基于价值工程的全生命周期趸船材质方案比选研究

方梦丹吴剑国阮学初

（1.浙江工业大学 建筑工程学院 杭州310014； 2.杭州市船检处 杭州310000）



基于价值工程的全生命周期趸船材质方案比选研究

方梦丹1吴剑国1阮学初2

（1.浙江工业大学 建筑工程学院 杭州310014； 2.杭州市船检处 杭州310000）

［摘 要］将趸船整个生命周期过程中的技术先进性、经济合理性和环境协调性有机地融合为一体，基于价值工程理论提出趸船材质方法比选。实例表明在千岛湖这样的大吨位船舶碰撞概率很小的水域，采用混凝土趸船明显优于钢质趸船。

［关键词］趸船；价值工程；功能；环境；经济；全寿命周期；材质

吴剑国（1963-），男，博士，教授，研究方向：船舶结构。

阮学初（1955-），男，高级工程师，研究方向：船舶检验。

引 言

中华人民共和国行业标准《斜坡码头及浮码头设计与施工规范》（JTJ 294-98）［1］规定：无论是内河港口还是沿海港口都可选用钢质趸船或钢筋混凝土趸船。钢筋砼趸船的优点是耐腐蚀性好、造价较低、养护费用低，但其缺点是自重大、抗撞击性能差。钢趸船的优点是自重较轻、对撞击能量的吸收性能好，缺点是耐腐蚀性能较差、造价和养护费用较高［2］。而在现实中，孰优孰劣很难决策，因此，提出一种卓有成效的趸船比选方法，具有一定的现实意义。

过去，人们在对多个设计方案进行比选时，只注重建设期的成本，而忽视运营阶段及拆除成本［3］。以建设成本最小化为目标的投资方案放在寿命周期这个大环境下未必最优［4］。价值工程是以最低的寿命周期成本，可靠地实现研究对象的必要功能。在价值工程中的“价值”是指分析对象具有的功能与获得该功能和使用该功能的全部费用之比，是一种比较价值或相对价值的概念。对象的功能越大、成本越低，价值就越大。因此，应用价值工程选择设计方案将趸船整个生命周期过程中的技术先进性、经济合理性和环境协调性有机地融合为一体，是一种行之有效的方法。

1　趸船的价值工程决策模型

1.1技术功能设计

趸船技术功能设计或称技术功能分析，是价值工程活动的核心基本内容［5］，需对船舶的安全作业有足够保证。趸船在靠离泊作业时，需承受较大冲击性靠泊力的反复作用，以满足防撞性的要求。同时，趸船设计的稳性应满足国家相关规范。当趸船用于工作、住宿或旅游观光时，应有良好的隔热性能。通过功能分析，建立技术功能系统图（图1）。

图1　技术功能系统图

1.2综合成本设计

趸船的全生命周期可分为设计建造、使用、报废3个阶段。本文从绿色船舶角度出发，在传统的经济合理的基础上，附加环境属性这个新元素［6］，重视趸船在寿命周期各阶段的经济效益和环境效益，来设计综合成本，见表1。

表1　综合成本表

1.3技术功能系数计算

1.3.1重要性系数（权重）计算

内河趸船的主要功能是靠、系泊船舶，内河趸船除承受一般的船舶外力外，主要还承受较大的冲击性靠泊力的反复作用，因此首先需满足防撞性功能。此外，趸船也常用于旅游观光以及管理部门作业，要求具有较强稳性，足以抗击风浪。在夏季室外阳光直照时，也需注意趸船的传热性。因此，技术人员采用“04”评分法，将功能逐一进行功能重要性比较：

（1）很重要的功能得4分，很不重要的功能得0分；

（2）较重要的功能得3分，不太重要的功能得1分；

（3）两个功能重要程度相同时各得2分；

（4）自身对比不得分。

“04”评分法得分总和为2n（n-1）/2，n为对比的指标数量。然后获得相应的累计得分，全部的累计得分之和为总分，累计得分除以总分为对应的权重。内河趸船技术功能权重计算见表2。

表2　技术功能权重计算表

1.3.2各方案功能评价值计算

根据技术功能系统图，由若干经验丰富的专业人员采用5分制对每个方案的各个评价项目分别打分， 将评分人员所打分值取算术平均值， 得到该方案各评价项目的得分， 然后对评价项目得分加权平均，获得单个方案的功能评价值Fi。5分表示满足程度高，4分表示满足程度较高，3分表示满足程度一般，2分表示满足程度较低，1分表示满足程度低。

1.3.3确定各方案的功能系数FIi

计算出各方案的功能评价值Fi后， 计算出各方案的功能系数：

式中： Fi为第i 个方案的功能评价值。

1.4成本系数CIi的计算

成本是实现趸船技术功能所花的实际费用，即为综合成本，包括经济属性和环境属性。在成本系数计算时，统一采用货币为量化指标，便于评价结果的对比分析。 各方案的成本系数CIi就是第i 个方案的成本与所有方案成本之和的比值［7］， 其计算公式为：

式中： Ci为第i 个方案的成本。

1.4.1经济属性计算

经济属性考虑趸船在全寿命周期中可能产生的各种费用，包括设计建造阶段的初期投资（即工程报价）、使用阶段产生的检查费、修理费、上下排费、起锚费以及报废后的拆解费和一定的残值回收。

1.4.2环境属性计算

环境属性量化，主要是通过输入设计建造期的主要建筑材料损耗量，输出COX、SOX、NOX、粉尘、固体废弃物等作为环境属性的主要分析子指标，并根据环境负荷经济值转换的相关规定（见表3），进行量化最终得到环境成本［2］，可直接用于成本系数计算。

表3　主要建筑材料的环境污染排放清单和环境负荷经济值转换表

1.5各方案的价值系数Vi的计算

由各方案的功能系数FIi与该方案的成本系数CIi， 计算出各方案的价值系数Vi，即Vi= FIi/ CIi。根据价值系数的大小进行方案的比较选优. 价值系数越大， 说明方案越好。

2　应用实例

“千岛湖24 m趸船”和“千岛湖趸船浮箱”都是2011年建造的～22 m的内河趸船，前者为内河混凝土趸船，后者钢质趸船，具有可比性。本文以此为例，分别简称为内河混凝土趸船和内河钢质趸船，在实际造价的基础上，对所提方法进行说明。

两种趸船都具有承受较大冲击性靠泊力反复作用的功能，可以满足防撞性的要求。因为混凝土趸船外板厚最小一般在50 mm，船体主甲板以下自重大、重心高度低、稳性较好。钢质趸船甲板薄、自重轻、稳定新稍差。当趸船用来作为工作趸船或住宿船时，在夏季室外阳光直照，如果钢质甲板上温度可达60°，让人脚下发烫，而钢筋混凝土甲板温度最高也只约为30°。因此，专业人员对两个方案采用5分制进行功能打分，各分值乘以权重得到功能加权分，继而得到功能系数，计算过程见表4。

表4　各方案功能系数计算表

计算两种船型的综合成本，进而获得两种不同材质趸船的价值系数（见表5）。由于钢质趸船易腐蚀，一般使用若干年后就要拖上岸进行检验和涂漆，然后再下水，需要多次的起布锚和上下排。而混凝土趸船耐腐蚀，维修量小，使用过程中不需要上岸检测和维修，因此，整个生命周期中通常仅需一次上下排和少量的定锚费用。

表5　综合成本、成本系数和价值系数计算

混凝土趸船的价值系数为2.83，其功能价值高；钢质趸船的价值系数为0.60，其价值功能低，寿命周期成本高。

3　敏感性分析

本文针对防撞性权重、起布锚费用和上下排费用这三个不确定因素，选择价值系数作为敏感性分析的经济评价指标，以防撞性权重等于0.58、单次起布锚费用等于4万元、单次上下排费用等于6万元的方案作为基本方案，确定其敏感程度。参见表6和图2。

由表6和图2可知：

（1）各不确定因素变化时，混凝土趸船的价值系数始终大于钢质趸船的价值系数。

（2）对于混凝土趸船而言，价值系数对于起布锚费用和上下排费用的变化较敏感，钢质趸船起锚费用和上下排费用变动间接影响了混凝土趸船的经济价值。

（3）对于钢质趸船而言，价值系数对于各不确定因素的敏感程度都较低。

表6　敏感度计算

图2　各因素变化对价值系数的影响

4　结 论

（1）将趸船整个生命周期过程中的技术先进性、经济合理性和环境协调性有机地融合为一体，提出了基于价值工程的趸船建设方案评价方法。

（2）实例表明：在像千岛湖这样的大吨位船舶碰撞概率很小的水域，采用混凝土趸船明显优于钢质趸船。

［参考文献］

［1］ 中华人民共和国交通部. JTJ 294-98，斜坡码头及浮码头设计与施工规范［S］.北京：人民交通出版社，1999.

［2］ 汤建忠，李银海，孙振华.浅谈利用趸船浮码头解决邵仙套闸靠船难题［J］. 中国水运，2010（2）：65-66.

［3］ 王铖铖.桥梁工程生命周期环境影响评价和成本分析集成方法研究［D］.湖北：武汉理工大学，2012.

［4］ 李鹏祥.价值工程在建设工程项目中的应用于研究［D］.河北：河北工程大学，2011.

［5］ 曾繁响.基于价值工程理论的混凝土梁桥设计方案比选研究 ［D］.福建：厦门大学，2013.

［6］ 王胜年.绿色船舶及其评价指标体系研究［J］.中国造船，2008（Z1）：27-35.

［7］ 张健，李慧民，侯江丽.基于价值工程的改扩建项目投资决策分析［J］. 西安建筑科技大学学报（自然科学版），2007（5）：635-639.

Pontoon material selection over whole life cycle based on value engineering theory

FANG Meng-dan1WU Jian-guo1RUAN Xue-chu2
(1. School of Civil Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014 China; 2. Hangzhou Ship Survey, Hangzhou 310000 China)

Abstract:The pontoon material selection method is proposed by organically merging the advanced technology, economic rationality and environmental coordination during the whole life cycle based on the value engineering theory. The practical cases show that the concrete pontoon is obviously better than the steel pontoon in the water area where the collision probability of large-tonnage ships is as small as in the Thousand Island Lake.

Keywords:pontoon; value engineering; function; environment; economy; whole life cycle; material

［中图分类号］U674.24+9

［文献标志码］A

［文章编号］1001-9855（2016）02-0020-05

［收稿日期］2015-09-18；［修回日期］2015-11-18

［作者简介］方梦丹（1990-），女，硕士，研究方向：钢结构。