沥青混凝土运输车运行规律及其数量动态配置

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摘 要：通过对高等级高速公路沥青混凝土路面施工特点、运输车运行规律及运输车选择原则的分析，在保证路面质量的前提下，利用排队原理对运输车数量进行动态配置，实现了运输成本最小化。

关键词：运输车 运行规律 选择原则 动态配置

中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）006-017-02

1 前言

随着我国高速公路车辆的不断增多，对高速公路的路面质量要求越来越高。高质量的路面不仅会增加施工成本，而且会使施工企业利润降低。因此，对于施工单位来说，寻找在保证路面质量条件下，确定合理的施工方案以达到降低施工成本的目标显得尤为重要。施工成本主要由：路面材料费和机械台班费两部分。在施工方案制订后，路面材料费基本是不改变的，能改变的只有机械台班费。一般说来，在进行机械设备配置时，施工机械的数量和型号在确定之后其费用是基本不变的，能变化的只有运输车的吨位和数量，而运输车的吨位通常是确定好的，变化的只有运输车数量，所以要达到节约成本的目的，就要严格动态地配置运输车的数量。实践表明，通过动态调配运输车数量，不仅能够有效的提高施工效率，而且能够达到降低施工成本的目的。

2 高等级高速公路沥青混凝土路面施工特点

高等级公路在施工前应铺筑试验段，铺筑试验段是不可缺少的步骤，应该成为一种制度。根据沥青路面各种施工机械相匹配的原则，确定合理的施工机械组成路面机械化施工系统，该系统主要施工机械：沥青混凝土拌合设备（以下简称搅拌设备）、运输车、转运车、摊铺机和压路机等设备组成。在施工过程中，通过优化配置以上施工机械达到节约成本，保证施工质量的目的。具体是：首先根据施工方案选定合适的主导机械—搅拌设备，其次在确保主导机械生产率最大的原则条件下，选定与之匹配的转运车、摊铺机、压路机。通过电子通讯设备智能化控制各施工机械，采集各机种的状态信息和参数通过电子通讯设备送到计算机监控中心，然后计算机通过分析所采集到的信息，提出控制意见，指导它们的工作或进行一些参数的调整，合理地为路面机械施工系统组配运输车数量，降低施工生产成本。

3 运输车运行规律

在运输车工作过程中，运输车从搅拌设备处装料到摊铺处之间运距一般较长，故认为到达搅拌设备处的运输车的概率是相互独立且不相关，也就是说，在同一时刻有且只有一辆运输车到达搅拌设备处。

设某一段时间t内，把其分成n段，那么，t=t/n，运输车在单位时间内到达的概率为 ，则运输车在t时间内到达的可能性为p= t。

由于运输车到达搅拌设备过程可看作是在n个t内做n次独立试验，所以，在n个t内有k辆运输车到达搅拌设备处的概率为：

（1）

特别当n∞时有

（2）

由概率统计可知，运输车到达搅拌设备的概率服从泊松分布，即

（3）

其中：k=0，1，2，…N，N为系统中总的运输车数量（台）

同理分析可知，运输车离开搅拌设备的概率同样也应服从泊松分布。运输车在搅拌设备处装料的时间应服从指数分布，运输车到达转运车处的概率服从泊松分布，运输车卸料的时间服从指数分布。

4 基于排队论运输车选型原则

4.1 排队论基本知识

排队论反映各拥挤现象的排队系统的概率规律性，目前应用排队理论在运输车数量动态调配中应用较少，下面具体探讨利用排队理论来解决运输车数量配置最优化问题。

（1）排队系统。

下面是本文研究的模型：多服务台负指数分布排队系统。在该系统中，统称“顾客”为需要得到服务的对象，“服务员”为提供服务的服务者，排队系统的种类虽然繁多，但基本都可以描述为：顾客到达服务台接受服务，当服务台没有及时提供服务给顾客，顾客排队等待服务，直到得到服务后才离开服务台。

（2）排队系统的常用表示方法和符号。

排队论的表示方法：A/C/C/D/E/F

式中：A—顾客先后到达时间间隔的分布（如M表示A服从负指数分布）；

B—服务台服务时间的分布（如M表示B服从负指数分布）；

C—同时服务的服务台数目；

D—排队系统的最大容量；

E—总体的顾客数量；

F—排队规则（如FCFS即是先到先服务规则）。

（3）常用的符号。

u—单位时间内服务完的顾客数；

Pn（t）—在t的时间内能够到达n个顾客的概率；

P0（t）—在t的时间内没有顾客到达的概率。

4.2 运输车数量动态调配

一个大的工程，通常不同路段同时开工，这时一个搅拌设备，将不能满足工作需要，本文采取多个搅拌设备同时工作，各个搅拌设备之间无相互协作关系。因此可以将运输车和搅拌设备组成的系统看成为顾客源有限的排队系统，即随即服务系统。由前面运输车运行规律知：搅拌设备和摊铺机对单台运输车服务的时间服从负指数分布，运输车到达概率服从泊松分布，设搅拌设备的台数为C，多服务台负指数分布排队系统——M/M/C/∞/∞/FCFS。

由排队理论得，搅拌设备的空闲率

（4）

每吨材料的机械成本费

（5）

式中：CQ—除运输车费用以外，设备的总台班费；

CL—运输车台班费；

QB—搅拌设备生产率；

T—搅拌机每天工作时间；

N—运输车数量。

通过以上公式可以求得每吨材料的最小机械成本费Cx，和此时运输车数量N。设备的空闲率、成本最小时每吨材料的机械成本费Cx和运输车数量N可以通过编写C语言程序求出。求出的运输车数量N，虽然可以很好地保证整个施工系统正常运转，但为了防止施工过程中受到一些不可预测因素影响，使运输车数量不能够满足实际施工的需求。一般在设定运输车的数量时应有一定的余量，通常是根据实际施工工况确定闲置的运输车数量（一般为3台）。因此，在施工过程中一般配置N+3台运输车。在此时确定的运输车台数下，计算出每吨材料最小机械成本费Cx。

5 总结

本文通过对运输车运行规律分析，以及传统运输车数量静态配置的不足，利用排队理论的多服务台负指数分布排队系统，对大工程同时施工的运输车数量进行动态配置，并且采用排队系统最优化理论，对所设模型，求得最优解，得到了最佳组合配置，达到了即实现节约机械成本的目的，又避免以前经验的盲目性，使整个施工系统能够稳定地工作，提高沥青路面的施工质量。

参考文献：

[1] 郭小宏，郭嘉银.高等级沥青混凝土路面机械化施工的理论及实践[J].重庆交通学院学报，1994（1）.

[2] 郝培文.沥青路面施工与维修技术[M].北京：人民交通出版社，2000.

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[5] 钱颂迪.应用运筹学[M].北京：清华大学出版社，2010.