碼頭技術(shù)狀態(tài)和設(shè)施完好率評估相結(jié)合分析

卞亦青 趙敬考

碼頭作為港口功能的主要載體，是實現(xiàn)港口吞吐量的基礎(chǔ)。高樁碼頭是三大碼頭結(jié)構(gòu)形式之一，具有諸多優(yōu)勢，在我國普遍被采用。天津港碼頭結(jié)構(gòu)形式絕大多數(shù)為高樁梁板式碼頭，該結(jié)構(gòu)的特點之一就是構(gòu)件形式較多，如主體結(jié)構(gòu)包括前承臺構(gòu)件、后承臺構(gòu)件和擋土墻等，附屬設(shè)施包括碼頭護舷、系船柱設(shè)施等;加上天津港碼頭泊位眾多，建設(shè)年代參差不齊，設(shè)施破損情況存在很大差異，這就為港口設(shè)施管理部門的管理工作帶來了巨大壓力。如何對眾多高樁碼頭設(shè)施進行科學(xué)有效管理就成為一個復(fù)雜難題，歷來也是天津港關(guān)注的重點。

傳統(tǒng)的管理辦法是利用碼頭設(shè)施完好率來統(tǒng)計每年碼頭設(shè)施的完好情況，從而制定港口設(shè)施的管、養(yǎng)、修工作;該工作依托的是JTJ/T 289-97港口設(shè)施維護技術(shù)規(guī)程較老，其指導(dǎo)意義有待加強。2006年頒布了JTJ 302-2006港口水工建筑物檢測與評估技術(shù)規(guī)范，使碼頭設(shè)施的檢測評估有了操作的依據(jù)，但新規(guī)范和以往工作之間存在著許多脫節(jié)的地方，而且新規(guī)范中關(guān)于碼頭的附屬設(shè)施的檢測并沒有涉及，諸多因素要求將碼頭設(shè)施完好率和技術(shù)狀態(tài)分類進行分析研究，能合理結(jié)合起來，使得以往工作能夠在新規(guī)范的指導(dǎo)下繼續(xù)發(fā)揮其應(yīng)有的作用，并提高精度，減少人為因素的干擾，從而提升港口設(shè)施管理的水平和效能。

1 概念分析

1.1 碼頭技術(shù)狀態(tài)

碼頭技術(shù)狀態(tài)在JTJ/T 289-97港口設(shè)施維護技術(shù)規(guī)程中有規(guī)定，但只是定性的分為技術(shù)狀態(tài)良好、技術(shù)狀態(tài)正常、技術(shù)狀態(tài)不良和技術(shù)狀態(tài)惡劣四種，該規(guī)范沒有給出定量判別的方法，實際操作者無法根據(jù)規(guī)范準(zhǔn)確判定碼頭的技術(shù)狀態(tài)，普遍根據(jù)多年的實際工作經(jīng)驗來衡量。如果一定要從定量的角度去判別，則需要根據(jù)JTJ 302-2006港口水工建筑物檢測與評估技術(shù)規(guī)范進行，該規(guī)范給出了進行量化的計算指標(biāo)，作為計算依據(jù)可進行參考。

1.2 碼頭設(shè)施完好率

碼頭設(shè)施完好率沒有廣泛的和明確的定義，是天津港多年來評估碼頭設(shè)施的一個指標(biāo)。此概念和圍繞該概念進行的工作由來已久(已超過10年)，成為天津港管理部門衡量和評定泊位破損現(xiàn)狀的指標(biāo)，并為管理碼頭設(shè)施的管理、養(yǎng)護、維修依據(jù)[1］，為設(shè)施完好程度提供動態(tài)參考。其本質(zhì)的含義就是通過現(xiàn)場的調(diào)查檢測[2］結(jié)果，統(tǒng)計計算破損構(gòu)件和構(gòu)件總數(shù)之間的比例關(guān)系，建立碼頭設(shè)施破損情況的動態(tài)數(shù)據(jù)庫。

2 以往的工作及缺陷分析

以往碼頭設(shè)施的管理工作就是通過統(tǒng)計分析碼頭設(shè)施完好率來進行的。天津港碼頭設(shè)施每年都進行2次調(diào)查檢測[3］，分為春檢和秋檢，從而建立了現(xiàn)場破損構(gòu)件的數(shù)據(jù)庫。

以往采用以下公式計算碼頭設(shè)施完好率:

其中，sswhl為碼頭設(shè)施完好率;d*，t*為自前向后依次分別表示基樁、面板、梁、護舷、護輪坎、護木和擋土墻的破損數(shù)量和總數(shù)。

從公式可知，以往的工作存在以下明顯缺點:

1)影響高樁碼頭設(shè)施完好率的因素不全(缺少系船柱、樁帽等)。雖然主體構(gòu)件基本包括，但要提高完好率的精度，需要建立完善的模型;

2)影響因素的權(quán)重是依靠經(jīng)驗進行的一刀切，科學(xué)性、合理性和準(zhǔn)確性有待提高;

3)碼頭設(shè)施完好率是單獨的一項統(tǒng)計和計算工作，需要根據(jù)碼頭調(diào)查檢測結(jié)果另行安排進行，程序多，效率低。

隨著天津港碼頭設(shè)施的管理水平不斷提高，迫切需要對這些缺陷進行改進從而適應(yīng)工作需求。

3 改進思路

針對以往工作的缺陷，即得到本課題實施的思路:首先結(jié)合多年碼頭調(diào)查檢測經(jīng)驗建立因素齊全、科學(xué)合理的評判碼頭技術(shù)狀態(tài)模型;然后采用比較精確方法確定模型中各個因素的權(quán)重，取消一刀切做法，從而提高評估精度;最后根據(jù)碼頭技術(shù)狀態(tài)評估結(jié)果，尋找更為簡便的判定設(shè)施完好率的手段，簡化或取消單獨統(tǒng)計計算碼頭設(shè)施完好率工作，提高效益。

4 實施過程

基于改進思路，本課題實施過程如下。

4.1 建立因素齊全、科學(xué)合理的評估模型

模型的建立考慮到因素齊全，應(yīng)包含影響評估高樁碼頭技術(shù)狀態(tài)的所有因素。本模型包括了基樁、上部結(jié)構(gòu)、擋土結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)施四個方面，而上部結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)施下再細分具體的組成的構(gòu)件，每種構(gòu)件根據(jù)最新的《港口水工建筑物檢測與評估技術(shù)規(guī)范》進行安全性、耐久性和實用性評估劃分，不僅彌補原來工作中評估因素不夠全面的缺陷，而且評估模型具有評判依據(jù)。具體的評估模型見圖1。

圖1 模型的建立

4.2 精確確定各影響因素的權(quán)重

權(quán)重的精確確定是課題的難點和重點，特引入了采用層次分析法[4，5］進行確定。層次分析法(AHP法)是美國一位運籌學(xué)家提出的一種多層次、多目標(biāo)、多方案的綜合比較法，其核心思想是將決策者的經(jīng)驗判斷給予量化，從而為決策者提供定量形式的決策依據(jù)，在目標(biāo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)的情況下更為實用。

本課題模型中因素權(quán)重的確定是通過天津港二十多名專家依據(jù)自己經(jīng)驗進行打分，形成多名專家對影響因素重要程度判斷的打分表，其結(jié)果由程序編制人員整理分析形成可輸入的判斷矩陣，再將該矩陣輸入到編寫好的程序中進行運算求出結(jié)果，從而精確得到權(quán)重的大小(見圖2)。

把層次分析法引入到天津港碼頭設(shè)施管理領(lǐng)域是具有創(chuàng)新意義的，不僅能精確確定權(quán)重大小，而且大大提升了港口設(shè)施管理的水平，具有可信性高、人為因素影響小的優(yōu)點。

4.3 碼頭技術(shù)狀態(tài)的評估運算

將精確權(quán)重系數(shù)配置到因素齊全的模型中，就具備技術(shù)狀態(tài)運算的基礎(chǔ)條件。模型運算利用模糊數(shù)學(xué)[6］層層進行運算得到碼頭的技術(shù)狀態(tài)判定結(jié)果。判定的過程就是從低向高進行運算，即由各個構(gòu)件的基礎(chǔ)調(diào)查檢測資料形成的判定矩陣和該構(gòu)件的權(quán)重由下向上進行運算，得到上一級因素的判定矩陣，該判定矩陣再和相應(yīng)的因素權(quán)重進行運算得到更高一級因素的判定矩陣，直到最終運算得到碼頭技術(shù)狀態(tài)的判定結(jié)果。

圖2 權(quán)重確定過程

最終的評估判定結(jié)果有兩個指標(biāo):一個是能按照最大隸屬度判定技術(shù)狀態(tài)的判斷參數(shù);另一個就是評價判斷參數(shù)的隸屬度系數(shù)。根據(jù)判斷參數(shù)，可以判定碼頭設(shè)施所屬的技術(shù)狀態(tài)，根據(jù)隸屬度系數(shù)則可判定碼頭設(shè)施隸屬于該技術(shù)狀態(tài)的程度。

4.4 利用碼頭技術(shù)狀態(tài)結(jié)果簡化設(shè)施完好率工作

通過建立完善模型，精確確定因素權(quán)重，采用模糊數(shù)學(xué)運算得到碼頭技術(shù)狀態(tài)結(jié)果可知，整個過程與確定碼頭設(shè)施完好率并沒有直接關(guān)系，不能簡化或取消單獨對設(shè)施完好率計算和統(tǒng)計的工作。如果能利用技術(shù)狀態(tài)的判定結(jié)果來確定設(shè)施完好率，使得二者進行密切結(jié)合則可以簡化后者的工作。

根據(jù)模型運算結(jié)果可知，結(jié)果包括兩個參數(shù)，其中之一就是隸屬度系數(shù)，該系數(shù)的本質(zhì)含義與碼頭設(shè)施完好率表達的含義密切相關(guān)，即隸屬度系數(shù)越大，反映碼頭的設(shè)施完好率越大。因此可嘗試通過隸屬度系數(shù)和設(shè)施完好率結(jié)果建立相關(guān)關(guān)系，形成相關(guān)曲線。

根據(jù)某一年碼頭技術(shù)狀態(tài)判定結(jié)果中的隸屬度系數(shù)來確定設(shè)施完好率偶然性較大，因此，為了能將技術(shù)狀態(tài)和完好率之間合理有效進行結(jié)合，需要對近幾年的設(shè)施完好率重新進行統(tǒng)計分析，從而探尋其中的統(tǒng)計規(guī)律，建立相關(guān)曲線(見圖3)，從而使得今后的設(shè)施完好率只需要通過擬合曲線查詢即可得到，節(jié)省了該項工作的單獨委托、計算和統(tǒng)計。

圖3 碼頭設(shè)施技術(shù)狀態(tài)和完好率相關(guān)曲線

重新計算泊位設(shè)施完好率采用以下改進后的公式:

其中，sswhl為設(shè)施完好率;d*，t*為自前向后依次分別表示基樁、面板、梁、樁帽、靠船構(gòu)件、系船柱、護舷、護輪坎、護木和擋土墻的破損數(shù)量和總數(shù);k1～k10為不同構(gòu)件的權(quán)重系數(shù)，采用專家打分后程序運算結(jié)果。

采用式(2)重新計算主要考慮是公式與新建的高樁碼頭技術(shù)狀態(tài)判定模型中的因素相對應(yīng)，具有因素齊全、科學(xué)合理特點;且因素的權(quán)重采用層次分析計算后得到的精確權(quán)重，其結(jié)果和利用模型計算得到的碼頭技術(shù)狀態(tài)結(jié)果相互對應(yīng)。如果采用原有的設(shè)施完好率計算式(1)與現(xiàn)在計算所得的碼頭技術(shù)狀態(tài)結(jié)果去建立相關(guān)關(guān)系，則會出現(xiàn)錯誤的對應(yīng)關(guān)系，不能正確反映設(shè)施破損現(xiàn)狀。特以2007年天津港14段～15段碼頭為例比較式(1)和式(2)權(quán)重與結(jié)果差別(見表1)。

表1 權(quán)重和結(jié)果比較表

從以上兩個公式比較可知，式(2)的權(quán)重精確度高，影響因素齊全，計算所得的設(shè)施完好率更為可信，因此選用式(2)結(jié)果與碼頭技術(shù)狀態(tài)結(jié)果進行曲線擬合。

5 結(jié)語

從港口設(shè)施管理的實際需求出發(fā)，分析了以往對碼頭設(shè)施完好率評估中存在的不足情況，將模糊數(shù)學(xué)和層次分析法引入到港口設(shè)施管理領(lǐng)域，建立了高樁碼頭技術(shù)狀態(tài)評估模型，并且針對模型中的因素采用層次分析法進行確定，不僅具有創(chuàng)新性，而且提高了精度，解決了理論研究在管理實際應(yīng)用中所面臨的諸多難題，實際意義強，理論水平高，社會效益大。通過本課題研究成果，可將每年天津港碼頭調(diào)查檢測結(jié)果直接應(yīng)用到管理領(lǐng)域中，通過碼頭設(shè)施的技術(shù)狀態(tài)結(jié)果可查詢設(shè)施完好率，減少了中間環(huán)節(jié)，具有良好的經(jīng)濟效益，同時也開創(chuàng)了一條新的港務(wù)設(shè)施管理手段。

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