碼頭初步設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化與成本控制

陳 榆

(福建省港航勘察設(shè)計(jì)院 福建福州 350002)

碼頭初步設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化與成本控制

陳 榆

(福建省港航勘察設(shè)計(jì)院 福建福州 350002)

碼頭工程初步設(shè)計(jì)階段影響工程造價(jià)的因素主要有：總平面布置、裝卸工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。文章主要結(jié)合實(shí)例對(duì)沿海碼頭初步設(shè)計(jì)階段的兩個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較分析，使工程項(xiàng)目在符合規(guī)范、保證質(zhì)量的前提下，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)成本控制。

碼頭；初步設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；成本控制

1 初設(shè)階段工程造價(jià)控制的重要意義

碼頭工程造價(jià)管理是工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理的重要環(huán)節(jié)，科學(xué)確定和合理控制項(xiàng)目建設(shè)資金，有利于資源的合理配置、發(fā)揮資金的最佳效益。它貫穿于項(xiàng)目建設(shè)的決策、設(shè)計(jì)和施工等全過(guò)程，每個(gè)階段對(duì)建設(shè)項(xiàng)目造價(jià)影響程度各不相同。由圖1可以看出，初步設(shè)計(jì)階段對(duì)投資的影響度約為75%～95%。施工圖設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段，影響投資的可能性為10%～35%。到了施工設(shè)計(jì)階段，通過(guò)優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)節(jié)約工程投資的可能性僅有5%～10%。顯然，初步設(shè)計(jì)階段是控制工程造價(jià)的關(guān)鍵階段[2]，這個(gè)階段基本上確定了工程建設(shè)的規(guī)模布局、結(jié)構(gòu)形式、使用功能、工藝流程等，同時(shí)確定投資概算，即建設(shè)項(xiàng)目投資的最高限額。由于設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中更關(guān)注工程的使用功能，力求采用比較先進(jìn)的技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目所需功能，而對(duì)經(jīng)濟(jì)因素考慮較少，如果在設(shè)計(jì)階段吸收工程造價(jià)人員參與全過(guò)程設(shè)計(jì)，那么，在決定設(shè)計(jì)方案時(shí)，充分考慮整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)效益。另外，投資限額一旦確定，設(shè)計(jì)人員只能在確定的限額內(nèi)充分發(fā)揮個(gè)人創(chuàng)造力，力爭(zhēng)選擇更經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)技術(shù)目標(biāo)，從而確保設(shè)計(jì)方案能較好地體現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的完美結(jié)合。

圖1 建設(shè)過(guò)程各階段對(duì)投資的影響

2 工程案例

2.1 項(xiàng)目概況

廈門(mén)港東山5 000t級(jí)對(duì)臺(tái)客貨碼頭工程，建設(shè)規(guī)模為新建5 000t級(jí)客貨泊位1個(gè)及后方配套有客運(yùn)大樓、汽車(chē)待渡場(chǎng)、堆場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)、給排水、消防、供電照明等設(shè)施。根據(jù)工程自然條件及地質(zhì)條件特點(diǎn)，碼頭采用重力式沉箱結(jié)構(gòu)。

本文主要根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象的規(guī)模和特點(diǎn)、地質(zhì)條件、機(jī)械設(shè)備等客觀因素，從設(shè)計(jì)方案比選角度對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)階段成本優(yōu)化控制進(jìn)行分析。比選的原則是：在符合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)要求的前提下，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需要做進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足使用要求時(shí)投資最少的方案為優(yōu)先方案。

2.2 項(xiàng)目初始設(shè)計(jì)方案

圖2 帶卸荷板式沉箱結(jié)構(gòu)斷面圖

2.2.1 結(jié)構(gòu)選型

根據(jù)地質(zhì)勘察鉆孔資料，工程區(qū)自上而下主要地層分別為淤泥、中砂、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖、散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和中風(fēng)化花崗巖。

基于工程區(qū)自然條件及地質(zhì)特點(diǎn)，提出重力式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。重力式碼頭結(jié)構(gòu)型式具有整體性好、結(jié)構(gòu)耐久性好、施工較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，且在福建港口建設(shè)中占有重要地位，建設(shè)、施工單位均有成熟的經(jīng)驗(yàn)。

在碼頭結(jié)構(gòu)型式的基礎(chǔ)上，最初的設(shè)計(jì)方案采用帶卸荷板的沉箱結(jié)構(gòu)方案，如圖2所示。將基礎(chǔ)持力層選擇在中風(fēng)化花崗巖層和全風(fēng)化花崗巖層。碼頭泊位直立段長(zhǎng)175m，碼頭面高程為5.16m。停泊水域設(shè)計(jì)底高程為-8.1m。基床采用10kg～100kg塊石夯實(shí)整平，沉箱外形尺寸為6.5m×9.75m×10m(長(zhǎng)×寬×高)，單個(gè)沉箱重量約為407t，卸荷板厚度1.5m，懸臂3m。沉箱內(nèi)拋填海砂，上部為現(xiàn)澆C40砼胸墻，胸墻后方設(shè)拋石棱體，并設(shè)置倒濾層。碼頭面層采用現(xiàn)澆砼面層[1]。

2.2.2 主要設(shè)計(jì)荷載

(1)恒載：回填料荷載、面層結(jié)構(gòu)荷載、結(jié)構(gòu)物自重；

(2)均布荷載：碼頭前沿線30m范圍內(nèi)20kN/m2、道路10kN/m2、堆場(chǎng)30kN/m2；

(3)裝卸設(shè)備荷載：20t汽車(chē)、25t軌道式龍門(mén)吊，Q35牽引車(chē)，20t平板車(chē)，25t輪胎式起重機(jī)，5t叉車(chē)；

(4)地震荷載：按7度抗震設(shè)防烈度設(shè)計(jì)。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案研究

3.1 初始設(shè)計(jì)方案存在的問(wèn)題

(1)選擇中風(fēng)化花崗巖層和全風(fēng)化花崗巖層作為基礎(chǔ)持力層，巖面高度較深，導(dǎo)致基槽開(kāi)挖和基床拋石的工程量較大，影響工期，造價(jià)較高。

(2)碼頭主體結(jié)構(gòu)設(shè)置卸荷板，施工步驟繁瑣，施工速度較慢；其次，由于卸荷板的水平分縫，碼頭結(jié)構(gòu)分層較多，整體性較差，且增加砼用量，增加造價(jià)。

(3)綜合堆場(chǎng)裝卸工藝布置方案：采用軌道式龍門(mén)吊，堆場(chǎng)設(shè)備作業(yè)平穩(wěn)，堆場(chǎng)面積利用率高，電力驅(qū)動(dòng)，環(huán)保效果好，但裝卸設(shè)備總投資較大，靈活性相對(duì)較差，地基處理費(fèi)用高。

(4)道路堆場(chǎng)：從使用效果看，現(xiàn)澆砼面層雖然具有較高的抗壓強(qiáng)度、抗磨耗能力，耐久性強(qiáng)，能承受頻繁交通，但其施工工序多，對(duì)于地基沉降要求高，在使用過(guò)程中一旦發(fā)生破壞后修復(fù)困難。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

(1)優(yōu)化碼頭基槽開(kāi)挖深度：對(duì)碼頭持力層結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核，相應(yīng)抬高基床底高程，減小基床開(kāi)挖量和基床厚度，加快工期，降低造價(jià)。

(2)碼頭主體結(jié)構(gòu)：直接采用不帶卸荷板的沉箱結(jié)構(gòu)，安裝簡(jiǎn)易，縮短施工周期，節(jié)省造價(jià)，而且結(jié)構(gòu)整體性較優(yōu)化前更好。

(3)裝卸工藝配置：根據(jù)裝卸貨種實(shí)際需要做進(jìn)一步優(yōu)化配置，碼頭前沿裝卸船采用輪胎式起重機(jī)，水平搬運(yùn)采用叉車(chē)，堆場(chǎng)作業(yè)采用輪胎式起重機(jī)+叉車(chē)。

(4)道路堆場(chǎng)：采用高強(qiáng)聯(lián)鎖預(yù)制塊體代替現(xiàn)澆砼面層，其主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)地基不均勻沉降適應(yīng)性強(qiáng)，便于使用過(guò)程中及時(shí)調(diào)整與維修。

3.3 優(yōu)化方案造價(jià)分析與控制

參照2016年8月東山地區(qū)建材信息價(jià)，并套用交通運(yùn)輸部《沿海港口水工建筑工程定額》[3]，計(jì)算兩個(gè)方案造價(jià)匯總?cè)绫?所示。

表1 優(yōu)化設(shè)計(jì)前后造價(jià)對(duì)比表

通過(guò)表1進(jìn)行造價(jià)分析：

(1)基槽開(kāi)挖部分：通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，局部基槽開(kāi)挖底高程從-14.1m調(diào)整至-13.1m，減少基槽開(kāi)挖量，約節(jié)省造價(jià)9%。同時(shí)考慮對(duì)基槽疏浚物的拋填方案進(jìn)行優(yōu)化處理。基槽總開(kāi)挖量為25.3萬(wàn)方，經(jīng)分析，其中0.7萬(wàn)方可采用抓斗式挖泥船開(kāi)挖后直接回填至本項(xiàng)目后方陸域，運(yùn)距5km以內(nèi)，不僅節(jié)約土方的開(kāi)挖和外運(yùn)，也減少陸域形成回填料，一舉兩得。

(2)碼頭主體結(jié)構(gòu)部分：由于重力式沉箱較卸荷板式沉箱在施工流程上省了卸荷板預(yù)制和安裝的步驟，砼用量大大減少，可節(jié)省造價(jià)約0.4%。另外，沉箱可考慮在附近臨時(shí)預(yù)制場(chǎng)預(yù)制，采用駁運(yùn)和安裝，也可以達(dá)到控制造價(jià)的目的。

(3)裝卸工藝配置：在保證主要安全技術(shù)指標(biāo)與初始方案一致前提下，優(yōu)化配置的輪胎式起重機(jī)+叉車(chē)組合，為流動(dòng)式機(jī)械，機(jī)動(dòng)靈活、轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)方便，既能滿足單個(gè)沉箱重量小于500t的起吊要求，又可節(jié)省設(shè)備投資41%，頗具優(yōu)勢(shì)。

(4)道路、堆場(chǎng)面層結(jié)構(gòu)：現(xiàn)澆砼面層由于厚度較厚，施工工序較多，包括安模、澆注、養(yǎng)護(hù)等，不僅工期長(zhǎng)，而且造價(jià)高。而預(yù)制高強(qiáng)聯(lián)鎖塊，直接由臨時(shí)預(yù)制場(chǎng)預(yù)制完成后運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)，采取分區(qū)分段鋪筑法鋪設(shè)，施工工藝和質(zhì)量控制相對(duì)簡(jiǎn)便，節(jié)省造價(jià)18%。

3.4 造價(jià)控制效果

在符合規(guī)范、保證質(zhì)量、與初始方案基本一致的前提下，采取減少基槽開(kāi)挖量，調(diào)整主體結(jié)構(gòu)、面層結(jié)構(gòu)及裝卸工藝配置等一系列優(yōu)化措施，碼頭結(jié)構(gòu)整體性能更好，且降低了施工難度，縮短了建設(shè)工期，方案總造價(jià)節(jié)省約15.3%。

4 結(jié)語(yǔ)

在碼頭結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)階段，該工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員與造價(jià)人員密切配合，做到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程加強(qiáng)工程造價(jià)意識(shí)，做出方案比較，優(yōu)化設(shè)計(jì)。造價(jià)人員及時(shí)分析造價(jià)，為設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，項(xiàng)目小組形成有機(jī)整體，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，有效地實(shí)現(xiàn)了成本優(yōu)化控制。

[1] 福建省港航勘察設(shè)計(jì)院.廈門(mén)港東山5000噸級(jí)對(duì)臺(tái)客貨碼頭工程初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)[R].福建省港航勘察設(shè)計(jì)院，2016.

[2] 水運(yùn)工程造價(jià)工程師教材編寫(xiě)組.水運(yùn)工程造價(jià)計(jì)價(jià)與控制[M].2013.

[3] 交通部水運(yùn)工程定額站.沿海港口水工建筑工程定額[S].2004.

The Structure Optimization and Cost Control in Preliminary Stage Wharf Design

CHENYu

(Fujian Port & Waterway Investigation & Design Institute,Fuzhou 350002)

The major factors that affect construction cost in preliminary stage wharf design are general layout, loading and unloading technics and structure design scheme. This paper mainly compares and analyzes two preliminary stage costal wharf design scheme to find the way to achieve cost control by structure optimizing on the premise of conformance to specifications and quality guarantee.

Wharf; The preliminary design; Structure optimization; Cost control

陳榆(1981.9- ),女，工程師。

E-mail:xixi6918@sina.com

2017-05-15

TU-9

A

1004-6135(2017)07-0151-03