TẠP CHÍ CÕNG IHM BIỆN PHẤP NÂNG CAO NĂNG SUÂT THI CÔNG CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG BỘ VÀ GIẢM THIỂU TỐI ĐẢ CHI PHÍ BANG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH TOÁN HỌC • TĂNG TẤN MINH PHAN VĂN TUÂN TÓM TẮT Bài viết đưa ra phương[.]
TẠP CHÍ CÕNG IHM BIỆN PHẤP NÂNG CAO NĂNG SUÂT THI CƠNG CƠNG TRÌNH ĐƯỜNG BỘ VÀ GIẢM THIỂU TỐI ĐẢ CHI PHÍ BANG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH TỐN HỌC • TĂNG TẤN MINH - PHAN VĂN TUÂN TÓM TẮT: Bài viết đưa phương pháp xây đựng toán quy hoạch tuyến tính để lựa chọn máy, thiết bị thi cồng cơng trình đường Bài tốn vào ràng buộc cụ thể nhằm đáp ứng đầy đủ khối lượng công việc theo kế hoạch Mặt khác, tốn cịn thỏa mãn hàm mục tiêu cho trước cực tiểu chi phí ca máy đảm bảo thời gian thi công ngắn Kết áp dụng để khuyên nghị phương án lựa chọn máy thi cơng cho cơng trình có khơi lượng cơng việc, gợi ý trang bị máy móc, thiết bị cho công tác thi công theo tuyến cụ thể cho đơn vị thi cơng Từ khóa: quy hoạch tốn học, tối ưu hóa, máy cơng trình Đặt vấn đề Cơng tác thi cơng cơng trình cầu, đường thường sử dụng số lượng máy thi công công trình lớn, song cơng tác quản lý khai thác máy chưa hợp lý, dẫn đến tình trạng sô máy thi công chưa sử dụng hết công suất hệ số sử dụng thời gian, thế, nhiều máy thi công phải lý trước thời hạn quy định Bên cạnh đó, nhiều máy thi cơng hết thời gian khấu hao biên chế đội máy Trong số nguyên nhân dẫn tới hậu nêu việc đầu tư trang thiết bị máy thi cơng chưa hợp lý; tính kỹ thuật máy chưa hồn tồn phù hợp với đơi tượng khai thác, có nhiều chủng loại máy phân tán, việc quản lý khai thác gặp nhiều khó khăn, máy lựa chọn chưa đảm bảo tiêu kinh tế - kỹ thuật cao nguyên nhân sau: Cơng tác quản lý thiết bị thi cơng cịn thiếu chặt chẽ, lỏng lẻo nên chưa sử dụng hết công suất tổ hợp máy thi công có, chưa có chế độ 28 số 15 - Tháng Ó/2022 bảo dưỡng phù hợp, gây hỏng hóc ưong q trình thi cơng, dẫn tới suất thường thấp so với định mức - Trong năm gần đây, biến động kinh tế, nên hầu hết cắc cơng ty xây dựng cơng trình giao thơng gặp khó khăn việc đầu tư trang thiết bị máy thi cơng Việc tìm nguồn vốn để đầu tư mua sắm thí bị thi cơng gặp nhiều khó khăn - Cơng tác quản lý đội máy thi cơng cơng trình chưa thực phù hợp với điều kiện thực tế nên chưa khai thác sử dụng hết công suất, tiềm đội máy - Việc trang bị máy thi công chưa đồng bộ, tổ chức phôi hợp máy đội máy chưa thích hợp, nên chưa phát huy hết cơng suất sẩn có máy móc, thiết bị Quy hoạch nguyên (Integer Programming) [1,3], viết tắt IP, tốn quy hoạch mà tất phần biến bị ràng buộc lấy giá trị KHOA HỌC-KỸ THUẬT nguyên Trường hợp thứ gọi quy hoạch ổjj - Hàm Kroneker đặc trưng cho khả làm nguyên hoàn toàn (Pure Integer Programming - PIP), việc loại máy i làm công việc j Yj - Tập hợp đặc trưng yêu cầu công trường hợp thứ hai gọi quy hoạch nguyên phận (Mixed Integer Programming - MIP) Tuy vậy, thuật ngữ “quy hoạch nguyên” dùng chung cho trường hợp Các toán đơn giản mà quan trọng toán quy hoạch nguyên toán chọn định (chọn/khơng chọn) Chẳng hạn tốn bổ nhiệm, biến định việc bổ nhiệm nhận giá trị sau: X _ í Nếu người i nhận cơng việc j 1J 10 Nếu người i không nhận công việc j Vì biến định thường nhận giá trị, nên tốn cịn gọi toán quy hoạch nguyên nhị phân (Binary Integer Programming) Mơ hình bàý tốn Mơ hình tốn tính chọn máy thi cơng theo phương pháp quy hoạch toán học gồm phần: Hàm mục tiêu phần mô tả ràng buộc 2.1 Hàm mục tiêu chọn theo định hướng sau - Tổng chi phí ca máy nhỏ - Tổng suất khai thác lớn - Tổng lợi nhuận đầu tư giới cao - Tổng thời gian thi công ngắn Khi đặt tốn lựa chọn mục tiêu để tính chọn máy thi cơng thỏa mãn hài lòng số mục tiêu cho trước, mơ hình tốn lựa chọn thiết bị san lấp, tác giả chọn tổng chi phí ca máy nhỏ hàm mục tiêu đặt cho toán [1,3], 2.2 Các ký hiệu dùng cho toán Xịj (ca) - Số ca máy loại i làm công việc j njj - Sô loại máy i làm công việc j cỹ (đồng/ca) - Giá ca máy máy loại i làm công việc j Tj (ca) - Quỹ thời gian làm việc cho phép (số ca máy cho phép) loại máy i thời kỳ thi công Dj (m3, tấn) - Khối lượng công việc j cần hoàn thành theo kế hoạch Njj (m3/ca, tấn/ca) - Năng suất định mức máy loại i làm công việc j Fj - Tập hợp đặc trưng khả làm việc loại máy i việcj Qị - Nhóm đất thi cơng loại máy i Bị - Chiều sâu đào loại máy i Hj - Chiều cao đắp loại máy i Ni - Năng suất loại máy i Qj Hj, Sj, Bj, Nj - Tương ứng nhu cầu địi hỏi phải có đơi tượng khác thác j 2.3 Mơ hĩnh tốn Cần tìm số ca máy Xjj máy loại i làm công việc j dây chuyền thi cơng cho tổng chi phí ca máy nhỏ Tức phải thỏa mãn hàm mục tiêu: L =ẳẳ i =l CiJỖVX j=l w Đồng thời thỏa mãn hệ ràng buộc phản ánh đặc điểm dây chuyền thi công gồm: - Tông số thời gian làm việc (số' ca máy) loại máy i không vượt thời gian cho phép (số ca máy cho phép) máy Èx.ị Qj n Hj > Hj n Sj > Sj n Bị >Bj Điều kiện không âm số lượng máy (ràng buộc dấu hoàn nguyên); y" Y nij = V ij (i=l-ỉ-m,j = l-rn) (5) xđm nờ >0 (i= l-?m,j = 14-n) (6) hay: x,y >0 (1=14- m, j = l-?n) (7) njj làm tròn theo yêu cầu kỹ thuật [1, 3] 2.4 Triển khai ràng buộc theo loại cơng việc Căn vào địi hỏi cơng trình xây SỐ 15-Tháng Ĩ/2022 29 TẠP CHÍ CƠNG THIÍOỈNG n dựng nói chung, xây dựng giao thơng tiêu biểu cầu, đường nói riêng, cơng việc chủ yếu thường bao gồm: công tác làm đất (đào xúc đổ đào - vận chuyển - đắp), đầm lèn, san rải, Mỗi cơng việc địi hỏi thông số khác máy thi công khác (Bảng 1) 2.5 Giải tốn Mơ hình toán đáp ứng yêu cầu đặt là: Cực tiểu chi phí ca máy thỏa mãn yêu cầu khai thác, phù hợp với dây chuyền công nghệ thi công điều kiện cụ thể nhà thầu, mặt kinh tế, máy chọn máy có tổng chi phí ca máy nhỏ nhất, mặt kỹ thuật, máy chọn phù hợp với công việc đảm bảo thi công thời kỳ thi công, mặt sử dụng, máy chọn máy có tỉnh khu vực lân cận Sau giải toán trên, ta nhận kết sau: + Số lượng máy thi công loại i tuyến thi công IX = ■“— (i = 14-m j = 4-n) + Tổng số lượng loại máy khác tham gia dây chuyền thi công (i = 1-ỉ-m) n = i=l + Tổng chi phí ca máy cho loại cơng việc Tổng chi phí ca máy = Xj Cj (i=lm)[3] Vận dụng giải tốn tối ưu cho cơng trình Đe thử nghiệm tốn, tác giả tiến hành vào tài liệu thiết kế tuyến nâng cấp Quốc lộ 53 đoạn thành phố Trà Vinh - cầu Ngang [6] ta có giá trị thơng số tính tốn cơng trình cho Bảng 3.1 Xác định quỹ thời gian làm việc máy thi công Thời gian làm việc máy thi công xác định theo công thức [3]: Txi - [365 - (Tcn + Ttl + Tscbd + Tnghỉ)] *(1 + Kca2 + Kc;3) Bảng Ý nghĩa ký hiệu tương ứng với hạng mục thi công (1,3) Các hạng mục thi công TT Ký hiệu Máy đào gẩu Máy ủi Máy đầm lèn Máy rải mặt đường Ơtơ vận chuyển Dung tích thùng rải Sức chở Qxi Bxi Chiều sâu đào Chiểu rộng lưỡi ủi Bề rộng vệt đầm Chiểu rộng rải Chiểu rộng Hxi Chiểu cao đắp Chiều cao lưỡi ủi Chiểu sâu đầm Chiểu dày lớp rải Chiều cao Sxi Axi Năng suất Txi Quỹ thời gian Nhóm đất thi cơng Cự ly vận chuyển đất hợp lý Chiểu dài Bảng Giá trị thơng số tính tốn cơng trình (5-6) TT u cẩu đối tượng thi cơng Ký hiệu Đào xúc Đào vận chuyển, đắp Đẩm nén Ơtơ vận chuyển Rảimặtđưởng Qj Loại III Loại III Loại III 10 Tấn 12 Tấn Bj 1,5 (m) 2,0 (m) 1,8 (m) 2,8 (m) 3,0(m) Hj 2,0 (m) 0,75 (m) 0,2 (m) 3(m) 0,1 (m) sj 50 (m) 50 (m) Dj 45460 (m3) 85132 (m3) 97902 (m3) 94020 (m3) 220808 (m3) Tị (Ca) 152 96 115 260 75 30 số 15 - Tháng Ó/2022 4,5 (m) Ghi KHOA MỌC - KỸ THUẬT Trong đó: Tcn số ngày chủ nhật năm; Ttl số ngày tết, lễ năm; Tscbd số’ ngày ngừng máy để hành sửa chữa, bảo dưỡng theo kế hoạch năm; Tnghj số’ ngày ngừng máy thời tiết nguyên nhân ngẫu nhiên năm; Kca2 hệ sôz sử dụng ca 2; Kca3 hệ số sử dụng ca 3; 365 số ngày năm 3.2 Đôi với công tác đào xúc đất (Máy đào gầu) Căn vào định mức cho phép máy đào, ta tính tổng số ca giá trị ca máy: xđml sô ca máy đào theo định mức; Xđml = 152Ca[2,6] Tính suất máy đào gầu: Tck = Th + Tđ + Tq + Tđđ + Tqv (s) Năng suất thực tế máy đào gầu xác định theo công thức [2]: KJ _ 3600.q.Kt Kd „ J, N = —^7« ck-.x Th thời gian hạ gầu; Tđ thời gian đào; Tq thời gian quay đến vị trí đổ; Tđđ thời gian đổ đất; TqV thời gian quay vị trí đào; Tca số làm việc ca, Tca = giờ; Tck thời gian chu kỳ công tác, Tra Bảng [2], ta chọn Tck = 23 (s) Căn vào định mức Nhà nước bảng cataloge máy, tài liệu kỹ thuật, kết hợp với khảo sát phương pháp tính (thống kê) ta xác định bảng thời gian chu kỳ làm việc máy đào Từ ta xác định suất máy đào theo Bảng 3.3 Đối với công tác san lấp (Máy ủi) - Căn vào định mức cho phép máy ủi, ta tính tổng số ca máy giá trị ca máy: xđm2 số ca máy ủi theo định mức; Xđrn2 = 96 ca [2,6] Năng suất thực tế máy ủi xác định theo công thức [2]: N = - " -Tca (m /ca) d -Tca (m3/ca) ck'^x Trong đó: q dung tích hình học gầu đào (m3); kx hệ số tơi xốp đất đá, kx = ( 1,1 - 1,4); ktg hệ số sử dụng thời gian, máy đào xúc đất, đổ lên ôtô, ktg = (0,7 - 0,8); kđ hệ số đầy gầu, kđ = 1,05; V- v= ? B K (m3) ^tgcp-^x Tck = —ỉ + —+ tc + tu + 2t V; v2 vo c h q (s) ‘ Bảng Danh mục tính tốn máy đào (5-8) TT lẽn gọi Bi(m) Hi (m) Dung tích gẩu(m3) Nàng suất (m3/ca) Chl phí ca máy (đổng) DEAW00 - DX340LC 7,533 10,345 1,25 1027,174 3.065.221 KOBELCO-SK350 LC 10,58 7,56 1,4 1150,435 3.433.048 CATERPILLAR-325DL 7,283 10,115 1,6 1314,783 3.663.101 KOMATSU - PC800LC-8 8,6 11,84 1,7 1396,957 3.892.045 KOBELCO - SK200 6,52 9,72 1,3 1068,261 3.065.221 KOBELCO-SK250 LC 7,03 9,77 1,3 1068,261 3.065.221 CATERPILLAR-M318D 6,36 10 1,26 1035,391 3.065.221 KOMATSU - PC228USLC 6,62 10,7 1,26 1035,391 3.065.221 DEAWOO-S225LCV 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 Số 15-Tháng 6/2022 31 TẠP CHÍ CƠNG THIIÍNS Trong đó: V thể tích khối đất đá tích trước lưỡi ủi qua chu kỳ công tác; ktg hệ số sử dụng thời gian, ktg = 0,75; k(j hệ số phụ thuộc vào độ dốc địa hình, kđ = 1; Tea thời gian ca làm việc, Tca = giờ; Tck thời gian chu kỳ công tác (giây), Tck = 71.46 (s); tc thời gian gài số (giây), tc = giây; th thời gian hạ lưỡi ủi (giây), th = giây; tq thời gian quay máy (giây), tq = 10 giây; B chiều dài lưỡi ủi; Ip 12, lo quảng đường đào, vận chuyển trở chỗ đào (m); H chiều cao lưỡi ủi;MIN Căc buộc: 41Xt 2Xt +23X2 +20X3 +27x* + 45x3 + 33xs +63x? +69x« +34X9 +49X10=75 + 2X3 +3X4 + 3X5 + 2x6 + 3X7 + 3xa + 3X9 + 2xl0 = + 2X2 Trong đõ: Xu, X12, Xi3 lâ biển giả Ct Xt Yt Xi Xa x3 Xi Xs Xs X? Xs Xs Xm M Xu 75 41 23 20 27 45 33 63 69 34 49 1.09 M X12 2 2 3 3 67 M x,3 0 0 0 0 0 F(X) -7585682 -6191564 77 43 22 25 30 -5572488 p 48 35 -4451799 -7011174 66 37 72 Lamda -5342159 -190317568 -141459456 -55647492 -101567456 51 Do côn tđn giá trị Delta lơn o nén cnưa có phương án tốí ưu ta cân tim biến đưa vầo Cốt giá kín nhỏ nhẫt ứng vơi Xs vây biến đưa vào iâ x« Ready số 15 - Tháng Ĩ/2022 35 TẠP CHÍ CƠNG THIÍ0NG Bảng Danh mục máy chọn TT Mã hiệu Sơìượng Tong chi phí ca máy (đổng) DX340LC 01 135.658.561 D31EX 03 299.634.460 Tên máy Máy đào Deawoo Máy ủi Komatsu Máy lu Caterpỳllar CB-534D 01 49.384.115 Ơtơ Nisan CW51HD 12 3.659.615.525 Máy rãi Nigata NF6W-TV 01 141.459.449 Sau giải tốn quy hoạch tuyến tính, ta nhận danh mục máy đáp ứng yêu cầu thi cơng cơng trình nâng câp Quốc lộ 53 đoạn thành phơ'Trà Vinh - cầu Ngang với mức chi phí khuyến thành phố Trà Vinh - cầu Ngang đạt số kết sau: - ứng dụng mô hình tốn xây dựng mơ nghị nhỏ đáp ứng khối lượng, tiến độ thi cơng cơng trình Căn vào danh mục máy, thiết bị đơn vị xác định số lượng loại máy thi cơng hợp lý với chi phí ca máy nhỏ thi cơng có máy khu vực thi công làm sở liệu để giải toán cụ thể theo tuyến cho ta danh mục máy, thiết bị thi công tối ưu Kết luận Bài viết xây dựng thành cơng mơ hình tốn vận hành chạy thử nghiệm lựa chọn máy, thiết bị cho cơng trình nâng cấp Quốc lộ 53 đoạn hình ràng buộc cho hạng mục công việc để - Nghiên cứu lý thuyết tính tốn qua xây dựng mơ hình tốn để lựa chọn thiết bị thi cơng hợp lý - Mơ hình sở để đơn vị thi công ứng dụng để tham khảo việc lựa chọn máy, thiết bị cho đơn vị Các kết nghiên cứu góp phần vào việc khai thác có hiệu máy thi cơng tài liệu tham khảo hữu ích cho cơng tác nghiên cứu khoa học, thực tiễn sản xuất ■ TÀI LIỆU THAM KHẢO: Vũ Thanh Bình (2010) Trang bị giới xây dựng xếp dỡ theo hàm mục tiêu Tài liệu giảng dạy Cao học - Trường Đại học Giao thông Vận tải, Hà Nội Vũ Thanh Bình, Vũ Thế Lộc (1997) Máy làm đất NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội Nguyễn Bính (2004) Kinh tế máy xây dựng xếp dd NXB Xây dựng, Hà Nội Vũ Văn Lộc, Ngô Thị Phương, Nguyễn Ngọc Thanh, Vũ Thị Xuân Hồng, Nguyễn Minh Trường (2005) Sớ’ tay chọn máy thi công NXB Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Tiến Thụ (2020) sổ tay máy xây dựng NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội Các tài liệu thiết kế, thi cơng cơng trình nâng cá'p Quốc lộ 53 đoạn từ thành phố Trà Vinh - cầu Ngang Bảng giá ca máy thiết bị thi công xây dựng cơng trình tỉnh Trà Vinh Website: http://xemaycongtrinh.com.vn 3ó số 15 - Tháng Ĩ/2022 KHOA HỌC - KỸ THUẬT Ngày nhận bài: 8/5/2022 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 23/5/2022 Ngày châ'p nhận đăng bài: 11/6/2022 Thông tin tác giả: TĂNG TẤN MINH PHAN VẪN TUÂN Khoa Kỹ thuật Công nghệ Trường Đại học Trà Vinh USING THE MATHEMATICAL PLANNING TO IMPROVE PRODUCTIVITY AND MINIMIZE COSTS IN THE ROAD CONSTRUCTION • TANG TAN MINH' • PHAN VAN TUAN' 'School of Engineering and Technology Tra Vinh University ABSTRACT: This paper presents a method to set up mathematical planning in select machines and equipment for road construction This mathematical planning is based on specific requirements to cope with the planned workload On the other hand, this mathematical planning also meet the requirements of minimizing the cost of using machine and the shortest construction time These results are proposed to apply for the selection of construction machines in construction projects which have the same workload, and for the selection of construction machines in specific construction routes Keywords: mathematical planning, optimization, construction machines So 15 - Tháng 6/2022 37 ... rải Chi? ??u rộng Hxi Chi? ??u cao đắp Chi? ??u cao lưỡi ủi Chi? ??u sâu đầm Chi? ??u dày lớp rải Chi? ??u cao Sxi Axi Năng suất Txi Quỹ thời gian Nhóm đất thi cơng Cự ly vận chuyển đất hợp lý Chi? ??u dài Bảng Giá... tiến độ thi cơng cơng trình Căn vào danh mục máy, thi? ??t bị đơn vị xác định số lượng loại máy thi cơng hợp lý với chi phí ca máy nhỏ thi cơng có máy khu vực thi công làm sở liệu để giải toán cụ... giá trị, nên tốn cịn gọi toán quy hoạch nguyên nhị phân (Binary Integer Programming) Mơ hình bàý tốn Mơ hình tốn tính chọn máy thi cơng theo phương pháp quy hoạch toán học gồm phần: Hàm mục tiêu