挖泥船選型評分系統(tǒng)在大型珊瑚砂疏浚吹填工程中的應(yīng)用

竇 碩，張勁弟

（北京城建集團有限責(zé)任公司，北京100088）

0 引言

挖泥船作為國內(nèi)外最為主要的海事疏浚吹填設(shè)備，近年來在國內(nèi)外得到了不斷的發(fā)展，挖泥船的設(shè)備選擇逐漸增多，如何合理高效地選擇合適的挖泥船，對于工程施工而言意義重大，是工程施工的前提條件。

國內(nèi)尚無合理有效的挖泥船選型體系，我國的疏浚吹填設(shè)備選型基本停留在專家建議和領(lǐng)導(dǎo)決策的層面上[1]，還沒有進入到系統(tǒng)的挖泥船選型階段。一般情況下，主要從以下幾個方面進行基本的考慮：1）技術(shù)上能夠滿足疏浚吹填的技術(shù)要求；2）功效上能滿足工程合同的基本需要；3）經(jīng)濟上能最大限度的控制施工成本[2]。挖泥船的最終選型應(yīng)在對項目相關(guān)資源進行充分掌握和分析后，從合同、技術(shù)、設(shè)計、施工、功效、經(jīng)濟、環(huán)境污染及自然環(huán)境等方面進行綜合考慮，最終確定挖泥船類型。

本文通過考慮海內(nèi)外類似工程案例及查閱大量文獻(xiàn)后，總結(jié)出一套挖泥船選型評分系統(tǒng)，以期對相關(guān)疏浚吹填工程提供借鑒及參考。

1 工程背景

實例工程所在地為亞洲印度洋上的一個群島國家。該國現(xiàn)有的國際機場跑道長3 200 m，寬45 m，目前機場的基礎(chǔ)設(shè)施已趨于飽和，無法滿足航空業(yè)務(wù)量快速增長的需求，嚴(yán)重影響該國的經(jīng)濟社會發(fā)展，急需擴建機場規(guī)模。該國際機場改擴建工程需占用大量土地，為解決目前機場島土地資源短缺的問題，需要進行填海造地，該工程填海面積約為75萬m3，平均填海深度約為7.5 m，經(jīng)測算，總填方量約為565萬m3。吹填海砂以中粗珊瑚砂/礁灰?guī)r為主，細(xì)珊瑚砂為輔。

2 挖泥船分類

國內(nèi)外挖泥船根據(jù)其工作原理主要進行如圖1 所示的分類[3，4]：

3 挖泥船選型評分系統(tǒng)

圖1 挖泥船分類示意圖

挖泥船的選型一般分為兩個階段：第一階段為按照影響考慮因素對挖泥船的類型進行選擇；第二階段是在挖泥船類型選定后，對挖泥船的具體尺寸、規(guī)格及參數(shù)等進行選型。本文主要對第一階段的挖泥船選型進行系統(tǒng)建模，通過綜合分析施工實踐中的影響因素，用數(shù)學(xué)統(tǒng)計的方法進行整合歸納，建立一套適合于疏浚吹填工程的挖泥船選型評分系統(tǒng)，以期對后續(xù)的工程建設(shè)提供借鑒作用。

3.1 選型的影響因素

通過綜合大量工程案例以及查閱大量文獻(xiàn)后，總結(jié)出在挖泥船選型過程中應(yīng)著重考慮以下因素：

1）工程地質(zhì)條件：地形地貌，工程地質(zhì)、疏浚土種類和性質(zhì)（可開挖性），特殊性巖土及不良地質(zhì)作用。

2）水文及氣候氣象條件：水文條件，氣象條件，氣候條件。

3）交通便利程度及操作可行性：取砂區(qū)和吹砂區(qū)的相對地理位置，疏浚及其輔助設(shè)備調(diào)遣方式及可行性，通航情況及周邊特殊交通狀況等。

4）技術(shù)指標(biāo)：挖泥船適用性及設(shè)備性能要求，具體工況下挖泥船的生產(chǎn)效率，作業(yè)過程中的環(huán)境保護，地層控制。

5）設(shè)計指標(biāo)：疏浚及吹填規(guī)模，吹填料的需求，取砂區(qū)域的選取、開挖深度及寬度，施工工藝。

6）安全指標(biāo)：不同類型挖泥船對類似場地和環(huán)境的安全評估，大船限高情況。

7）質(zhì)量指標(biāo)：含泥量的要求，材料粒徑，壓實情況控制。

8）經(jīng)濟指標(biāo)：市場綜合情況，綜合成本對比。

9）商務(wù)合同要求：工程量，工期，持續(xù)時間，其他特殊要求。

10）其他影響因素根據(jù)不同的工程有所不同，此處不贅述。

3.2 挖泥船選型評分系統(tǒng)模型介紹

3.2.1 總體原則

1）遴選挖泥船選型的主要影響因素，并對主要影響因素項進行二級劃分，再對各二級項影響因素進行主控項和一般項的劃分。

2）進行分值分配：首先對每一個大評分項（影響因素）進行分值分配，其次對每一個小評分項進行分值分配；每一個小的評分項分為3個等級：不適用，一般情況下適用，適用。每一個小評分項的等級評分分別為零分，滿分/2，滿分。

3）分值統(tǒng)計：當(dāng)分項中的小項分值統(tǒng)計中有零分出現(xiàn)時，如果在主控項中出現(xiàn)零分，則按常規(guī)此類型挖泥船應(yīng)該禁止選用，如果因特殊原因必須選用，則需進行專家討論。如果一般項出現(xiàn)零分，但是分項總分之和超過半數(shù)，則可以接受。

3.2.2 挖泥船選型評分系統(tǒng)（表1）

表1 挖泥船評分系統(tǒng)模型

表1中：1）S1，S2，S3分別代表不適用，一般情況下適用，其影響系數(shù)數(shù)值分別為0，0.5和1；2）A，B，C，D…J…等表示影響因素，每一個大的影響因素下分為各小項影響因素；3）影響因素評分與適用性影響系數(shù)的乘積即為每一小項影響因素的得分，其中適用性影響因素的選取由技術(shù)經(jīng)濟相應(yīng)專業(yè)人員或?qū)I(yè)團隊共同確定，分別在選取S1，S2或者S3其中之一數(shù)值的同時，其他兩個適用性影響因素定義為0；4）總分統(tǒng)計中要相應(yīng)標(biāo)出零分出現(xiàn)的情況。

3.2.3 挖泥船選型流程

首先，要對市場情況進行初步分析，淘汰市場上基本上不用或者無任何使用價值的挖泥船，對剩余的挖泥船類型進行選型，選型流程見圖2。

圖2 挖泥船選型流程圖

4 工程實例的應(yīng)用

4.1 挖泥船選型影響因素選取、分項的劃分及分值分配

實例工程的疏浚吹填工程條件特殊，其吹填材料為珊瑚砂/礁灰?guī)r，且吹填區(qū)域為機場飛行區(qū)限界范圍內(nèi)，對機場的運營影響極大。結(jié)合前期的現(xiàn)場踏勘、資料收集及市場信息征詢等信息，選取表2中影響因素綜合進行挖泥船選型。

4.2 應(yīng)用挖泥船選型評分系統(tǒng)進行評分

通過對市場的綜合分析，挖泥船在市場上應(yīng)用較多且選擇面廣的主要有兩種：絞吸式挖泥船和耙吸式挖泥船，所以本實例工程在初期主要對此兩種挖泥船進行對比分析。

1）絞吸式挖泥船分析和評分過程

如果該項目采用絞吸式挖泥船，則必須重點考慮如下潛在條件：①取砂地點位于機場島瀉湖內(nèi)側(cè)；②瀉湖內(nèi)側(cè)水上飛機的營運影響；③瀉湖內(nèi)側(cè)取砂地層及取砂量的控制；④絞吸式挖泥船在當(dāng)?shù)厥袌龅倪\營情況；⑤絞吸式挖泥船填海后對機場跑道下部地層的承載力影響。在著重考慮以上幾點的情況下，絞吸式挖泥船評分過程見表2。

由表2可得，各個評分項中不存在零分項，絞吸式挖泥船在挖泥船選型評分系統(tǒng)中總評分為91.5分。

2）耙吸式挖泥船分析和評分過程

如果該項目采用耙吸式挖泥船，則必須重點考慮如下潛在條件：①取砂地點位于約20 km外的環(huán)礁；②挖泥船進出瀉湖內(nèi)側(cè)受到水上飛機運營時間的限制（06:00am-18:00pm受限）；③取砂質(zhì)量無法控制；④耙吸式挖泥船在當(dāng)?shù)厥袌龅倪\營情況；⑤耙吸式挖泥船的成本情況；⑥耙吸式挖泥船的交通及調(diào)遣情況。在著重考慮以上幾點的情況下，耙吸式挖泥船評分過程見表2。

由表2可知，耙吸式挖泥船的安全指標(biāo)中，控制項風(fēng)險評估和限高要求評分項均存在零分項，且挖泥船選型評分系統(tǒng)總評分為67分。經(jīng)分析，零分項主要由于工程吹填施工位于瀉湖的水上飛機運營區(qū)和機場的限高范圍內(nèi)，對于船舶的限高和航行影響極大，無法避免安全風(fēng)險，故無法使用耙吸式挖泥船進出及進行噴砂作業(yè)，此項評分為零分。即使通過風(fēng)險規(guī)避和其他措施避免此項安全風(fēng)險，耙吸式挖泥船的評分也大大低于絞吸式挖泥船。

4.3 挖泥船選型初選

根據(jù)挖泥船選型評分系統(tǒng)的綜合比選，絞吸式挖泥船各影響因素評分無零分，評分總分90分以上，是非常理想的選擇。同時耙吸式挖泥船的安全影響因素分項評分出現(xiàn)了零分，其評分總分為67分，不適合該工程的施工。綜合考慮，初步確定絞吸式挖泥船作為該工程的首要選擇。

4.4 挖泥船參數(shù)確定

在初步確定選擇絞吸式挖泥船進行工程施工后，綜合考慮工期、地質(zhì)、地形、取砂及吹填的相對位置、限高、挖泥船性能等，對絞吸式挖泥船進行了基本參數(shù)的確定，同時選取市場上類似參數(shù)的挖泥船。由于考慮到挖泥船等大型設(shè)備對于維修養(yǎng)護的需求，所以初步確定采用2艘絞吸式挖泥船進行作業(yè)，以確保避免意外情況的發(fā)生，保證工期[5-7]，參數(shù)列于表3。

表2 實例工程中挖泥船選型評分表

表3 實例工程中挖泥船選型評分表

4.5 挖泥船終選

如表3所示，A號絞吸式挖泥船和B號絞吸式挖泥船均滿足要求各項指標(biāo)，其累計日生產(chǎn)率也滿足要求生產(chǎn)率的要求，且從市場情況分析，此兩艘挖泥船距離施工場地較近，動員速度快，且都處于閑置的狀態(tài)，更加有利于施工進度的掌控。同時從成本角度考慮，可以達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟效益最大化，故最終選用A號絞吸式挖泥船和B號絞吸式挖泥船共同作為該機場改擴建項目填海工程的工程機械設(shè)備。

5 結(jié)語

本文首次提出的挖泥船選型評分系統(tǒng)，分別從地質(zhì)條件、水文條件、交通條件、技術(shù)及設(shè)計指標(biāo)、安全指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)、經(jīng)濟指標(biāo)、合同要求及其他各影響因素進行考慮，建立了一套切實可行的評分系統(tǒng)，并在南亞某國的機場類項目中的大型疏浚吹填工程得到很好的實施驗證，保證項目高質(zhì)高效低成本的完成了填海作業(yè)。經(jīng)實踐證明，該套挖泥船選型評分系統(tǒng)具有良好的工程實施性和推薦意義。