港口工程碳纖維加固定額消耗研究

虞　瑩

港口工程碳纖維加固定額消耗研究

虞瑩

（中交第三航務工程局有限公司，上海200032）

通過單項碳纖維加固工程的統計，得出其綜合人工、材料及機械消耗，然后選取典型地區多項工程，應用最小二乘法進行優化擬合，減小了小樣本數據的局限性，并得出港口工程碳纖維加固的定額消耗。最后通過與相關定額的規定進行對比，驗證了研究結果的合理性，并指出了港口工程碳纖維加固的特殊性。研究成果可為相關單位成本預測、工程招投標及預決算等提供理論指導與技術借鑒。

碳纖維加固；定額消耗；最小二乘法

0　引言

20世紀初以來，由于碳纖維具有高強度、高模量及施工便捷等突出優點，陸續得以在房建、抗震及港口加固工程中大量應用。隨著建筑業的日益規范化，國家陸續頒發了專門的施工驗收規范[1]，部分省份也頒發了相關的計價規范或定額[2]，但目前尚未形成統一的碳纖維加固定額。而港口工程位于水陸交界區，受風、浪、潮及涌的影響特別嚴重[3]，其加固施工具有特殊性。因此，進行港口工程碳纖維加固定額消耗的研究，對完善定額編制、規范建筑市場與促進成本管理等均有積極意義。

從定額相關理論出發，介紹了定額組成、核算方法及最小二乘法。通過單項碳纖維加固工程統計分析，得出其綜合人工、材料及機械消耗。然后選擇典型地區多項工程，應用最小二乘法進行擬合求解，有效減小了小樣本數據局限性，得出港口工程碳纖維加固定額。最后與現行房建、抗震等定額的相關規定相比，驗證了研究成果的合理性，并指出了港口工程碳纖維加固定額的特殊性。

1　相關理論

1.1定額組成

定額組成包括人工、材料及機械方面的定額。人工定額有時間定額和產量定額兩種互為倒數的形式。產量定額是指在一個綜合工作日內所完成的工作量，而時間定額是指完成某一工作量所需的工日之和。為方便計算，實際工程中多采用時間定額，故本文采用時間定額進行研究[4]。材料定額主要是指主材、輔材、周轉性材料及零星材料等方面的消耗。機械定額則是施工過程中因為材料運輸、提供工作面等產生的機械臺班的消耗。

1.2定額核算方法

當前定額核算主要有經驗估計、技術測定與統計分析法[4]。經驗估計由資深技術人員依靠經驗直接估算定額消耗量，方法簡單但主觀誤差大。技術測定通過實測工作消耗并加以整理分析而得，準確性較高但投入大。而統計分析法通過收集對應產品或相似項目的資料，結合當前實際加以整合而得，能較有效反映實際效率，簡單易行且工作量小，是當前測定勞動定額的常用方法。

1.3最小二乘法

由于單個工程實測數據具有局限性，可對多項工程數據擬合得到最優解。而最小二乘法[5]是最常用的擬合方法之一，通過最小二乘法的擬合，可以得到最佳函數匹配，且與實際數據間誤差的平方和最小。其原理簡單易懂，應用方便，設2個變量（x，y）的一元線性回歸模型為：式中：x、y分別為自變量與因變量；ε服從正態分布N（0，σ2）；a、b為擬合常數，且分別由式（2）、式（3）確定：

由于預測點可能落在擬合直線的延長線上，故其值由式（4）確定：

式中：e為殘差。

其誤差檢驗公式如下：

式中：Sy為因變量y的標準差；Sb為斜率b的標準差。

2　定額消耗研究

2.1單項工程統計

根據施工工藝要求，碳纖維加固內容[6]依次為基層處理、定位放線、下料、涂底膠、找平、粘貼碳纖維布、表面防護及特殊部位處理等。由于港口工程中加固梁、板及樁的施工條件基本相同，后續定額消耗不再按構件細分，而以綜合人工進行統一測算。

經搜集資料，以上海港羅涇碼頭碳纖維加固工程為例[7]，現場實測得加固梁86.5 m2、板53.8 m2以及樁34.5m2，整理有關數據，得到各工序人工消耗見表1。

表1　項目人工消耗情況表Table1 Labor consumption in project

由表1，將所耗總人工除以加固總面積，得到該工程綜合人工消耗為2.13工日/m2。類似地，通過整理施工中用材情況，得到項目對應的材料消耗見表2。

表2　項目材料消耗情況表Table2 Materials consumption in project

表2反映出碳纖維布、專用膠、粘涂樹脂以及丙酮為加固工程的主材消耗，占總量85%以上，施工質量控制及成本控制時應當著重把控這些材料。

在機械消耗方面，由于加固需要進入碼頭下方操作，其消耗主要為施工配合船舶。由現場實測得到該項目船機消耗為15 kW機動艇60艘班，對應的單位面積船機消耗為0.34艘班/m2。

2.2最小二乘法擬合

由于單個項目為小樣本數據，存在局限性。為此，增加上海洋山港、大連及天津等典型港口工程碳纖維加固資料[7]，然后運用最小二乘法進行優化擬合，以使研究結果更具代表性。相關項目的人、材及機消耗均先按以上方法進行單項工程統計，然后進行多項目的最小二乘法擬合。表3給出了相關項目的綜合人工消耗統計。

表3　相關工程綜合人工消耗統計表Table3 Comprehensive labor consumption in related projects

由表3可見，項目地點由南到北涵蓋了河口三角洲、內河及離岸深水港等典型地區，具有較全面的代表性。同時，各地綜合人工消耗由于地域差異不盡相同，故應用最小二乘法進行擬合非常必要。

以工程量為自變量x，以單位面積綜合人工為因變量y，構建相應的線性回歸模型，并采用相關系數r對模型合理性進行檢驗[5]，求得相關系數r=-0.957，絕對值接近于1，說明回歸模型的線性關系良好，模型建立是合理的，而負值則表明了單位面積綜合人工與工程量負相關。

由式（2）、式（3）求得斜率b=-0.003 5，截距a=2.59，再由式（7）、式（8）求得人工消耗的標準差Sy=1.066，斜率b的標準差Sb=0.004 1。由于Sb非常小，證明了模型的線性關系非常穩定。根據人工定額的定義，將完成單位平米碳纖維加固面積所必需的各個工序所耗用的工日之和定義為單位面積綜合人工消耗，則由上述計算可得到單位面積綜合人工消耗為2.59工日/m2。

2.3港工碳纖維加固定額消耗

類似地，同樣應用最小二乘法對材料消耗、船機消耗等分別進行擬合，最終得出港口工程碳纖維加固的綜合人工、材料及機械消耗，并形成港口工程每平米碳纖維加固定額消耗如表4所示。

表4　港口工程碳纖維加固定額消耗表Table 4 Quota consumption of carbon fiber reinforcement in harbor engineering

需要說明的是，表中關于碳纖維布加層的定額消耗，是在實測的基礎上參考了相關定額的算法[8]，按實際情況或乘以相關定額百分比而得。由于本研究中單層碳纖維布定額消耗已經考慮了港口工程特殊的施工環境與條件，在此基礎上按百分比考慮符合實際情況。

3　相關討論

由于當前的房建、抗震加固定額對碳纖維加固有相應規定[2，8-10]，通過與之相比，可以進一步校核研究成果。圖1給出了與相關定額消耗的對比直方圖。

由圖1可見，港口工程綜合人工消耗均大于房建、抗震等工程。例如，北京房屋修繕定額的綜合人工為1.49，而港口工程綜合人工消耗達到了2.59，兩者相差1.10，差幅高達78.5%。但港口工程與其他三部定額的差別則明顯要小于北京，例如上海的地方房屋修繕定額綜合人工消耗在1.8左右，比港口工程小了0.79；而四川、廣東兩地的相關定額綜合人工消耗則比港口工程小了0.6左右。上述數據普遍反映出，港口工程的綜合人工消耗要大于其他各類工程。經分析，主要有三方面的原因。首先是港口工程需要乘潮作業，存在一定的中斷時間，但人工定額統計包括無法避免的中斷時間[4]。其次是港口工程工作環境要差于陸上工程，例如碼頭下方操作空間狹小、受風浪顛簸影響較嚴重等，故工作效率會明顯低于陸上工程。最后是施工工藝的要求，碳纖維加固前需要將受損部位打磨、清除并風干才能進行涂膠粘貼等，而碼頭前沿水域濕度大，需要耗費更多人工與時間才能達到目的。因此，研究得出的綜合人工消耗比較符合實際施工情況。

圖1　定額消耗對比圖Fig.1 Contrast of quota consumptions

由于加固所用主要材料為碳纖維布，而實際工程中是在加工車間裁剪后再運往現場，故各定額的主材消耗基本在1.1左右，港口工程的材料消耗與大部分定額較為接近。但在機械消耗方面，由于需要有船舶配合施工等，港口工程碳纖維加固存在明顯的船機消耗，這是港口工程不同于其他陸上工程最突出的地方。

4　結語

通過對碳纖維加固工程進行統計分析，引入最小二乘法擬合求解，得出港口工程碳纖維加固的綜合人工消耗、材料消耗及機械消耗的具體數值，并形成港口工程碳纖維加固定額表格。通過對比研究，表明了研究成果的合理性，同時指出港口碳纖維加固的綜合人工高于其他工程，而材料消耗基本相同，但存在明顯的船機消耗的特點。研究成果可以為相關施工單位成本控制、工程招投標及預決算等提供技術借鑒與指導。

由于我國幅員遼闊，同時碼頭結構形式多樣，不同單位施工工藝也各異，本文所進行的研究旨在拋磚引玉，期待有更多同行對該問題進行更深入的研究與探討。

[1]GB 50550—2010，建筑結構加固工程施工質量驗收規范[S]. GB 50550—2010，Code for acceptance of construction quality of strengtheningbuildingstructures[S].

[2]四川省建設工程造價管理總站.四川省房屋建筑抗震加固工程計價定額[M].北京：中國計劃出版社，2008. Sichuan Construction CostManagement Bureau.Valuation quota of building aseismic reinforcement engineering in Sichuan Province [M].Beijing:China Planning Press,2008.

[3]李幼萌.淺析港口建設中的風險與保險[J].中國港灣建設，2009 （5）：77-79. LIYou-meng.Briefanalysison risksand insurance in the portconstruction[J].China Harbor Engineering,2009(5):77-79.

[4]袁新杰.基于神經網絡的公路補充定額編制方法及應用研究[D].長沙：長沙理工大學，2012. YUAN Xin-jie.Research on the supplementary quota establishmentmethod and app lication in highway based on neural network [D].Changsha:Changsha UniversityofTechnology,2012.

[5]朱春浩.最小一乘法與最小二乘法：歷史與差異[J].統計與決策，2007，6（11）：128. ZHUChun-hao.Leastabsolute deviation and leastsquares:History and difference[J].Statisticsand Decision,2007,6(11):128.

[6]DG/TJ08-012—2002，纖維增強復合材料加固混凝土結構技術規程[S]. DG/TJ 08-012-2002,Technical code for strengthening concrete structurewith fiber reinforced polymer[S].

[7]上海中交水運設計研究有限公司.港口工程碳纖維加固調研報告[R].2014. Shanghai China Communications Water Transportation Design& Research Co.,Ltd.Investigation report for the carbon fiber reinforcement in harborengineering[R].2014.

[8]廣東省建設工程造價管理總站.廣東省房屋建筑和市政修繕工程綜合定額[M].北京：中國計劃出版社，2012. GuangdongConstruction CostManagementBureau.Comprehensive quota for the building structure and municipal repairs in Guangdong Province[M].Beijing:China Planning Press,2012.

[9]北京市建設工程造價管理處.北京市房屋修繕工程預算定額[M].北京：中國建筑工業出版社，2012. Beijing Construction Cost Management Bureau.Estimation quota for the building structure repairs in Beijing[M].Beijing:China Architecture&Building Press,2012.

[10]上海市建設工程定額管理總站.上海房屋修繕預算定額[M].上海：上海科學普及出版社，2001. ShanghaiConstruction CostManagementBureau.Estimation quota for the building structure repairs in Shanghai[M].Shanghai:ShanghaiPopular Science Press,2001.

Quota consumption of carbon fiber reinforcement in harbor engineering

YU Ying
（CCCCThird Harbor Engineering Co.,Ltd.,Shanghai200032,China）

The consumption of labors,material and equipment were obtained respectively after the statistical analysis of a single projectof carbon fiber reinforcement.The leastsquaremethod wasadopted to decrease the lim itationsof a single project, and thequota consumption of carbon fiber reinforcement in harbor engineeringwas revealed after the optimum fitting of several projects.Through the comparison with the regulation of current relative quota,the validity of this research wasapproved and the characteristic of harbor engineering was found.The results should serve as the theoretical guide and technical reference for relative units to do costestimation,bidding and budgetetc.

carbon fiber reinforcement;quota consumption;the least squaremethod

U654

A

2095-7874（2016）04-0016-04

10.7640/zggw js201604005

2015-11-11

2015-12-18

住房城鄉建設部2014年科技項目計劃（2014-S1A-003）

虞瑩（1982—），女，湖南長沙市人，工程師，注冊造價師，主要從事項目管理及成本管控等。E-mail：yuyingfishy@163.com