□王澤民(河南省水利第一工程局)

一、引言

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

二、合理選擇施工機(jī)械的一般原則

（一）根據(jù)土石方機(jī)械用途和性能進(jìn)行選擇

嚴(yán)格按照土石方機(jī)械使用范圍選擇，所選土石方機(jī)械的性能應(yīng)與其作業(yè)工況相適應(yīng)，禁止長(zhǎng)期低速、小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和長(zhǎng)期超速、超負(fù)荷作業(yè)。對(duì)于以挖掘作業(yè)為主的工程應(yīng)選用挖掘機(jī)；鏟運(yùn)土壤并平整的工程應(yīng)根據(jù)作業(yè)場(chǎng)地的大小選擇推土機(jī)或者鏟運(yùn)機(jī)；路基構(gòu)筑的平整作業(yè)可以視情況選用平地機(jī)或者推土機(jī)。

（二）根據(jù)工程量進(jìn)行選擇

當(dāng)工程量大而集中時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇大型、專(zhuān)用履帶式機(jī)械；工程量小而分散時(shí)，應(yīng)選擇中小型和機(jī)動(dòng)性好的輪式機(jī)械。空氣稀薄的高原地區(qū)，即使工程量不是很大，也應(yīng)選用配備增壓柴油機(jī)為動(dòng)力裝置的施工機(jī)械。不同斗容的挖掘機(jī)適應(yīng)的最小工程量范圍見(jiàn)表1。

表1 挖掘機(jī)適應(yīng)的最小工程量范圍表

（三）根據(jù)施工條件進(jìn)行選擇

1.根據(jù)不同作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行選擇不同作業(yè)可根據(jù)表2所列的工程類(lèi)別選擇主要施工機(jī)械與設(shè)備。

表2 不同作業(yè)內(nèi)容主要機(jī)械設(shè)備的選擇表

2.運(yùn)距和路況

運(yùn)距的長(zhǎng)短和道路條件是鏟土運(yùn)輸機(jī)械選用的重要條件之一，見(jiàn)表3。

表3 施工機(jī)械經(jīng)濟(jì)運(yùn)距表

3.土質(zhì)

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

表4 硬土開(kāi)挖運(yùn)輸機(jī)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(shí)可選擇輪式施工機(jī)械進(jìn)行作業(yè)；曠日持久下雨、土壤過(guò)分潮濕和作業(yè)場(chǎng)地及道路泥濘時(shí)，則選用履帶式施工機(jī)械進(jìn)行作業(yè)為宜。

三、施工機(jī)械的合理組合

（一）施工機(jī)械技術(shù)性能的合理組合

一是，主要機(jī)械與配套機(jī)械的組合：以主要機(jī)械為基準(zhǔn)，其它配套機(jī)械要確保主要機(jī)械充分發(fā)揮效率為選配標(biāo)準(zhǔn)，配套機(jī)械的工作容量、生產(chǎn)率和數(shù)量應(yīng)稍大一點(diǎn)。例如，自卸運(yùn)輸車(chē)的車(chē)廂容積應(yīng)是挖掘機(jī)鏟斗工作容量的3～5倍，但不要大于7～8倍；二是，主要機(jī)械與輔助機(jī)械的組合：輔助機(jī)械的生產(chǎn)率應(yīng)略大一些，以便充分發(fā)揮主要機(jī)械的生產(chǎn)率；三是，牽引車(chē)與其他機(jī)具的組合：兩者要互相適應(yīng)，不能出現(xiàn)“大馬拉小車(chē)或小馬拉大車(chē)”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(hào)的機(jī)械，便于管理和維修。

（二）施工機(jī)械類(lèi)型與其數(shù)量的合理組合

1.施工機(jī)械類(lèi)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(lèi)型的施工機(jī)械或綜合型設(shè)備。一般來(lái)說(shuō)，組合的施工機(jī)械臺(tái)數(shù)適當(dāng)減少，有利于提高協(xié)同作業(yè)的效率；施工機(jī)械品種、規(guī)格單一時(shí)，便于施工過(guò)程中的調(diào)度、管理和維護(hù)。

2.并列組合

在可能的情況下適當(dāng)注意組列中的薄弱(運(yùn)行可靠性低)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)局部的并列化。只依靠一套施工機(jī)械組合作業(yè)，當(dāng)主要施工機(jī)械發(fā)生故障時(shí)，就會(huì)造成項(xiàng)目全線停工。若選用兩套或多套施工機(jī)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(jī)械選擇的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

（一）綜合評(píng)分法

當(dāng)有多臺(tái)同類(lèi)機(jī)械設(shè)備可供選擇時(shí)，可以考慮機(jī)械的技術(shù)特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)某種特征分級(jí)打分的方法比較其優(yōu)劣。在用綜合評(píng)分法評(píng)比后，選擇最高得分者用于施工。如有4臺(tái)設(shè)備的技術(shù)性能均可滿足某項(xiàng)目，在選擇時(shí)考慮10個(gè)特性，根據(jù)每個(gè)特性的重要程度給予不同的權(quán)重。進(jìn)行綜合評(píng)分，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 綜合加權(quán)評(píng)分表

（二）單位工程量成本比較法

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

單位工程量成本的計(jì)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(fèi)用；P為單位時(shí)間變動(dòng)成本；Q為單位作業(yè)時(shí)間產(chǎn)量；X為實(shí)際作業(yè)時(shí)間（機(jī)械使用時(shí)間）。

如挖掘機(jī)A和B均能滿足項(xiàng)目需要，A機(jī)的月固定費(fèi)7000元，每小時(shí)操作費(fèi)30.8元，每小時(shí)產(chǎn)量45m3；B機(jī)的固定費(fèi)8400元，每小時(shí)操作費(fèi)28元，每小時(shí)產(chǎn)量50 m3。預(yù)計(jì)每月使用時(shí)間均為130h，采用單位工程量成本比較法選擇挖掘機(jī)：分別計(jì)算A、B兩機(jī)的單位工程量成本：

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

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

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選擇挖土機(jī)B。

（三）界限使用時(shí)間比較法

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

界限使用時(shí)間=（RbQa-RaQb）/（PaQb-PbQa）

當(dāng)A，B兩臺(tái)機(jī)械作業(yè)時(shí)間產(chǎn)量相同，即Qa=Qb時(shí)，則：X0=（Rb-Ra）/（Pa-Pb）

由圖1（a）可以看出，當(dāng)Qa=Qb時(shí)，應(yīng)按總費(fèi)用多少選擇機(jī)械。由于項(xiàng)目已定，兩臺(tái)機(jī)械需要的使用時(shí)間X是相同的，即：Xa=Xb

當(dāng)X＜X0時(shí)，選擇B機(jī)械；當(dāng)X＞X0時(shí)，選擇A機(jī)械。

由圖1（b）可以看出，當(dāng)Qa≠Q(mào)b時(shí)，兩臺(tái)機(jī)械的需要使用時(shí)間不同，Xa≠Xb。在二者都能滿足項(xiàng)目施工進(jìn)度要求的條件下，需要使用時(shí)間X應(yīng)根據(jù)單位工程量成本低者選擇機(jī)械。當(dāng)X＜X0時(shí)，選擇B機(jī)械；當(dāng)X＞X0時(shí)，選擇A機(jī)械。

4、機(jī)械組合的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)組合方案優(yōu)劣的指標(biāo)有：?jiǎn)挝划a(chǎn)品成本、勞動(dòng)消耗量和施工持續(xù)時(shí)間（工期）等。如以單位產(chǎn)品成本為經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則單位產(chǎn)品成本最低者為優(yōu)。

圖1 界限使用時(shí)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(jī)械化施工成本；ΣEi為參加施工過(guò)程的各種機(jī)械的臺(tái)班成本之和；ΣPi為各種機(jī)械臺(tái)班生產(chǎn)率之和；Fj為為完成機(jī)械化施工的準(zhǔn)備費(fèi)用；Qj為施工過(guò)程的工程量。

五 、結(jié)語(yǔ)

由于影響土石方工程機(jī)械化施工的因素很多且很復(fù)雜，除了上述因素外，還要考慮燃料供應(yīng)、機(jī)械安全性、通用性和專(zhuān)用性、機(jī)械維修與管理、機(jī)械的調(diào)遷與轉(zhuǎn)場(chǎng)等。對(duì)于水利水電工程來(lái)說(shuō)，機(jī)械費(fèi)用一般占直接工程成本的20%～35%。土石方工程施工機(jī)械選擇應(yīng)以追求利潤(rùn)最大化為目的：即最大限度地發(fā)揮工程機(jī)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(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。