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，或按施工工序連續作業，或若干種、若干臺施工機械聯合作業。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合起來，把技術標準與經濟方案統一起來，切實從實際出發，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工況相適應，禁止長期低速、小負荷運轉和長期超速、超負荷作業。對于以挖掘作業為主的工程應選用挖掘機；鏟運土壤并平整的工程應根據作業場地的大小選擇推土機或者鏟運機；路基構筑的平整作業可以視情況選用平地機或者推土機。

（二）根據工程量進行選擇

當工程量大而集中時，應優先選擇大型、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，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）根據施工條件進行選擇

1.根據不同作業內容進行選擇不同作業可根據表2所列的工程類別選擇主要施工機械與設備。

表2 不同作業內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 施工機械經濟運距表

3.土質

土壤的性質和狀態直接影響施工機械作業的質量、功效及成本等，是選擇機械的重要依據。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。根據土質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、土質干燥時可選擇輪式施工機械進行作業；曠日持久下雨、土壤過分潮濕和作業場地及道路泥濘時，則選用履帶式施工機械進行作業為宜。

三、施工機械的合理組合

（一）施工機械技術性能的合理組合

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揮效率為選配標準，配套機械的工作容量、生產率和數量應稍大一點。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：輔助機械的生產率應略大一些，以便充分發揮主要機械的生產率；三是，牽引車與其他機具的組合：兩者要互相適應，不能出現“大馬拉小車或小馬拉大車”現象，以便獲得最佳的“聯合作業”效益；四是，同一作業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量的合理組合

1.施工機械類型及數量宜少不宜多

根據作業內容，盡可能地選用大工作容量、高作業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適當減少，有利于提高協同作業的效率；施工機械品種、規格單一時，便于施工過程中的調度、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)環節，實現局部的并列化。只依靠一套施工機械組合作業，當主要施工機械發生故障時，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，則可避免或減少全線停工現象的發生。

四、機械選擇的經濟評價

（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特點，通過對某種特征分級打分的方法比較其優劣。在用綜合評分法評比后，選擇最高得分者用于施工。如有4臺設備的技術性能均可滿足某項目，在選擇時考慮10個特性，根據每個特性的重要程度給予不同的權重。進行綜合評分，結果見表5。

表5 綜合加權評分表

（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為單位作業時間產量；X為實際作業時間（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，每小時產量45m3；B機的固定費8400元，每小時操作費28元，每小時產量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

根據計算結果，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是機械作業時間X的函數。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兩臺機械作業時間產量相同，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≠Qb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、機械組合的經濟評價

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

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、機械的調遷與轉場等。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：即最大限度地發揮工程機械的生產效率，提高工程質量，降低生產成本，創造良好的社會和經濟效益。