基于Lingo的鐵路工程混凝土拌和站選址成本分析

肖坤

摘 要：出于混凝土工程質(zhì)量和施工進度考慮，鐵路客專項目一般采用自建混凝土拌和站模式。由于環(huán)保原因，砂石料等地材價格飛漲，混凝土拌和站等大型臨時工程建設(shè)標準也急劇提高，導致鐵路工程正面臨行業(yè)性虧損。本文通過實際案例，詳細分析原材料供應位置和后期混凝土運輸距離，結(jié)合混凝土制作費用和拌和站建站成本等因素，利用Lingo語言對混凝土拌和站的設(shè)置數(shù)量和選址位置進行方案探討。

關(guān)鍵詞：拌和站;選址;成本;Lingo;方案

1引言

當前，相關(guān)專家指出鐵路工程建設(shè)領(lǐng)域正面臨行業(yè)性虧損的困局，其最主要因素在于環(huán)保原因?qū)е碌夭膬r格的無限制上漲和大型臨時設(shè)施建設(shè)標準的大幅提高，而以上建設(shè)費用的增多又不在材料調(diào)差和費用調(diào)整的范圍之內(nèi)，所以鐵路項目能否不發(fā)生虧損則很大一部分取決于項目實施過程中建造成本的嚴格控制。

鐵路工程混凝土拌和站從功能上是起到物流配送中心的職能，其建設(shè)時的合理與否不僅直接影響到項目建設(shè)的安全、進度和質(zhì)量，更直接關(guān)乎到各工程單位賴以生存的成本和信譽。因此，從工程建設(shè)的趨勢來看，拌和站不僅僅是機械性的行使混凝土配送職能，更多的時候是要執(zhí)行成本節(jié)約、提高信譽等職能，是整個工程建設(shè)的關(guān)鍵所在。一個成功的拌和站設(shè)置方案，可以在保證混凝土供應的前提下，大大縮減工程建造成本，降低運輸費用，提高混凝土供應效率和質(zhì)量。

在項目工程保供應的前提下，混凝土拌和站的設(shè)置應遵循經(jīng)濟性原則，即成本最小化。一般情況下，建立拌和站選址模型的目標函數(shù)通常是總費用最低，出于模型建立需要，通常文獻會對模型做出一些假設(shè)條件，在拌和站的設(shè)置過程中一般只考慮了建設(shè)規(guī)模、數(shù)量及混凝土運輸距離，而由于招標滯后的相關(guān)原材料卻無法考慮。在日益嚴格的環(huán)保壓力下，特別是自第十二屆全國人民代表大會第五次會議召開以來，藍天保衛(wèi)戰(zhàn)提出之后，國內(nèi)重點省市重污染天應急響應頻發(fā)，工業(yè)企業(yè)停工停產(chǎn)急劇增多，混凝土原材料供應商驟減，以至于可選擇的材料供應商范圍急劇縮小。所以關(guān)于拌和站的選址成本優(yōu)化問題必須同安全、質(zhì)量以及工程進度等因素一起考慮。

2拌和站選址原則

（1）鐵路混凝土拌和站的修建一般在工程最開始階段，拌和站設(shè)置數(shù)量和規(guī)模往往取決與項目工期、線路長度以及混凝土工程的需求量;

（2）鐵路混凝土拌和站設(shè)置一般考慮設(shè)置在縣級以上道路附近，且場地平整拆遷量少，以減少修建過多的臨時材料進出道路，從而節(jié)約大型臨時設(shè)施工程費用;

（3）鐵路混凝土拌和站的設(shè)置應滿足混凝土運輸?shù)臅r間要求，且供應距離一般不超過20km;

（4）大跨度橋梁等混凝土需求相對集中的地點優(yōu)先考慮布設(shè)，并兼顧混凝土供應半徑;

（5）梁場、軌道板場等混凝土需求量較大，且要求混凝土配合比不同可單獨設(shè)置拌和站。

3拌和站選址的研究分析

3.1項目概況

某JT城際鐵路項目，主要工作內(nèi)容為：特大橋一座，正線長26.91公里，施工范圍為501#墩～1292#墩，項目工期為48個月，混凝體主要工程量分部如下：

3.2拌和站設(shè)置模型的建立

鐵路沿線混凝土需求量呈線性分布，且各個墩身需求點的需求量已知，現(xiàn)從項目沿線靠近縣級及以上道路200m內(nèi)選擇若干處作為備選地點，以滿足沿線混凝土供應需求，并使得拌和站的總成本最少。

為了便于計算，簡化問題，現(xiàn)做出如下假設(shè)：

（1）在沿線縣道及以上200米內(nèi)作為拌和站備選地址;

（2）運輸費用與混凝土運輸量成正比，10km內(nèi)（含10km）運輸單價為23元/m3，超出10km以上每立方米混凝土每增加1公里增加1元/km·m3，混凝土制作單價28元/m3;

（3）分析數(shù)據(jù)時拌和站最多不超過3個，設(shè)置后土建規(guī)模相當，且可滿足其管段內(nèi)所以工點的配送要求，每個拌和站建站費用8800000元;

（4）各工點混凝土需求量已知，線路劃分為40個工點;

（5）考慮梁場和軌道板場的專業(yè)性特點以及場地存放要求等因素，案例中針對梁場、板場可單獨設(shè)置拌和站，本文暫不對其相關(guān)數(shù)據(jù)進行研究分析。

假設(shè)該項目有n個工點，各個工點混凝土需求量已知，從m個備選地址選取t個拌和站使得整個混凝土制作、運輸、建站以及原材料運輸?shù)瓤偝杀咀畹?。拌和站設(shè)置的數(shù)學模型主要變量如下：

n：工點個數(shù);

m：拌和站備選個數(shù);

C：代表不同標號的混凝土;

t：擬建拌和站個數(shù);

xij：拌和站i為工點j供應的混凝土;

hij：從拌和站i到工點j的單位運費;

Fi：在第i個拌和站備選地建立混凝土拌和站的成本;

Vi：在第i個拌和站混凝土制作的費用;

Z：混凝土拌和站建造、混凝土制作、混凝土運輸、原材料運輸?shù)瓤偝杀?

以上模型目標函數(shù)最小總成本Z中，第一項表示從拌和站i到工點j的運輸成本，第二項表示單位混凝土所需地材的運輸費用，第三項表示拌和站建站成本，第四項表示拌和站混凝土制作成本。

約束條件（1）式表示各個工點的需求量必須得到拌和站的充足供應;（2）式表示在m個備選地點選取t個建立拌和站;（3）式如果某個拌和站備選地點為某個工點供應混凝土，那么就需要在該地建立拌和站;（4）式表示變量取值范圍。

3.3拌和站設(shè)置選址模型求解

根據(jù)實際案例情況，該JT城際鐵路歷經(jīng)縣級及以上主要干道7條（不含高速公路，如表2所示），其中二跨CY路、LH路與鐵路線路交叉，該項目共有墩身點位792個，即792個需求點需供應混凝土，為了方便計算和建模，假設(shè)每20個墩身作為一個工點，工點總數(shù)40個。同時，為了不影響生產(chǎn)以及降低拌和站建設(shè)成本，我們將從表1中的7個備選地址處選擇若干個使得總費用最低。表2表示各拌和站備選點對應工點的建站費用和混凝土制作單價（假定兩項費用在各個拌和站均相同），表3表示由混凝土相關(guān)原材料推算出的單位混凝土所需原材料的運費，表4表示各工點混凝土需求量。

結(jié)合數(shù)學模型，利用Lingo軟件編程輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，運行結(jié)果如下：

當t<=7時，總成本最小值Z=113892900，對應的拌和站數(shù)量為1處，即t=1，選址結(jié)果為G，其結(jié)果為最優(yōu)方案;

當t=2時，即設(shè)立2處拌和站，總成本最小值Z=121956500，對應的拌和站選址結(jié)果為D和G;

軟件運行結(jié)果顯示，在拌和站布設(shè)數(shù)量和位置未知的情況下，結(jié)果分析得出，如果設(shè)置1處拌和站在XX路設(shè)置混凝土拌和站成本將最小化。如果出于管理方便，減少人為協(xié)調(diào)難度原因出發(fā)設(shè)置2處拌和站，則分別在JY路和XX路設(shè)置總成本將最小。

4結(jié)語

在全國各省市都在大力發(fā)展高速鐵路的背景下，出于節(jié)約成本、減少耕地破壞和鐵路運營安全的考慮，高速鐵路橋梁設(shè)計使用頻率越來越高，對于混凝土的使用量也就逐漸增多，混凝土拌和站的設(shè)計是否合理直接關(guān)乎到施工單位賴以生存的經(jīng)濟效益，在滿足項目建設(shè)工期和安全質(zhì)量的前提下，合理的布設(shè)混凝土拌和站數(shù)量和位置不僅能為施工企業(yè)節(jié)約成本提高經(jīng)濟效益，還能避免造成社會資源的不必要浪費。本文以JT城際鐵路的線下工程為案例，結(jié)合原材料的運輸距離對混凝土拌和站的布設(shè)方案進行了數(shù)據(jù)分析，同時對于工程項目的拌和站設(shè)置問題也提供了解決方案，尤其對于大型復雜工程，值得在實際應用中進行推廣借鑒。

參考文獻：

[1]王林，葉小俠.基于Lingo語言求解物流配送中心選址模型[J]. 技術(shù)與方法，（2008）10-0113-03.

[2]羅積勝. 城際鐵路大臨工程優(yōu)化設(shè)計及建場費用的探討[J]. 鐵路工程技術(shù)與經(jīng)濟，（2017）04-0034-03.

[3]馬克豐.鐵路建設(shè)混凝土拌和站布設(shè)方案探討[J]. 北京：中國標準出版社，（2018）02-0028-04.