Truck routing cut and fill problem in roadworks using integer programming

Viviane Adriano Falcão, Ernesto Ferreira Nobre Júnior, Bruno de Athayde Prata

Resumo


Planejar as atividades de distribuição de materiais em obras de terraplenagem pode representar um ganho na obra como um todo.  Uma das formas de fazer isso é minimizar a distância total percorrida pelos veículos, por exemplo caminhões na movimentação de terra entre as zonas de corte e aterro. Há muitos estudos e trabalhos que focam a otimização da distribuição de materiais entre zonas de corte e aterro, porém poucos aplicaram em projetos reais com a consideração de múltiplos equipamentos, além de não terem feito uma análise baseada na distância entre estacas. Este artigo tem como objetivo desenvolver um modelo de Programação Inteira que minimize a distância percorrida pelos caminhões basculantes em atividades de distribuição de materiais na terraplenagem. O modelo elaborado com princípios da Programação Linear Inteira foi baseado no problema de roteamento, cujo objetivo é minimizar o caminho percorrido. O modelo foi aplicado em dois estudo de casos cujos resultados destacam ganhos significativos, em termos de flexibilidade do processo de planejamento. Engenheiros, planejadores e analistas têm uma importante ferramenta computacional que facilitará a tomada de decisão.

Palavras-chave


Terraplanagem. Problema de roteamento de veículos. Programação matemática.

Texto completo:

PDF (English)

Referências


Bogenberger, C.; Dell’amico, M.; Fuellerer, G.; Hoefinger, G.; Iori, M.; Novellani, S. and Panicucci, B. (2015) two-phase earthwork optimization model for highway construction. Journal of construction engineering and management. 2015, 141(6): 05015003. https://doi.org/10.1061/(asce)co.1943-7862.0000973

Christian, J. and Caldera, H. (1988). Earthmoving cost optimization by operational research. Canadian journal of civil engineer-ing, 15:679-684. https://doi.org/10.1139/l88-088

Easa, S. M. (1987). Earthwork Allocations with Nonconstant Unit Costs. Journal of construction engineering and manage-ment.113,34–50. https://doi.org/10.1061/(asce)0733-9364(1987)113:1(34)

Easa, S. M. (1989). Earthmoving Cost Optimization by Operational Research: Discussion. Canadian journal of civil engineering 16(3), 408. https://doi.org/10.1139/l89-064

El-Rayes, K. and Moselhi, O. (2001). Optimizing Resource Utilization For Repetitive Construction Projects. Journal of construc-tion engineering and management, vol. 127, no. 1, January/February, 2001. https://doi.org/10.1061/(asce)0733-9364(2001)127:1(18)

Falcão, V. A.; Nobre Júnior, E. F. and Prata, B. de A. (2016a). Optimization Techniques Applied to Earthmoving and Highway Construction: A Survey. International Review of Civil Engineering (I.RE.C.E.), Vol. 7, N. 5 ISSN 2036 – 9913. September 2016. doi: 10.15866/irece.V7i5.10294.

Falcão, V. A.; Nobre Júnior and E. F. E Prata, B. de A. (2016b) Modelo de roteirização para a distribuição de materiais de ter-raplenagem baseado em programação inteira. Journal of transport literature. 10(3), 20-24. doi: 10.1590/2238-1031.jtl.v10n3a4

Gwaka, H.S.; Seob, J. and Leea, D.E. (2018) Optimal cut-fill pairing and sequencing method in earthwork operation. Automa-tion in construction 87 (2018) 60–73. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2017.12.010

Hare, L. W.; Koch, V. R. and Lucet, Y. (2011) models and algorithms to improve earthwork operations in road design using mixed integer linear programming. European journal of operational research, 215, 470-480. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2011.06.011

Henderson, D.; Vaughan, D. E.; Jacobson, S. H.; Wakefield, R. R. and Sewell, E. C. (2003) Solving the Shortest Route Cut and Fill Problem Using Simulated Annealing. European journal of operational research 145 (2003) 72–84. Https://Doi.Org/10.1016/S0377-2217(02)00206-0

Hwang, S.; Son, J., and Lee, S. (2014) Development of Scheduling Model for Earth Work Using Genetic Algorithm. KSCE Journal of Civil Engineering (2014) 18(6):1618-1624.doi 10.1007/S12205-014-0398-1

IBM ILOG AMPL (2010) Version 12.2. User’s Guidestandard (Command-Line). Version Including CPLEX Directives. May 2010. Available in: http://ampl.com/booklets/amplcplex122userguide.pdf. (Access in 30/10/2014).

Jayawardane, A. K. W. and Price, A. D. F. (1994a) A New Approach For Optimizing Earth Moving Operations, Part I, In: Pro-ceedings of institution of civil engineers - transport, 105, Pp. 195-207. https://doi.org/10.1680/itran.1994.26795

Jayawardane, A. K. W. and Price, A. D. F (1994b) A New Approach For Optimizing Earth Moving Operations, Part Ii, In: Pro-ceedings of institution of civil engineers - transport, 105, Pp. 249-258. https://doi.org/10.1680/itran.1994.27136

Jayawardane, A. K. W., and Harris, F. C. (1990) Further development of integer programming in earthwork optimization. Journal of construction engineering and management. 1990.116:18-34. https://doi.org/10.1061/(asce)0733-9364(1990)116:1(18)

Kantorovitch, L. (1958) On the translocation of masses. Management science vol. 5, no. 1 (oct., 1958), pp. 1-4. Https://www.jstor.org/stable/2626967

Lim, A; Rodrigues, B and Zhang, J. (2005) Tabu search embedded simulated annealing for the shortest route cut and fill problem. Journal of the operational research society (2005) 56, 816–824. doi:10.1057/palgrave.jors.2601900

Lima, R. X. de; Nobre Júnior, E. F.; Prata, B. de A. and Weissmann, J. (2013) Distribution of materials in road earthmoving and paving: a mathematical programming approach. Journal of construction engineering and management. 2013.139:1046-1054. DOI: 10.1061/(asce)co.1943-7862.0000666

Mayer, R. H. and Stark , R. M. (1981) Earthmoving Logistics. Journal of the construction division, Vol. 107, No. 2, June 1981, pp. 297-312. https://cedb.asce.org/cedbsearch/record.jsp?dockey=0010248

Morais, B.A. and Falcão, V.A. (2019) Otimização de equipamentos em obras de terraplanagem utilizando programação linear inteira. Transportes. ISSN: 2237-1346. Volume 27. Número 4. 2019. doi:10.14295/transportes.v27i4.1814

Nandgaonkar, S. M. (1981) Earthwork transportation allocations: operations research. Journal of the construction division ASCE, vol.107, no. 2, 1981, pp 373-392. https://cedb.asce.org/cedbsearch/record.jsp?dockey=0010265

Nassar, K. and Hosny, O. (2012) Solving the least-cost route cut and fill sequencing problem using particle swarm. Journal of construction engineering and management, Vol. 138, No. 8, August 1, 2012. ©ASCE, ISSN 0733-9364/2012/8-931–942. https://doi.org/10.1061/(asce)co.1943-7862.0000512

Rashidi, A., Rashidi Nejad, H. and Maghiar, M. (2014) Productivity estimation of bulldozers using generalized linear mixed models. KSCE journal of civil engineering (2014) 18(6):1580-1589. doi 10.1007/s12205-014-0354-0

Yi, C. and Lu, M (2016) A mixed-integer linear programming approach for temporary haul road design in rough-grading projects, Automation in construction (2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.autcon.2016.08.022




DOI: https://doi.org/10.14295/transportes.v28i5.2032

Métricas do artigo

Carregando Métricas ...

Metrics powered by PLOS ALM


Direitos autorais 2020 Viviane Adriano Falcão, Bruno de Athayde Prata, Ernesto Ferreira Nobre Júnior

TRANSPORTES (ISSN: 2237-1346) é uma publicação da ANPET - Associação Nacional de Pesquisa e Ensino em Transportes (www.anpet.org.br)

 

Licença Creative Commons

Este obra está licenciado com uma Licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.