土石方工程施工機械的合理選擇

□王澤民(河南省水利第一工程局)

一、引言

土石方工程是機械化程度較高的工程項目，需要采用相應的施工機械去完成，或按施工工序連續(xù)作業(yè)，或若干種、若干臺施工機械聯(lián)合作業(yè)。土石方工程許多時候是以選擇施工機械為主來確定施工方法，并且施工機械成本在項目施工成本中占了很大的比重，所以施工機械的選擇往往成為施工中的主要問題。選擇的合理與否直接影響工程質(zhì)量和工期要求。針對土石方工程的不同需要選用合適的機械是個靈活多變的問題，要同時考慮各種復雜因素，進行科學分析和決策，把功能上的先進性和工程使用的合理性結(jié)合起來，把技術(shù)標準與經(jīng)濟方案統(tǒng)一起來，切實從實際出發(fā)，做好機械選擇這一復雜而細致的工作。

二、合理選擇施工機械的一般原則

（一）根據(jù)土石方機械用途和性能進行選擇

嚴格按照土石方機械使用范圍選擇，所選土石方機械的性能應與其作業(yè)工況相適應，禁止長期低速、小負荷運轉(zhuǎn)和長期超速、超負荷作業(yè)。對于以挖掘作業(yè)為主的工程應選用挖掘機；鏟運土壤并平整的工程應根據(jù)作業(yè)場地的大小選擇推土機或者鏟運機；路基構(gòu)筑的平整作業(yè)可以視情況選用平地機或者推土機。

（二）根據(jù)工程量進行選擇

當工程量大而集中時，應優(yōu)先選擇大型、專用履帶式機械；工程量小而分散時，應選擇中小型和機動性好的輪式機械。空氣稀薄的高原地區(qū)，即使工程量不是很大，也應選用配備增壓柴油機為動力裝置的施工機械。不同斗容的挖掘機適應的最小工程量范圍見表1。

表1 挖掘機適應的最小工程量范圍表

（三）根據(jù)施工條件進行選擇

1.根據(jù)不同作業(yè)內(nèi)容進行選擇不同作業(yè)可根據(jù)表2所列的工程類別選擇主要施工機械與設備。

表2 不同作業(yè)內(nèi)容主要機械設備的選擇表

2.運距和路況

運距的長短和道路條件是鏟土運輸機械選用的重要條件之一，見表3。

表3 施工機械經(jīng)濟運距表

3.土質(zhì)

土壤的性質(zhì)和狀態(tài)直接影響施工機械作業(yè)的質(zhì)量、功效及成本等，是選擇機械的重要依據(jù)。土壤等級分為6類16個等級，一般三類Ⅳ級以下土壤可用機械直接開挖；四類Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ級要輔助爆破法才能開挖；而五類及六類則必須采用爆破法。根據(jù)土質(zhì)工程特性進行施工機械的選擇見表4。

表4 硬土開挖運輸機械的選擇表

4.其他因素（如氣象條件等）的影響

久晴不下雨、土質(zhì)干燥時可選擇輪式施工機械進行作業(yè)；曠日持久下雨、土壤過分潮濕和作業(yè)場地及道路泥濘時，則選用履帶式施工機械進行作業(yè)為宜。

三、施工機械的合理組合

（一）施工機械技術(shù)性能的合理組合

一是，主要機械與配套機械的組合：以主要機械為基準，其它配套機械要確保主要機械充分發(fā)揮效率為選配標準，配套機械的工作容量、生產(chǎn)率和數(shù)量應稍大一點。例如，自卸運輸車的車廂容積應是挖掘機鏟斗工作容量的3～5倍，但不要大于7～8倍；二是，主要機械與輔助機械的組合：輔助機械的生產(chǎn)率應略大一些，以便充分發(fā)揮主要機械的生產(chǎn)率；三是，牽引車與其他機具的組合：兩者要互相適應，不能出現(xiàn)“大馬拉小車或小馬拉大車”現(xiàn)象，以便獲得最佳的“聯(lián)合作業(yè)”效益；四是，同一作業(yè)盡量使用同一型號的機械，便于管理和維修。

（二）施工機械類型與其數(shù)量的合理組合

1.施工機械類型及數(shù)量宜少不宜多

根據(jù)作業(yè)內(nèi)容，盡可能地選用大工作容量、高作業(yè)效率的相同類型的施工機械或綜合型設備。一般來說，組合的施工機械臺數(shù)適當減少，有利于提高協(xié)同作業(yè)的效率；施工機械品種、規(guī)格單一時，便于施工過程中的調(diào)度、管理和維護。

2.并列組合

在可能的情況下適當注意組列中的薄弱(運行可靠性低)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)局部的并列化。只依靠一套施工機械組合作業(yè)，當主要施工機械發(fā)生故障時，就會造成項目全線停工。若選用兩套或多套施工機械并列作業(yè)，則可避免或減少全線停工現(xiàn)象的發(fā)生。

四、機械選擇的經(jīng)濟評價

（一）綜合評分法

當有多臺同類機械設備可供選擇時，可以考慮機械的技術(shù)特點，通過對某種特征分級打分的方法比較其優(yōu)劣。在用綜合評分法評比后，選擇最高得分者用于施工。如有4臺設備的技術(shù)性能均可滿足某項目，在選擇時考慮10個特性，根據(jù)每個特性的重要程度給予不同的權(quán)重。進行綜合評分，結(jié)果見表5。

表5 綜合加權(quán)評分表

（二）單位工程量成本比較法

機械設備使用的成本費用分為可變費用和固定費用，可變費用有操作人員工資、燃料動力費、小修理費、直接材料費等；固定費用有折舊費、大修理費、機械管理費等。有多臺機械可供選用時，優(yōu)先選擇單位工程量成本較低的機械。

單位工程量成本的計算公式：C=（R+PX）/QX

式中C為單位工程量成本；R為一定期間固定費用；P為單位時間變動成本；Q為單位作業(yè)時間產(chǎn)量；X為實際作業(yè)時間（機械使用時間）。

如挖掘機A和B均能滿足項目需要，A機的月固定費7000元，每小時操作費30.8元，每小時產(chǎn)量45m3；B機的固定費8400元，每小時操作費28元，每小時產(chǎn)量50 m3。預計每月使用時間均為130h，采用單位工程量成本比較法選擇挖掘機：分別計算A、B兩機的單位工程量成本：

A 機：（7000+30.8×130）元/（130×45）m3=1.88 元/m3

B 機：（8400+28×130）元/（130×50）m3=1.85 元/m3

根據(jù)計算結(jié)果，選擇挖土機B。

（三）界限使用時間比較法

由方法2的計算公式可知單位工程量成本C是機械作業(yè)時間X的函數(shù)。界限使用時間（X0）是指兩臺機械的單位工程量成本相同時的時間。當A，B兩臺機械的單位工程量成本相同，即CA=CB時，則：

界限使用時間=（RbQa-RaQb）/（PaQb-PbQa）

當A，B兩臺機械作業(yè)時間產(chǎn)量相同，即Qa=Qb時，則：X0=（Rb-Ra）/（Pa-Pb）

由圖1（a）可以看出，當Qa=Qb時，應按總費用多少選擇機械。由于項目已定，兩臺機械需要的使用時間X是相同的，即：Xa=Xb

當X＜X0時，選擇B機械；當X＞X0時，選擇A機械。

由圖1（b）可以看出，當Qa≠Q(mào)b時，兩臺機械的需要使用時間不同，Xa≠Xb。在二者都能滿足項目施工進度要求的條件下，需要使用時間X應根據(jù)單位工程量成本低者選擇機械。當X＜X0時，選擇B機械；當X＞X0時，選擇A機械。

4、機械組合的經(jīng)濟評價

評價組合方案優(yōu)劣的指標有：單位產(chǎn)品成本、勞動消耗量和施工持續(xù)時間（工期）等。如以單位產(chǎn)品成本為經(jīng)濟評價指標，則單位產(chǎn)品成本最低者為優(yōu)。

圖1 界限使用時間比較法圖

公式表示為：MinCj=ΣEi/ΣPi+Fj/Qj

式中：Cj為組合J的單位產(chǎn)品機械化施工成本；ΣEi為參加施工過程的各種機械的臺班成本之和；ΣPi為各種機械臺班生產(chǎn)率之和；Fj為為完成機械化施工的準備費用；Qj為施工過程的工程量。

五 、結(jié)語

由于影響土石方工程機械化施工的因素很多且很復雜，除了上述因素外，還要考慮燃料供應、機械安全性、通用性和專用性、機械維修與管理、機械的調(diào)遷與轉(zhuǎn)場等。對于水利水電工程來說，機械費用一般占直接工程成本的20%～35%。土石方工程施工機械選擇應以追求利潤最大化為目的：即最大限度地發(fā)揮工程機械的生產(chǎn)效率，提高工程質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，創(chuàng)造良好的社會和經(jīng)濟效益。