铺――压
实”两大系统串联组成。实际施工中搅拌机是系统匹配中的主导机械，在
保证主导机械生产率最大发挥的原则，选定压实设备和摊铺设备，而料车
的随机性较大，在研究“拌和――摊铺”子系统，就可确定料车的数量。
图 1 机械系统理想工作状态是：当料车在搅拌机下装车完成，恰有空
返回料车到达装料；当料车在摊铺设备处卸料完成，恰有料车来摊铺设备
卸料。这样，整个系统工作既高效且经济。但现场实际施工时，影响该系
统因素很多，随机性较大。因此，利用排队论来精确地分析该系统运行流
程。对搅拌机、运料车和摊铺设备作业流程采用数理统计分析，运料车的
抵达服从泊松分布，搅拌设备和摊铺设备对某料车的服务时间为负指数分
布。
2 机械化施工系统建立数学模型
建模原则：在保证搅拌机、摊铺设备和运料车的生产利用高、料车基
本不排队的情况下，每吨成品料的机械费最小。
作业工况假设：开工不超过 lh，系统施工状态稳定；搅拌机为系统主
导机械；施工运距不小于 lkm；当搅拌机、摊铺设备的数量多台时，其型
号相同；系统设备无故障。
2.1 机械化系统主要运行参数
2.3 “搅拌――摊铺”系统负荷水平及设备变化与工程成本的关系
进行机械匹配时，搅拌机已选定，其生产率、运距已经知道，成品料
的台班费成本 Cd 仅是料车数量 m 和其载重 q 的函数。显然料车数量的范
围为 1≤m≤+∞，当 m 很小时，搅拌机利用率不高，此时系统的生产能力
由 m 决定，远小于搅拌机理论生产率，从而使每吨成品料的成本较高；相
反，当 m 较大时，搅拌机连续工作，系统的生产能力受 Q0 制约，当 m 很
大时，系统的生产能力将恒定，而系统的总费用 C 随着料车的增加而增加，
从而造成每吨成品料费用增高。
因 Cd 函数关系式复杂，且不是 m 的连续函数，我们用 MATLAB 数学软
件，运用多项式回归的方法进行模拟解决最优解：
假设多个 m 值，计算出 Cd 对应的初始点。利用 MATLAB 数学软件对初
始点按最小二乘法进行多项式拟合，产生一维高次函数 Cd = anmn +
an-1mn-1 + … + a1m + a0 （n 为阶数）；显示出交互式图形，则可以在
图形上进行预测，求出最优解 m*。
实际施工中影响机械效能因素很多，且都是客观闪素。如尽量减少机
械组合，许多同规格的机械完成一项工作会使施工效率降低。同一流程上
各机械的生产率应能相互匹配，路面施工搅拌设备、运输车、摊铺设备这
三种机械的生产能力要基本相一致。若某一个部分跟不上，整个系统将受
此环节的生产力制约。
3 结语
高速公路建设迅速发展的今天，机械化系统合理匹配要求全面掌握机
械的技术性能，运行状况；了解作业环境，灵活变通。优化机械化系统对
工程质量、功效、安全和工程进度都有保证。
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