基于掙值法的海上DCM樁施工成本控制

朱海龍，張春明

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002）

0 引言

DCM（Deep Cement Mixing）也可稱為 CDM（Cement Deep Mixing）。海上DCM樁是一種深層地基處理技術(shù)，在國(guó)外得到了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)于1989年首次在天津港東突堤北側(cè)碼頭采用DCM技術(shù)加固軟基。近年來(lái)同類型工程明顯增多，正在建設(shè)中的香港機(jī)場(chǎng)第三跑道工程、香港綜合廢物處理設(shè)施項(xiàng)目和深中通道項(xiàng)目都采用該技術(shù)，如何有效控制海上DCM施工成本是一個(gè)重要的研究課題。掙值法（Earned Value Management）是國(guó)際上項(xiàng)目管理公認(rèn)的一種成本—進(jìn)度聯(lián)合監(jiān)控方法，在控制成本與進(jìn)度方面取得了良好的效果。本文對(duì)影響DCM樁施工成本的指標(biāo)進(jìn)行分解，以香港機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程3204標(biāo)為案例，應(yīng)用掙值法對(duì)進(jìn)度和成本聯(lián)合監(jiān)控分析，研究提出促進(jìn)成本管控的措施，以期為后續(xù)工程提供借鑒。

1 掙值法理論

掙值法在20世紀(jì)早期由美國(guó)工業(yè)工程師提出，于1962年正式被引入費(fèi)用—控制系統(tǒng)，1967年被美國(guó)國(guó)防部制訂的《系統(tǒng)準(zhǔn)則》收錄[1-2]，很快在美國(guó)能源部、交通部等部門的項(xiàng)目中推廣應(yīng)用，在控制投資與進(jìn)度方面取得了良好的效果。掙值法的基本要素是3個(gè)基本參數(shù)和4個(gè)基本指標(biāo)[3]。3個(gè)基本參數(shù)是已完工作預(yù)算費(fèi)用（BCWP）、計(jì)劃工作預(yù)算費(fèi)用（BCWS）和已完工作實(shí)際費(fèi)用（ACWP），4個(gè)基本指標(biāo)是費(fèi)用偏差（CV）、進(jìn)度偏差（SV）、費(fèi)用績(jī)效指數(shù)（CPI）和進(jìn)度績(jī)效指數(shù)（SPI），參數(shù)的計(jì)算方式見(jiàn)表1，指標(biāo)的判別方式見(jiàn)表2。

表1 參數(shù)計(jì)算表Table 1 Parameter calculation table

表2 指標(biāo)判別方法Table 2 Indicator discrimination method

掙值法用預(yù)算和費(fèi)用衡量項(xiàng)目進(jìn)度，通過(guò)引入中間變量“掙值”來(lái)分析項(xiàng)目成本和進(jìn)度變動(dòng)情況并給出相關(guān)控制數(shù)據(jù)[4]，能夠?qū)?xiàng)目成本和工期發(fā)展趨勢(shì)做出科學(xué)地判斷和預(yù)測(cè)。掙值法將成本和進(jìn)度統(tǒng)籌考慮，避免了當(dāng)發(fā)現(xiàn)成本超支時(shí)，不知道是由于費(fèi)用超出預(yù)算，還是進(jìn)度提前的緣故，也避免了當(dāng)成本低于預(yù)算時(shí)，難以辨別是由于費(fèi)用節(jié)省，還是進(jìn)度拖延引起的[5]。

2 海上DCM樁工藝及其成本控制關(guān)鍵指標(biāo)

2.1 工藝流程

海上DCM樁通過(guò)特種DCM船舶來(lái)實(shí)施[6]，通過(guò)定位、貫入、樁端處理、噴漿和固結(jié)等關(guān)鍵工序，將水泥漿類材料注入軟土地基內(nèi)，與軟土進(jìn)行攪拌固結(jié)，達(dá)到高強(qiáng)穩(wěn)定的處理效果。

DCM技術(shù)起源于歐洲，在日本和韓國(guó)得到大規(guī)模應(yīng)用，具有高強(qiáng)、環(huán)保、穩(wěn)定等特點(diǎn)，目前海上最大加固深度已達(dá)到60 m[7]。從國(guó)外經(jīng)驗(yàn)看，海上DCM樁的主要應(yīng)用對(duì)象主要有：海上垃圾填埋場(chǎng)地基處理、沉管隧道島隧結(jié)合部位地基處理、在軟弱地基上建設(shè)重力式結(jié)構(gòu)等。

2.2 施工成本控制關(guān)鍵指標(biāo)

與陸上DCM樁施工相比，海上DCM樁施工成本控制更具復(fù)雜性，主要體現(xiàn)在：海上DCM樁借助特種DCM船舶實(shí)施，受波浪水文條件、水下障礙物、地質(zhì)情況的影響大；船舶作業(yè)需要配置交通船、起錨艇等6艘輔助船舶，組織難度大，窩工成本高；船舶技術(shù)和施工技術(shù)復(fù)雜，對(duì)船舶作業(yè)人員素質(zhì)要求高，人和船的協(xié)同能力對(duì)施工影響大。

按照海上DCM樁施工成本構(gòu)成，可以將關(guān)鍵影響指標(biāo)分為“量”的指標(biāo)和“價(jià)”的指標(biāo)，見(jiàn)圖1。

圖1 DCM樁施工成本控制關(guān)鍵指標(biāo)Fig.1 Key indicators of DCM pile construction cost control

1）施工窗口期、單船施工效率、每天作業(yè)時(shí)間3個(gè)參數(shù)決定了DCM船每個(gè)月的施工工程量。施工窗口期受水文、氣候等條件的制約，單船施工效率受到船舶性能、地質(zhì)狀況等的影響，每天作業(yè)時(shí)間由工程所在地法規(guī)要求確定。

2）人工費(fèi)由單船人員配置和人員工資單價(jià)確定。DCM施工船舶是特種船舶，需要技術(shù)人員、操作手、機(jī)艙和泥漿罐監(jiān)控人員、甲板水手、電工、焊工和管理人員等崗位，人員工資需要考慮夜班、超時(shí)工作、上下碼頭等因素。

3）船機(jī)費(fèi)中船機(jī)折舊方式由企業(yè)財(cái)務(wù)制度決定，船舶維修和具體的施工強(qiáng)度和作業(yè)條件相關(guān)，如鉆桿保持架、鉆頭絞刀葉片、鉆桿導(dǎo)管等為日常維修項(xiàng)目，而船舶二級(jí)帷幕、處理機(jī)等為大修項(xiàng)目；船舶燃油消耗與施工效率和作業(yè)工況相關(guān)，輔助船舶通常考慮交通船和起錨艇等配套。

4）材料費(fèi)中水泥計(jì)量損失是船方到水泥罐中的數(shù)量計(jì)量損失，和計(jì)量方式與管理水平有關(guān)，而水泥消耗量需要根據(jù)地質(zhì)情況和施工工藝進(jìn)行試驗(yàn)確定，需要考慮一定的材料施工損失。

5）管理費(fèi)包括管理人員薪酬、差旅交通費(fèi)、辦公費(fèi)用等，當(dāng)項(xiàng)目運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí)，這些費(fèi)用基本上每月固定。

6）價(jià)的指標(biāo)中，人工費(fèi)、材料費(fèi)和機(jī)械費(fèi)（除輔助船舶費(fèi)）隨著產(chǎn)量的變化而變化，可以看作變動(dòng)成本，而管理費(fèi)用和輔助船舶費(fèi)用可以看作固定成本。當(dāng)施工效率高時(shí)，單根樁攤銷的固定成本降低，從而形成規(guī)模效應(yīng)，降低成本。

3 基于掙值法的海上DCM樁成本控制案例

3.1 案例介紹

1）工程概況

中交一航局參建香港機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程3204標(biāo)，DCM樁工程量約3 300根，共32.4萬(wàn)m3，為DCM群樁結(jié)構(gòu)，荷載為800 kN/m2和1 000 kN/m2，平均樁長(zhǎng)20 m，單樁截面4.627 7 m2，如圖2所示。工期自2017年1月至2018年5月。

圖2 DCM單樁截面圖Fig.2 DCM single pile sectional view

該工程的實(shí)施有如下特點(diǎn)：處于機(jī)場(chǎng)航空高度管制區(qū)域，施工區(qū)存在多種極端天氣狀況，部分施工水域水深較淺，開(kāi)敞水域船舶定位和保持穩(wěn)定性難，水下障礙物較多，環(huán)保要求嚴(yán)格。

2）項(xiàng)目實(shí)施情況

該項(xiàng)目砂樁2號(hào)DCM船于2017年4月進(jìn)場(chǎng)后，受到環(huán)保和船機(jī)改造影響，自9月份開(kāi)始逐步步入正規(guī)，為便于計(jì)算，選取2017年11月至2018年2月的實(shí)施數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如表3所示。

表3 項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度和成本情況Table 3 Project actual progress and cost statistics

3.2 案例分析

1）確定目標(biāo)成本BCWS

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)、水文、氣候、波浪和DCM船的特性以及現(xiàn)場(chǎng)組織條件，確定砂樁2號(hào)的各項(xiàng)成本控制指標(biāo)如表4所示。

表4 砂樁2號(hào)成本控制指標(biāo)Table 4 The cost control index of sand pile 2

根據(jù)上述16個(gè)控制指標(biāo)，計(jì)算出砂樁2號(hào)的月進(jìn)度指標(biāo)360根/月，月成本指標(biāo)為355元/m3，月度目標(biāo)成本BCWS為1 183萬(wàn)元。

2）計(jì)算BCWP、ACWP及CPI和SPI

根據(jù)表1、表2的計(jì)算方法，計(jì)算各月的已完工作預(yù)算費(fèi)用BCWP、已完工作實(shí)際費(fèi)用ACWP、費(fèi)用績(jī)效指數(shù)CPI和進(jìn)度績(jī)效指數(shù)SPI，如表5所示。

表5 成本績(jī)效和進(jìn)度績(jī)效計(jì)算表Table 5 Cost performance and schedule performance calculation

3）成本績(jī)效判別

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，2017年12月和2018年1月的CPI和SPI均大于1，表明同時(shí)完成了進(jìn)度考核目標(biāo)和成本考核目標(biāo)；2017年11月和2018年的2月的CPI和SPI均小于1，說(shuō)明沒(méi)有完成考核目標(biāo)，但2月份的情況比11月份的稍好。

4）影響績(jī)效的原因追蹤

以2017年11月份為分析對(duì)象，深層次地發(fā)掘影響成本超支和進(jìn)度滯后的事件如下：淤業(yè)主供應(yīng)水泥不及時(shí)導(dǎo)致停工等待8 d。于DCM船水泥螺旋輸送機(jī)故障等使處理機(jī)不能滿負(fù)荷工作15 d。

盂11月香港地區(qū)雷暴、臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣頻發(fā)，期間砂樁2號(hào)抵御了1次臺(tái)風(fēng)侵襲，共3 d。

事件淤和盂共減少了砂樁2號(hào)有效作業(yè)天11 d，事件于造成砂樁2號(hào)有效作業(yè)天內(nèi)未達(dá)到額定生產(chǎn)率，三者共同造成進(jìn)度滯后，僅完成目標(biāo)值的63%，是進(jìn)度滯后導(dǎo)致的成本超支；事件盂造成砂樁2號(hào)額外增加拖航費(fèi)用和防臺(tái)碼頭?？抠M(fèi)用60萬(wàn)元，屬于額外費(fèi)用增加造成的成本超支。因此，11月份成本超支既有進(jìn)度滯后的原因，也有成本增加的原因。

3.3 海上DCM樁施工成本管控措施

1）細(xì)致調(diào)研，深度策劃，構(gòu)建成本目標(biāo)。對(duì)涉及該項(xiàng)目的工作程序、法律法規(guī)、勞工資源、船機(jī)資源、材料資源以及船舶維修資源等信息進(jìn)行充分的調(diào)研，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，作為項(xiàng)目成本策劃的基礎(chǔ)。全面研讀技術(shù)和商務(wù)文件，組織專家策劃會(huì)，深度策劃。按照實(shí)物量成本和費(fèi)用成本等多維度分解成本指標(biāo)，編制成本預(yù)控方案，下達(dá)目標(biāo)責(zé)任書(shū)，明確全員的成本控制職責(zé)。

2）建立基于目標(biāo)成本的績(jī)效薪酬機(jī)制。將員工的薪酬分解為基本工資+完成目標(biāo)獎(jiǎng)金+超額獎(jiǎng)金，按照完成DCM樁的根數(shù)，建立階梯式的超額獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，使得員工能夠清晰掌握自己的薪酬和目標(biāo)成本的關(guān)系。實(shí)際作業(yè)中實(shí)施日出成本制度，將進(jìn)度和成本利用掙值法聯(lián)合監(jiān)控，對(duì)比計(jì)劃成本和實(shí)際成本的差異，實(shí)時(shí)預(yù)警提示，督促現(xiàn)場(chǎng)采取干預(yù)措施。

3）構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)檢查清單和措施，降低風(fēng)險(xiǎn)成本。在項(xiàng)目前期調(diào)研和策劃的基礎(chǔ)上，構(gòu)建項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)對(duì)照檢查清單，制定相應(yīng)的預(yù)防措施。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中動(dòng)態(tài)監(jiān)控風(fēng)險(xiǎn)因素的變化情況，預(yù)警并啟動(dòng)預(yù)案，減少風(fēng)險(xiǎn)成本。重點(diǎn)關(guān)注屬地化用工風(fēng)險(xiǎn)、安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)、極端氣候條件風(fēng)險(xiǎn)、資源保障風(fēng)險(xiǎn)、船舶和施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)等對(duì)項(xiàng)目成本的影響。

4）加快DCM船舶軟件和硬件的國(guó)產(chǎn)化改造。針對(duì)DCM船舶施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)軟件、硬件、性能等方面的不足和不匹配問(wèn)題，如水泥漿U形管堵塞、鉆桿堵塞、制漿系統(tǒng)堵罐和質(zhì)量不穩(wěn)定、鉆頭結(jié)構(gòu)改進(jìn)、易損件壽命延長(zhǎng)進(jìn)行方案優(yōu)化和改進(jìn)；對(duì)施工管理系統(tǒng)軟件進(jìn)行適時(shí)改進(jìn)邏輯、優(yōu)化參數(shù)配置、改進(jìn)保護(hù)方案；對(duì)非國(guó)產(chǎn)電氣系統(tǒng)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化選型，適應(yīng)性改進(jìn)，逐漸更替。

5）提高自修能力，減少船舶故障率。除緊急修理外，盡量采用自修?，F(xiàn)場(chǎng)盡量將精通船舶施工設(shè)備，對(duì)柴油機(jī)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及船體相關(guān)知識(shí)的專業(yè)人員集中使用，能夠應(yīng)急作業(yè)；對(duì)施工管理系統(tǒng)進(jìn)行自修，充分掌握韓方系統(tǒng)，除大范圍曲線改動(dòng)外，盡量不使用外方人員；船舶備件盡量充足，對(duì)易損件做好使用周期測(cè)算，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工生產(chǎn)需要，杜絕因?yàn)閭浼?wèn)題耽誤施工生產(chǎn)；合理安排檢修時(shí)間，進(jìn)行預(yù)防性保養(yǎng)維修，減少甚至杜絕應(yīng)急維修。

6）加強(qiáng)參數(shù)設(shè)計(jì)和曲線匹配，提高成樁效率。根據(jù)非黏性土地質(zhì)和黏性土地質(zhì)情況研究設(shè)計(jì)不同的施工曲線，處理好貫入提升速度、噴漿噴水流量和旋轉(zhuǎn)速度3大主要參數(shù)的關(guān)系[8]。非黏性土重點(diǎn)控制噴漿期間的攪拌質(zhì)量，在噴漿階段，適當(dāng)降低攪拌速度和移動(dòng)速度，讓加固土與水泥漿充分結(jié)合，減少攪拌回路，提高施工效率。黏性土在典型曲線基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化和改善，提高黏土層中噴水量，提高含水率，軟化土層；增加攪拌切土次數(shù)，尤其是在持力層交界區(qū)域反復(fù)進(jìn)行攪拌，將加固土充分?jǐn)囁?，并讓鉆頭上依附土塊在噴漿前充分脫落。

4 結(jié)語(yǔ)

海上DCM施工技術(shù)在國(guó)內(nèi)大型深海地基處理應(yīng)用的趨勢(shì)明顯增多。通過(guò)對(duì)影響DCM施工成本的關(guān)鍵指標(biāo)體系進(jìn)行分解，不僅可以確定目標(biāo)成本，還有利于成本控制目標(biāo)的分解。基于掙值法將成本和進(jìn)度情況進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)控，為成本控制預(yù)警提供了方法和手段。通過(guò)確立目標(biāo)、目標(biāo)與績(jī)效掛鉤、軟硬件國(guó)產(chǎn)化、提高維修能力等組織和技術(shù)手段，可達(dá)到有效降低DCM施工成本的目的。