系统工程在巷道施工费用优化中的应用与实践

王超

摘 要：针对目前矿建建设中巷道施工工期与施工费用优化时存在的问题，文中利用系统工程原理建立矿建巷道施工工程中的人员分派和费用优化模型，首先对巷道工程及各施工队伍特点进行分析，得到巷道施工最优分派方案，进而基于网络计划方法对巷道工程施工的工期及总费用进行优化，建立了巷道施工最优工期及成本控制公式。最后，以孟村煤矿巷道施工为实例验证了公式的合理性和工程实用性，对煤矿企业在巷道掘进中实现快速施工和提高效益具有重要的参考价值。

关键词：系统工程；巷道施工；人员分派；总工期；费用优化

中图分类号：TD 80 文献标识码：A 文章编号：1672-7312（2016）05-0567-05

由于客观和主观因素的影响，使得矿建工程项目具有建设周期长，投资大的特点，严重影响了企业声誉，制约了企业的发展。缩短建设工期，优化矿建工程施工管理，节约成本已成为矿建企业所追求的共同目标[1-3]。前人在井筒施工方面研究较多，而在巷道施工中人员组织与费用优化研究较少。巷道施工费用一般由直接费和间接费组成，直接费的降低需通过合理安排各巷道工程的施工队伍，使各施工队尽可能地发挥其所长来实现；间接费则需基于施工工艺的优化進而缩短施工项目总工期来实现[4-5]。系统工程中解决分派问题和优化网络计划的方法目前对解决合理安排施工任务和优化施工工艺具有明显效果[6]。所谓分派问题就是有n项任务交由n个施工队去完成，由于每项任务的性质和各施工队的专长不同，所以每项任务交由不同的施工队完成，其效率就不同，因而如何分派各施工队就成为了分派问题的核心[7-9]。优化网络计划是在一个具体工程网络图中，通过优化关键线路上各工序的完成时间，缩短项目总工期，降低工程费用，最终得到最优解。

1 人员分派模型的建立

在矿建巷道施工项目优化过程中，直接费用优化就是要通过分派的方法，向各施工队伍合理分派施工任务，充分发挥其所长，达到缩短工期，节约成本的目的。假设有4项巷道工程任务，编号A，B，C，D，各项工程任务的性质、施工难度都有差异；组织4个施工队甲、乙、丙、丁进行施工，各施工队伍的施工设备及施工水平各不相同，对每项任务施工所需要的时间（表1）和费用（表2）各有差异。

2 费用优化模型的建立

将上文中所得人员分派方案作为施工网络图中各工序正常完成时所需时间和费用，采用系统工程中网络计划的方法对工程总费用进行费用优化[10]。近似认为各工序工期的缩短与直接费用的增加成线性关系变化，用式（8）表示。

3 工程实例分析

孟村煤矿是陕西彬长集团投资建设的大型现代化矿井，井田东西长10.5 km，南北宽6.5 km，总年限76.8 a.矿井总投资40.04亿元，建设规模600万t/a，矿井建设工期51个月。井下布置一条带式输送机大巷，2条辅助运输巷，2条回风巷。

根据矿井建设的实际情况，将施工网络图（图1）分为4项工程进行分派，分别为A巷道施工工程①→④→⑤，B巷道施工工程①→②→⑤→⑦，C巷道施工工程①→③→④→⑥和D巷道施工工程③→⑥→⑦，4项巷道工程分别有4个施工队完成，简称甲、乙、丙及丁队，所对应的施工费用和施工时间见表4及表5.

结合孟村矿各施工单位实际情况，绘制各工序施工时间与施工费用之间关系表，见表6所示，由表中数据对网络图中关键线路上各工序进行优化。原

方案（方案一）施工总工期为30周，工程直接费用为7 400万元，关键线路为①→③→④→⑥→⑦，费率变化最小的工序为①→③和⑥→⑦，均为80万元/周，先对⑥→⑦进行优化，缩短工期一周，由式（9）可得方案二：总工期29周，直接费用为7 480万元，关键线路不变；在方案一的基础上继续对工序⑥→⑦进行优化得方案三：总工期28周，直接费用为7 560万元，关键线路不变；以此类推，直到方案十：总工期21周，直接费用为8 420万元。通过优化工程中各方案的数据记录结果绘制费用-工期曲线图，如图2所示。

从图2可以看出，各工序皆按最短工序完成任务所需费用为8 420万元，当工序①→③工期为3周，工序③→④工期为6周，工序④→⑥工期为6周，工序⑥→⑦工期为6周时工期最短，且为极限工期。图中各时期优化后的总费用都在正常工期与极限工

期费用连线的下方，较优化前为低，总工期从25周缩短到21周，直接费用增加较快，由30周缩短到25周时增加较缓。对于一个工程来说，其费用不仅仅由他的直接费用构成，还应当包括其间接费用，而间接费用是与工期成正比的，工期越长，间接费用越高。因此，当间接费用与直接费用之和最低时才是该工程的费用最优施工方案。间接费近似的认为与工期成正比，根据矿井建设实际情况取120万元/周（如图3所示）。由图3可看出，当工期为25周时总工程费用最低，为10 800万元来组织施工。

4 结 论

1）文中通过对矿建工程中巷道施工方案的优化，为矿井建设工程节约了工期，降低了建设成本，达到了费用优化的预期目的，为煤矿企业在矿井建设中树立了榜样；

2）将系统工程中的分派问题和施工网络图费用优化问题结合应用到了工程项目费用优化中，为后期的矿建工程中各项施工的科学管理和组织施工提供了科学依据；

3）根据文中的思路，在其他涉及到人员分派、费用优化的问题时，都可以利用系统工程的思想来进行解决，特别是在一些大型工程中效果可能会更加明显。

参考文献：

[1] 张召冉，杨仁树，许 炳，等.煤矿矿建工程投资估算模型与应用[J].中国矿业，2014，23（10）：152-156.

[2] 赵志儒.如何做好矿建工程施工技术管理工作[J].中国高新技术企业，2014（28）：104-105.

[3] 刘 伟.矿建工程施工方法管理与监督[J].机械管理开发，2015，30（6）：110-112.

[4] 李四福，诸克军，王德银.大型工程网络计划技术的应用复杂性研究[J].中国地质大学学报，2010，10（5）：90-94.

[5] 宓海萍.工程项目的费用优化研究[J].当代经济，2006（4）：78-79.

[6] 徐德磊，韩晓龙，梁承姬.基于堆存能力的集卡优化分派研究[J].武汉理工大学学报，2011，33（9）：77-81.

[7] 邹学新，王友才.电脑凿岩台车掘进施工作业的工期优化[J].西安科技大学学报，2013，33（5）：609-614.

[8] 史玉芳，解燕平，陆 路.矿业工程项目施工工期可靠性预测研究[J].西安科技大学学报，2011，31（5）：593-597.

[9] 惠彦涛，李辉山，宁丰荣.工程项目进度一费用联合控制系统仿真研究[J].西安科技大学学报，2007，27（3）：498-501.

[10]王仁超，陈建友，田 钰.一种基于AHP的网络计划工期优化方法[J].水力发电学报，2015，34（2）：199-206.

[11]倪冠群，徐寅峰，许晓雯.工程项目进度-费用优化的占线风险补偿模型[J].系统工程理论与实践，2009，29（12）：141-146.