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施工组织设计阶段的公路造价优化

1.2施工组织设计 1

1.3课题研究的必要性 2

1.4课题研究的经济和社会效益 2

1.5国内、外同类技术的现状及发展趋势 2

上海2015-2040城市总体规划纲要.pdf1.6论文研究的主要内容 4

第2章影响公路工程造价的主要因素 6

第3章路面混合料拌合厂的合理布设 9

3.2拌合厂数量与工程造价的关系 9

3.3路面混合料运距、筑路材料运距与工程造价 11

3.3.1路面混合料运距不变情况下路面筑路材料运距与工程造价的关系 12

3.3.2路面筑路材料运距不变情况下路面混合料运距与工程造价的关系 14

3.3.3路面筑路材料运距、混合料运距与工程造价的关系 14

第4章土石方运输机械对公路工程造价的影响 17

4.2.1推土机的分类 17

4.2.2推土机在公路工程中的应用 18

4.2.3推土机的生产效率 18

4.2.4不同型号的推土机与工程造价 18

4.3.1铲运机的分类 20

4.3.2铲运机在公路工程中的应用 20

4.3.3铲运机的生产效率 20

4.3.4不同型号的铲运机与工程造价 21

4.4挖掘机配自卸车 22

4.4.1挖掘机在公路工程中的应用 22

4.4.2自卸车在公路工程中的应用 22

4.4.3挖掘机配不同吨位的自卸车与工程造价 23

4.5推土机、铲运机、挖掘机配自卸车经济运距 24

第5章扩大挖方断面借方替代取土场借方的合理性 26

5.4扩大挖方断面借方的可行性 27

5.4.1扩大挖方断面的优点 27

5.4.2扩大挖方断面设计须满足的条件 29

5.4.3扩大挖方断面设计应用实例 29

第6章利用废弃的石方降低筑路材料成本费用 30

6.3利用废弃石方的技术、经济可行性 31

6.3.1利用废弃石方的技术可行性 31

6.3.2利用废弃石方的经济可行性 31

6.3.3利用废弃石方作筑路材料的应用范围 32

6.4对已建及在建的公路工程项目废弃石方的统计 32

第7章施工组织设计阶段的公路造价优化 34

7.1遗传算法的基本思想 34

7.2遗传算法的实现 34

7.2.1个体适应度评价 34

7.2.2编码构成 35

7.2.3杂交运算 35

7.2.4突变运算 35

7.3优化模型的构建 36

7.3.1优化目标 36

7.3.2拌合厂位置的确定 37

7.3.3筑路材料和混合料运距和取费的确定 38

7.4编程和计算实例 39

第8章结论和展望 42

8.1本文研究的重要结论 42

8.2今后工作的展望 43

然而长期以来，人们常常忽视公路工程建设前期工作阶段的造价控制，而把控制工程造价的主要精力放在施工阶段—审核施工图预算，严格审核工程量、合理结算建安工程价款等。这样做尽管有效果，但一般对工程造价的控制效果并不明显。而设计人员在进行设计时也往往只注重技术性、安全性，把主要精力放在结构设计方面，对施工组织设计则考虑不周，对工程造价是否经济也不够重视。因此在设计阶段，通过经济合理的施工组织设计，降低公路工程造价，是保障设计质量，降低公路建设成本的有效途径。

公路施工组织设计是研究公路建设产品生产过程中诸要素之合理组织的学科［7］。由于施工方案和施工组织设计是设计文件编制必不可少的组成部分，又是编制概算不可缺少的重要依据，因而施工组织设计应贯穿于整个设计阶段。

设计阶段施工组织设计研究的是在设计阶段如何根据公路建设工程具体任务的特点、工期要求、劳动力数量及技术水平，机械设备能力及构件生产运输能力、材料供应及分布情况，地质、气候等自然条件及技术经济条件。从人力、资金、材料、机械和施工方法这五个主要因素进行科学合理的安排，使之在一定时间和空间内，得以实现有组织、有计划、均衡地施工。使整个工程在施工中达到时间上消耗少、工期短；质量上精度高、功能好；经济上资金省、成本低的目的。

1.3课题研究的必要性

工程造价是制约交通基础设施的瓶颈。随着西部大开发战略的实施，我区公路建设正在飞速发展。但由于我区经济发展水平相对落后，投资紧缺的现象也相应的日益严重。因此合理的降低公路工程造价。对于节约投资，加快我区公路建设的发展意义重大。在以往的公路工程设计过程中，由于没有根据各项目的不同特点，对控制造价的主要因素进行认真研究，同时对施工组织设计也没有引起足够的重视。所以在施工组织设计方面还存在很多问题。

施工组织设计一般由概算人员在编制概算过程中根据经验确定施工方案，而施工方案的选择将直接影响设计方案是否合理、经济、可行。鉴于此，本课题研究将从概算的角度，通过对内蒙古地区近几年在建的及正在设计的几条高等级公路设计的研究分析，结合影响工程造价的主要分部分项工程的设计和施工，在不改变设计标准、确保设计质量的前提下，探讨经济合理的施工组织设计方法，达到降低公路工程造价的目的。

1.4课题研究的经济和社会效益

1.5国内、外同类技术的现状及发展趋势

近年来，我国的公路事业蓬勃发展，国家在构筑高速公路网络方面投入了大量的资金。在有效控制公路工程造价的同时，人们逐渐认识到设计阶段控制公路工程造价的重要性。

目前国内已有的设计阶段控制公路工程造价的研究所涉及的面较窄，深度也较浅，仅为设计阶段控制公路工程造价提供了初步的方法和措施，还没有进行深入的研究，也没有结合具体设计的实际情况进行研究和论证，不具备可操作性。大量文献只分析了设计阶段影响公路工程造价的主要因素，包括路线的合理设计、构造物的布局及结构形式、建筑材料的合理选用等；这些文献虽然提出了设计阶段控制公路工程造价的主要方法，包括设计方案的优化、限额设计、设计招标和设计监理等，但属于政策性的内容占绝大多数。随着设计招投标制的实施，这方面的问题会逐步得以解决。而在设计过程中如何控制公路工程造价，特别是在不改变设计标准，确保设计质量，不增加施工难度的条件下，对如何通过经济合理的施工组织设计，降低公路工程造价方面的研究未见文献报道。

此外，我国公路建设虽然也成立了项目法人，但由于项目法人是在工程施工阶段成立的，因而无法对工程前期(特别是设计阶段)进行控制，也无法在设计的初级阶段对工程的构造、施工工艺、工期等工程建设的全过程进行全盘的研究。因而，设计是否合理、经济，也无法定论。

至于废料的回收利用，我国也进行了尝试(如利用粉煤灰、废渣等)，也取得了成功的经验。但就设计本身而言，挖方段开挖的石方除调运利用以外，其余的全部废弃，由于废弃的这部分石方均可作为公路工程筑路材料而加以利用。这不仅是资源的浪费，也对环境产生不利的影响，更不符合可持续发展的战略。

1.6论文研究的主要内容

论文从概算的角度研究设计阶段施工组织设计与公路工程造价的关系。论文首先对国内外的研究现状进行了综述，并分析了影响公路工程造价的若干主要因素，以一工程实例做了具体描述。从四个方面探讨了合理减少公路工程造价的方法。

1）对路面混合料拌合厂的合理布设

传统的设计综合了路线方案、路面结构、筑路材料等情况，同时借鉴以往的设计经验进行路面混合料拌合厂的设计，设计是否合理、是否经济值得研究。本项目结合工程实际，通过对相关项目分项工程概算的计算分析，再结合筑路材料分布的实际情况来确定路面混合料拌合厂的位置，在满足设计、施工要求的同时，使得路面拌合料的综合成本费用最低。

2）土石方运输机械对公路工程造价影响

土石方运输机械种类较多，不同类型、同一类型不同型号的运输机械其单位运输费用相差也很大。由于没有选用土石方运输机械的有关规定，因而在编制概算时随意性很大，有时竟成了概算编制人员调控公路工程造价的手段。比如概算超过估算时就采用单位运输费用低的土石方运输机械，以降低总概算；如概算低于估算时就采用单位运输费用高的土石方运输机械，以增加总概算，采用此方法调控公路工程造价往往很奏效。本项目将结合工程实例，通过对土石方这一分项工程概算的分析研究，结合施工单位采用运输机械的实际情况，界定不同类型土石方运输机械的经济适用范围，使得路基土石方单位运输的成本费用最低。

3）扩大挖方断面借方替代取土场借方的合理性

传统的设计是利用挖方段的土方进行纵向调运，填缺部分通过现场调查及实验确定取土场，集中取土调运。由于取土场开挖不宜过深，因而占地面积较大，相对运距较远，取完土后取土场还需恢复植被。本项目将通过扩大挖方断面借方替代取土场借方，不仅可以减少占地数量、缩短运输距离，降低借土填方的成本费用，而且还可增加碎落宽度，降低雪害影响，改善行车视线，提高综合社会效益。

4）利用废弃的石方降低筑路材料成本费用。

传统设计的筑路材料均为施工单位在料场自采加工或购买成品，费用较高，而挖方段开挖的石方除调运利用以外，全部废掉。由于废掉的这部分石方均可作为筑路材料而加以利用，因此这种方法不仅浪费了宝贵的资源，而且也增加了环境污染。本项目拟在设计中充分利用好挖方中废弃的这部分石方作为筑路材料，使其变废为宝，充分利用有限的资源，以降低材料成本费用。

最后，在前述分析的基础上，以影响公路工程造价的主要因素为变量，以特定的线路方案作为约束条件，以总造价为优化目标，建立了基于遗传算法的数学模型，进行了量化分析。提出了可供操作且经济合理的施工组织设计方法，达到降低公路工程造价的目的。

第2章影响公路工程造价的主要因素

影响公路工程造价的因素有许多，其中材料费用以及材料的运输费用起着主导作用。为了加以直观地描述，下面以路面拌合料的综合成本费用问题，结合实际项目——丹拉国道主干线建设为例予以说明。丹拉国道主干（包头）哈德门～磴口段高速公路（以下简称哈磴高速）勘察设计第一、二合同段初步设计是我处2002年勘察设计的项目，该项目跨越两个不同的地貌单元，在内蒙自治区公路有较典型的代表性。

哈磴高速勘察设计第一合同段路线长度为79km，位于山前区，沿线地质情况较好，筑路材料分布比较均匀，材料储量丰富。

哈磴高速勘察设计第二合同段路线长度为78.6km，位于河套平原区，沿线地势平坦，地质情况较差，筑路材料分布不均匀，属贫料区。

（K756+400～K835+400）

（K835+400～K914+000）

注：K757+000、K775+800两处石料场因实验指标不满足路面要求，故不能用于路面面层材料，只能用于路面基层材料。

主要筑路材料运距（km）

与设计文件比较（万元）

哈磴高速勘察设计一合同段

哈磴高速勘察设计二合同段

主要筑路材料运距（km）

与设计文件比较（万元）

哈磴高速勘察设计一合同段

哈磴高速勘察设计二合同段

从表中可以看出，对于筑路材料分布比较均匀、材料储量丰富的第一合同段，路面面层初步设计中各设置2处面层拌合厂与各设置5处面层拌合厂相比，工程直接费有所减少，但初步设计中各设置3处基层、底基层拌合厂数量与各设置5处基层、底基层拌合厂数量相比，工程直接费有所增加；相反，对于筑路材料分布不均匀、属贫料区的第二合同段，路面面层拌合厂和基层、底基层拌合厂的数量变化对工程直接费的影响相差十分明显。从表中可发现，拌合厂的数量和位置引起工程直接费变化十分可观。实际项目的施工组织设计中，路面拌合料的设置数量和位置带有很大的随意性。因此有必要研究路面拌合厂的设置数量和位置与综合成本费用的关系。

可以说拌合料场的分布决定了材料的运输距离，它直接和筑路材料的成本联系在一起，同时选用不同的土石方运输机械对公路工程造价的影响不容忽视。研究不同类型土石方运输机械的经济适用范围，对降低路基土石方单位运输的成本费用，节约投资意义重大。

第3章路面混合料拌合厂的合理布设

路面的造价受路线方案、路面结构、筑路材料分布、拌合厂设置的数量和位置等主要因素的控制。对某一确定的项目而言，路线方案、路面结构、筑路材料分布是相对固定的，拌合厂的设置数量和位置则因项目的不同，以及设计人员的设计理念不同而有较大的差别。故拌合厂的设置数量和位置将直接影响混合料的运距及筑路材料的运距，进而影响路面工程的造价。因而路面工程的施工组织设计主要就是解决筑路材料、混合料运距与路面工程造价的关系，使路面拌合料的综合成本费用最低，以此来确定路面拌合厂的设置数量和位置。

3.2拌合厂数量与工程造价的关系

图中可以发现，由于不同路段材料的分布不同，不同的拌合厂布置带来的工程造价结果也不一样。对于第一合同段，其筑路材料分布比较均匀、材料储量丰富DLT1415-2015 高压并联电容器装置保护导则，拌合厂的布置为3个和5个时工程造价较优；而对于筑路材料分布不均匀、属贫料区的第二合同段，拌合厂的布置为5个时工程造价较优。不论筑路材料分布是否均匀和丰富，两个合同段的工程造价均存在最优的问题。造成的这种情况的原因主要与路面混合料运距、筑路材料运距有关。

3.3路面混合料运距、筑路材料运距与工程造价

主要筑路材料运距（km）

哈磴高速勘察设计一合同段

哈磴高速勘察设计二合同段

注：工程直接费是采用哈磴高速勘察设计第一、二合同段的相关费用、费率，应用交通部XJTW概预算软件计算的结果。

主要筑路材料运距（km）

哈磴高速勘察设计一合同段

成都20000立油罐倒链倒装施工组织设计哈磴高速勘察设计二合同段