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装配式建筑预制构件配送基于应急情况的车辆调度研究

2023-09-18 82 上传者：管理员

摘要：装配式建筑因其具有标准化设计、减少资源浪费、提高施工效率等优势，在临建工程、紧急用房、抗险救灾等应急建筑领域有很好的应用价值。但在预制构件的配送环节中由于预制构件体积大、形状不规则以及时效性强等特点，容易造成预制构件配送效率不高等问题。因此，文章以应急情况下装配式建筑预制构件配送与车辆调度为研究对象，在预制构件配送阶段以预制构件最短距离周转量为目标，在满足预制构件加工厂和施工工地供需约束的前提下，为预制构件加工厂分配任务；在车辆调度阶段，以车辆运输时间、装卸作业时间最少为目标，为各构件加工厂指派完成运输任务的车辆类型组合。最后编写了与数学模型相对应的LINGO程序，为应急情况下装配式建筑预制构件配送与车辆调度提供方案。

关键词：
Lingo
应急情况
建筑预制构件
构件配送
车辆调度
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2020年初，武汉市爆发新型冠状肺炎，情况十分严峻，为解决医疗问题、救治患者、减缓疫情传播，武汉市建设了火神山和雷神山两座医院。从计划到建成，每座医院的工期不超过10天。更为重要的是，采用装配式建筑进行施工建设的两大型应急工程不仅在疫情防控和患者治疗方面发挥了关键性作用，而且为我国今后如何更加科学高效地开展和实施大型应急工程建设与管理工作积累了宝贵的经验，并成为中国乃至世界应急工程建设史上的奇迹和典范。装配式建筑是由预制部品/部件在工地装配而成的建筑，大量的建筑部品/部件由生产车间加工完成，运至现场进行装配作业，大大减少现场浇筑作业[1]。与传统现浇式建筑模式不同，装配式建筑是将建筑所需的构件在预制工厂生产完成，然后运输到施工现场进行组装，更具标准化、一体化、信息化。和传统建筑相比，装配式建筑对构件的物流运输要求高，在应急情况下更是如此。

本文从物资分配和车辆调度两阶段出发，为应急情况下的装配式建筑预制构件配送与车辆调度提供合理方案。

1、理论基础

1.1物资分配

物资分配问题，就是将一定数量的一种或若干种资源同时分配给若干个使用者，从而使得目标函数达到最优。物资的分配问题是调度方案的关键环节，也是车辆调度的前提条件。在制定应急调度方案时，两者之间是密切相关的，物资分配方案为基础，在此基础上对车辆调度进行规划，将两者结合起来，以效率为调度目标来制定调度方案，保证调度顺利开展。

1.2装配式建筑预制构件车辆调度理论

装配式建筑预制构件车辆调度流程如图1所示。

(1）车辆在接收到任务安排后从构件加工厂车库出发，到装车地点利用吊装机械设备进行装车。

图1装配式建筑预制构件车辆调度流程

(2）配送车辆根据构件加工厂调度人员安排的指定路线进行运输，前往有需求的施工工地。

(3）装配式建筑PC构件配送车辆到达施工工地后，在现场相关管理人员的指挥下进行卸车。

(4）装配式建筑PC构件配送车辆卸车完毕后，立即返回构件加工厂进行下一次的配送直至配送完毕返回车库。

1.3 LINGO软件求解数学模型

LINGO (Linear Interactive and General Optimizer），即交互式线性和通用优化求解器，由美国LINDO系统公司开发推出，内置建模语言可用于求解LP问题、IP问题、QP问题，也即通常意义的线性规划问题、整数规划问题和二次规划问题，以简便的输入—求解—分析—输出模式进行，运行速度快可操作性强[2]，过程如图2所示。

LINGO中一个完整的模型由集合定义、数据段、目标函数和约束条件等组成。其采用分支定界法，得到问题精确解。分支定界法除了在运算顺序上可以带来计算量的减小以外，灵敏度分析的技巧也能优化求解过程，使其全局性与可行性得到一定的提升。LINGO软件可将运算顺序与灵敏度分析的思想编写进计算机中迅速求解数学模型，运算时间基本上不会受到变量数量的影响。

2、应急情况下装配式建筑预制构件配送与车辆调度模型建立构件加工厂施工工地

2.1问题描述

装配式建筑预制构件配送方案的设计是运输规划中的一个重要环节，它关系到整个运输过程效率。在本文应急情况下“多点-多点”预制构件配送方案的设计应满足以下原则：满足所有工地的构件需求、构件运输距离周转量最小（运输距离和运输构件数量乘积）。构件加工厂-施工工地的分配关系如图3所示。

图2 LINGO程序逻辑

图3多对多分配关系图

车辆调度问题描述：预制构件加工厂向施工工地进行配送，每个施工工地可同时被多辆车进行服务，但每辆车只能装载一种预制构件。已知各施工工地预制构件的需求量、构件加工厂和施工工地距离、不同车型的运输速度、装卸构件所需时间等条件，建立了应急情况下构件占用车辆时间最短的车辆运输任务分配模型。

2.2预制构件配送模型

2.2.1模型假设

(1）各构件加工厂到各施工工地距离已知；（2）施工工地需求量和需求时间提前给出；（3）构件加工厂可以提供的构件数量已知；（4）构件在运输过程中不会出现损耗。

2.2.2参数设计

i：构件加工厂编号；j：施工工地编号；b：预制构件类型编号；dij：各构件加工厂到各施工工地运输距离；gijb：构件加工厂i运往施工工地j的构件b数量；djb：工地j需要构件b的数量；rib：加工厂i可提供构件b的数量。

2.2.3模型建立

其中：目标函数（1）表示预制构件运输距离周转量最小；约束条件（2）表示各构件加工厂运往施工工地的各构件总量等于各工地对构件的需求量；约束条件（3）表示各构件加工厂运往施工工地的各构件总量不超过其限量；约束条件（4）表示整数约束。

2.3车辆调度模型

2.3.1模型假设

(1）车辆在行驶过程中保持匀速且没有出现交通堵塞等不良情况；（2）运输车辆从预制构件厂行驶到各施工工地的运输路线是确定的，即运输距离固定；（3）不同类型配送车辆在构件加工厂的装车时间、从构件加工厂到施工工地的平均行驶速度、在工地的卸车时间是确定的，不考虑其他突发情况；（4）不同类型配送车辆额定载重量已知；（5）所有车辆每次运输只允许运送一种构件；（6）配送车辆在装满预制构件后开始配送时，必须将预制构件配送到施工工地，不能中途退出。

2.3.2参数设计

(1）常量参数

b：预制加工厂为施工工地提供的构件编号；c：车辆类型编号；db:b构件需要运输的距离；vc：车辆c的平均时速；tbc：车辆c运输构件b所需的时间；tuc：车辆c在施工工地卸车所需时间；tzc：车辆c在构件加工厂装车所需时间；xbc：构件b从构件加工厂运往施工工地所需车辆c的数量；kc：构件加工厂可调配的车辆c的数量；pbc：车辆c所能承载构件b的极限数量；qc：车辆c的额定载重量；yb：构件b的单件重量；hb：施工工地对构件b的需求量。

(2）变量参数

2.3.3模型建立

其中：目标函数（5）表示预制构件占用车辆时间最少；约束条件（6）表示为构件指派的运输车辆数量不能超过构件加工厂可调配车辆数目；约束条件（7）运输构件数量要满足施工工地需求量；约束条件（8）表示整数约束。

3、案例研究

C市现有3个应急工程项目，根据前期规划4个构件加工厂可为施工项目提供构件。现阶段工地所需构件有预制柱、预制墙板、预制梁、预制叠合板、预制楼梯板、预制阳台板等装配式建筑房屋所需的混凝土预制件，详细信息如表1至表3所示。为了将预制构件尽快送达并且节约车辆资源，需要制定合理的装配式建筑构件配送方案和车辆调度方案。

表1各工地需求数量

单位：件

表2各构件加工厂到各工地距离

单位：km

表3根据工期要求各加工厂可提供的构件数量

单位：件

每个施工工地有3种类型车辆各7辆可供调配，车辆基本信息如表4所示：

表4车辆基本信息

首先进行构件分配，基于2.2.3的模型，对应的LINGO求解代码如下：

求解得出分配方案如表5至表8所示：

表5构件加工厂1

表6构件加工厂2

表7构件加工厂3

表8构件加工厂4

为各构件加工厂安排运输车辆任务，基于2.3.3的模型、以上分配方案数据，以加工厂1为例。对应的LINGO求解代码如下：

求解得出各构件加工厂各类型车辆使用辆数情况如表9至表12所示

表9构件加工厂1

表1 0构件加工厂2

表1 1构件加工厂3

表1 2构件加工厂4

4、结论

本文在分析应急情况下装配式建筑预制构件调度效率的影响因素后，基于多个构件加工厂向多个施工工地供应多种预制构件问题，以预制构件最小周转量为目标建立预制构件分配模型；以构件车辆运输时间、装卸作业时间最短为目标函数建立车辆调度模型，以得到每种类型车辆使用情况。最后通过编写LINGO程序语言求解，实例验证了模型的有效性，求得各构件加工厂向各施工工地运输构件数量、每个构件加工厂调度车辆类型数目，为预制构件调度提供方案。

参考文献：

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文章来源:黄月,王淋,王梦涵,董树修.基于应急情况的装配式建筑预制构件配送与车辆调度研究[J].物流科技,2023,46(19):8-13.