水中基礎圍堰施工經濟效益綜合評估建模方法

魏綠英

(江西信江水利電力勘察設計有限公司，江西 上饒 334600)

0 引 言

隨著時代的發展，我國公路橋梁建設得到迅猛發展，逐漸延伸到跨江河橋梁建設，乃至跨海的大跨徑橋梁建設。因此，水中基礎圍堰的施工技術以及經濟效益成為人們關注的焦點[1]。常規的水中基礎圍堰施工主要是在陸地上進行鋼圍堰加工，并通過大型船舶將其運至施工現場，再利用大型起重船只配合下方圍堰，整個施工的周期較長，且對起重設備、人員配備和船只運輸都有較高的要求[2]。改革開放以來，我國橋梁建設技術逐年提高，在水中基礎圍堰施工中出現了更多新技術和新工藝。因此，有必要對水中基礎圍堰施工經濟效益綜合評估建模，以便為橋梁建設選取最優的水中基礎圍堰施工方案[3]。

林瀟等[4]為實現對網架建設重要度的評估，提出了一種基于壽命周期成本理論的分級骨干網架計算模型，利用壽命周期成本理論的差異化特性，構建分級骨干網架計算模型，并根據用戶的用電負荷，構建超負荷停電損失模型，通過對電網收益與分級骨干網架模型的經濟效益的分析，形成經濟效益評估體系，實例分析顯示投資成本與經濟收益成正比，驗證了該分級骨干網架計算模型的合理性和可行性。何果紅等[5]為了研究影響事故備份分散轉移的經濟效益主要因素，利用電網配置DTCR容量為參考依據，構建事故備份分散轉移經濟效益模型，通過該模型實現對DTCR的經濟效益的評估，并結合評估結果，獲取影響事故備份分散轉移的經濟效益因素，通過對DTCR各個經濟收益指標的控制，實現對事故備用分散轉移實施全程重要指標的獲取，為其提供精準的參考指標。

基于以上研究背景，本文建立圍堰施工經濟效益綜合評估模型，并驗證施工方案的可行性。

1 圍堰施工經濟效益評估建模方法設計

1.1 分析水中基礎圍堰施工步驟

水中基礎圍堰施工步驟如下：

Step1：安裝水中基礎圍堰的支架。在樁基建筑構成后，拆除前期的鉆孔平臺，利用Φ300 鋼管作為水中基礎圍堰的輔助結構[6]，并將鋼護筒焊接成一個整體，通過與水中基礎圍堰拼接支架的連接，成為圍堰的主要受力支撐點，支架采用2H45 型鋼，標高為+12.115 m。

Step2：水中基礎圍堰拼裝。水中基礎圍堰拼裝主要采用拼裝方式，利用鋼圍堰進行對稱拼裝，利用120 t履帶吊與千斤頂同步進行拼裝，在首節的水中基礎圍堰上安裝拼裝平臺，以此類推，逐層增高，完成水中基礎圍堰的拼裝，見圖1。

圖1 水中基礎圍堰的拼接定位碼子布置

Step3：利用履帶吊實現水中基礎圍堰的吊起，然后通過定位碼子，慢慢將其運至安裝位置進行焊口銜接，保證與臨時焊接位置的融合。利用鋼護筒作為臨時的輔助工具[7]，保證水中基礎圍堰的臨時固定，對于固定位置要進行精準測量，滿足相應的指標參數要求后，才可以進行下一步壁板的連接工作。

利用三角鋼與外壁鋼圍堰進行連接，完成接縫處的焊接。見圖2。

圖2 水中基礎圍堰拼裝接縫布置

Step4：水中基礎圍堰支架施工。水中基礎圍堰支架作為整個施工系統的主要受力支撐構件，利用護筒進行焊接，并利用2 cm的鋼板構成護筒兩面的頂部，并以此作為水中基礎圍堰支架平臺。

Step5：設備的下放。利用起重設備進行水中基礎圍堰的下放工作[8]。鋼圍堰的重量通過千斤頂的支撐，滿足圍堰負荷值的均衡，在水中基礎圍堰邊上利用6個鋼護筒焊接，支撐200 t千斤頂的重量。并且每個千斤頂配置18根鋼絞線，其規格為?15.24 ，強度為1 960 MPa 級；在水中基礎圍堰設置2臺200 t的千斤頂，與上述鋼絞線的參數一樣進行配置。

Step6：鋼圍堰的下放。水中基礎圍堰的下放系統主要利用千斤頂、高度鋼絞線和起重設備構成[9]。該下放系統的工作要保持連續性，協同工作，保證油泵在千斤頂的控制范圍內，最終保證水中基礎圍堰的鋼圍堰的精準下放。

1.2 預算水中基礎圍堰施工成本

假設，水中基礎圍堰施工的真實成本為F，水中基礎圍堰施工成本的實際使用率為Ti，人員施工成本的約束范圍為β(g)，將水中基礎圍堰施工成本預算的閾值設置為Tth，那么得到水中基礎圍堰施工成本的線性博弈過程為：

(1)

在預算水中基礎圍堰施工成本時，利用式(1)得到?(R)，并結合遺傳學計算出水中基礎圍堰施工成本的預算函數[10]，通過對預算函數的交叉檢驗，最終得到水中基礎圍堰施工成本的預算。詳細流程如下：

將水中基礎圍堰施工過程第j階段的所有成本開銷設置為fi(p(j))，施工過程第j階段的成本開銷為p(j)，利用ps描述預算水中基礎圍堰施工成本的約束值，并根據?(R)數據，結合遺傳學理論，推算出水中基礎圍堰施工成本的預算模型Y為：

(2)

假設水中基礎圍堰施工的質量成本為E(j)，第j個水中基礎圍堰施工過程的花銷為Eb(j)，則得到水中基礎圍堰施工成本的預算目標函數為：

(3)

其中：pc為交叉檢驗的概率；pm為變異的概率。

利用交叉檢驗概率pc0與變異概率pm0相結合[11]，實現對水中基礎圍堰施工成本的預算，預算結果為：

(4)

其中：φ(u)為水中基礎圍堰施工的預算成本占總成本的比例；?(s)為成本預算的基本單元。

根據以上計算過程，完成水中基礎圍堰施工成本的預算。

1.3 確定圍堰施工經濟效益評估指標權重

首先根據層次結構，確定圍堰施工經濟效益評估指標各層次指標的重要性，再根據重要性對其進行重新排序，最終確定圍堰施工經濟效益評估指標權重。具體步驟如下：

Step1：構建圍堰施工經濟效益層次分析矩陣。在水中基礎圍堰施工的過程中，構建圍堰施工經濟效益綜合評價體系，并將財務收益指標設為最優[12]，按照上述構建的圍堰施工經濟效益層次分析矩陣，獲取各個層次的指標體系，獲取其中的所有經濟效益評價指標。

Step2：構建圍堰施工的經濟效益的判斷矩陣群。根據上述構建的圍堰施工經濟效益層次分析矩陣，反映出水中基礎圍堰施工過程中經濟效益與各層次指標之間的關系，通過各指標對圍堰施工經濟效益的影響，圍堰施工經濟效益指標的最終權重也不同。

Step3：計算經濟效益評估指標權重向量。對上述各層次的經濟效益評估指標進行歸一化處理[13]，然后對各層次的經濟效益評估指標求和：

(5)

其中：wi為經濟效益評估指標求和均值。

因此，得到綜合指標權重w=(w1,w2,…,wn)T，即為圍堰施工經濟效益評價指標權重

Step4：判斷圍堰施工經濟效益評價指標的排序方法。對上述求得的圍堰施工經濟效益評價指標函數進行加權處理，得到每個層次指標的加權系數，從而確定圍堰施工經濟效益各層次的評估指標權重。

1.4 構建圍堰施工經濟效益評估模型

水中基礎圍堰施工經濟效益綜合評估體系是水中基礎圍堰施工效益的指南，它通過多層次評價指標對經濟效益進行約束[14]，提高水中基礎圍堰施工的經濟效益，構建圍堰施工經濟效益評估體系，見表1。

表1 圍堰施工經濟效益評估體系

利用多元性表示水中基礎圍堰施工經濟效益綜合評估指標之間的線性關系[15]，并用Y表示綜合評估指標的評估變量，用x表示經濟效益評估指標的自變量，ξ表示綜合評估指標的誤差，得到圍堰施工經濟效益評估模型，公式如下：

Y=β0+β1x1+β2x2+…+βPxP+ξ

(6)

式中:P為綜合評估指標的回歸函數，它受變量Y的影響，得到自變量x1,x2,…,xp，該模型的經濟收益綜合評估指標函數為β0,β1,…,βP。

根據圍堰施工經濟效益評估體系，構建了圍堰施工經濟效益評估模型，實現了圍堰施工經濟效益的評估[16]。

2 實例分析

2.1 項目概況

該項目是江西某市公路中的一部分，路線長度約2.1 km，設特大橋1座，長度1 046 m，橋兩側引道長1 054 m，平面交叉3處。原有橋梁已評定為危橋，處于封橋禁止通行狀態，本次設計予以拆除并新建大橋。

2.2 測算施工項目的成本

2.2.1 測算節能與能源利用成本

該項目的節能與能源利用成本包括燈具及節能設備的購置，節能與能源利用成本的測算過程見表2。

表2 節能與能源利用成本的測算過程

2.2.2 測算節材與材料資源利用成本

該項目的節材與材料資源利用成本主要是環保材料的使用，通過了解實際的水中基礎圍堰施工項目，及時與施工經濟效益管理人員進行溝通，識別出節材與材料資源利用成本的措施。節材與材料資源利用成本的測算過程見表3。

表3 節材與材料資源利用成本的測算過程

2.2.3 測算節地與土地資源利用成本

該項目的節地與土地資源利用成本包括施工操作平臺的搭建和施工區域的布置，節地與土地資源利用成本的測算過程見表4。

表4 節地與土地資源利用成本的測算過程

2.2.4 測算節水與水資源利用成本

該項目的節水與水資源利用成本包括購置與安裝廢水循環裝置、節水器具的購置，節水與水資源利用成本的測算過程見表5。

表5 節水與水資源利用成本的測算過程

2.3 測算施工項目的經濟效益

2.3.1 節能與能源利用經濟效益

根據水中基礎圍堰施工的現場情況，結合節點設備銘牌，測算節能與能源利用的經濟效益，結果見表6。

表6 節能與能源利用的經濟效益

根據江西省工業用電單價0.65元/kW·h，計算出該項目節能與能源利用的經濟效益為159 120元。

2.3.2 節材與材料資源利用經濟效益

將節材與材料資源利用的經濟效益劃分為兩類，包括節材工藝和環保材料。通過識別水中基礎圍堰施工節材措施，對節材與材料資源利用經濟效益的措施進行分類歸納，根據該項目的采購臺賬，測算出節材與材料資源利用的經濟效益[17]，得到兩類經濟效益分別為42 000和1 030 200元。

2.3.3 節地與土地資源利用經濟效益

該項目在節地與土地資源利用中只統計了活動板房的搭設面積和場地硬化面積，水中基礎圍堰施工的實際硬化面積為108 574平方米，與基準施工方案相比節省了1 048平方米，占地的單位為560元，活動板房占地面積節省了604平方米，單價為180元，經計算得到節地與土地資源利用的經濟效益為695 600元。

2.3.4 節水與水資源利用經濟效益

將節水與水資源利用的經濟效益劃分為3類，包括雨水的收集與利用、節水設備的使用以及廢水循環利用。在統計節水設備使用數量的基礎上，估算出節水量為204 356 m3、施工過程中收集的雨水量為48 642 m3、廢水循環利用量為18 950 m3，按照工業用水單價2.8元/m3，計算出節水與水資源利用經濟效益為761 454.4元。

2.4 評估結果

通過對該項目的施工成本和經濟效益的測算，得到施工成本為352 580元，施工經濟效益為2 846 084元。

根據文中施工經濟效益綜合評估模型，選取折現率為6%，水中基礎圍堰施工的周期為2年，那么施工經濟效益的凈現值為：

ΔB=2 846 084×(1+6%)-2≈2 030 223

綜上所述，文中施工經濟效益綜合評估模型驗證了該施工方案是可行的，可以獲取更高的經濟效益。

3 結 語

近年來，隨著我國經濟建設的不斷發展，跨越大江大河的橋梁也越來越多，深水基礎的施工水平逐漸提高，針對傳統評價模型無法驗證施工方案可行性、經濟效益低的問題，為最大限度節省施工時間與施工成本，本文提出了水中基礎圍堰施工經濟效益綜合評估建模方法研究，實例分析顯示，該評估模型可以驗證施工方案的可行性。基礎圍堰施工經濟效益評估模型的構建，加快了施工進度、節省了工程造價，在施工應用過程中取得了良好的效果和經濟效益。但是本文的研究還存在很多不足，在今后的研究中，希望可以引入環境效益和社會效益指標，完善測算方法。