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瀝青混凝土路面施工工藝淺議

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瀝青混凝土路面施工工藝淺議

摘要:為合理配置瀝青混凝土路面施工機(jī)械資源,提高大量施工機(jī)械群的施工效率,以安徽省某公路瀝青混凝土路面施工為研究對(duì)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(jī)的瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)問(wèn)題求解。結(jié)果表明,瀝青混凝土路面的關(guān)鍵施工工藝涉及到拌和、運(yùn)輸、攤鋪、初壓、復(fù)壓、終壓等工序,拌合站產(chǎn)量可以用正太分布函數(shù)進(jìn)行表達(dá),運(yùn)料汽車和攤鋪機(jī)的時(shí)間函數(shù)均可用負(fù)指數(shù)進(jìn)行表達(dá),而壓路機(jī)的壓實(shí)每10m瀝青混凝土路面消耗時(shí)間呈先增加后減小的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:市政瀝青混凝土;施工機(jī)械;機(jī)群協(xié)同;運(yùn)料攤鋪;路基路面;最小二乘向量機(jī)

引言

在公路工程施工過(guò)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(xué)合理地確定施工工藝以及正確配置施工機(jī)械資源成為目前市政公路瀝青混凝土路面需要面對(duì)的首要問(wèn)題,它不僅是節(jié)約經(jīng)濟(jì)造價(jià)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(duì)于提高大量的瀝青混凝土路面施工機(jī)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(jī)的瀝青混凝土路面機(jī)

群協(xié)同作業(yè)問(wèn)題求解最小二乘支持向量機(jī)法的基本原理是在給定的樣本空間,構(gòu)建線性映射函數(shù),將Rn空間映射到特征空間Rnh,以此得到樣本特征空間中的決策函數(shù)y(x)=wTφ(x)+b,并尋求決策函數(shù)最小值目標(biāo)函數(shù),如方程(1)所示[3]。(1)根據(jù)拉格朗日算法和KKT條件,得到問(wèn)題的優(yōu)化以及權(quán)向量w的解答如方程(2)~方程(4)所示。(3)(4)采用Mercer條件的對(duì)稱函數(shù)將方程(4)轉(zhuǎn)化為線性函數(shù)進(jìn)行求解,如方程(5)、方程(6)所示。(5)(6)運(yùn)用最小二乘法對(duì)線性函數(shù)進(jìn)行求解,得到方程(6)的計(jì)算結(jié)果如方程(7)所示。(7)基于最小二乘向量機(jī)(LS-SVM)的瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)問(wèn)題求解流程[4],見(jiàn)圖1。首先確定瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)問(wèn)題分析模型,選擇適當(dāng)?shù)臑r青混凝土路面機(jī)械設(shè)備配置目標(biāo)函數(shù),比如施工質(zhì)量目標(biāo)函數(shù)、施工成本目標(biāo)函數(shù)、施工效率目標(biāo)函數(shù)等,隨后根據(jù)配置模型,確定各個(gè)隨機(jī)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(jī)械設(shè)備配置的功能函數(shù)(目標(biāo)函數(shù)的閾值函數(shù)),利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和有限元程序選定學(xué)習(xí)樣本,并根據(jù)學(xué)習(xí)樣本抽取一定的數(shù)據(jù)容量作為檢測(cè)樣本,將檢測(cè)樣本與最小二乘向量機(jī)法的學(xué)習(xí)條件進(jìn)行對(duì)比,確定是否滿足學(xué)習(xí)和訓(xùn)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(jìn)入正常的估算環(huán)節(jié)。依據(jù)各個(gè)隨機(jī)變量的概率分布,隨機(jī)抽樣產(chǎn)生多組隨機(jī)數(shù),利用LS-SVM非線性估計(jì)函數(shù),計(jì)算各組隨機(jī)數(shù)所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)量,隨后將隨機(jī)變量和對(duì)應(yīng)的響應(yīng)量代入功能函數(shù)Z,計(jì)算Z≤0的數(shù)量,由此得到瀝青混凝土路面機(jī)械設(shè)備的最優(yōu)配置與協(xié)同作業(yè)方案[5]。

2工程應(yīng)用案例分析

安徽省某公路改擴(kuò)建工程CL01標(biāo)段主線全長(zhǎng)13.634km,起訖樁號(hào)K993+464.549~K993+475.135。采用雙向八車道公路標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)速度120km/h,路基標(biāo)準(zhǔn)寬度42m,線路的平面布置,見(jiàn)圖2。路基橫斷面全部為整體式斷面,現(xiàn)有路基寬度為28m,加寬后路基橫斷面組成為:中央分隔帶寬度為3.0m,左側(cè)路緣帶寬度為2×0.75m,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2×0.5m)為2×3.0m,土路肩寬度為2×0.75m,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3為基于最小二乘向量機(jī)(LS-SVM)的瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)計(jì)算結(jié)果。從圖3a中可以看出,拌合站每小時(shí)的瀝青混凝土生產(chǎn)量基本服從正太分布,在每小時(shí)生產(chǎn)瀝青混凝土102.0t~108.0t的頻次最大,為18臺(tái)拌合站,并逐步先兩側(cè)減小,在每小時(shí)生產(chǎn)瀝青混凝土83.0t~89.0t、120.5t~127.0t兩個(gè)區(qū)間出現(xiàn)的頻次最小,均為4臺(tái)拌合站。因此可以用正太分布函數(shù)進(jìn)行表達(dá),如方程(8)所示(8)從圖3b中可以看出,由于運(yùn)料汽車在抵達(dá)拌和站時(shí),需要進(jìn)行排隊(duì)等待,并按照順序進(jìn)行裝車,經(jīng)過(guò)計(jì)算每輛運(yùn)料汽車的裝載時(shí)間的并不相等,每車運(yùn)料汽車裝載瀝青混凝土消耗的時(shí)間呈負(fù)指數(shù)降低的趨勢(shì)。因此可以將裝車時(shí)間函數(shù)按方程(9)計(jì)算(9)同樣地,從圖3c中可以看出,攤鋪機(jī)攤鋪每當(dāng)量車瀝青混凝土消耗時(shí)間規(guī)律與每車運(yùn)料汽車裝載瀝青混凝土消耗的時(shí)間一致,也呈現(xiàn)負(fù)指數(shù)降低的趨勢(shì)。每當(dāng)量車瀝青混凝土攤鋪機(jī)需要消耗1.0min~2.5min中的頻次最大,為36臺(tái),而消耗9.6min~11.0min的頻次最小,為4臺(tái),可以將攤鋪機(jī)攤鋪每當(dāng)量車瀝青混凝土消耗時(shí)間函數(shù)按方程(10)計(jì)算(10)在實(shí)際的瀝青混凝土路面施工中,由于瀝青混凝土材料運(yùn)達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之后,是按照攤鋪、初壓、復(fù)壓、終壓等工序進(jìn)行,具有一定的流水節(jié)拍,導(dǎo)致壓實(shí)單位長(zhǎng)度的瀝青混凝土路面時(shí)間不同,在實(shí)際統(tǒng)計(jì)中,按照壓實(shí)10m進(jìn)行考慮。從圖3d中可以看出,壓路機(jī)壓實(shí)每10m瀝青混凝土路面消耗時(shí)間呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì),因此時(shí)間函數(shù)可以按方程(11)計(jì)算(11)

3結(jié)論

以安徽省某公路瀝青混凝土路面施工為研究對(duì)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(jī)的瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)問(wèn)題求解,得到以下幾個(gè)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(yùn)輸、攤鋪、初壓、復(fù)壓、終壓等工序,因此涉及到的施工機(jī)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(yùn)料汽車、轉(zhuǎn)運(yùn)車、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)等[7]。(2)基于最小二乘向量機(jī)的瀝青混凝土路面機(jī)群協(xié)同作業(yè)問(wèn)題進(jìn)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(jìn)行表達(dá),運(yùn)料汽車和攤鋪機(jī)的時(shí)間函數(shù)可以用負(fù)指數(shù)進(jìn)行表達(dá),而的壓路機(jī)壓實(shí)每10m瀝青混凝土路面消耗時(shí)間呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。

作者:余銓 單位:安徽中橋建設(shè)集團(tuán)有限公司