基于價值工程的全生命周期躉船材質方案比選研究

方夢丹吳劍國阮學初

（1.浙江工業大學 建筑工程學院 杭州310014； 2.杭州市船檢處 杭州310000）

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基于價值工程的全生命周期躉船材質方案比選研究

方夢丹1吳劍國1阮學初2

（1.浙江工業大學 建筑工程學院 杭州310014； 2.杭州市船檢處 杭州310000）

［摘 要］將躉船整個生命周期過程中的技術先進性、經濟合理性和環境協調性有機地融合為一體，基于價值工程理論提出躉船材質方法比選。實例表明在千島湖這樣的大噸位船舶碰撞概率很小的水域，采用混凝土躉船明顯優于鋼質躉船。

［關鍵詞］躉船；價值工程；功能；環境；經濟；全壽命周期；材質

吳劍國（1963-），男，博士，教授，研究方向：船舶結構。

阮學初（1955-），男，高級工程師，研究方向：船舶檢驗。

引 言

中華人民共和國行業標準《斜坡碼頭及浮碼頭設計與施工規范》（JTJ 294-98）［1］規定：無論是內河港口還是沿海港口都可選用鋼質躉船或鋼筋混凝土躉船。鋼筋砼躉船的優點是耐腐蝕性好、造價較低、養護費用低，但其缺點是自重大、抗撞擊性能差。鋼躉船的優點是自重較輕、對撞擊能量的吸收性能好，缺點是耐腐蝕性能較差、造價和養護費用較高［2］。而在現實中，孰優孰劣很難決策，因此，提出一種卓有成效的躉船比選方法，具有一定的現實意義。

過去，人們在對多個設計方案進行比選時，只注重建設期的成本，而忽視運營階段及拆除成本［3］。以建設成本最小化為目標的投資方案放在壽命周期這個大環境下未必最優［4］。價值工程是以最低的壽命周期成本，可靠地實現研究對象的必要功能。在價值工程中的“價值”是指分析對象具有的功能與獲得該功能和使用該功能的全部費用之比，是一種比較價值或相對價值的概念。對象的功能越大、成本越低，價值就越大。因此，應用價值工程選擇設計方案將躉船整個生命周期過程中的技術先進性、經濟合理性和環境協調性有機地融合為一體，是一種行之有效的方法。

1　躉船的價值工程決策模型

1.1技術功能設計

躉船技術功能設計或稱技術功能分析，是價值工程活動的核心基本內容［5］，需對船舶的安全作業有足夠保證。躉船在靠離泊作業時，需承受較大沖擊性靠泊力的反復作用，以滿足防撞性的要求。同時，躉船設計的穩性應滿足國家相關規范。當躉船用于工作、住宿或旅游觀光時，應有良好的隔熱性能。通過功能分析，建立技術功能系統圖（圖1）。

圖1　技術功能系統圖

1.2綜合成本設計

躉船的全生命周期可分為設計建造、使用、報廢3個階段。本文從綠色船舶角度出發，在傳統的經濟合理的基礎上，附加環境屬性這個新元素［6］，重視躉船在壽命周期各階段的經濟效益和環境效益，來設計綜合成本，見表1。

表1　綜合成本表

1.3技術功能系數計算

1.3.1重要性系數（權重）計算

內河躉船的主要功能是靠、系泊船舶，內河躉船除承受一般的船舶外力外，主要還承受較大的沖擊性靠泊力的反復作用，因此首先需滿足防撞性功能。此外，躉船也常用于旅游觀光以及管理部門作業，要求具有較強穩性，足以抗擊風浪。在夏季室外陽光直照時，也需注意躉船的傳熱性。因此，技術人員采用“04”評分法，將功能逐一進行功能重要性比較：

（1）很重要的功能得4分，很不重要的功能得0分；

（2）較重要的功能得3分，不太重要的功能得1分；

（3）兩個功能重要程度相同時各得2分；

（4）自身對比不得分。

“04”評分法得分總和為2n（n-1）/2，n為對比的指標數量。然后獲得相應的累計得分，全部的累計得分之和為總分，累計得分除以總分為對應的權重。內河躉船技術功能權重計算見表2。

表2　技術功能權重計算表

1.3.2各方案功能評價值計算

根據技術功能系統圖，由若干經驗豐富的專業人員采用5分制對每個方案的各個評價項目分別打分， 將評分人員所打分值取算術平均值， 得到該方案各評價項目的得分， 然后對評價項目得分加權平均，獲得單個方案的功能評價值Fi。5分表示滿足程度高，4分表示滿足程度較高，3分表示滿足程度一般，2分表示滿足程度較低，1分表示滿足程度低。

1.3.3確定各方案的功能系數FIi

計算出各方案的功能評價值Fi后， 計算出各方案的功能系數：

式中： Fi為第i 個方案的功能評價值。

1.4成本系數CIi的計算

成本是實現躉船技術功能所花的實際費用，即為綜合成本，包括經濟屬性和環境屬性。在成本系數計算時，統一采用貨幣為量化指標，便于評價結果的對比分析。 各方案的成本系數CIi就是第i 個方案的成本與所有方案成本之和的比值［7］， 其計算公式為：

式中： Ci為第i 個方案的成本。

1.4.1經濟屬性計算

經濟屬性考慮躉船在全壽命周期中可能產生的各種費用，包括設計建造階段的初期投資（即工程報價）、使用階段產生的檢查費、修理費、上下排費、起錨費以及報廢后的拆解費和一定的殘值回收。

1.4.2環境屬性計算

環境屬性量化，主要是通過輸入設計建造期的主要建筑材料損耗量，輸出COX、SOX、NOX、粉塵、固體廢棄物等作為環境屬性的主要分析子指標，并根據環境負荷經濟值轉換的相關規定（見表3），進行量化最終得到環境成本［2］，可直接用于成本系數計算。

表3　主要建筑材料的環境污染排放清單和環境負荷經濟值轉換表

1.5各方案的價值系數Vi的計算

由各方案的功能系數FIi與該方案的成本系數CIi， 計算出各方案的價值系數Vi，即Vi= FIi/ CIi。根據價值系數的大小進行方案的比較選優. 價值系數越大， 說明方案越好。

2　應用實例

“千島湖24 m躉船”和“千島湖躉船浮箱”都是2011年建造的～22 m的內河躉船，前者為內河混凝土躉船，后者鋼質躉船，具有可比性。本文以此為例，分別簡稱為內河混凝土躉船和內河鋼質躉船，在實際造價的基礎上，對所提方法進行說明。

兩種躉船都具有承受較大沖擊性靠泊力反復作用的功能，可以滿足防撞性的要求。因為混凝土躉船外板厚最小一般在50 mm，船體主甲板以下自重大、重心高度低、穩性較好。鋼質躉船甲板薄、自重輕、穩定新稍差。當躉船用來作為工作躉船或住宿船時，在夏季室外陽光直照，如果鋼質甲板上溫度可達60°，讓人腳下發燙，而鋼筋混凝土甲板溫度最高也只約為30°。因此，專業人員對兩個方案采用5分制進行功能打分，各分值乘以權重得到功能加權分，繼而得到功能系數，計算過程見表4。

表4　各方案功能系數計算表

計算兩種船型的綜合成本，進而獲得兩種不同材質躉船的價值系數（見表5）。由于鋼質躉船易腐蝕，一般使用若干年后就要拖上岸進行檢驗和涂漆，然后再下水，需要多次的起布錨和上下排。而混凝土躉船耐腐蝕，維修量小，使用過程中不需要上岸檢測和維修，因此，整個生命周期中通常僅需一次上下排和少量的定錨費用。

表5　綜合成本、成本系數和價值系數計算

混凝土躉船的價值系數為2.83，其功能價值高；鋼質躉船的價值系數為0.60，其價值功能低，壽命周期成本高。

3　敏感性分析

本文針對防撞性權重、起布錨費用和上下排費用這三個不確定因素，選擇價值系數作為敏感性分析的經濟評價指標，以防撞性權重等于0.58、單次起布錨費用等于4萬元、單次上下排費用等于6萬元的方案作為基本方案，確定其敏感程度。參見表6和圖2。

由表6和圖2可知：

（1）各不確定因素變化時，混凝土躉船的價值系數始終大于鋼質躉船的價值系數。

（2）對于混凝土躉船而言，價值系數對于起布錨費用和上下排費用的變化較敏感，鋼質躉船起錨費用和上下排費用變動間接影響了混凝土躉船的經濟價值。

（3）對于鋼質躉船而言，價值系數對于各不確定因素的敏感程度都較低。

表6　敏感度計算

圖2　各因素變化對價值系數的影響

4　結 論

（1）將躉船整個生命周期過程中的技術先進性、經濟合理性和環境協調性有機地融合為一體，提出了基于價值工程的躉船建設方案評價方法。

（2）實例表明：在像千島湖這樣的大噸位船舶碰撞概率很小的水域，采用混凝土躉船明顯優于鋼質躉船。

［參考文獻］

［1］ 中華人民共和國交通部. JTJ 294-98，斜坡碼頭及浮碼頭設計與施工規范［S］.北京：人民交通出版社，1999.

［2］ 湯建忠，李銀海，孫振華.淺談利用躉船浮碼頭解決邵仙套閘靠船難題［J］. 中國水運，2010（2）：65-66.

［3］ 王鋮鋮.橋梁工程生命周期環境影響評價和成本分析集成方法研究［D］.湖北：武漢理工大學，2012.

［4］ 李鵬祥.價值工程在建設工程項目中的應用于研究［D］.河北：河北工程大學，2011.

［5］ 曾繁響.基于價值工程理論的混凝土梁橋設計方案比選研究 ［D］.福建：廈門大學，2013.

［6］ 王勝年.綠色船舶及其評價指標體系研究［J］.中國造船，2008（Z1）：27-35.

［7］ 張健，李慧民，侯江麗.基于價值工程的改擴建項目投資決策分析［J］. 西安建筑科技大學學報（自然科學版），2007（5）：635-639.

Pontoon material selection over whole life cycle based on value engineering theory

FANG Meng-dan1WU Jian-guo1RUAN Xue-chu2
(1. School of Civil Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014 China; 2. Hangzhou Ship Survey, Hangzhou 310000 China)

Abstract:The pontoon material selection method is proposed by organically merging the advanced technology, economic rationality and environmental coordination during the whole life cycle based on the value engineering theory. The practical cases show that the concrete pontoon is obviously better than the steel pontoon in the water area where the collision probability of large-tonnage ships is as small as in the Thousand Island Lake.

Keywords:pontoon; value engineering; function; environment; economy; whole life cycle; material

［中圖分類號］U674.24+9

［文獻標志碼］A

［文章編號］1001-9855（2016）02-0020-05

［收稿日期］2015-09-18；［修回日期］2015-11-18

［作者簡介］方夢丹（1990-），女，碩士，研究方向：鋼結構。