2025年瀝青產業布局分析：瀝青路面再生工廠布局優化保證初始種群多樣性

  中國報告大廳網訊，在當前瀝青產業不斷發展的背景下，瀝青行業路面再生工廠的合理布局對提升產業經濟效益與環境效益具有重要意義。傳統的工廠布局方法在面對多個功能單元布局規劃時，存在效率低、僅能處理小規模布置組合的問題。而智能算法的興起為瀝青路面再生工廠布局優化提供了新的思路，其中遺傳算法在該領域的應用逐漸增多，但現有針對再生工廠車間布局優化的遺傳算法仍存在編碼複雜、初始種群設定不明確等不足，亟待改進以更好地滿足瀝青產業發展需求。以下是2025年瀝青產業布局分析。 

  一、瀝青路面再生工廠布局相關概念與數學模型構建

  1.1 瀝青路面再生工廠功能單元劃分與聯繫

  瀝青路面再生工廠的工藝流程為將回收的 RAP 料進行破碎篩分，得到不同粒徑的基準料，烘乾後按一定比例與新集料、粉料、瀝青和再生劑進行混合攪拌，最終得到再生成品料。按加工對象對生產設備進行分類組合，可劃分出 12 個功能單元，具體如下：

  F1：RAP 料存儲區，內部設施包含 RAP 料存儲倉;

  F2：RAP 料破碎篩分區，內部設施為 RAP 料破碎篩分設備;

  F3：基準料存儲及配送區，內部設施有基準料存儲倉、基準料自動配料區;

  F4：新集料存儲及配送區，內部設施包括新集料存儲倉、新集料自動配料區;

  F5：瀝青罐存放區，內部設施為瀝青罐導熱油爐;

  F6：粉料存放區，內部設施是礦粉罐;

  F7：再生混合料攪拌區，內部設施包含 RAP 料烘乾滾筒、混合料攪拌設備、成品料倉;

  F8：廢氣集中處理區，內部設施為瀝青煙氣處理系統;

  F9：粉塵集中處理區，內部設施有粉塵收集系統、粉塵處理系統;

  F10：生產控制區，內部設施是控制室;

  F11：試驗區，內部設施為實驗室;

  F12：辦公區，內部設施是辦公樓。

  各功能單元之間依據工藝關係存在緊密聯繫，共同保障瀝青路面再生工廠的正常運轉。

  1.2 瀝青路面再生工廠功能單元位置信息表示

  《2025-2030年中國瀝青產業運行態勢及投資規劃深度研究報告》指出，瀝青路面再生工廠車間布局需在給定的長為 L、寬為 W 的矩形範圍內，按照一定約束對各個功能單元進行合理布置，以達成多目標協調。車間左下角設為坐標原點，各功能單元形狀假定為矩形，均平行於 X 軸或 Y 軸放置，且功能單元之間保持一定活動距離。其位置信息指矩形中心的橫、縱坐標，放置方式則指平行於 X 軸或 Y 軸放置，分別用以下式子表示：

  橫坐標：(x1,x2,⋯,xj,⋯,xn−1,xn)，其中xj表示第 j 個功能單元的橫坐標;

  縱坐標：(y1,y2,⋯,yj,⋯,yn−1,yn)，其中yj表示第 j 個功能單元的縱坐標;

  放置方式：(z1,z2,⋯,zj,⋯,zn−1,zn)，其中zj表示第 j 個功能單元的放置方式。

  1.3 瀝青路面再生工廠功能單元間距約束

  瀝青路面再生工廠車間內部的任意功能單元之間互不重合，在 X 軸或 Y 軸方向上至少保留大小為sxj或syf的間距，且每個功能單元只能被布置 1 次，用公式表示為：UjkA~—Vjk=0，其中Ujk表示判斷 j 功能單元和 k 功能單元在 X 軸方向上是否重疊，Vjk表示判斷 j 功能單元和 k 功能單元在 Y 軸方向上是否重疊。

  二、瀝青路面再生工廠布局優化的改進遺傳算法設計

  2.1 瀝青路面再生工廠布局優化的實數分層編碼

  遺傳算法的編碼和解碼方法對算法可行性和效率影響重大。針對瀝青路面再生工廠車間布局問題，傳統二進位編碼會使種群個體冗長，且十進位與二進位轉換時可能出現長度不一致，導致編碼複雜。為此，提出實數分層編碼方法，能降低編碼難度，直觀表示各功能單元的布置位置和放置方式。該編碼方式映射橫坐標層、縱坐標層以及放置方式層三個決策層，共同對目標函數產生影響。

  橫坐標層：用實數表示功能單元在車間布局範圍內的橫坐標;

  縱坐標層：用實數表示功能單元在車間布局範圍內的縱坐標;

  放置方式層：數字 1 表示功能單元橫向放置，數字 0 表示豎向放置。

  實數分層編碼的解碼方式簡便，只需將三個層中的數字按編碼順序列出即可得到各功能單元的布局信息。

  2.2 瀝青路面再生工廠布局優化的初始種群設定

  由於瀝青行業路面再生工廠車間布局範圍大、功能單元數量多，隨機生成功能單元布置位置效率低下。提出基於初始方案的排列組合方法，將初始方案作為初始種群之一，其餘種群個體通過各功能單元橫、縱坐標和放置方式交換獲得。因生成 1-12 的全排列數組數量超出 MATLAB 軟體行數範圍，遂生成 1-6 和 7-12 的 2 個全排列數組，對其進行排列組合併剔除與初始布局方案順序相同的數組，得到 1-12 的排列數組。將初始方案按該數組排列放置，判斷方案是否符合約束條件，計算符合條件方案的目標函數值，篩選出剩餘種群個體，保證初始種群個體的有效性和多樣性。

  三、瀝青路面再生工廠布局優化的實例驗證

  為驗證改進算法的有效性，以某瀝青路面再生工廠為研究對象。該再生工廠車間的長L=180m，寬W=150m，生產大門位於特定位置，各功能單元均位於布局範圍內且與車間邊界的間距sx、sy均大於或等於 5m。

  由對比結果可知，優化後的布局方案中各功能單元的非物流關係強度提高 7.96，每日物料搬運成本減少 14468.85 元，每日碳排放減少 30.59kg。

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