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土石方机械化施工经济性的研究终稿 石家庄铁道大学毕业设计土石方机械化施工经济性研究Earthwork MechanicalConstruction EconomicStudyxx44届机械工程学院专专业机械设计制造及其自动化学号xx0844学生姓名周振阳指导教师赵金生完成日期20414年6月1日毕业设计（论文）成绩单单学生姓名周振阳学号xx0844班级机1001-6班专业机械设计制造及自动化毕业设计（论文）题目土石方机械化施工的经济性研究指导教师姓名赵金生指导教师职称教授评定成绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩院长(主任)签字年月日毕业设计（论文）任务书题目土石方机械化施工的经济性研究学生姓名周振阳学号xx0844班级机1001-6班专业机械设计制造及自动化承担指导任务单位导师姓名赵金生导师职称教授 一、研究内容主要研究内容是针对土木工程施工中如何确定机械类型，生产率计算及如何进行施工组织设计，并达到最佳经济效益。 二、基本要求本课题要求学生了解常用土石方机械的使用方法和工作原理。 三、主要技术指标（或研究方法）通过收集和查阅相关土石方机械、工程经济学、设备经济学、设备管理等资料，对资料进行归纳、总结和分析，充分利用理论知识，结合实际施工案例计算，得出最大的土石方施工机械化的经济效益。 四、应收集的资料及参考文献1水利水电工程施工手册1I.中国电力出版社，xx2张志伟.工程机械机群优化配置与动态调度方法的研究D，苏州大学，xx4佐用泰司.机械化施工合理化的研究J鹿岛研究所xx.5王国安.公路机械化施工现代管理技术M人民交通出版杜1997.7唐建华.高土石坝施工过程的系统仿真研究.申请硕士学位论文，1987128陈元基.筑路施工机械经济效益评价西安西安公路学院学报，19909丁毅群.基于多目标函数的道路施工机械资源优化配置方法J.微机应用与智能化，xx10符春平.土石方作业机械配置方案经济性分析.广西交通科技，xx11林飞.土石方工程中机械化配置优化.中国水运，xx12赵德胜.土石方工程施工机械配置智能决策系统研究.，中铁第十五工程局一处，xx13李明伟、彭军龙、彭泽华.土石方工程成本的不确定性因素分析与控制，xx14赵金生、王锡朝、吴文江、祖炳洁.大型土石方工程施工机械联合作业的最低成本研究.铁道学报，2000 五、进度计划第1周第3周调研、查阅资料；第3周第4周撰写开题报告，并进行相关课题的外文翻译；第5周第6周设计出总体方案，列出目录；第7周第12周撰写论文；第13周按要求的格式完善论文，准备答辩。 教研室主任签字时间年月日毕业设计（论文）开题报告题目土石方机械化施工的经济性研究学生姓名周振阳学号xx0844班级1001-6班专业机械设计制造及自动化 1、研究背景和意义随着我国经济的高速发展，各类基本建设工程的机械化施工水平有大幅度的提高。 50余年来，我国修建了数以千计的铁路、公路、及大中型水电站等工程。 20世纪50至60年代，在个别大型工程建设中采用了机械化施工，其它工程都是以人为主力、轻型机械参与的施工方式，整体施工水平较低。 20世纪70年代以后，随着经济建设的进一步发展，施工机械化水平不断提高。 20世纪80年代中期以后，大中型土方工程开始了机械化施工的新阶段。 近20年来。 年开挖量超过1000万M3的工程有葛洲坝和小浪底工程，三峡工程士石方开挖总量达1.2l亿M3，年最大开挖量高达4400万M3，规模巨大，具有相当高的机械化施工水平。 伴随着我国施工机械化程度的逐年提高，施工机械费用占整个工程费用的比重己达3035，机械化施工，影响着整个工程施工进度、质量和经济效益，因此。 施工机械优化问题一直是从事工程建设的设计者和施工者研究探讨的重要问题之一。 施工机械的经济性涉及到的因素较多。 例如，土石方工程中主要因素包括施工工艺、施工机械型号选择、施工机械生产效率的计算、机械施工组织计划等。 土石方工程施工实践表明在机械配备完成后，施工过程中的运输费用占整个施工费用的50以上。 在工程的实施过程中，经常会遇到一些不可预见的随机事件，也直接影响着工程的正常进行。 充分发挥机群协同作业的工作效率，降低施工成本，是施工者追求的目标，特别是对大型工程项目的施工尤为重要。 对施工机械进行经济性的研究，不仅具有很好的理论意义，而且有重大的实际意义。 2、国内外研究现状及发张趋势国外从20世纪60年代就开始运用排队论研究挖掘机-装载汽车系统的生产率，20世纪80年代也有对最低费用和最低斗容量进行研究。 日本学者佐用泰司在20世纪60至70年代对机械化施工的合理性进行了系统研究，成为后来众多学者研究机械化施工的理论基础。 他重点研究了机械的经济选型与合理组合、工程速度的经济性与工程管理的合理性及机械化施工的合理化等一系列问题，并提出了自己的研究结论性意见。 国内从20世纪70年代开始对工程机械优化配置进行研究。 1987年，钟登华、孙锡衡等针对隧洞施工的特点，在国内首次提出了采用循环网络仿真模型来描述隧洞施工过程，从而获得单洞施工的合理工期和施工机械设备合理配置方案。 1997年，熊云、陈海松根据施工过程的具体条件和我国选用施工机械的一般原则，运用优化理论和运筹学的方法，以不同作业任务的机械种类、作业内容和台班作业率为决策变量，以有限机械等资源为约束条件，以作业量或作业时间为目标函数，建立了施工机械优化决策模型，通过定量计算和定性分析，最终制定出最优机械配置方案。 随土石方工程规模的扩大和由此产生的施工工具，设备，机械向多品种，自动化，大型化发展，施工日益走向机械化和自动化。 同时组织管理开发应用系统工程的理论和方法，日益走向科学化，有些工程设施的建设机械趋向结构和构建标准化和生产工业化。 这样，不禁可以降低造价，缩短工期，提高生产率。 而其可以解决特殊条件下施工作业问题，以建造过去难以施工的工程。 同时中国建筑所面临的机遇和挑战要求我们全面提升企业的经营和管理能力。 面对全球化的竞争和金融危机的冲击，中国土石方工程企业只有立足于实际，着眼于国际规则，苦练内功，潜心研究国际规则下的经营和管理问题，才能够为将来的竞争打下基础。 3、采用的主要内容及方法研究土石方施工机械化的经济性的意义，并针对企业在施工过程中，如何根据不同的工程选择土石方机械；如何使土石方机械获得最大的生产效率；如何对工程进行机械施工组织计划，从而获得最大的经济效益。 通过收集和查阅相关土石方机械、工程经济学、设备经济学、设备管理等资料，对资料进行归纳、总结和分析，充分利用理论知识，结合实际施工案例计算，得出最大的土石方施工机械化的经济效益。 4、预期达到的结果本文根据如何提高土石方机械化施工的经济效益提供了一些依据，能够使施工单位或企业能够更好的选择土石方机械，合理进行机械施工组织优化，从而获得更大的经济效益。 5、进度计划第1周第3周调研、查阅资料；第3周第4周撰写开题报告，并进行相关课题的外文翻译；第5周第6周设计出总体方案，列出目录；第7周第12周撰写论文；第13周按要求的格式完善论文，准备答辩。 6、参考文献1水利水电工程施工手册1I.中国电力出版社.xx2张志伟.工程机械机群优化配置与动态调度方法的研究D.苏州大学，xx4佐用泰司.机械化施工合理化的研究J鹿岛研究所,xx.5王国安.公路机械化施工现代管理技术M人民交通出版杜1997.7唐建华.高土石坝施工过程的系统仿真研究.申请硕士学位论文，1987128陈元基.筑路施工机械经济效益评价西安西安公路学院学报，19909丁毅群.基于多目标函数的道路施工机械资源优化配置方法J.微机应用与智能化，xx10符春平.土石方作业机械配置方案经济性分析.广西交通科技，xx11林飞.土石方工程中机械化配置优化.中国水运，xx12赵德胜.土石方工程施工机械配置智能决策系统研究.中铁第十五工程局一处,xx13李明伟、彭军龙、彭泽华.土石方工程成本的不确定性因素分析与控制，xx14赵金生、王锡朝、吴文江、祖炳洁.大型土石方工程施工机械联合作业的最低成本研究，铁道学报，2000摘要在建筑工程中，最常见的土石方工程有场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填等。 所以土方工程施工条件复杂，施工工期长，是工程量和劳动量最大，也是最基本的工程之一。 为降低工程成本，加快工程进度，提高工程质量，克服各种施工困难机械化施工是必不可少的。 随土石方工程规模的扩大和由此产生的施工工具，设备，机械向多品种，自动化，大型化发展，施工日益走向机械化和自动化。 同时组织管理开发应用系统工程的理论和方法，日益走向科学化，有些工程设施的建设机械趋向结构和构建标准化和生产工业化。 土石方机械化施工经济性的研究就是根据土方工程的作业内容、工程量、施工工期、机械的性能、作业性能、施工方法、施工工艺及施工规范等进行施工机械种类的选配和机械用量的分配，如何达到最大的生产效率，如何进行机械施工组织设计，从而达到最大的经济效益。 关键词土方工程；机械种类的选配；生产率计算；施工组织计划最大经济效益Abstract Inthe constructionproject,the mostmon are:ground levelingearthworks,foundation pit(groove),floor filling,filling subgradeexcavation andbackfilling offoundation pit.So the construction conditionsof earthworkplex,long construction period,engineering quantityand theamount oflabor isbiggest,is oneof themost basicengineering.In orderto reducethe projectcost,speed upthe progressof the project,improve thequality of theproject,to overeall kinds of difficultiesin construction machinery constructionis essential.As conditionsengineering scaleexpansion andthe resultingconstruction tools,equipment,machinery tomany varieties,automation,large-scale development,the constructionis increasingly towards mechanizationand automation.At thesame time,organization andmanagement developmentapplication systemengineering theoryand method,increasinglytowardsscientific,some engineeringfacilities constructionmachinery tostructure andtheconstructionof standardizationand industrializationproduction.Conditions ofmechanized constructioneconomy researchis basedon theoperation ofearthwork,quantities,constructionperiod,mechanical performance,operation performance,construction method,construction technologyand constructionspecifications forconstructionmachinerysuch askindsof matching andthe distributionofthedosage ofmachinery,how tomaximize theproduction efficiency,how tocarry outmechanical construction organization design,so asto achievemaximum economic benefits.Key words:earthwork;mechanical typesofmatching;productivity calculation;constructionorganizationplan;the biggesteconomicbenefits目录第1章绪论11.1研究背景和意义11.2国内外研究现状及发张趋势11.3研究的主要内容2第2章土石方机械的种类及特点32.1推土机32.2铲运机32.3单斗挖掘机32.4装载机42.5平地机4第3章土石方工程施工机械的选择53.1合理选择施工机械的一般原则53.1.1根据土石方机械用途和性能进行选择53.1.2根据工程量进行选择53.1.3根据施工条件进行选择53.1.3.1作业内容62.1.3.2运距和运况63.1.3.3土质63.1.3.4其他因素的影响73.2施工机械的合理组合73.2.1施工机械技术性能的合理组合73.2.2施工机械类型及其数量的合理组合73.2.2.1施工机械的类型及数量宜少不宜多73.2.2.2并列组合73.3机械选择的经济评价83.3.1综合评分法83.3.2单位工程量成本比较法83.3.3界限使用时间比较法93.4机械组合的经济评价9第4章机械生产效率的计算114.1计算使用生产率的通式114.2举例证明公式的正确性144.2.1挖掘机的使用生产率公式144.2.2推土机的使用生产率公式17第5章机械施工组织设计优化205.1机械化施工组织设计的意义205.1.1机械化施工有利于降低工程成本205.1.2机械化施工可大大缩短施工工期205.1.3机械化施工可提高工程质量205.1.4机械化施工可优化社会资源，节约资源215.2机械化施工组织的现状215.3机械化施工组织的内容215.3.1机械化施工总体计划内容215.3.2机械化施工分部分项工程计划内容215.4机械化施工组织设计的基本原则225.5机械化施工组织设计的影响因素225.5.1机械完好率225.5.2气候影响225.5.3施工方案与机械搭配225.5.4机械配套技术235.5.5机械操作员配合235.5.6使用数量和台班总数量235.6机械化施工组织原理235.6.1机械化施工进度图的绘制235.6.1.1横道图的制作方法和步骤235.6.1.2网络图的制作方法和步骤245.6.1.3横道图的编制245.6.2作业内容对机械化施工组织的影响275.6.3土质条件对机械化施工组织的影响275.6.4运距对机械化施工组织的影响285.6.5机械化施工组织的其他影响因素285.6.5.1工程量对机械化施工组织组织的影响285.6.5.2气象条件对机械化施工组织组织的影响295.6.5.3其他间接因素对机械化施工组织组织的影响295.6.6土方工程机械化施工组织优化模型的描述294.6.7土方工程机械化施工组织优化模型的简化305.7如何提高机械效率的分析305.7.1施工机械设备的选型与配套305.7.2施工机械进场前准备及进场注意315.7.3机械设备的维修制度315.7.4施工机械如何合理的调配325.8施工企业在作业中如何正确使用机械作业325.8.1如何使用机械作业并发挥其最大效益335.8.2合理管理设备335.8.3提高操作人员素质335.8.4提高员工技能水平345.8.5合理对设备进行保养和维修34第6章结论与展望36参考文献37致谢38附录A外文资料翻译39A.1英文39A.2译文46石家庄铁道大学毕业设计1第1章绪论土方工程的机械化施工是减轻劳动强度、提高工作效率、加快工程的建设速度，保证工程质量，节约资金和降低成本的重要手段。 土方工程综合机械化施工，是根据土方工程的某主导施工过程，选择出主导土方施工机械，合理的配置其他辅助施工机械，做到土方工程施工全面机械化，并使主导机械与辅助机械的生产效率协调一致以便充分发挥施工机械的性能，确保施工质量、工期，降低施工成本。 土方工程机械化施工经济性的研究是根据土方工程的作业内容、工程量、机械的性能、作业性能、施工方法、施工工艺等进行施工机械种类的选配和机械用量的分配和组织设计。 1.1研究背景和意义随着我国经济的高速发展，各类基本建设工程的机械化施工水平有大幅度的提高。 50余年来，我国修建了数以千计的铁路、公路、及大中型水电站等工程。 20世纪50至60年代，在个别大型工程建设中采用了机械化施工，其它工程都是以人为主力、轻型机械参与的施工方式，整体施工水平较低。 20世纪70年代以后，随着经济建设的进一步发展，施工机械化水平不断提高。 20世纪80年代中期以后，大中型土方工程开始了机械化施工的新阶段。 近20年来。 年开挖量超过1000万m3的工程有葛洲坝和小浪底工程，三峡工程士石方开挖总量达1.2l亿m3，年最大开挖量高达4400万m3，规模巨大，具有相当高的机械化施工水平。 伴随着我国施工机械化程度的逐年提高，施工机械费用占整个工程费用的比重己达3035，机械化施工，影响着整个工程施工进度、质量和经济效益，因此。 施工机械优化问题一直是从事工程建设的设计者和施工者研究探讨的重要问题之一。 施工机械的经济性涉及到的因素较多。 例如，土石方工程中主要因素包括施工工艺、施工机械型号选择、施工机械生产效率、机械施工组织计划等。 土石方工程施工实践表明在机械配备完成后，施工过程中的运输费用占整个施工费用的50以上在工程的实施过程中，经常会遇到一些不可预见的随机事件，也直接影响着工程的正常进行。 充分发挥机群协同作业的工作效率，降低施工成本，是施工者追求的目标，特别是对大型工程项目的施工尤为重要。 对施工机械进行经济性的研究，不仅具有很好的理论意义，而且有重大的实际意义。 1.2国内外研究现状及发张趋势国外从20世纪60年代就开始运用排队论研究挖掘机-装载汽车系统的生产率，80石家庄铁道大学毕业设计2年代也有对最低费用和最低斗容量进行研究。 日本学者佐用泰司在20世纪60至70年代对机械化施工的合理性进行了系统研究，成为后来众多学者研究机械化施工的理论基础。 他重点研究了机械的经济选型与合理组合、工程速度的经济性与工程管理的合理性及机械化施工的合理化等一系列问题，并提出了自己的研究结论性意见。 国内从20世纪70年代开始对工程机械优化配置进行研究。 1987年，钟登华、孙锡衡等针对隧洞施工的特点，在国内首次提出了采用循环网络仿真模型来描述隧洞施工过程，从而获得单洞施工的合理工期和施工机械设备合理配置方案。 1997年，熊云、陈海松根据旃工过程的具体条件和我国选用施工机械的一般原则，运用优化理论和运筹学的方法，以不同作业任务的机械种类、作业内容和台班作业率为决策变量，以有限机械等资源为约束条件，以作业量或作业时间为目标函数，建立了施工机械优化决策模型，通过定量计算和定性分析，最终制定出最优机械配置方案。 随土石方工程规模的扩大和由此产生的施工工具，设备，机械向多品种，自动化，大型化发展，施工日益走向机械化和自动化。 同时组织管理开发应用系统工程的理论和方法，日益走向科学化，有些工程设施的建设机械趋向结构和构建标准化和生产工业化。 这样，不禁可以降低造价，缩短工期，提高生产率。 而其可以解决特殊条件下施工作业问题，以建造过去难以施工的工程。 同时中国建筑也所面临的机遇和挑战要求我们全面提升企业的经营和管理能力。 面对全球化的竞争和金融危机的冲击，中国土石方工程企业只有立足于实际，着眼于国际规则，苦练内功，潜心研究国际规则下的经营和管理问题，才能够为将来的竞争打下基础。 我国加入WTO步伐不断加快，境外同行进入的威胁要求我国经济领域运行遵守国际经济一体化规则，我们将面临开放国际市场竞争，我们在施工技术、机械选择、机械施工组织等方面加强研究开发出来更好的面对国际市场。 1.3研究的主要内容进行土方工程机械化施工经济性研究包含着三个方面的内容一是根据作业任务进行机械种类的选配；二是根据所选机械种类对其进行生产率的计算；三是根据工程作业量进行机械施工组织设计。 土方工程的规模大、技术复杂，机械化施工所需技术装备的种类、规格和数量繁多，在土方工程机械化施工过程中，合理地进行施工组织、正确地选择和使用作业机械，才能充分地发挥机械的作业效率、提高工程的施工质量、降低工程的成本。 因此土方工程机械化施工经济性的研究在土方工程施工中是一项重要环节。 石家庄铁道大学毕业设计3第2章土石方机械的种类及工作特点土石方工程施工机械设备分为挖掘机械、推土机械、装载机械、铲运机械、压实机械、运输机械等。 随着科学技术的发展，新技术、新结构和新工艺已广泛应用于施工机械设备中，大大提高了施工机械的生产效率、工作精度和施工质量。 为了提高土石方工程施工质量，按时完成施工任务，获得最佳的技术经济效益和社会效益，根据工程建设项目要求和具体施工条件，充分了解土方工程施工机械，对土石方工程施工机械进行合理选配，并进行严格和细致的管理，使其发挥最大效能是土石方工程采用机械化施工时必须认真解决的技术问题。 以下是对土方工程中常用的施工机械进行分析了解，掌握各个施工机械的施工特点及适用范围。 2.1推土机推土机是一种自行式短距离铲土运输机械，一般分为固定式和回转式、机械操纵和液压操纵等类型。 土石方施工的季节性很强，对工程量较为集中的土石方工程一般采用履带式推土机。 推土机一般用于经济运距50m100m的短距离推运土方、石方、渣土等，也用于开挖河渠、填筑堤坝、平整场地、砍树挖根、堆集砂砾石等作业。 此外，还用于进行局部碾压、给铲运机助铲或预松土，以及牵引各种拖式土方机械作业。 推土机的机械操作员一般配备2名。 2.2铲运机铲运机是一种循环作业式的铲土运输机械，有拖式和自行式的机械传动、液压传动、电动传动和静压传动等形式。 在施工作业时，铲运机作业卸土有强制式、半强制式、自行式卸土三种。 铲运机施工作业操作员一般按2名驾驶员配备。 铲运机的经济运距和行驶道路坡度是铲运机选型的重要依据。 一般来说，运距短、坡度大、路面松软、选择拖式铲运机为宜；如果运距长、坡度大，宜采用双发动机驱动的自行式铲运机；路面平坦则选用单发动机驱动的自行式铲运机。 铲运机适用于中等运距（100m200m）和道路坡度不大条件下的大量土方转运工程。 如果运距太短（100m以内）采用铲运机是不经济的，此时采用推土机或轮胎式自装自运机较为适宜，运距特长（200m及以上）则采用自卸汽车较为经济。 2.3单斗挖掘机石家庄铁道大学毕业设计4单斗挖掘机是一个刚性或挠性连续铲斗，以间隔重复式循环进行工作，是一种周期作业自行式土方机械。 单斗挖掘机有内燃驱动、电力驱动、复合驱动的装置，挖斗分为正铲挖掘机、反铲挖掘机、拉铲挖掘机、抓斗挖掘机等形式。 单斗挖掘机一般配备2名机械操作手。 在土方建设中，单斗挖掘机主要用来进行挖掘土料，剥除采石的覆盖层及在料场进行装载作业等。 2.4装载机装载机具有轮胎式及履带式的全回转式、半回转式和非回转式三种形式。 履带式装载机配备2名操作员，2m3及以内的轮胎式装载机配备1名操作员，3m3及以上的装载机配备2名操作员。 装载机常用于公路建设中的土石方铲运以及推土、起重等多种作业。 在运距不大或运距和道路坡度经常变化的情况下，如采用装载机与自卸汽车配合装运作业，会使功效下降，费用增高。 在这种情况下可单独采用装载机作为自铲运设备使用。 根据经验总结，如果整个采装作业循环时间少于3min时，则把装载机作为自铲运设备使用是经济合理的。 如果运距较远，采用轮胎式装载机配合自卸车采运土石方，也可以提高作业效率。 2.5平地机平地机是一种一铲土刮刀为主，配以其它多种可换作业装置，进行土地平整和整形连续作业的筑路机械。 平地机具有拖式、自行式的前轮转向和全轮转向的形式，落地轮胎分四轮和六轮，有机械操纵和液压操纵两种形式。 目前自行式平地机具有机动灵活、生产率高的特点，被广泛采用。 平地机主要用于修筑路基路面横断面，路基边坡工程的刷坡作业，开挖边沟及路槽，平整场地等；还可用来在路基上拌和路面材料、摊铺材料、修整和养护路基路面；推土、疏松土壤、清除杂草、石块和积雪等。 自行式平地机一般配备2名机械操作员。 石家庄铁道大学毕业设计5第3章土石方工程施工机械的选择土石方工程是机械化程度较高的工程项目，需要采用相应的施工机械去完成，或按施工工序连续作业，或若干种、若干台施工机械联合作业。 土石方工程许多时候是以选择施工机械为主来确定施工方法，并且施工机械成本在项目施工成本中占了很大的比重，所以施工机械的选择往往成为施工中的主要问题。 选择的合理与否直接影响工程质量和工期要求。 针对土石方工程的不同需要选用合适的机械是个灵活多变的问题，要同时考虑各种复杂因素，进行科学分析和决策，把功能上的先进性和工程使用的合理性结合起来，把技术标准与经济方案统一起来，切实从实际出发，做好机械选择这一复杂而细致的工作。 3.1合理选择施工机械的一般原则3.1.1根据土石方机械用途和性能进行选择严格按照土石方机械使用范围选择，所选土石方机械的性能应与其作业工况相适应，禁止长期低速、小负荷运转和长期超速、超负荷作业。 对于以挖掘作业为主的工程应选用挖掘机；铲运土壤并平整的工程应根据作业场地的大小选择推土机或者铲运机；路基构筑的平整作业可以视情况选用平地机或者推土机。 3.1.2根据工程量进行选择当工程量大而集中时，应优先选择大型、专用履带式机械；工程量小而分散时，应选择中小型和机动性好的轮式机械。 空气稀薄的高原地区，即使工程量不是很大，也应选用配备增压柴油机为动力装置的施工机械。 不同斗容的挖掘机适应的最小工程量范围见表3-1。 表3-1挖掘机适应的最小工程量范围表挖斗容量（m3）最小工程量（m3）土壤级别1.0150001.025000-1.5250001.