一种用于调度隧道施工建设中砂石骨料的方法和装置与流程

本发明涉及隧道施工，尤其涉及一种用于调度隧道施工建设中砂石骨料的方法和装置。

背景技术：

1、砂石骨料是在工程施工过程中的混凝土和堆砌石等构筑物的主要建筑材料，需要根据工程进度进行动态供应。但是多个砂石料源、需料点、供料点、添加剂、砂石原料等供应商之间的数据流转滞后，难以达到物料供需平衡的目标。其中，在隧道和路基开挖过程中，会产生大量洞渣、石渣，优选处理方式为加工成砂石骨料。

2、传统砂石骨料调度方法主要依赖砂石骨料需求方粗略计算年月需求量，并提交至监理中心，审核后以书面形式反馈给项目部组织砂石骨料生产。比如：一旦供应过程中，需料方增加或减少砂石量，必须以书面形式上报监理中心及转发砂石骨料项目部，监督生产或调整计划。然而，该方法流程繁杂，往往存在着过度供应或供应不足的问题，增加延误施工工期的概率。

3、现有技术中，随着智能算法被广泛使用，砂石骨料的调度问题常使用遗传算法(ga)、模拟退火算法、简化梯度法等求解。其中遗传算法对于初始种群的优劣依赖性较强，求解复杂调度优化问题时，存在陷入局部最优解的缺陷；模拟退火算法收敛速度慢，执行时间长，算法性能对参数设置很敏感，存在误差较大的问题；简化梯度法在计算迭代过程中会出现锯齿振荡现象，接近最优点时收敛速度变慢，且存在小规模调度时误差大的缺陷。且，当前，采用matlab求解调度优化问题，由于参数和决策变量是双下标变量，需要在基本数学模型基础上进行变换求解，这样得到等式约束和不等式约束系数矩阵规模庞大，效率低，无法及时进行砂石骨料的调度。

4、上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种用于调度隧道施工建设中砂石骨料的方法和装置，其可以实现砂石骨料快速、实时可靠的动态调度。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、第一方面，本发明提供一种用于调度隧道施工建设中砂石骨料的方法，包括：建立多目标调度模型；其中，多目标调度模型包括目标函数和目标函数的约束条件，目标函数为综合成本最优和洞渣利用优先级最大的组合加权函数，约束条件包括混凝土配合比、调度最优路径、非零即一关系与供求关系；利用连续线性规划和广义梯度下降法对多目标调度模型进行求解，得到于求解多目标调度模型获取的最优解；其中，最优解满足物料运输路径最短；基于最优解，确定砂石骨料的调度策略。

6、在一个可能的实施例中，综合成本包括施工方运输成本、拌合站混凝土加工成本、加工厂加工及运输成本和原料购置点购置与运输成本；

7、目标函数的表达式为：

8、

9、式中，min(fcost)为在确保洞渣优先利用的前置条件下，综合成本最小；f1为施工方运输成本；f2为拌合站混凝土加工成本；f3为加工厂加工及运输成本；f4为原料购置点购置与运输成本；priority()为优先队列；ucs为洞渣；cmp为砂石骨料。

10、在一个可能的实施例中，f1的表达式为：

11、

12、式中，s为隧洞的编号；j为拌合站的序号；k为不同牌号混凝土的序号；dnsjk为隧洞s需要拌合站j提供k牌混凝土量；ksj为拌合站j与隧洞s衬砌地点之间的距离；hy1为混凝土运输车运输一方混凝土的每公里载货运费；hy2为混凝土运输车运输一方混凝土的每公里空载运费；h为加工厂的编号；dwsh为加工厂h从隧洞s运输的尾料量；dsh为隧洞s与加工厂h之间的距离；wy1为尾料运输车运输一方尾料的每公里载货运费；wy2为尾料运输车运输一方尾料的每公里空载运费。

13、在一个可能的实施例中，f2的表达式为：

14、

15、式中，mk为加工一方k牌混凝土所需要的费用。

16、在一个可能的实施例中，f3的表达式为：

17、

18、式中，ldjh为拌合站j与加工厂h之间的距离；yy1为运输原材料的运输车运输一吨原材料每公里的载货运费；yy2为运输原材料的运输车每公里运输一吨原材料的空载运费；yssjh为拌合站j从加工厂h获取粒径5～10mm的石子获取量；ysmjh为拌合站j从加工厂h获取粒径10～20mm的石子获取量；ysbjh为拌合站j从加工厂h获取粒径20～31.5mm的石子获取量；ycjh为拌合站j从加工厂h的砂获取量；jg为加工尾料费用。

19、在一个可能的实施例中，f4的表达式为：

20、f4＝f41+f42+f43+f44+f45+f46+f47+f48+f49+f410；；

21、

22、

23、

24、

25、

26、

27、

28、

29、

30、

31、式中，i为粒径5～10mm的石子购买地编号；n1为粒径5～10mm的石子的购买地总数；lssji为第j个拌合站到第i个粒径5～10mm的石子购买地的里程；nssj为拌合站j需要购买粒径5～10mm的石子的量；pssji为拌合站j从第i个粒径5～10mm的石子购买地的购买价格；ssxij表示拌合站j是否从第i个粒径5～10mm的石子购买地购买粒径5～10mm的石子；

32、v为粒径10～20mm的石子购买地编号；n2为粒径10～20mm的石子的购买地总数；lsmjv为第j个拌合站到第v个粒径10～20mm的石子购买地的里程；nsmj为拌合站j需要购买粒径10～20mm的石子的量；psmjv为拌合站j从第v个粒径10～20mm的石子购买地的购买价格；smxvj表示拌合站j是否从第v个粒径10～20mm的石子购买地购买粒径10～20mm的石子；

33、w为粒径20～31.5mm的石子购买地编号；n3为粒径20～31.5mm的石子的购买地总数；lsbjw为第j个拌合站到第w个粒径20～31.5mm的石子购买地的里程；nsbj为拌合站j需要购买粒径20～31.5mm的石子的量；psbjw为拌合站j从第w个粒径20～31.5mm的石子购买地的购买价格；sbxwj表示拌合站j是否从第w个粒径20～31.5mm的石子购买地购买粒径20～31.5mm的石子；

34、x为砂购买地编号；n4为砂购买地总数；lcjx为第j个拌合站到第x个砂购买地的里程；ncj为拌合站j需要购买砂的量；pcjx为拌合站j从第x个砂购买地的购买价格；cxxj表示拌合站j是否从第x个砂购买地购买砂；

35、n为水泥购买地编号；n5为水泥购买地总数；ltjn为第j个拌合站到第n个水泥购买地的里程；ntj为拌合站j需要购买水泥的量；ptjn为拌合站j从第n个水泥购买地的购买价格；txnj表示拌合站是j否从第n个水泥购买地购买水泥；

36、y为粉煤灰购买地编号；n6为粉煤灰购买地总数；lmjy为第j个拌合站到第y个粉煤灰购买地的里程；nmj为拌合站j需要购买粉煤灰的量；pmjy为拌合站j从第y个粉煤灰购买地的购买价格；mxyj表示拌合站是j否从第y个粉煤灰购买地购买粉煤灰；

37、z为减水剂购买地编号；n7为减水剂购买地总数；lwjjz为第j个拌合站到第z个减水剂购买地的里程；nwjj为拌合站j需要购买减水剂的量；pwjjz为拌合站j从第z个减水剂购买地的购买价格；wjxzj表示拌合站是j否从第z个减水剂购买地购买减水剂；

38、a为速凝剂购买地编号；n8为速凝剂购买地总数；lwsja为第j个拌合站到第a个速凝剂购买地的里程；nwsj为拌合站j需要购买速凝剂的量；pwsja为拌合站j从第a个速凝剂购买地的购买价格；wsxaj表示拌合站是j否从第a个速凝剂购买地购买速凝剂；

39、b为阻锈剂购买地编号；n9为阻锈剂购买地总数；lwzjb为第j个拌合站到第b个阻锈剂购买地的里程；nwzj为拌合站j需要购买阻锈剂的量；pwzjb为拌合站j从第b个阻锈剂购买地的购买价格；wzxbj表示拌合站是j否从第b个阻锈剂购买地购买阻锈剂；

40、c为抗裂纤维购买地编号；n10为抗裂纤维购买地总数；lkljc为第j个拌合站到第c个抗裂纤维购买地的里程；nklj为拌合站j需要购买抗裂纤维的量；pkljc为拌合站j从第c个抗裂纤维购买地的购买价格；klxcj表示拌合站是j否从第c个抗裂纤维购买地购买抗裂纤维。

41、在一个可能的实施例中，多目标调度模型的变量的约束条件包括决策变量的非负性要求。

42、在一个可能的实施例中，多目标调度模型的变量的约束条件进一步包括：三石一砂、粉煤灰、添加剂、水泥、抗裂纤维需购量与库存关系；

43、其中，三石一砂、粉煤灰、添加剂、水泥、抗裂纤维需购量与库存关系的表达式为：

44、

45、

46、

47、

48、

49、

50、

51、

52、

53、

54、式中，nssj为拌合站j需要购买粒径5～10mm的石子的量；yssjh为拌合站j从加工厂h获取粒径5～10mm的石子获取量；kssj为拌合站j的粒径5～10mm的石子的库存量；mssj为拌合站j总共需要的粒径5～10mm的石子量；

55、nsmj为拌合站j需要购买粒径10～20mm的石子的量；ysmjh为拌合站j从加工厂h获取粒径10～20mm的石子获取量；ksmj为拌合站j的粒径10～20mm的石子的库存量；msmj为拌合站j总共需要的粒径10～20mm的石子量；

56、nsbj为拌合站j需要购买粒径20～31.5mm的石子的量；ysbjh为拌合站j从加工厂h获取粒径20～31.5mm的石子获取量；ksbj为拌合站j的粒径20～31.5mm的石子的库存量；msbj为拌合站j总共需要的粒径20～31.5mm的石子量；

57、ncj为拌合站j需要购买砂的量；ycjh为拌合站j从加工厂h的砂获取量；kcj为拌合站j砂的库存量；mcj为拌合站j总共需要的砂量；

58、ntj为拌合站j需要购买水泥的量；ktjh为拌合站j水泥的库存量；mtj为拌合站j总共需要的水泥量；

59、nmj为拌合站j需要购买粉煤灰的量；kmjh为拌合站j粉煤灰的库存量；mmj为拌合站j总共需要的粉煤灰量；

60、nwjj为拌合站j需要购买减水剂的量；kmjjh为拌合站j减水剂的库存量；mwjj为拌合站j总共需要的减水剂量；

61、nwsj为拌合站j需要购买速凝剂的量；kmsjh为拌合站j速凝剂的库存量；mwsj为拌合站j总共需要的速凝剂量；

62、nwzj为拌合站j需要购买阻锈剂的量；kmzjh为拌合站j阻锈剂的库存量；mwzj为拌合站j总共需要的阻锈剂量；

63、nklj为拌合站j需要购买抗裂纤维的量；kkljh为拌合站j抗裂纤维的库存量；mklj为拌合站j总共需要的抗裂纤维量。

64、在一个可能的实施例中，多目标调度模型的变量的约束条件进一步包括：三石一砂、粉煤灰、添加剂、水泥、抗裂纤维原料购置关系为非零即一；

65、其中，三石一砂、粉煤灰、添加剂、水泥、抗裂纤维原料购置关系为非零即一的表达式为：

66、

67、

68、

69、

70、

71、

72、

73、

74、

75、

76、式中，i为粒径5～10mm的石子购买地编号；j为拌合站的序号；ssxij表示拌合站j是否从第i个粒径5～10mm的石子购买地购买粒径5～10mm的石子；

77、v为粒径10～20mm的石子购买地编号；smxvj表示拌合站j是否从第v个粒径10～20mm的石子购买地购买粒径10～20mm的石子；

78、w为粒径20～31.5mm的石子购买地编号；smxwj表示拌合站j是否从第w个粒径20～31.5mm的石子购买地购买粒径20～31.5mm的石子；

79、x为砂购买地编号；cxxj表示拌合站j是否从第x个砂购买地购买砂；

80、n为水泥购买地编号；txnj表示拌合站是j否从第n个水泥购买地购买水泥；

81、y为粉煤灰购买地编号；mxyj表示拌合站是j否从第y个粉煤灰购买地购买粉煤灰；

82、z为减水剂购买地编号；wjxzj表示拌合站是j否从第z个减水剂购买地购买减水剂；

83、a为速凝剂购买地编号；wsxaj表示拌合站是j否从第a个速凝剂购买地购买速凝剂；

84、b为阻锈剂购买地编号；wzxbj表示拌合站是j否从第b个阻锈剂购买地购买阻锈剂；

85、c为抗裂纤维购买地编号；klxcj表示拌合站是j否从第c个抗裂纤维购买地购买抗裂纤维。

86、在一个可能的实施例中，多目标调度模型的变量的约束条件进一步包括施工方混凝土需求总量与拌合站供给总量满足供需平衡；

87、其中，施工方混凝土需求总量与拌合站供给总量满足供需平衡的表达式为：

88、

89、式中，s为隧洞的编号；k为不同牌号混凝土的序号；dnsjk为隧洞s需要拌合站j提供k牌混凝土量；ddjk为拌合站j可提供k牌的混凝土量。

90、在一个可能的实施例中，多目标调度模型的变量的约束条件进一步包括拌合站供给总量小于拌合站产能；

91、其中，拌合站供给总量小于拌合站产能的表达式为：

92、

93、式中，whj为拌合站j的日工作小时数；ctj为拌合站j的主机单位时间产能；hnj为拌合站j的主机正常个数。

94、在一个可能的实施例中，多目标调度模型的变量的约束条件进一步包括三石一砂、粉煤灰、添加剂、水泥、抗裂纤维在混凝土中配合比；

95、其中，三石一砂、粉煤灰、添加剂、水泥、抗裂纤维在混凝土中配合比的表达式为：

96、

97、

98、

99、

100、

101、

102、

103、

104、

105、

106、式中，mssj为拌合站j需要的粒径5～10mm的石子量；bssk为生产一方k牌混凝土需粒径5～10mm的石子的量；

107、msmj为拌合站j总共需要的粒径10～20mm的石子量；bsmk为生产一方k牌混凝土需粒径10～20mm的石子的量；

108、msbj为拌合站j总共需要的粒径20～31.5mm的石子量；bsbk为生产一方k牌混凝土需粒径20～31.5mm的石子的量；

109、mcj为拌合站j总共需要的砂量；bck为生产一方k牌混凝土需砂的量；

110、mtj为拌合站j总共需要的水泥量；btk为生产一方k牌混凝土需水泥的量；

111、mmj为拌合站j总共需要的粉煤灰量；bmk为生产一方k牌混凝土需粉煤灰的量；

112、mwjj为拌合站j总共需要的减水剂量；bwjk为生产一方k牌混凝土需减水剂的量；

113、mwsj为拌合站j总共需要的速凝剂量；bwsk为生产一方k牌混凝土需速凝剂的量；

114、mwzj为拌合站j总共需要的阻锈剂量；bwzk为生产一方k牌混凝土需阻锈剂的量；

115、mklj为拌合站j总共需要的抗裂纤维量；bklk为生产一方k牌混凝土需抗裂纤维的量。

116、在一个可能的实施例中，多目标调度模型的变量的约束条件进一步包括加工厂利用洞渣制成三石一砂的消耗量与余量与拌合站获取到量供需平衡；

117、其中，加工厂利用洞渣制成三石一砂的消耗量与余量与拌合站获取到量供需平衡的表达式为：

118、

119、

120、

121、

122、式中，tyssh为加工厂h当次从各隧洞尾料获得总的粒径5～10mm的石子量；yyssh为加工厂h的粒径5～10mm的石子的上次的余量；

123、tysmh为加工厂h当次从各隧洞尾料获得总的粒径10～20mm的石子量；yysmh为加工厂h的粒径10～20mm的石子上次的余量；

124、tysbh为加工厂h当次从各隧洞尾料获得总的粒径20～31.5mm的石子量；yysbh为加工厂h的粒径20～31.5mm的石子上次的余量；

125、tych为加工厂h当次从各隧洞尾料获得总的砂量；yych为加工厂h的砂上次的余量。

126、第二方面，本发明提供一种用于调度隧道施工建设中砂石骨料的装置，包括：建立模块，用于建立多目标调度模型；其中，多目标调度模型包括目标函数和目标函数的约束条件，目标函数为综合成本最优和洞渣利用优先级最大的组合加权函数，约束条件包括混凝土配合比、调度最优路径、非零即一关系与供求关系；求解模块，用于利用连续线性规划和广义梯度下降法对多目标调度模型进行求解，得到于求解多目标调度模型获取的最优解；其中，最优解满足物料运输路径最短；确定模块，用于基于最优解，确定砂石骨料的调度策略。

127、第三方面，本技术实施例提供了一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行第一方面或第一方面的任一可选的实现方式所述的方法。

128、第四方面，本技术实施例提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行第一方面或第一方面的任一可选的实现方式所述的方法。

129、第五方面，本技术提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法。

130、(三)有益效果

131、本发明提供的一种用于调度隧道施工建设中砂石骨料的方法和装置，根据砂石骨料供应链的特点，明确隧道方-拌合站-加工厂-原料购置点的上下行与供需关系，依据城市，相较现有技术而言，其可以实现对砂石骨料的实时调度，达成了施工期间砂石骨料调度动态供需平衡，减少了混凝土的浪费，降低了施工成本以及稳定了施工过程，避免工程延期。

132、为使本技术实施例所要实现的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。