基于线性规划的桩基施工路径优化方法与流程

1.本发明涉及施工路径规划领域，具体涉及一种基于线性规划的桩基施工路径优化方法。


背景技术：

2.在桩基施工建筑工程中，一些桩基构件常呈现网状分布，施工方需要在这些桩基构件中来回调度资源，如果施工路径不当，将造成资源浪费，因此需要在指定的起点和终点间确定合适的路径，在满足所有桩基构件都完成的条件下使消耗的资源最小。
3.求解合适的路径成为一种具有实际意义的问题，然而在复杂的施工线路网络中，路径组合方式呈指数级上升，人工求解不仅需要耗费大量时间，且不一定得到最佳的路径方案。
4.因此，需要一种基于线性规划的桩基施工路径优化方法，能够解决以上问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于线性规划的桩基施工路径优化方法，能够有效减少桩机行走路程，降低了施工成本、提高了施工效率。
6.本发明的基于线性规划的桩基施工路径优化方法，包括如下步骤：
7.s1.构建桩基施工路径优化模型；
8.s2.调整桩基施工路径优化模型中各参数值，使得桩基施工路径优化模型取得最小值，并将模型取得最小值时设置的桩基施工路径作为桩基施工的最优路径。
9.进一步，根据如下公式确定构建桩基施工路径优化模型z：
[0010][0011]
其中，c
ij
表示从i点到j点的距离；n表示桩基施工过程中路径节点总数；x
ij
表示从i点到j点的路段是否承担流量，取值为1时，表示承担路径流量，取值为0时，表示不承担路径流量；x
ji
表示从j点到i点的路段是否承担流量，取值为1时，表示承担路径流量，取值为0时，表示不承担路径流量；s表示路径的起点；t表示路径的终点；{v}表示路径中转节点的集合；y
ij
表示从i点到j点的路径流量；y
ji
表示从j点到i点的路径流量；x
ii
表示从i点到i点的路段是否承担流量，取值为1时，表示承担路径流量，取值为0时，表示不承担路径流量；y
ii
表示从i点到i点的路径流量；x
is
表示从i点到s点的路段是否承担流量，取值为1时，表示承担路径流量，取值为0时，表示不承担路径流量；y
is
表示从i点到s点的路径流量；x
ti
表示从t点到i点的路段是否承担流量，取值为1时，表示承担路径流量，取值为0时，表示不承担路径流量；y
ti
表示从t点到i点的路径流量。
[0012]
进一步，采用copt求解器对桩基施工路径优化模型进行求解分析，使得桩基施工路径优化模型取得最小值。
[0013]
本发明的有益效果是：本发明公开的一种基于线性规划的桩基施工路径优化方法，通过建立有效的施工路径优化模型，解决了施工中常会遇到的节点遍历路径规划问题，能够指导现场施工，做到了数学建模与实际施工相结合，本发明实用性强，使用方便，安全可靠，减少了桩机往复无用的行走路程，为现场高效率施工提供了指导，节约了工程项目成本。
附图说明
[0014]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
[0015]
图1为本发明的方法流程示意图；
[0016]
图2为本发明的带有流量的路径示例图；
[0017]
图3为本发明的某工程中桩基施工的最优规划路径示意图。
具体实施方式
[0018]
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明，如图所示：
[0019]
本发明的基于线性规划的桩基施工路径优化方法，包括如下步骤：
[0020]
s1.构建桩基施工路径优化模型；
[0021]
s2.调整桩基施工路径优化模型中各参数值，使得桩基施工路径优化模型取得最小值，并将模型取得最小值时设置的桩基施工路径作为桩基施工的最优路径。
[0022]
本实施例中，步骤s1中，根据如下公式确定构建桩基施工路径优化模型z：
[0023][0024][0025]
其中，c
ij
表示从i点到j点的距离；n表示桩基施工过程中路径节点总数，所述n的取值为桩基施工中桩基的个数；x
ij
表示从i点到j点的路段是否承担流量，取值为1时，表示承担路径流量，取值为0时，表示不承担路径流量；x
ji
表示从j点到i点的路段是否承担流量，取值为1时，表示承担路径流量，取值为0时，表示不承担路径流量；s表示路径的起点；t表示路径的终点；所述起点与终点可根据实际施工工况进行确定；
[0026]
{v}表示路径中转节点的集合，所述中转节点为起点与终点之间的节点；y
ij
表示从i点到j点的路径流量，从起点到终点的路径流量依次递减，所述y
ij
反映了从i点到j点的路段顺序，表明了路段在周游路径上的排列顺序；如图2所示，起点s到v1点的路径流量为4，且表明从起点s到v1点承担路径流量；
[0027]yji
表示从j点到i点的路径流量；x
ii
表示从i点到i点的路段是否承担流量，取值为1时，表示承担路径流量，取值为0时，表示不承担路径流量；y
ii
表示从i点到i点的路径流量；
x
is
表示从i点到s点的路段是否承担流量，取值为1时，表示承担路径流量，取值为0时，表示不承担路径流量；y
is
表示从i点到s点的路径流量；x
ti
表示从t点到i点的路段是否承担流量，取值为1时，表示承担路径流量，取值为0时，表示不承担路径流量；y
ti
表示从t点到i点的路径流量。
[0028]
对于上述路径优化模型，通过结合两种类型的约束变量反映出施工路径的数学特征，这两种变量分别是{x
ij
}和{y
ij
}，{y
ij
}代表路段上的流量，依据流量确定到达节点在路径上排列的先后顺序，{x
ij
}则代表路径是否被选中，根据实际要求的条件综合运用这两个变量即可进行最短路线的线性建模；
[0029]
利用中转节点承担流量为1的特点，将{x
ij
}和{y
ij
}两种变量关联，进而赋予模型消除回路以及分支的能力，就有了如下约束：
[0030][0031]
通过上述约束的第一个方程，控制{x
ij
}和{y
ij
}为整数，上述约束第一个方程下面两个不等式约束，对{x
ij
}和{y
ij
}两种变量进行“绑定”，当{x
ij
}为0时，{y
ij
}必为0，反之亦然。
[0032]
本实施例中，步骤s2中，求解器是将优化算法系统集成进行专业设计的软件，用于求解各种规划模型的最优值；对于规模比较大的规划模型，需要运用到专业的求解器，以下列出了求解混合整数规划问题的求解器排名，如表1所示：
[0033]
表1
[0034][0035]
根据桩基施工路径的复杂度以及实际应用场景，在众多求解器中，采用copt求解器对桩基施工路径优化模型进行求解分析，使得桩基施工路径优化模型取得最小值。模型取得最小值时，可以从起点开始，依次确定若干中转节点，最后到达终点；通过依次连接起点、若干中转节点以及终点，就能得到桩基施工的最优路径。
[0036]
为了能更好地理解本发明，现以某工程中的桩基施工为例，对245根桩基的施工路径顺序进行规划，这些桩基分5个区域进行施工，将坐标数据导入excel表，用python的第三方模块openpyxl读取数据，分别对5个区域指定起点和终点，再将桩基施工路径优化模型输入到python编译环境中，输出pulp格式的线性规划模型，最后调用copt 5.02求解器在较短的时间内得到最优路径规划结果，用ezdxf模块绘制路径图形，结果如图3所示。
[0037]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技
术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。