基于蚂蚁和粒子群算法的土石方调运优化方法研究

《基于蚂蚁和粒子群算法的土石方调运优化方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、水利学报!""#年$$月%&’()(*’+,-.第/0卷第$$期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号："11323/1"（!""#）$$2$/3/2"1基于蚂蚁和粒子群算法的土石方调运优化方法研究$$!!王仁超，刘金飞，李仕奇，张宗亮（$E天津大学建筑工程学院，天津/"""0!；!E中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南昆明#1""1$）摘要：本文分析了水利工程中土石方调运的影响因素及其特点，提出了一种基于蚂蚁算法和粒子群算法的土石方调运优化方法。与线

2、性规划方法相比，该方法对调运问题的约束和目标函数没有线性要求，具有可以考虑实际工程中非线性约束、便于随机模糊分析等优点。在某大型堆石坝土石方调运中的应用及其与线性规划方法结果比较表明，本文提出的方法是可行的。关键词：蚂蚁算法；粒子群算法；土石方调运；优化中图分类号：FG1$$文献标识码：-堆石坝在水利水电工程中占有重要的地位，土石方调运平衡是大型堆石坝施工组织设计中的重要内容之一，土石方调运结果直接关系到工程建设成本，同时也对坝区建设期环保具有一定的影响。土石方调运涉及施工进度、施工道路规划、料场容量设置、施工机械选型等众多问题，目前在建立优化模型和［

3、$H1］计算方法方面大多采用大系统分解协调框架，然后通过建立线性规划模型进行优化计算，线性规划模型具有建模方便、计算方法标准化、易于灵敏度分析等诸多优点，但也存在一些问题，如模型中把一些非线性关系简化为线性关系。蚂蚁算法和粒子群算法因其通用性和鲁棒性，成为近年来演化计算界的［#，0］热点之一，在包括工程优化在内的很多领域中获得了广泛的应用。本文基于蚂蚁和粒子群优化算法，提出一种新的土石方调运优化方法，其可以考虑实际工程中非线性约束，便于随机模糊分析。通过在某大型堆石坝土石方调运中应用以及与线性规划方法结果比较表明，本文提出的方法是可行的。$土石方调运问

4、题分析!"!影响土石方调运的因素水利工程施工中涉及土石方调运的因素及其特点如下：（$）建筑物开挖。包括溢洪道、电站进水口、隧洞等建筑物的开挖。建筑物开挖料分为可用料和弃渣两类。可用料根据其料物特性的不同只能用于坝体的特定部位（如过渡料区、上游堆石区等），根据其利用方式又可分为直接上坝和中转上坝。直接上坝有利于减少料场开采费用和开挖料中转费用。中转上坝要考虑料物开挖部位与堆存场地的相对关系。如图$中开挖活动!，其开挖料可直接运往填筑区"、"，也可堆存在转存$$!堆场#；（!）坝体填筑。坝体的不同部位根据其功能的不同分为若干填筑分区，需要填筑不同特性的土石

5、方。填筑时需根据料物特性选择开挖料和开采料源。如图$所示，填筑活动"的可能供料源包括$!开挖和转存堆场$；（/）料场与堆场。料场包括开采料场、加工料场等，堆场指中转料场和弃渣场等。$这些场地的空间位置、堆存容量、可堆存料物、与开挖点（或填筑点）的距离等因素直接影响调运单价，从而影响调用总成本；（I）道路与运量。施工道路系统的合理布置将使土石方运输通畅、经济，利于减少施工车辆的干扰，降低费用。另外，对于复杂的工程，往往有多个承包商参与工程建设，在工程管理中道路收稿日期：!""12$!2$3作者简介：王仁超（$3#/4），男，山东龙口人，教授，博士，主要从

6、事大型工程系统分析、项目管理及计算机仿真研究。+25678：9:;<=6>$??$@A7BCD7;6C<>5万方数据—$/3/—的维护费用分摊与道路的利用直接相关，因此，土石方调配必须明确各个道路的土石方运量。道路上车辆密度过大，影响车辆运行通畅，达不到预期运输强度；道路负荷过大，会破坏道路影响运输，因此对关键路段必须控制运输强度和运量；（!）施工时段与进度。土石坝施工有着严格的施工分期。施工中需考虑不同分期分区的填筑工程量、开挖工程量的平衡和料场的动态特性。!"#土石方调运中的约束约束主要包括：（"）时段约束。将整体施工期分为若干时段，时段内各个建筑

7、物的施工内容、运输机械、走行的路线、土石方的流向保持一定的稳定；（#）料场约束。包括平衡约束、最大堆入量约束和回采量约束。平衡约束是指每个料场时段末的堆存量$时段初堆存量%本时段堆入量&本时段运出量。最大堆入量约束是指料场每个时段末堆存量不超过该料场最大容量。回采量约束是指本时段可回采量!时段初堆存量’回采系数；（(）建筑物开挖量约束。某时段的运出量之和与该时段建筑物的开挖量相等；（)）建筑物填筑量约束。某时段建筑物的料物运入量之和等于该时段建筑物的填筑量；（!）采料场可开采量约束。所有时段的开采量之和不超过采料场最大可开采量。#土石方调运优化的蚂蚁和

8、粒子群算法［4］#"!蚂蚁算法和粒子群算法蚂蚁算法（*+,*-./01,23，**）是5670