絞吸船日常施工報(bào)表的效率統(tǒng)計(jì)與分析

任龍濤1，彭雙林2

摘 要：疏浚工程施工過(guò)程中，監(jiān)控疏浚船舶的日?qǐng)?bào)信息對(duì)于監(jiān)控船舶施工進(jìn)度，了解船舶施工狀況有著重要作用，由于絞吸船在施工過(guò)程中疏浚土質(zhì)和開(kāi)挖位置相對(duì)穩(wěn)定，日?qǐng)?bào)統(tǒng)計(jì)資料易于結(jié)合影響絞吸船絞刀破土能力的土質(zhì)條件因素以及影響泥泵輸送能力的管線(xiàn)長(zhǎng)度等因素，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理，提煉、分析船舶當(dāng)天的施工效率，較為準(zhǔn)確的評(píng)估該船舶在其他項(xiàng)目中類(lèi)似的土質(zhì)，工況條件下的施工效率，評(píng)估疏浚單方成本的合理性。

關(guān)鍵詞：絞吸船；報(bào)表；效率；統(tǒng)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U676 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）06-0071-02

絞吸式挖泥船的施工效率主要由絞刀切削能力和泥泵輸送能力兩方面決定，針對(duì)絞吸船效率的發(fā)揮和提高等問(wèn)題，前人已經(jīng)做了很多研究，如針對(duì)開(kāi)挖土質(zhì)選用合適的絞刀頭類(lèi)型，調(diào)整泥泵葉輪大小和數(shù)量，控制泥泵轉(zhuǎn)速與管線(xiàn)長(zhǎng)度和管徑相匹配等。疏浚公司一般將日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)視為對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度和成本監(jiān)控的一種手段，如果將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)和加工，按照字段的格式形成數(shù)據(jù)庫(kù)，可以為今后項(xiàng)目的施工組織、投標(biāo)過(guò)程中所涉及的進(jìn)度安排、成本估算提供直接參考。

針對(duì)絞吸船實(shí)際施工效率的總結(jié)問(wèn)題，荷蘭IHC公司在恒定開(kāi)挖土質(zhì)粒徑，恒定泥泵功率的條件下，總結(jié)繪制了不同粒徑條件下絞吸船施工效率隨吹距增加而逐步減少的曲線(xiàn)，但該數(shù)據(jù)偏理論化，實(shí)際施工效率往往難以達(dá)到該曲線(xiàn)所繪制的數(shù)值。

在前人對(duì)絞吸船效率研究的基礎(chǔ)上，本文以某疏浚工程IHC7025絞吸船型為例，介紹采用統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)絞吸船的日?qǐng)?bào)信息進(jìn)行分析，采用統(tǒng)一的模式形成數(shù)據(jù)庫(kù)，從而總結(jié)出絞吸船在不同工況下的施工效率，以表示該船舶在特定的土質(zhì)條件下，特定的管線(xiàn)長(zhǎng)度所應(yīng)達(dá)到的實(shí)際工效。

1 日?qǐng)?bào)表的主要信息

絞吸船在施工過(guò)程中所涉及到數(shù)據(jù)較多，如船舶施工位置、挖深、吹距、效率、流速、產(chǎn)量等，采用以天為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析主要有以下幾方面便利：①船舶的位置變化相對(duì)較小，結(jié)合當(dāng)天的挖深情況可以套用就近的鉆孔信息，了解當(dāng)天開(kāi)挖的土質(zhì)類(lèi)型。②吹填管線(xiàn)長(zhǎng)度相對(duì)固定，便于分析。③施工效率比較穩(wěn)定，綜合考慮了施工過(guò)程中開(kāi)工，停工，移船等施工停歇所造成的效率降低。④施工工程量可結(jié)合當(dāng)天絞吸船開(kāi)挖進(jìn)尺情況進(jìn)行校正，避免從產(chǎn)量計(jì)讀取的效率數(shù)據(jù)因開(kāi)挖原狀土容重設(shè)定所造成的產(chǎn)量偏差。

日?qǐng)?bào)應(yīng)記錄的信息主要有：①起挖點(diǎn)坐標(biāo)（如有移船應(yīng)記錄移船前后的絞刀坐標(biāo)）；②挖寬，挖深情況；③預(yù)估產(chǎn)量；④生產(chǎn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)；⑤小時(shí)效率計(jì)算。

隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的疏浚公司在疏浚設(shè)備上采用了實(shí)時(shí)的船舶數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，即通過(guò)挖泥船的數(shù)據(jù)采集傳感器，通訊技術(shù)，數(shù)據(jù)處理終端，完成船舶的機(jī)械性能數(shù)據(jù)和產(chǎn)量數(shù)據(jù)的采集，傳輸，分析，整理和存儲(chǔ)，減少了信息傳遞過(guò)程的延遲和失真，有利于產(chǎn)量工程師、船機(jī)工程師等技術(shù)人員及時(shí)收集整理數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和糾偏。

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基本假設(shè)

采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法處理日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)，需做以下假定條件：①假定土質(zhì)鉆探資料和日?qǐng)?bào)記錄資料均真實(shí)有效；②假定鉆孔臨近區(qū)域內(nèi)的土層垂直分布情況與該區(qū)域鉆孔揭露土層情況一致；③假定開(kāi)挖疏浚土在管道當(dāng)中為固液二相流，即疏浚土不溶解于輸送液體；④假定在船舶正常施工所允許的工況范圍內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)因素（風(fēng)，流，潮汐，波浪，等）對(duì)船舶施工效率的影響在時(shí)間上恒定的，在空間上是均勻的。有了該假設(shè)，相同土質(zhì)條件和管線(xiàn)長(zhǎng)度下統(tǒng)計(jì)的日平均效率才具有可統(tǒng)計(jì)性。⑤假定絞吸船施工效率X在確定的管線(xiàn)長(zhǎng)度和確定的土質(zhì)條件下，數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，即。根據(jù)正態(tài)分布的性質(zhì)，分布函數(shù)F（X）= =95.4%。隨著標(biāo)準(zhǔn)差越大，數(shù)據(jù)的離散性越大，相應(yīng)的密度函數(shù)曲線(xiàn)越平緩，如若樣本計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)差值過(guò)大，則統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的置信區(qū)間將在實(shí)際工作當(dāng)中失去指導(dǎo)意義。因此必須對(duì)參與統(tǒng)計(jì)的樣本進(jìn)行分組和篩選。

3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的主要流程

3.1 按照鉆孔點(diǎn)劃分代表區(qū)域

根據(jù)鉆孔點(diǎn)所揭示的土層信息來(lái)判斷絞吸船當(dāng)日所開(kāi)挖的巖土情況無(wú)疑是一種近似判斷的方法。由于疏浚工程施工面積大，設(shè)計(jì)勘察階段所做的疏浚區(qū)域的鉆孔間距多在幾百米，如何依據(jù)有限的鉆孔信息來(lái)判斷疏浚的土質(zhì)類(lèi)型至目前尚沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范可循。而業(yè)內(nèi)工程師在這方面已經(jīng)做過(guò)一些研究，如王凱在《疏浚工程土工土質(zhì)方量計(jì)算方法探討》一文介紹了投影軸線(xiàn)法和類(lèi)似斷面法，并結(jié)合Hypack等疏浚測(cè)量軟件開(kāi)拓了新的思路。為簡(jiǎn)化計(jì)算流程，本文采用兩鉆孔點(diǎn)間劃分垂直平分線(xiàn)的方法將施工區(qū)域劃分，用該鉆孔的信息來(lái)代表其所屬的區(qū)域，區(qū)域中每一點(diǎn)到該鉆孔點(diǎn)的距離最近。

3.2 判斷開(kāi)挖土質(zhì)

為便于日平均施工效率的統(tǒng)計(jì)，所有在疏浚過(guò)程中所可能涉及到土質(zhì)均應(yīng)依據(jù)勘查報(bào)告和巖土室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)予以分類(lèi)。分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)可參照《疏浚與吹填工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 181-5-2012），也可針對(duì)主要影響船舶效率的土質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)。例如：對(duì)于裝配大型絞刀功率的絞吸船來(lái)說(shuō)，開(kāi)挖標(biāo)貫擊數(shù)N<10和10

完成土質(zhì)類(lèi)型的劃分后，還需要根據(jù)鉆孔柱狀圖和鉆孔平面位置標(biāo)注土質(zhì)在疏浚區(qū)域內(nèi)的空間分布情況，從而可以根據(jù)每天記錄的坐標(biāo)點(diǎn)和挖深數(shù)據(jù)判斷當(dāng)天的疏浚土類(lèi)。

3.3 吹距數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由于絞吸船的施工效率取決絞刀的破土能力和泥泵的輸送能力，那么，在吸入濃度一定的情況下，流量的大小將直接決定效率的高低。一般情況下，在泥泵輸出功率一定的情況下，漿體流量與輸送距離直接相關(guān)。因此，在日常的報(bào)表統(tǒng)計(jì)當(dāng)中，對(duì)當(dāng)日的管線(xiàn)長(zhǎng)度及布設(shè)情況做詳細(xì)的記錄非常重要。

對(duì)于疏浚過(guò)程中通過(guò)絞刀拌和形成的漿體為典型的固液二相流，固相和液相之間不僅存在相互作用以及動(dòng)量和能量的交換與傳遞，而且還涉及到質(zhì)量的輸送及擴(kuò)散。因此，從微觀方面考慮，漿體在輸送過(guò)程中，能量和質(zhì)量交換相當(dāng)復(fù)雜，難以采用數(shù)學(xué)方式進(jìn)行描述，因此，可將顆粒與流體混合形成的漿體統(tǒng)一視為一種偽均質(zhì)流體。

記錄漿體在管線(xiàn)輸送當(dāng)中的吹距，涉及到沿程水頭損失和局部的水頭損失。Darcy-Weisbach在1845年提出了均質(zhì)流體沿程水力摩阻的計(jì)算公式：

局部水頭損失系數(shù)的取值問(wèn)題，工程人員往往采用各行業(yè)相關(guān)水力計(jì)算手冊(cè)給定的局部水頭損失系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。而國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于局部水頭損失系數(shù)做過(guò)了大量的研究，如趙寶峰等對(duì)突然擴(kuò)大管的局部水頭損失系數(shù)計(jì)算中沿程損失的影響進(jìn)行了研究并結(jié)合試驗(yàn)對(duì)工時(shí)進(jìn)行了修正；Valiantzas通過(guò)考慮局部水頭損失和沿程水頭水頭損失的關(guān)系對(duì)Darcy-Weisbach公式進(jìn)行了改進(jìn)。

通過(guò)對(duì)管線(xiàn)長(zhǎng)度和布設(shè)形態(tài)的記錄，將其轉(zhuǎn)換為等效吹距，可以消除因管線(xiàn)形態(tài)，排高等影響因素，使得效率數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)更為科學(xué)和實(shí)用。

3.4 效率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

針對(duì)記載詳細(xì)的日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)，除采用數(shù)據(jù)庫(kù)的形式進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)，還應(yīng)進(jìn)行分析匯總，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法分篩檢索，形成相關(guān)曲線(xiàn)。

該統(tǒng)計(jì)模型所涉及到的參數(shù)主要有：土質(zhì)類(lèi)型、吹距長(zhǎng)度、施工效率，所形成的統(tǒng)計(jì)圖表可參考圖 1。其中，效率分組采用間距為200m的管線(xiàn)長(zhǎng)度分段，采用正態(tài)分布（置信區(qū)間α=95%）進(jìn)行分段統(tǒng)計(jì)。

4 總結(jié)

通過(guò)上述對(duì)日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)的分類(lèi)整理和統(tǒng)計(jì)計(jì)算，有利于積累同類(lèi)船型在不同的工況條件下的施工效率數(shù)據(jù)，從而不斷提高疏浚企業(yè)對(duì)自有船舶設(shè)備的能力認(rèn)識(shí)，從而為自行測(cè)算工期編排和費(fèi)用估算提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

另外，由于日?qǐng)?bào)當(dāng)中涉及到的產(chǎn)量數(shù)據(jù)一般是根據(jù)船舶挖進(jìn)進(jìn)尺或者漿體流量產(chǎn)量計(jì)估算出來(lái)的，因此，在最終形成的效率數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中還應(yīng)按照總實(shí)際完成產(chǎn)量和總估算產(chǎn)量的比值進(jìn)行修正，使統(tǒng)計(jì)結(jié)果不斷趨于反應(yīng)真實(shí)的效率情況。

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