輕量型工器具在技改搶建工程中的績(jī)效分析

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【摘要】輕量型工器具擁有降低運(yùn)輸成本、提升工作效率、便于施工展開等優(yōu)勢(shì)，在技改搶建工程中綜合效益突出。應(yīng)通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)選輕量材料和優(yōu)選加工方法等方法積極推進(jìn)工器具輕量化，使工器具實(shí)現(xiàn)減重優(yōu)化、提高性能的目的。

【關(guān)鍵詞】工器具；輕量型；績(jī)效；成本

當(dāng)前，國(guó)家大力推進(jìn)特高壓電網(wǎng)建設(shè)。特高壓線路具有塔高、導(dǎo)線張力大、金具和絕緣子重量大等特點(diǎn)，相應(yīng)的作業(yè)工具也重量大。同時(shí)，工器具總量繁多，僅在特高壓線路帶電作業(yè)中就有金屬工具、絕緣工具、個(gè)人防護(hù)工具、檢測(cè)工具、輔助安全工具五大類，種類眾多。這對(duì)推動(dòng)工器具輕量化改革，配備輕量型工器具，來(lái)提升作業(yè)工具開發(fā)管理水平提出了新的要求。

一、工器具輕量化的經(jīng)濟(jì)效益分析

工器具輕量化是指根據(jù)施工實(shí)際需要和工器具的特點(diǎn)，綜合運(yùn)用新材料、新工藝，并通過(guò)對(duì)工器具性能進(jìn)行分析測(cè)試，在滿足作業(yè)性能、安全要求和成本經(jīng)濟(jì)等要求的基礎(chǔ)上，以降低工程成本、提升工作效率、減少能源消耗、便于施工展開等為最終目的，來(lái)開展的優(yōu)化活動(dòng)。

選用輕量型工器具，在技改搶建工程中，會(huì)對(duì)工程成本帶來(lái)如下影響：

一是開展改型設(shè)計(jì)、更換輕量型器具會(huì)產(chǎn)生部分費(fèi)用。改型設(shè)計(jì)工器具，必然需要投入一定的人力物力，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要消耗相關(guān)耗材，花費(fèi)一定設(shè)計(jì)費(fèi)用，產(chǎn)生了部分成本。但研究表明即使在大件工程機(jī)械的成本構(gòu)成中，設(shè)計(jì)費(fèi)用往往也只占總成本的5%，但是能影響60—70%的成本構(gòu)成。同時(shí)，更換輕量型工器具需要投入一筆新的購(gòu)置費(fèi)用，并可能提前報(bào)廢原有工器具，產(chǎn)生一定的折舊成本空耗。

二是選用輕量型工器具會(huì)降低運(yùn)輸、使用成本和人工成本。輕量型工器具與原工器具相比，最大的優(yōu)勢(shì)就是重量減輕。重量減輕對(duì)工程成本特別是搶建技改工程的成本影響較大。電網(wǎng)建設(shè)工程具有建設(shè)直線距離長(zhǎng)等特點(diǎn)，工器具的運(yùn)輸成本在工程總成本中占比較高。而搶建工程中對(duì)工程建設(shè)時(shí)間進(jìn)度要求高，要求人、材料、機(jī)械快速到位，運(yùn)輸成本在施工總成本中占比更高。這種情況之下，多使用輕量型工器具，能在單位時(shí)間、單位臺(tái)班車輛運(yùn)輸更多的工器具，降低車輛運(yùn)輸成本。同時(shí)，對(duì)人工搬運(yùn)的消耗也減少，單人可攜帶工器具數(shù)量增多，施工效率增加，降低了工程的人工成本。

三是工器具輕量化具有綜合成本優(yōu)勢(shì)。根據(jù)工程建設(shè)實(shí)際成本構(gòu)成分析，工器具輕量化具有綜合成本優(yōu)勢(shì)。僅以選用輕質(zhì)材料代替鋼材為例來(lái)開展分析，選用加厚的鋁合金材質(zhì)零部件可以實(shí)現(xiàn)與與鋼材質(zhì)零部件強(qiáng)度相當(dāng)，滿足施工需要。但同強(qiáng)度的質(zhì)量鋁合金材質(zhì)零部件重量只有鋼材質(zhì)零部件重量的1/2，盡管鋁合金價(jià)格比鋼材價(jià)格貴2倍左右，但結(jié)合零部件的全壽命使用周期中來(lái)開展成本核算的話，鋁合金材質(zhì)的增效效益遠(yuǎn)超增加份額，綜合成本優(yōu)勢(shì)顯著。

二、工器具輕量化改造的方法

結(jié)合材料科學(xué)相關(guān)知識(shí)，工器具輕量化一般包括優(yōu)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)選輕量材料和優(yōu)選加工方法三大類。

（一）優(yōu)化工器具結(jié)構(gòu)

一是開展零部件功能分析，減去冗余零部件或零部件中的冗余部分。隨著電網(wǎng)施工技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，在特高壓線路施工中，部分原用于較低電壓等級(jí)線路施工的工器具中有部分零部件已成冗余，可結(jié)合搶建技改工程實(shí)際需要，減去冗余零部件，降低作業(yè)工器具的重量。

二是優(yōu)化結(jié)構(gòu)組合。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是降低工器具重量的一種有效途徑。CAE仿真優(yōu)化法是在輕量化設(shè)計(jì)中得到廣泛使用，它是指借助理論計(jì)算、有限元分析、數(shù)值優(yōu)化、多目標(biāo)優(yōu)化等數(shù)學(xué)建模方法，在滿足工器具安全、強(qiáng)度、剛度和疲勞度等約束條件的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變某些允許改變的設(shè)計(jì)變量，使工器具的綜合性能達(dá)到最優(yōu)的拓樸優(yōu)化方法。在進(jìn)行工器具降重優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)需要使用該工器具的各種工況進(jìn)行建模、分網(wǎng)、加載、求解和后處理，合理分別不同部件的減重目標(biāo)，對(duì)應(yīng)力集中的零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，必要時(shí)可去除該部分，以實(shí)現(xiàn)在滿足約束條件前提下重量這一參數(shù)上的總體結(jié)構(gòu)最優(yōu)。

三是通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)減小零部件外形尺寸。比如通過(guò)折疊化設(shè)計(jì)、壓縮化設(shè)計(jì)等改進(jìn)，雖不能直接降低工器具質(zhì)量，但便于工器具運(yùn)輸，一定程度上達(dá)到了工器具輕量化改造的目的。

（二）優(yōu)選輕量材料

新材料的研究和應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)工器具輕量化的最有效途徑。近年來(lái)，在生產(chǎn)實(shí)踐中，高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼、鋁、鎂等合金新材料在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在汽車工業(yè)、飛行器制造工業(yè)、建筑工業(yè)等已經(jīng)大量通過(guò)

選用新材料來(lái)降低重量。如由碳纖維、玻璃纖維等復(fù)合材料制成的工程塑料，它所制成的受力結(jié)構(gòu)件，拉伸強(qiáng)度相當(dāng)于鋼的35倍，穩(wěn)定性、疲勞度、耐腐蝕性也都優(yōu)于鋼，但同樣尺寸的工程塑料重量?jī)H為鋼鐵的三分之一到四分之一，具有優(yōu)良的輕量化性能，在結(jié)構(gòu)件、功能件設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。

在電網(wǎng)施工作業(yè)工器具改良中，應(yīng)廣泛參考當(dāng)前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的成功案例，大膽試用高強(qiáng)鋼、合金、工程塑料等新材料，根據(jù)施工實(shí)際需要和相關(guān)操作規(guī)范要求，選用最優(yōu)的材料來(lái)設(shè)計(jì)工器具，采用性能更優(yōu)、成本更低和質(zhì)量更輕的零部件代替原有零部件，使工器具實(shí)現(xiàn)減重優(yōu)化、提高性能的目的。

（三）優(yōu)選加工方法

不同加工工藝、加工方法也會(huì)導(dǎo)致工器具的重量會(huì)發(fā)生變化。例如根據(jù)輕量化的要求來(lái)考量，同等性能的焊件比鑄件重量要輕，更加適宜于應(yīng)用在工器具輕量化改造中。在具體的工器具輕量化設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合運(yùn)用上述三種方法，以期最大限度提升輕量化效果。

三、在搶建技改工程中選用輕量型工器具需要注意的事項(xiàng)

輕量型工器具擁有降低運(yùn)輸成本、提升工作效率、便于施工展開等優(yōu)勢(shì)，在技改搶建工程中綜合效益突出，應(yīng)在送電線路施工項(xiàng)目中積極推廣應(yīng)用輕量型工器具。但與此同時(shí)，選用輕量型工器具必須注意以下事項(xiàng)：

第一，選用輕量型工器具必須滿足工器具的基本性能需要，符合電網(wǎng)建設(shè)施工規(guī)范的要求。每一項(xiàng)工器具在電網(wǎng)建設(shè)施工作業(yè)中都有其獨(dú)特的功能，部分工器具對(duì)其剛性、張力、承載力、絕緣性、使用壽命等有明確的要求，在進(jìn)行輕量化改造設(shè)計(jì)中，不能因?yàn)閱渭冏非鬁p重而影響其他性能，誘發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)和質(zhì)量事故。正確的設(shè)計(jì)輕量型工器具應(yīng)該是基于對(duì)工器具結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)分析，對(duì)選用材質(zhì)進(jìn)行充分比對(duì)，在安全、成本、質(zhì)量等方面進(jìn)行綜合對(duì)比分析后，經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證后再定型推廣。因此，輕量型工器具選型工作必須由充分熟悉現(xiàn)行到工器具并熟知送電線路施工規(guī)范的中高級(jí)施工管理人員完成。

第二，選用輕量型工器具必須與工器具生產(chǎn)、采購(gòu)、分發(fā)、保管等工作做到協(xié)同推進(jìn)，提升企業(yè)整體物資管理水平，才能夠真正發(fā)揮輕量型工器具的比較效益優(yōu)勢(shì)。工器具的生產(chǎn)和采購(gòu)環(huán)節(jié)應(yīng)該嚴(yán)格保證質(zhì)量，特別是輕量型工器具較多涉及到使用新材料、新工藝，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)材料工藝穩(wěn)定性的控制，確保工器具質(zhì)量過(guò)關(guān)。工器具分發(fā)和保管工作應(yīng)做到科學(xué)有序，應(yīng)參照施工定額和以往施工實(shí)際消耗情況的大數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理，在物資申領(lǐng)調(diào)派運(yùn)輸分發(fā)過(guò)程中應(yīng)提高信息化水平，借助信息化手段來(lái)提高物資管理效率，以高效的物資管理來(lái)保障輕量型工器具真正在搶建技改工程中發(fā)揮出綜合優(yōu)勢(shì)。

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