基于平均运距法的公路施工现场料场选址研究
摘要：公路工程项目中，材料费用占据施工总成本中较大份额，因此选择合理的材料堆场能够帮助施工人员提高管理效率，降低场内运输成本并且提高施工的质量。但现阶段管理人员大多没有进行系统的选址规划，或者使用比较复杂的方法，为了能够帮助施工企业解决料场选址问题，同时简化选址方法，通过比较分析料场选址和土石方调配平均运距方法的相似性，将平均运距法应用于公路工程料场选址问题中。
关键词：公路工程；堆料场选址；平均运距
Location of Materials Stacking Area in Highway Construction Site Based on the Method of Average Haul Distance
Mei Zhongya
(School of Management, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)
Abstract: Under the construction of highway engineering, the cost of materials accounts for a large share of the total cost of construction, so choosing a rational stacking area is useful for managers to improve the management efficiency, reduce the transportation cost venue and improve the quality of construction projects. But at present, a few managers do this job or do it with difficult methods. To help enterprises solve the location problem and simplify the method of location, this study compares and analyses the similarity between the location of materials stacking area and the average haul distance of earthwork allocation. Then the method of average haul distance is applied to the location of materials stacking area in highway construction site.
Keywords: highway engineering; materials stacking area; average haul distance
工程项目建设材料成本支出较大，一般约占工程总造价的40%～60%，有的还要远远高于这个比例[1]，所以材料成本的高低直接影响着工程项目的费用、进度和质量。为了能够帮助施工人员提高管理效率、降低材料的场内运输成本和提高工程质量，除了控制好材料的采购环节外，合理进行施工现场材料堆场的选址已经成为管理人员必须考虑的问题。但是现阶段公路工程施工中，管理人员常常忽视了这一关键的管理内容，或者在管理时采用的方法都比较复杂，不能满足
工程项目的实际需求，从而使得到场材料管理不规范，造成施工成本增加。
早在1999年，康宏远[2]通过最短路径思想，建立了路径搜索模型，并且利用“Dijkstra”算法对平均运距进行了求取，将其所得理论应用到秦沈线的实例中，优化了平均运距，提高了工作效率。黄素成[3]利用平均运距思想对天然筑路材料取料场选址进行了研究和讨论，阐明了平均运距法在取料场选址应用中的可行性和科学性。徐刚等[4]为了解决施工过程中土石方的调配问题，运用平均运距法合理计算完成了土石方的调配。郝秋娟[5]就路基、路面、防护和桥梁涵洞等构造物的材料平均运距分别进行了详细讨论和总结，为公路工程概预算编制提供了参考数据。
在选址问题方面，郭小宏[6]针对是否考虑公路沿线料场影响下对料场拌和站选址问题进行了探讨，并以施工企业业务承包能力和路段承包规模为前提研究了拌和站的选址问题。刘唐志等[7]结合沥青路面实际施工情况，提出了主要费用计算方法来确定拌和站的选址问题。杨庆云[8]从自然环境、社会环境和基础设施等方面对公路材料料场选址进行了分析，建立了评价指标体系，并采用模糊层次分析法对选址问题进行了探讨，得出了高速公路料场选址的方法。李建斌[9]根据道路施工中原材料运输的特点，采用可重复自然数编码的遗传算法求解选址模型，并以实例验证，得出了物流中心选址的方法。许茂增等[10]通过比较分析配送中心与公路工程项目现场堆料场的相似性，利用修正后的重心法来确定施工现场单个堆料场的选址问题，并以实例验证了其可行性。
综上所述，现目前平均运距法在实际生活中已经得到了广泛的应用，无论是理论还是实践都比较成熟；在选址问题上也出现了模糊层次分析法、遗传算法、重心法等多种求解选址问题的方法。但是结合施工人员实际需要，将施工人员通常在土石方调配中使用的平均运距法应用到堆料场选址问题中的研究依然较少。
1 平均运距法与料场选址对比分析
在公路工程，特别是高速公路施工过程中，土石方的挖填调配方案是指导整个路基土石方施工的核心，针对公路施工的特点，平均运距法能够比较合理的给出各个桩号的调配方案；对于施工现场堆料场选址而言，从节约运输成本和减少材料运输损耗角度出发，选取合理方法来进行料场的布置是管理人员必须考虑的问题。从表1的对比分析中可知，无论是从两者的工作内容，制定方案的原则还是影响因素来看，两者都存在许多相似的地方。土石方调配中的平均运距法主要针对整条施工线型上的路基土石方的调配，从减少运距，连续施工的角度出发，对整个路段施工进行安排；在对施工现场堆料场选址进行研究时，同样也是从考虑减少运距，减少损耗的角度出发，所以尝试将平均运距法应用到堆料场选址问题中，以提高管理效率，降低运输成本和提高施工质量。
表1土石方调运与堆料场比较表
Table 1 Comparison between earthwork allocation and location of stacking area
2 堆料场平均运距法选址
2.1 假设条件
（1）假设里程桩号为偶数，把带状公路进行阶段划分，即根据里程桩号进行划分。假设公路起点为桩号K0+000，终点桩号为Kn+000，把整个路段按照每公里为一段进行划分，划分为n段；建立合理的坐标体系。将公路工程起点作为坐标原点，水平方向建立x轴，竖直方向建立y轴，于是得到整点桩号的坐标（，）, ,为划分段数。
（2）假定一个堆料场只对2个相邻分段进行材料供应，第i个初始材料堆场选址坐标为（，），。如果实际中出现为多个施工段供应材料时，只需增加相应的施工段用量、类型和运距即可。
（3）假定材料需求量集中于划分路段的中点桩号，于是根据坐标可以得到第i个堆场对应的相邻的两施工段中点桩号的坐标（，）和（，），。例如K0+000到K1+000桩号的中点桩号为K0+500，则其中点桩号坐标为（，）；实际中应注意，材料的供应是多节点供应的，单一节点的案例较少。
（4）假定只进行一种材料的供应，并且第i个堆料场对应的相邻两施工段的该种材料的供应量分别为，，单位为吨。实际中对于某路段的材料供应，如水泥、钢筋等，不一定是单一的，当需要进行多种材料综合运输时，可考虑增加运量权重。
（5）忽略材料堆场的建设成本和运营成本。实际问题中这一块必须作为选址的影响因素，因为它直接影响着工程项目的前期投入、中期管理和后期效益。
（6）假定进行材料运输的每公里每吨运费为w元。
2.2 模型构建
根据以上假设，结合平均运距法计算规则，可以得到料场到其供应的两个相
邻施工段的总费用元。
整个项目总运输费用为（1）式
对于某相邻两施工段建立的一个堆料场的平均运距如（2）式：
（2）式
对于某相邻两施工段建立的一个堆料场的运输费用如（3）式：
（3）式
故当每一个料场的运输费用最低，即平均运距最短的时候，就能得到最优的总运输费用，相应的可以求得每一个料场的坐标（’，’ ）。即将选址模型转化为目标函数为，（，）为自变量的无约束的非线性规划问题。
通过对（2）式求偏导，有以下结果：
由以上推导可以得出（2）式的海塞矩阵为
，可以得知（2）式为严格凸函数，其局部极小值为全局极小值。于是有（2）式的两个一阶偏导等于0解出第i个料场坐标的最优值为
，
则根据以上推导步骤可以得出最低费用为
3 结语
通过将土石方调配中的平均运距法与堆料场选址的对比，进而利用平均运距法对公路工程施工现场堆料场选址问题进行研究。就平均运距法而言，现目前已经在各个领域中得到了应用，其理论和实践基都是比较成熟的；与模糊层次分析法、遗传算法和重心法等相比较，其计算方法简便，理论基础易懂，更适合于施工企业管理人员的需求。由于模型建立时的假设条件较多，在实际施工过程中存在着诸多制约因素，在未来的研究中，可以根据实际施工的条件对模型进行优化和改进，进一步完善，为施工企业管理人员提供方便、简洁的堆料场选址方法。
参考文献(References)：
[1] 蒋明荣. 加强工程项目与供应商关系管理是降低材料采购成本的有效途径[J]. 铁路采购与物流，2008，2（2）：39-40．
[2] 康宏远. 秦沈客运专线平均运距优化计算方法[J]. 铁道标准设计，1999，4（4）：28-30．
[3] 黄素成. 高等级公路工程中天然取料场的勘察与设计[J]. 大众科技，2004，3（3）：43-45．
[4] 徐刚, 裴佩. 浅谈“路基土石方计算与调配”[J]. 华东公路，2009，4（8）：91-93．
第一作者：梅中亚，男，1990年9月，汉，重庆市巴南区，硕士，工程项目物流管理
第二作者：唐凤娇，女，1991年1月，汉，重庆市合川区，硕士，管理科学与工程
