一、任务来源
随着建筑工程范围和规模的不断扩大，土地整理施工优化管理技术研究与工程应用问题也逐渐复杂化。土地整理施工优化管理技术研究与工程应用问题是由开挖、运输、填筑、借料、弃料等环节在空间和时间上构成的资源配置优化问题。也可以看作一个依照设计地势改造自然状态土石方的综合系统。土地整理施工优化管理技术研究与工程应用广泛存在于道路、提防、大型场平、土石坝以及矿山等工程建设中，是建筑工程的基本 组成部分。
土地整理施工优化管理技术研究与工程应用具有就地取材特性，在施工过程中，施工区域内存在大量的土方、石方 物料调配。调配依赖昂贵的施工设备，这些设备既要操作也要维护，影响着工程的成本与进度。在大型工程建设，尤其是大型水利工程和场平工程中，土地整理施工优化管理技术研究与工程应用费用占工预算的比重很大，而且数量庞大的土石方也提高了对组织施工的要求，要求考虑场区内 的调配施工次序，科学高效串联各施工环节。因此，如何节约施工成本、缩短施工工期 是土地整理施工优化管理技术研究与工程应用优化中的关键点。
施工区域内的道路系统是一个随工程进行不断变化的一个动态系统，受场区物料、 施工进度及地形等因素的影响载重车辆吨位大，对调配路径的要求比较高，不合理的调配路径规划可能造成载重车辆通行困难、耗损机械设备，进而影响施工进度，而调配常常处于地理环境复杂的山区，地势高、起伏大，这意味着路网条件差，直接影响土 石方调配过程中的运输成本。因此，结合路径规划的土地整理施工优化管理技术研究与工程应用研究十分必要。
土地整理施工优化管理技术研究与工程应用过程中，由于调配设计方法的限制以及调配路径选择缺乏实际可操作的 方法，在处理各约束条件间的关系时，常常线性化某些非线性因素，简化目标寻优的过程，不能贴近工程实际。随着人工智能技术的迅速发展，涌现了许多智能优化算法，为 建立以经济为主，兼顾地理环境、安全性等其他非线性因素的调配方法提供了可能。而且随着“互联网+”新趋势的到来，“智慧工程”的信息化理念在工程建设领域流行起来。通过计算机自动生成调配方案，增强方案的合理性、准确性和易用性，在提高调配效率的同时，降低了调配方案设计的专业化程度，便于使用。
调配方案设计工作涉及各种自然和人文地理信息，智能化调配的实现离不开对地理信息的处理与空间分析，这就需要引入GIS技术。GIS技术融合了地图制图学、地理学、 遥感以及计算机科学，应用范围广泛，可用于输入、存储、分析、查询和展示地理信息。
二、应用领域和技术原理
应用领域：本项目主要应用于工程的投标、施工过程等等。
技术原理：土地整理施工优化管理技术研究与工程应用方案的准确性与合理性会直接影响工程成本及进度，优秀的土石方优化调配方法，不仅可以有效地降低土地整理施工优化管理技术研究与工程应用费用，而且可以合理设置施工次序。土地整理施工优化管理技术研究与工程应用基于工程设计和地理环境的要求，往往难以实现 施工范围内土石方平衡，想要避免长距离运输，就需要借助借料和弃料区，这可能会侵占耕地，对生态环境产生不利的影响。优秀的调配方案既要以节约成本为目的，又要求保证施工的安全性，还需要最大限度地 降低对生态环境的不利影响。
三、与国内同类技术比较
1.高可用、高可扩展的软硬件架构以及完善的生态体系，同时拥有独立物联网平台支持，可快速对接各类供应商产品。平台除自营自用以外也具备软硬件对外开放能力，使得合作伙伴在不具备相关技术能力的前提下可通过对接平台系统实现相关业务。
2.独立的管理后台（网页/APP），现场管理人员可轻松实现对设备、用户订单、各类数据统计等等的查看管理。
3.完备的能源运营体系，平台具有独立的能源管控系统以及与之配套的硬件支持，具备针对能源系统的数据查看、远程控制功能，轻松解决现场能源运维难题。
四、成果创新性、先进性
创新点1：针对将非线性因素进行线性化处理，不符合工程实际的问题，综合考虑下，将土地整理施工优化管理技术研究与工程应用过程与蚁群算法相结合，以弥补传统的线性规划法只能处理线性关系的不足，考量调配问题中的非线性约束，最大限度地减少调配成本。
创新点2：利用BIM软件将核心安全约束参数化，在主要工序或者关键工序中，对工序的相关安全指标或者要求进行量化，使其具备可建模的条件，具有可视化的功能，因为对于一般简单的基坑来说，通过想象还能勉强理解，但是现在的基坑越来越深，越来越复杂，这时候BIM模型自动生成的、专门用来指导施工的复杂节点说明，就显得有为重要。
创新点3：一种具有水土回填功能的梯田防水土流失装置，能够防止梯田内过多的雨水溢出到下一台阶的梯田内，同时能够将过多的雨水引流并储存，在缺水的时间回流到梯田内，减少水土的流失同时减弱过多的雨水对梯田的破坏。
创新点4：一种坡改梯石土分离装置，通过分离斗中的筛分网对细土、碎石进行筛分，将细土、碎石、大石块进行分离，通过翻转分离斗实现碎石、大石块的运输，通过碎石桶能够对大石块进行碎石，提高石土分离的效果，进而提高坡改梯施工的效率。
五、作用意义
智能优化算法有助于解决复杂的工程问题，对调配目标函数和约束条件的要求宽松，可考虑各类非线性因素, 而且随时终止算法都可以获得最优解，使得调配方案更加贴近工程的实际状况。在调配智能化方面，借助AI技术建立的信息化系统可以避免因经验不足导致的偶然差错，还可以降低调配的专业化程度，减轻设计人员工作量。GIS技术作为一种地理信息处理工具，可以自动化地处理土地整理施工优化管理技术研究与工程应用过程中的地理信息、社会经济信息以及施工信息，实现工程可视化的智能调配管理，提高调配的信息化水平和调配质量。因次，在成熟的计算机技术支持下，基于智能优化算法实现对土石方优化调配以及信息化研究具有十分重要的意义。
六、存在的问题和改进意见
1.优化方法仅以调配成本这一个指标作为目标函数，不能够真实的反应调 配过程，综合考虑成本、进度、环境代价等因素建立多目标优化方法是以后研究的重点。
2.虽然最终选择蚁群算法作为土石方问题的求解算法，但是仍可以选择其他尚未考虑的优化算法进一步研究土石方优化调配问题。也可以发挥蚁群算法强鲁棒性特点，将算法本身进一步改进优化。或者将蚁群算法与其他智能优化算法有机结合，寻求一加一大于二的优化手段。
3.设计的系统并不完善，仅实现了一些土地整理施工优化管理技术研究与工程应用方面的主要功能，如剖 面分析、可视化表达、土石方全区及分区计算、整体及自填挖调配等功能，框架结构比较简单，对于装运机械选择、研究区内实时交通仿真等还有待进一步实现。

随着建筑工程范围和规模的不断扩大，土地整理施工优化管理技术研究与工程应用问题也逐渐复杂化。在土地整理施工优化管理技术研究与工程应用过程中，由于调配方法的限制，在处理各约束条件间的关系时，常常线性化某些非线性因素，简化目标寻优的过程，不能贴近工程实际。而且土石方优化调配研究中考虑路径规划的较少且大多考虑二维空间。针对土地整理施工优化管理技术研究与工程应用问题中存在的不足，基于智能优化算法，结合宏微观、二三维对土地整理施工优化管理技术研究与工程应用整体优化调配、三维自填挖调配及土地整理施工优化管理技术研究与工程应用能管理系统方面进行研究，取得的主要研究成果及结论如下：
1.以比较成熟的蚁群算法、粒子群算法、模拟退火算法以及粒子群退火算法为研究对象构建了土地整理施工优化管理技术研究与工程应用算法框架。并以实际工程为例对四种框架进行了应用，案例 分析结果表明蚁群算法的最优解质量更高、耗时更短。而且与传统线性规划法相比，相 对误差最小。
2.从宏观角度，以土地整理施工优化管理技术研究与工程应用的全寿命周期成本为基础建立了考虑施工次序的 土石方动态调配模型，设计并改进了蚁群算法。定性分析表明改进的蚁群算法在考虑非 线性因素、施工次序、表达方式方面优势明显，同时还可以一次性的生成若干次优调配 方案辅助决策。定量分析表明改进蚁群算法的求解能力强、运行效率高，最优解可以更好的贴近工程实际成本。
3.从微观角度，以块理论思想为基础对土地整理施工优化管理技术研究与工程应用问题进行了三维建模，将每一个填挖对的调配过程抽象为一次三维路径规划。引入安全性因子、A*方向因子和角度方向因子改进了状态转移规则，并采用次优最优蚂蚁的全局更新与自适应局部更新策略相结合的方式改进了信息素更新规则，提高了蚁群算法的求解能力和质量。以三维路径规划研究为基础，借助优先集策略和边缘算子开展了自填挖调配优化研究及应用，研究结果表明，提出的优化方法更符合实际工程且有利于可视化区域地形的时空变化情况，是十分有效且必要的。
4.考虑施工次序的土石方整体优化调配优化方法、三维路径规划蚁群算法方法和自填挖调配优化方法，利用ArcGIS API for JavaScript，借助ArcEngine组件技术，开发了土地整理施工优化管理技术研究与工程应用智能管理系统。系统实例测试结果表明，运行效率与用户体验良好，可以自动化地提供“经济、安全、合理”的调配方案来辅助决策。