Vận dụng bài toán quy hoạch tuyến tính để lựa chọn thiết bị cho dây chuyền thi công công trình nâng cấp quốc lộ 53 đoạn thành phố Trà vinh – Cầu ngang

50 50 Khoa học Tự nhiên & Công nghệ Số 20, tháng 12/2015 VẬN DỤNG BÀI TOÁN QUY HOẠCH TUYẾN TÍNH ĐỂ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO DÂY CHUYỀN THI CÔNG CÔNG TRÌNH NÂNG CẤP QUỐC LỘ 53 ĐOẠN THÀNH PHỐ TRÀ VINH – CẦU NGANG APPILCATION OF LINEAR ALGEBRA IN SELECTING THE DEVICES FOR THE UPDATING CONSTRUCTION LINE OF NATIONAL HIGHWAY 53 WITH SECTION TRA VINH CITY – CAU NGANG Tóm tắt Nghiên cứu sử dụng và khai thác bài toán quy hoạch tuyến tính vào lựa chọn máy, thiết bị thi công công trình. Bài toán căn cứ vào các ràng buộc cụ thể nhằm thỏa mãn mục tiêu về kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn máy, thiết bị sao cho tổng chi phí ca máy là nhỏ nhất nhưng vẫn đáp ứng đầy đủ khối lượng công việc theo kế hoạch, tính năng kỹ thuật của máy phù hợp với đặc điểm của đối tượng khai thác, không vượt quá vốn đầu tư cho trước và thời gian thi công công trình là ngắn nhất. Mặt khác, phương pháp này còn được áp dụng vào việc quy hoạch trang bị cơ giới cho từng đơn vị. Bài báo đề xuất phương pháp lựa chọn máy, thiết bị hợp lý để thi công từng hạng mục cho công trình nâng cấp Quốc lộ 53 đoạn thành phố Trà Vinh – Cầu Ngang. Từ khóa: Quy hoạch tuyến tính, lựa chọn máy thi công công trình, máy công trình. Abstract The research uses and exploits the linear programming problem in selection of machines and equipment for construction. The problem is based on specific constraints toward satisfaction of the economic-technical objectives in order to select machines and equipment that the total cost of the machine shift is the smallest but still meets the workload planned, and technical features of the machine match the characteristics of the exploited objects but not exceeding a given investment and ensuring the shortest time of the works construction. On the other hand, this method also can be applied to the mechanical euqipment planning to each unit. This paper proposes the method of selection of machines and equipment for the construction to each item in National Highway 53 with section Tra Vinh City - Cau Ngang. Keywords: linear algebra planning, selection of contructive machine, contructive machines. 1. Đặt vấn đề1 Trà Vinh là tỉnh duyên hải Đồng bằng sông Cửu Long, có diện tích tự nhiên 2.292 Km2 với khoảng 1,1 triệu người bao gồm một thành phố trực thuộc tỉnh và bảy huyện. Thời gian qua, Trà Vinh đã đạt được những bước phát triển đáng kể trong chiến lược công nghiệp hóa và hiện đại hóa, với sự phát triển của các dự án trọng điểm như Nhiệt điện Duyên Hải, cầu Cổ Chiên nối liền Trà Vinh – Bến Tre, luồng cho tàu biển tải trọng lớn vào sông Hậu thông qua kênh đào Quan Chánh Bố... Vì vậy, việc nâng cấp, mở rộng Quốc lộ 53 có ý nghĩa đặc biệt quan trọng nhằm tăng lưu lượng lưu thông, nối liền các dự án lớn trên địa bàn của tỉnh như mở rộng tuyến lưu thông cung cấp nguyên liệu cho nhà máy nhiệt điện Duyên Hải bằng đường bộ, là cửa ngỏ chính để nối liền thị xã Duyên Hải vào Thành phố Trà Vinh, nối liền Quốc lộ 53 và Quốc lộ 60... Vì vậy, việc nâng cấp Quốc lộ 53 góp phần hiện thực 1 Thạc sĩ, Khoa Kỹ thuật – Công nghệ, Trường Đại học Trà Vinh hóa đề án phát triển kinh tế xã hội tỉnh Trà Vinh đến năm 2020 theo Quyết định số 438/QĐ-TTg ngày 24/3/2011 của Thủ tướng Chính phủ. Cùng với việc xây dựng nhà máy nhiệt điện Duyên Hải, khu kinh tế mở Định An, kênh đào Quan chánh Bố... dự án nâng cấp Quốc lộ 53 là dự án trọng điểm của tỉnh nên việc xây dựng, nâng cấp Quốc lộ 53 là điều tất yếu để phát triển kinh tế, chính trị trong khu vực. Chính vì vậy, bài viết “Vận dụng bài toán quy hoạch tuyến tính để lựa chọn thiết bị cho dây chuyền thi công công trình nâng cấp Quốc lộ 53 đoạn Thành phố Trà Vinh – Cầu Ngang” mong muốn góp phần xác định chủng loại và số lượng các phương tiện thi công cơ giới để thi công công trình sao cho phù hợp với tiến độ thi công, đảm bảo đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất. 2. Nội dung 2.1. Đặc điểm của công trình Quốc lộ 53 Tăng Tấn Minh1 51 51 Khoa học Tự nhiên & Công nghệ Số 20, tháng 12/2015 Quốc lộ 53 xuất phát từ Thành phố Vĩnh Long, tỉnh Vĩnh Long, giao với Quốc lộ 1A tại Km2037+900 và kết thúc tại ngã 3 Tập Sơn thuộc huyện Trà Cú, tỉnh Trà Vinh, tổng chiều dài tuyến khoảng 167 km. Tuyến đi theo hướng Đông Nam qua địa phận các huyện Long Hồ, Mang Thít, Vũng Liêm và Thành phố Vĩnh Long của tỉnh Vĩnh Long; các huyện Càng Long, Châu Thành, Cầu Ngang, Duyên Hải, Trà Cú và Thành phố Trà Vinh của tỉnh Trà Vinh. 2.2. Nghiên cứu phương pháp tính chọn thiết bị cơ giớı để thi công 2.2.1 Các mục tiêu cần đạt được về tính chọn máy Theo công nghệ và đặc điểm thi công đường, máy thi công các công trình lớn tập trung cho các công tác xây dựng giao thông, công nghiệp, dân dụng... có khối lượng thi công lớn cần phải thỏa mãn được các tiêu chí sau: - Thiết bị cơ giới phải thuộc loại phổ biến và tổ chức khai thác chúng trong quá trình công nghệ sao cho có hiệu quả kinh tế với số thiết bị nhỏ nhất, số người thi công ít nhất, giảm đến mức tối đa các công việc thủ công. - Áp dụng những thiết bị đa năng, giảm đến mức tối đa các máy thi công chuyên dùng. - Sử dụng nguồn động lực là động cơ đốt trong hoặc động cơ điện. - Tổ chức thành những dây chuyền cơ giới hóa lưu động sao cho có thể cơ giới hóa đồng bộ dây chuyền thi công. 2.2.2 Mô hình bài toán chọn thiết bị tối ưu Mô hình bài toán tính chọn máy thi công theo phương pháp quy hoạch toán học gồm hai phần: hàm mục tiêu và phần mô tả các ràng buộc. Hàm mục tiêu có thể chọn theo các định hướng sau - Tổng chi phí ca máy nhỏ nhất. - Tổng năng suất khai thác lớn nhất. - Tổng lợi nhuận đầu tư cơ giới cao nhất. - Tổng thời gian thi công ngắn nhất. Khi đặt ra bài toán, chúng ta có thể lựa chọn từng mục tiêu để tính chọn máy thi công hoặc có thể thỏa mãn hài lòng một số mục tiêu cho trước, đối với mô hình bài toán lựa chọn thiết bị san lấp tác giả chọn tổng chi phí ca máy nhỏ nhất là hàm mục tiêu đặt ra cho bài toán. Qua phân tích những yếu tố ảnh hưởng tới công tác tính chọn máy thi công trong tỉnh và khu vực lân cận, chúng tôi nhận thấy rằng: vấn đề đặt ra cho công tác quản lý, khai thác máy thi công là lựa chọn hợp lý đội máy thi công trên cơ sở đội máy thi công hiện có theo dây chuyền cơ giới. Có nghĩa là, chúng ta phải tìm ra phương án hợp lý trong việc phân bổ công việc cho các máy thi công theo các dây chuyền cơ giới nhằm đảm bảo chỉ tiêu cho phí nhỏ nhất và chỉ sử dụng các máy thi công hiện có trong khu vực. Nội dung bài toán nhằm xác định số lượng máy thi công hợp lý thực hiện cho dự án nâng cấp Quốc lộ 53 đoạn thành phố Trà Vinh – Cầu ngang. Hệ thống các ký hiệu dùng cho bài toán X ij (ca) - Số ca máy loại i làm công việc j. n ij - Số loại máy i làm công việc j. C ij (đồng/ca) - Giá ca máy của máy loại i làm công việc j. T i (ca) - Quỹ thời gian làm việc cho phép (số ca máy cho phép) của loại máy i trong thời kỳ thi công. D i (m3, tấn) - Khối lượng công việc j cần hoàn thành theo kế hoạch. N ij (m3/ca, tấn/ca) - Năng suất định mức của máy loại i làm công việc j. F i - Tập hợp các đặc trưng về khả năng làm việc của từng loại máy i. ijδ - Hàm Kroneker đặc trưng cho khả năng làm việc của loại máy i làm công việc j. Y j - Tập hợp các đặc trưng yêu cầu của công việc j. Q i - Nhóm đất thi công được của loại máy i. B i - Chiều sâu đào của loại máy i. H i - Chiều cao đắp của loại máy i. N i - Năng suất của loại máy i. Q j , H j, S j, B j, N j - Tương ứng như trên là nhu cầu đòi hỏi phải có của đối tượng khác thác j. Mô hình bài toán được phát biểu như sau Cần tìm số ca máy X ij của máy loại i làm công việc j trong dây chuyền thi công sao cho tổng chi phí ca máy là nhỏ nhất. Tức là phải thỏa mãn hàm mục tiêu: 52 52 Khoa học Tự nhiên & Công nghệ Số 20, tháng 12/2015 min 1 1 →=∑∑ = = ijij m i n j ij XCL δ (1) Đồng thời thỏa mãn hệ ràng buộc phản ánh đặc điểm của dây chuyền thi công gồm: - Tổng số thời gian làm việc (số ca máy) của loại máy i không vượt quá thời gian cho phép (số ca máy cho phép) của máy đó. )m1i(TX m 1i ijij∑ ÷=≤ = (2) X ij : số ca máy của máy loại i làm công việc j trong dây chuyền thi công - Ràng buộc về khối lượng công việc: khối lượng công việc do các máy thuộc loại i làm công việc j phải bằng khối lượng định trước cho công việc j: )1( 1 njDXN jij m i ijij ÷==∑ = δ (3) - Ràng buộc về khả năng khai thác: 1 khi thỏa mãn mệnh đề F δ ij = (4) 0 Khi không thỏa mãn mệnh đề F Với F = Q i ≥ Q j ∩ H i ≥ H j ∩ S i ≥ S j ∩ B i ≥ B j Điều kiện không âm của số lượng máy (ràng buộc về dấu hoàn nguyên): (i = 1÷ m, j = 1÷n) (5) n ij ≥ 0 (i = 1÷ m, j = 1÷n) (6) hay: X ij ≥ 0 (i = 1÷ m, j = 1÷n) (7) n ij được làm tròn theo yêu cầu kỹ thuật. Khai triển các ràng buộc theo từng loại công việc Căn cứ vào những đòi hỏi của công trình xây dựng nói chung, xây dựng giao thông tiêu biểu như cầu, đường nói riêng, những công việc chủ yếu thường bao gồm: công tác làm đất (đào xúc đổ hoặc đào – vận chuyển – đắp), đầm lèn, san rải Mỗi công việc trên đòi hỏi những thông số khác nhau đối với máy thi công khác nhau. Bảng 1: Ý nghĩa các ký hiệu tương ứng với các hạng mục thi công TT Ký hiệu Các hạng mục thi công Máy đào một gầu Máy ủi Máy đầm lèn Ôtô vận chuyển Máy rải mặt đường 1 Q xi Nhóm đất thi công Nhóm đất thi công Nhóm đất thi công Sức chở Dung tích thùng rải 2 B xi Chiều sâu đào Chiều rộng lưỡi ủi Bề rộng vệt đầm Chiều rộng Chiều rộng rải 3 H xi Chiều cao đắp Chiều cao lưỡi ủi Chiều sâu đầm Chiều cao Chiều dày lớp rải 4 S xi Cự ly vận chuyển đất hợp lý Cự ly vận chuyển đất hợp lý Cự ly vận chuyển đất hợp lý Chiều dài Cự ly vận chuyển đất hợp lý 5 A xi Năng suất Năng suất Năng suất Năng suất Năng suất 6 T xi Quỹ thời gian Quỹ thời gian Quỹ thời gian Quỹ thời gian Quỹ thời gian Bảng 2: Giá trị các thông số tính toán của công trình TT Ký hiệu Yêu cầu đối tượng thi công Đào xúc Đào vận chuyển, đắp Đầm nén Ôtô vận chuyển Rải mặt đường Ghi chú 1 Q j Loại III Loại III Loại III 10 Tấn 12 Tấn 2 B j 1,5 (m) 2,0 (m) 1,8 (m) 2,8 (m) 3 ,0(m) 3 H j 2,0 (m) 0,75 (m) 0,2 (m) 3 (m) 0,1 (m) 4 S j 50 (m) 50 (m) 4,5 (m) 5 D j 45460 (m3) 85132 (m3) 97902 (m3) 94020 (m3) 220808 (m3) 6 T i (Ca) 152 96 115 260 75 53 53 Khoa học Tự nhiên & Công nghệ Số 20, tháng 12/2015 2.3. Giải bài toán tối ưu để tính chọn máy tham gia thi công công trình 2.3.1. Nhận xét về mô hình bài toán Mô hình bài toán trên đáp ứng được yêu cầu đặt ra là: cực tiểu về chi phí ca máy nhưng thỏa mãn được các yêu cầu khai thác, phù hợp với dây chuyền công nghệ thi công và điều kiện cụ thể của nhà thầu. Về mặt kinh tế, máy được chọn là những máy có tổng chi phí ca máy là nhỏ nhất. Về mặt kỹ thuật, máy được chọn phù hợp với công việc đảm bảo thi công được trong thời kỳ thi công. Về mặt sử dụng, máy được chọn là những máy hiện có trong tỉnh và khu vực lân cận. Sau khi giải bài toán trên ta sẽ nhận được những kết quả sau: + Số lượng máy thi công loại i trên từng tuyến thi công (i = 1÷m, j = 1÷n) + Tổng số lượng các loại máy khác nhau tham gia trong dây chuyền thi công ∑ = = m i inn 1 (i = 1÷m) + Tổng chi phí ca máy cho từng loại công việc Tổng chi phí ca máy = X i . c i (i = 1÷m) 2.3.2. Phương pháp giải bài toán Trên cơ sở sử dụng phần mềm “giải bài toán quy hoạch tuyến tính” Trên desktop ta vào biểu tượng Khi đó màn hình xuất hiện hộp thoại Ta nhập các dữ liệu cần thiết theo yêu cầu bài toán, khi đó màn sẽ xuất hiện hộp thoại: Tiến hành nhập các số liệu cần tính của bài toán và cho chạy chương trình, khi đó ta sẽ nhận được kết quả tối ưu. 2.3.3. Giải bài toán cho từng tuyến 2.3.3.1. Xác định quỹ thời gian làm việc của máy thi công Thời gian làm việc của máy thi công được xác định theo công thức: T xi = [365 – (T cn + T TL + T scbd + T nghỉ )] x (1 + K ca2 + K ca3 ) Trong đó: T cn – Số ngày chủ nhật trong 1 năm, T cn = 52 ngày T TL – Số ngày tết, lễ trong 1 năm, T TL = 8 ngày T scbd – Số ngày ngừng máy để tiến hành sửa chữa, bảo dưỡng theo kế hoạch trong 1 năm, T scbd = 55 ngày T nghỉ - Số ngày ngừng máy do thời tiết hoặc do các nguyên nhân ngẫu nhiên trong 1 năm, T nghỉ = 54 ngày K ca2 – Hệ số sử dụng ca 2, K ca2 = 0,5 K ca3 – Hệ số sử dụng ca 3, K ca3 = 0 365 – Số ngày trong 1 năm. 54 54 Khoa học Tự nhiên & Công nghệ Số 20, tháng 12/2015 Thay vào ta được: T xi = [365 – (52 + 8 + 55 + 54)] x (1 + 0,5 + 0) T xi = 294 (ca) 2.3.3.2. Đối với công việc đào xúc đất (Máy đào 1 gầu) Căn cứ vào định mức cho phép đối với máy đào ta tính được tổng số ca và giá trị ca máy: X đm1 – Số ca máy đào theo định mức; X đm1 = 152 Ca • Tính năng suất máy đào một gầu: Năng suất thực tế của máy đào một gầu được xác định theo công thức: (m3/ca) T ck = Th + Tđ + Tq + Tđđ + Tqv (s) Trong đó: q – Dung tích hình học gầu đào (m3) k x – Hệ số tơi xốp của đất đá; k x = ( 1,1 – 1,4) k tg – Hệ số sử dụng thời gian, máy đào xúc đất, đổ lên ôtô; k tg = (0,7 – 0,8) T ca – Số giờ làm việc trong 1 ca; T ca = 8 giờ k đ – Hệ số đầy gầu; kđ = 1,05 T ck – Thời gian 1 chu kỳ công tác Th – Thời gian hạ gầu T đ – Thời gian đào T q – Thời gian quay đến vị trí đổ T đđ – Thời gian đổ đất T qv – Thời gian quay về vị trí đào Tra bảng [3,2.III.3], ta chọn T ck = 23 (s) Căn cứ vào định mức Nhà nước và các bảng cataloge của máy, các tài liệu kỹ thuật, kết hợp với khảo sát bằng phương pháp tính giờ (thống kê), ta xác định được bảng thời gian chu kỳ làm việc của máy đào. Từ đó, ta xác định được năng suất của máy đào theo Bảng 3. Bảng 3: Danh mục tính toán máy đào TT Tên gọi Bi (m) Hi (m) Dung tích gầu (m3) Năng suất (m3/ca) Chi phí ca máy (đồng) 1 DEAWOO - DX340LC 7,533 10,345 1,25 1027,174 3.065.221 2 KOBELCO - SK 350 LC 10,58 7,56 1,4 1150,435 3.433.048 3 CATERPILLAR - 325DL 7,283 10,115 1,6 1314,783 3.663.101 4 KOMATSU - PC800LC-8 8,6 11,84 1,7 1396,957 3.892.045 5 KOBELCO - SK200 6,52 9,72 1,3 1068,261 3.065.221 6 KOBELCO - SK 250 LC 7,03 9,77 1,3 1068,261 3.065.221 7 CATERPILLAR - M318D 6,36 10 1,26 1035,391 3.065.221 8 KOMATSU - PC228USLC 6,62 10,7 1,26 1035,391 3.065.221 9 DEAWOO - S 225LCV 5,77 9,37 1,28 1051,826 3.113.875 10 KATO - HD900III - LC 6,92 9,91 1,3 1068,261 3.065.221 11 KOBELCO - SK450 7,8 10,95 1,4 1150,435 3.301.007 12 KOBELCO - SK290LC 7,23 10,06 1,44 1183,304 3.395.322 13 KATO - HD1430III-LC 7,4 10,33 1,6 1314,783 3.663.101 14 KOMATSU - PC300HD-8 7,265 10,226 1,44 1183,304 3.395.322 Nhập số liệu vào phần mềm “Giải toán quy hoạch tuyến tính”, ta có kết quả sau: 55 55 Khoa học Tự nhiên & Công nghệ Số 20, tháng 12/2015 Máy đào có số ca máy và chi phí nhỏ nhất: là máy đào DEAWOO - DX340LC Số lượng máy: 01 Tổng chi phí ca máy: 135.658.561 đồng Vậy ta chọn 01 máy đào DEAWOO - DX340LC để đưa vào thi công công trình. 2.3.3.3. Đối với công việc san lấp (Máy ủi) - Căn cứ vào định mức cho phép đối với máy ủi, ta tính được tổng số ca máy và giá trị ca máy: X đm2 – Số ca máy ủi theo định mức; X đm2 = 96 ca • Năng suất thực tế của máy ủi được xác định theo công thức: (m3/ca) (m3) T ck = 2 2 v l + 2 2 v l + 0 0 v l + t c + th + 2tq (s) Trong đó: V – Thể tích khối đất đá tích trước lưỡi ủi qua mỗi chu kỳ công tác. k tg – Hệ số sử dụng thời gian, k tg = 0,75 k đ – Hệ số phụ thuộc vào độ dốc của địa hình, k đ = 1 T ca – Thời gian 1 ca làm việc, T ca = 8 giờ T ck – Thời gian 1 chu kỳ công tác (giây) T ck = 71.46 (s) l 1 , l 2 , l 0 - Quãng đường đào, vận chuyển và đi trở về chỗ đào (m) v 1 , v 2 , v 0 – Vận tốc đào, vận chuyển và đi trở về chỗ đào (m/s) t c – Thời gian gài số (giây); t c = 5 giây. th – Thời gian hạ lưỡi ủi (giây); th = 2 giây. t q – Thời gian quay máy (giây); t q = 10 giây B – Chiều dài lưỡi ủi. H – Chiều cao lưỡi ủi. ϕ - Góc chảy tự nhiên của đất, ϕ = 550 k x – Hệ số tơi xốp của đất đá, k x = 1,24 Căn cứ vào định mức Nhà nước và các bảng cataloge của máy, các tài liệu kỹ thuật, kết hợp với khảo sát bằng phương pháp tính giờ (thống kê), ta xác định được bảng thời gian chu kỳ làm việc của máy ủi. Từ đó, ta xác định được năng suất của máy ủi theo Bảng 4. Bảng 4: Danh mục tính toán máy ủi TT Tên gọi Bi (m) Hi (m) Công suất (CV) Năng suất (m3/ca) Chi phí ca máy (đồng) 1 KOMATSU - D31EX 2,435 0,845 76 363,208 1,278,364 2 JOHN DEERE 550J 2,667 0,955 82 438,775 1,379,287 3 KOMATSU - D41P 3,045 1,06 112 706,915 1,804,308 4 CATERPILLAR - D6N 3,274 1,195 147 775,169 2,247,176 5 KOMATSU - D 61EX 3,275 1,2 158 828,797 2,415,332 6 CATERPILLAR - D6RII 3,36 1,257 188 948,241 2,678,422 7 KOMATSU - D65WX 3,97 1,1 193 899,488 2,391,519 8 CATERPILLAR - 814F seri II 3,596 1,11 235 648,411 2,911,953 9 KOMATSU - D 85PX 4,365 1,37 243 1438,206 3,011,083 10 KOMATSU - D 155AX-LT 3,955 1,72 314 2145,121 4,084,868 11 KOMATSU - WD600 5,1 1,43 320 1950,11 4,162,923 12 CATERPILLAR - 824H 4,507 1,229 359 1138,377 4,670,279 13 LIEBHERR - PR 724 3,204 1,2 163 772,731 2,415,332 14 LIEBHERR - PR 714 3,048 0,998 117 641,099 1,804,308 15 CATERPILLAR - D5G 2,69 1,101 101 533,843 1,626,584 56 56 Khoa học Tự nhiên & Công nghệ Số 20, tháng 12/2015 Nhập số liệu vào phần mềm “Giải bài toán quy hoạch tuyến tính” cho ta kết quả sau: Máy ủi có số ca máy và chi phí nhỏ nhất: là máy ủi KOMATSU - D31EX Số lượng máy: 03 Tổng chi phí ca máy: 299.634.460 đồng Vậy ta chọn 03 máy ủi KOMATSU - D31EX để đưa vào thi công công trình. 2.3.3.4. Đối với công việc đầm nén (Máy lu) - Căn cứ vào định mức cho phép đối với máy lu ta tính được tổng số ca máy và giá trị ca máy: X đm3 – Số ca máy lu theo định mức; X đm3 = 115 ca • Năng suất thực tế của máy lu được xác định theo công thức: (m3/ca) Trong đó: B – Bề rộng vệt đầm (m) b – Khoảng cách trùng nhau giữa hai vệt bánh đầm (m) V – Tốc độ di chuyển máy khi đầm (km/h) h – Chiều sâu tác dụng của đầm (m) k tg – Hệ số sử dụng thời gian; k tg = 0,85 T ca – Thời gian 1 ca làm việc (giờ); T ca = 8 giờ n – Số lần đầm nén trên một bề mặt; n = (6 ÷ 10) lượt Căn cứ vào định mức Nhà nước và các bảng cataloge của máy, các tài liệu kỹ thuật, kết hợp với khảo sát bằng phương pháp tính giờ (thống kê), ta xác định được bảng thời gian chu kỳ làm việc của máy lu. Từ đó, ta xác định được năng suất của máy lu theo Bảng 5. Bảng 5: Danh mục tính toán máy lu TT Tên gọi Bi (m) Hi (m) Tải trọng (tấn) Năng suất (m3/ca) Chi phí ca máy (đồng) 1 Lu bánh thép BOMAG - HYPAC C784 2,134 0,43 13 3755,82 1.024.444 2 Lu bánh thép BOMAG - BW151AP 4HF 1,68 0,25 8 2374,05 749.742 3 Lu bánh thép CATERPILLAR CB-564D 2,13 0,35 13 3092,572 1.024.444 4 Lu bánh thép CATERPILLAR CB-534D 1,7 0,25 10,4 1675,35 845.083 5 Lu bánh thép SAKAI - SW330 1,3 0,25 3,02 1938 939.830 6 Lu bánh lốp SAKAI - SV505T 2,13 0,35 11 2541,84 1.351.786 7 Lu rung SAKAI - SV510P II 2,13 0,3 11 2178,72 1.469.680 8 Lu rung CATERPILLAR CP-563E 2,13 0,25 12 1755,08 1.603.287 9 Lu rung CATERPILLAR CP-663E 2,13 0,25 16,5 1724,82 1.716.013 10 Lu bánh lốp DYNAPAC - CC422C HF 1,68 0,3 10,7 2984,52 1.351.786 57 57 Khoa học Tự nhiên & Công nghệ Số 20, tháng 12/2015 Nhập số liệu vào phần mềm “giải bài toán quy hoạch tuyến tính”, ta có kết quả như sau: Máy lu có số ca máy và chi phí nhỏ nhất là máy Lu CATERPILLAR CB-534D Số lượng máy: 01 Tổng chi phí ca máy: 49.384.115 đồng Vậy ta chọn 01 máy lu CATERPILLAR CB- 534D để đưa vào thi công công trình. 2.3.3.5. Đối với công việc vận chuyển (Ôtô) - Căn cứ vào định mức cho phép đối với ôtô vận chuyển ta tính được tổng số ca máy và giá trị ca máy: X đm4 – Số ca ôtô vận chuyển theo định mức; X đm4 = 260 Ca • Năng suất của ôtô vận chuyển tự đổ được xác định theo công thức: (m3/ca) T ck = t n + t d + t c + t k + t p (phút) Trong đó: q – Trọng tải chở cho phép của xe (tấn) K tg – Hệ số sử dụng thời gian; K tg = 0,85 K đ – Hệ số điền đầy thùng; K đ = 1,2 γ - Khối lượng riêng của đất; γ = 1,7 (tấn/m3) T ca – Số giờ làm việc trong 1 ca; T ca = 8 giờ T ck – Thời gian 1 chu kỳ công tác (phút) T ck = t n + t d + t c + t k + t p t n , t d – Thời gian nhận và dỡ tải của ôtô (phút) t c , t k – Thời gian chạy có tải và không tải của ôtô (phút) 0 1 v l tc = ; 1 2 v l tk = l 1 ,l 2 : - Chiều dài quãng đường xe chạy có tải và không tải. v 0 , v 1 – Vận tốc xe chạy có tải và không tải, do vận chuyển trong điều kiện không thuận lợi nên ta lấy v 0 = 20 km/h, v 1 = 40 km/h t p – Thời gian phục vụ khác (phút) Căn cứ vào định mức Nhà nước và các bảng cataloge của máy, các tài liệu kỹ thuật, kết hợp với khảo sát bằng phương pháp tính giờ (thống kê), ta xác định được bảng thời gian chu kỳ làm việc của ôtô vận chuyển tự đổ. Từ đó, ta xác định được năng suất của ôtô vận chuyển tự đổ theo Bảng 6. 58 58 Khoa học Tự nhiên & Công nghệ Số 20, tháng 12/2015 Bảng 6: Danh mục tính toán ôtô vận chuyển TT Tên gọi Bi (m) Hi (m) Trọng tải (tấn) Năng suất (m3/ca) Chi phí ca máy (đồng) 1 NISAN CW51HD 2,49 2,855 10,25 31,572 1.228.902 2 ISUZU YSZ 490D 2,98 3,3 20 61,604 1.665.987 3 KOMATSU HD200-2 3,36 3,45 20 61,604 1.665.987 4 HINO KP703D 2,49 2,92 10,5 32,342 1.258.875 5 HINO TC303D 2,49 2,9 11 33,882 1.318.822 6 ISUZU TMK 67Z 2,465 2,8 10,5 32,342 1.258.875 7 NISAN WD151 3,14 2,49 15 46,203 1.463.357 8 NISAN CD34KD 2,49 2,855 11 33,882 1.318.822 9 NISAN WD20Y 2,99 3,55 20 61,604 1.665.987 10 ISUZU SPZ 450D 2,465 3,03 10,25 31,572 1.228.902 11 ISUZU SPZ 480D 2,48 3,18 15 46,203 1.463.357 12 HINO KP301D 2,49 2,92 10,75 33,112 1.288.849 13 ISUZU SBX 450D 2,465 2,96 10,75 33,112 1.288.849 14 KOMATSU HD180-4 3 3,3 18 55,444 1.499.388 15 HITACHI DM151A1 3 3,25 15 46,203 1.463.357 Nhập số liệu vào phần mềm “giải bài toán quy hoạch tuyến tính”, ta có kết quả như sau: Ôtô có số ca máy và chi phí nhỏ nhất: Ôtô NISSAN CW51HD Số lượng máy: 12 Tổng chi phí ca máy: 3.659.615.525 đồng Vậy ta chọn 12 ôtô NISSAN CW51HD để đưa vào thi công công trình. 2.3.3.6. Đối với công việc rải bêtông nhựa Căn cứ vào định mức cho phép đối với máy rải bêtông nhựa ta tính được tổng số ca máy và giá trị ca máy: X đm5 – Số ca máy rải bêtông nhựa theo định mức; X đm4 = 75 ca • Năng suất của máy rải bêtông nhựa được xác định theo công thức: (Tấn/ca) Trong đó: b – Chiều rộng lớp nhựa rải (m) h – Chiều dày lớp nhựa rải (m) v – Tốc độ làm việc của máy (m/phút) 59 59 Khoa học Tự nhiên & Công nghệ Số 20, tháng 12/2015 γ – Khối lượng riêng của lớp bêtông nhựa đã đầm và là phẳng; γ = 2,2 tấn/m3 T ca – Số giờ làm việc trong 1 ca, T ca = 8 giờ. Căn cứ vào định mức Nhà nước và các bảng cataloge của máy, các tài liệu kỹ thuật, kết hợp với khảo sát bằng phương pháp tính giờ (thống kê), ta xác định được bảng thời gian chu kỳ làm việc của máy rải nhựa đường. Từ đó, ta xác định được năng suất của ôtô vận chuyển tự đổ theo Bảng 7. Bảng 7: Danh mục tính toán máy rải nhựa đường TT Tên gọi Bi (m) Hi (m) Vận tốc (m/phút) Năng suất (Tấn/ca) Chi phí ca máy (đồng) 1 NIGATA NFB6 WS-V 2,5 0,1 20 5280 1.813.889 2 NIGATA NF6 C-TV 2,5 0,2 18 9504 2.664.987 3 NIGATA NFB6 C-V 2,5 0,2 20 10560 2.664.987 4 NIGATA NFN220-BTV-DM 3 0,25 10 7920 1.596.772 5 SUMITOMO HA45CHI 3 0,15 10,2 4847,04 1.539.057 6 NIGATA NFN220-BV-DM 2,5 0,25 10 6600 1.596.772 7 Liên bang Đức AP-800 C(CAT) 2,438 0,3 4,5 3475,613 2.995.665 8 NIGATA NF6 W-TV 3 0,1 10 3168 2.029.576 9 NIGATA NF220-BTV-DM 3 0,2 10 6336 1.596.772 10 SUMITOMO HA45C5 2,46 0,15 11,5 4481,136 2.061.237 Nhập số liệu vào phần mềm “giải bài toán quy hoạch tuyến tính”, ta có kết quả như sau: Máy rải có số ca máy và chi phí nhỏ nhất là máy rải NIGATA NF6 W-TV Số lượng máy: 01 Tổng chi phí ca máy: 141.459.449 đồng Vậy ta chọn 01 máy rải NIGATA NF6 W-TV để đưa vào thi công công trình. 2.4. Danh mục các loại máy đã chọn Dựa vào các yêu cầu về biện pháp kỹ thuật thi công, kinh tế và bảng tiến độ thời gian thi công công trình nâng cấp Quốc lộ 53 nhà thầu đã chọn các loại máy sau để phục vụ thi công công trình: 60 60 Khoa học Tự nhiên & Công nghệ Số 20, tháng 12/2015 Bảng 8: Danh mục các máy đã chọn: TT Tên máy Mã hiệu Số lượng 1 Máy đào Deawoo DX340LC 01 2 Máy ủi Komatsu D31EX 03 3 Máy lu Caterpıllar CB-534D 01 4 Ôtô Nisan CW51HD 12 5 Máy rải Nigata NF6 W-TV 01 Số lượng và chủng loại máy thi công ở trên phục vụ cho công trình nâng cấp Quốc lộ 53 về phương diện lý thuyết. Mặt khác, quá trình tổ chức thi công thực tế phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như mặt bằng thi công, quy trình kỹ thuật, môi trường thời tiết, hiệu quả sử dụng máy... Cho nên chúng ta cần tính đến hệ số dự trữ khi chọn số lượng máy thi công công trình, thông thường hệ số dự trữ k dt = (1,5÷2). 3. Kết luận Bài toán đã góp phần tính chọn máy thi công cho công trình nâng cấp Quốc lộ 53 đoạn Thành phố Trà Vinh - Cầu Ngang, có khối lượng tập trung lớn và đã đạt được một số kết quả sau: - Lựa chọn được các thiết bị thi công và các thông số kỹ thuật của máy để thi công công trình nâng cấp Quốc lộ 53 đoạn Thành phố Trà Vinh – Cầu Ngang. - Nghiên cứu lý thuyết tính toán qua đó chọn thiết bị thi công hợp lý cho công trình. - Nghiên cứu đánh giá tình hình sử dụng thiết bị cơ giới để thi công công trình đường của các nhà thầu đã và đang thi công tại Trà Vinh và các khu vực lân cận. - Nghiên cứu, phân tích yếu tố ảnh hưởng tới việc tính chọn máy thi công. - Ứng dụng các mô hình bài toán và xây dụng các mô hình ràng buộc cho từng hạng mục công việc để xác định số lượng và chọn loại máy thi công công trình. - Ứng dụng phần mềm quy hoạch tuyến tính để xây dựng mô hình tính chọn thi công hợp lý với chi phí ca máy nhỏ nhất. - Các kết quả nghiên cứu của bài viết góp phần vào việc khai thác hiệu quả máy thi công và là tài liệu tham khảo hữu ích cho công tác nghiên cứu khoa học, thực tiễn sản xuất. Tài liệu tham khảo Bộ Xây dựng. 2008. Thông tư số 03/2008/TT-BXD về việc ban hành “Hướng dẫn điều chỉnh dự toán xây dựng công trình”. Ủy ban Nhân dân tỉnh Trà Vinh. 2006. Quyết định số 35/2006/QĐ-UBND ngày 15/9/2006 về việc ban hành “Bộ đơn giá xây dựng trên địa bàn tỉnh Trà Vinh”. Huỳnh, Văn Hoàng và Đào, Trọng Thường. 1971. Tính toán máy trục. NXB Khoa học Kỹ thuật. Nguyễn, Bính. 2004. Kinh tế máy xây dựng và xếp dỡ. NXB Xây dựng. Hà Nội. Nguyễn, Đăng Điệm. 2009. Tổ chức tối ưu công tác sửa chữa máy thi công xếp dỡ. Tài liệu giảng dạy Cao học - Đại học Giao thông Vận tải. Vũ, Thanh Bình. 2009. Trang bị cơ giới xây dựng và xếp dỡ theo hàm mục tiêu. Tài liệu giảng dạy Cao học. Đại học Giao thông Vận tải. Vũ, Thanh Bình và Vũ, Thế Lộc. 1997. Máy làm đất. NXB Giao thông Vận tải. Hà Nội. Vũ, Văn Lộc và cộng sự . 2005. Sổ tay chọn máy thi công. NXB Xây dựng. Hà Nội.