港口工程碳纤维加固定额消耗研究

虞　莹

港口工程碳纤维加固定额消耗研究

虞莹

（中交第三航务工程局有限公司，上海200032）

通过单项碳纤维加固工程的统计，得出其综合人工、材料及机械消耗，然后选取典型地区多项工程，应用最小二乘法进行优化拟合，减小了小样本数据的局限性，并得出港口工程碳纤维加固的定额消耗。最后通过与相关定额的规定进行对比，验证了研究结果的合理性，并指出了港口工程碳纤维加固的特殊性。研究成果可为相关单位成本预测、工程招投标及预决算等提供理论指导与技术借鉴。

碳纤维加固；定额消耗；最小二乘法

0　引言

20世纪初以来，由于碳纤维具有高强度、高模量及施工便捷等突出优点，陆续得以在房建、抗震及港口加固工程中大量应用。随着建筑业的日益规范化，国家陆续颁发了专门的施工验收规范[1]，部分省份也颁发了相关的计价规范或定额[2]，但目前尚未形成统一的碳纤维加固定额。而港口工程位于水陆交界区，受风、浪、潮及涌的影响特别严重[3]，其加固施工具有特殊性。因此，进行港口工程碳纤维加固定额消耗的研究，对完善定额编制、规范建筑市场与促进成本管理等均有积极意义。

从定额相关理论出发，介绍了定额组成、核算方法及最小二乘法。通过单项碳纤维加固工程统计分析，得出其综合人工、材料及机械消耗。然后选择典型地区多项工程，应用最小二乘法进行拟合求解，有效减小了小样本数据局限性，得出港口工程碳纤维加固定额。最后与现行房建、抗震等定额的相关规定相比，验证了研究成果的合理性，并指出了港口工程碳纤维加固定额的特殊性。

1　相关理论

1.1定额组成

定额组成包括人工、材料及机械方面的定额。人工定额有时间定额和产量定额两种互为倒数的形式。产量定额是指在一个综合工作日内所完成的工作量，而时间定额是指完成某一工作量所需的工日之和。为方便计算，实际工程中多采用时间定额，故本文采用时间定额进行研究[4]。材料定额主要是指主材、辅材、周转性材料及零星材料等方面的消耗。机械定额则是施工过程中因为材料运输、提供工作面等产生的机械台班的消耗。

1.2定额核算方法

当前定额核算主要有经验估计、技术测定与统计分析法[4]。经验估计由资深技术人员依靠经验直接估算定额消耗量，方法简单但主观误差大。技术测定通过实测工作消耗并加以整理分析而得，准确性较高但投入大。而统计分析法通过收集对应产品或相似项目的资料，结合当前实际加以整合而得，能较有效反映实际效率，简单易行且工作量小，是当前测定劳动定额的常用方法。

1.3最小二乘法

由于单个工程实测数据具有局限性，可对多项工程数据拟合得到最优解。而最小二乘法[5]是最常用的拟合方法之一，通过最小二乘法的拟合，可以得到最佳函数匹配，且与实际数据间误差的平方和最小。其原理简单易懂，应用方便，设2个变量（x，y）的一元线性回归模型为：式中：x、y分别为自变量与因变量；ε服从正态分布N（0，σ2）；a、b为拟合常数，且分别由式（2）、式（3）确定：

由于预测点可能落在拟合直线的延长线上，故其值由式（4）确定：

式中：e为残差。

其误差检验公式如下：

式中：Sy为因变量y的标准差；Sb为斜率b的标准差。

2　定额消耗研究

2.1单项工程统计

根据施工工艺要求，碳纤维加固内容[6]依次为基层处理、定位放线、下料、涂底胶、找平、粘贴碳纤维布、表面防护及特殊部位处理等。由于港口工程中加固梁、板及桩的施工条件基本相同，后续定额消耗不再按构件细分，而以综合人工进行统一测算。

经搜集资料，以上海港罗泾码头碳纤维加固工程为例[7]，现场实测得加固梁86.5 m2、板53.8 m2以及桩34.5m2，整理有关数据，得到各工序人工消耗见表1。

表1　项目人工消耗情况表Table1 Labor consumption in project

由表1，将所耗总人工除以加固总面积，得到该工程综合人工消耗为2.13工日/m2。类似地，通过整理施工中用材情况，得到项目对应的材料消耗见表2。

表2　项目材料消耗情况表Table2 Materials consumption in project

表2反映出碳纤维布、专用胶、粘涂树脂以及丙酮为加固工程的主材消耗，占总量85%以上，施工质量控制及成本控制时应当着重把控这些材料。

在机械消耗方面，由于加固需要进入码头下方操作，其消耗主要为施工配合船舶。由现场实测得到该项目船机消耗为15 kW机动艇60艘班，对应的单位面积船机消耗为0.34艘班/m2。

2.2最小二乘法拟合

由于单个项目为小样本数据，存在局限性。为此，增加上海洋山港、大连及天津等典型港口工程碳纤维加固资料[7]，然后运用最小二乘法进行优化拟合，以使研究结果更具代表性。相关项目的人、材及机消耗均先按以上方法进行单项工程统计，然后进行多项目的最小二乘法拟合。表3给出了相关项目的综合人工消耗统计。

表3　相关工程综合人工消耗统计表Table3 Comprehensive labor consumption in related projects

由表3可见，项目地点由南到北涵盖了河口三角洲、内河及离岸深水港等典型地区，具有较全面的代表性。同时，各地综合人工消耗由于地域差异不尽相同，故应用最小二乘法进行拟合非常必要。

以工程量为自变量x，以单位面积综合人工为因变量y，构建相应的线性回归模型，并采用相关系数r对模型合理性进行检验[5]，求得相关系数r=-0.957，绝对值接近于1，说明回归模型的线性关系良好，模型建立是合理的，而负值则表明了单位面积综合人工与工程量负相关。

由式（2）、式（3）求得斜率b=-0.003 5，截距a=2.59，再由式（7）、式（8）求得人工消耗的标准差Sy=1.066，斜率b的标准差Sb=0.004 1。由于Sb非常小，证明了模型的线性关系非常稳定。根据人工定额的定义，将完成单位平米碳纤维加固面积所必需的各个工序所耗用的工日之和定义为单位面积综合人工消耗，则由上述计算可得到单位面积综合人工消耗为2.59工日/m2。

2.3港工碳纤维加固定额消耗

类似地，同样应用最小二乘法对材料消耗、船机消耗等分别进行拟合，最终得出港口工程碳纤维加固的综合人工、材料及机械消耗，并形成港口工程每平米碳纤维加固定额消耗如表4所示。

表4　港口工程碳纤维加固定额消耗表Table 4 Quota consumption of carbon fiber reinforcement in harbor engineering

需要说明的是，表中关于碳纤维布加层的定额消耗，是在实测的基础上参考了相关定额的算法[8]，按实际情况或乘以相关定额百分比而得。由于本研究中单层碳纤维布定额消耗已经考虑了港口工程特殊的施工环境与条件，在此基础上按百分比考虑符合实际情况。

3　相关讨论

由于当前的房建、抗震加固定额对碳纤维加固有相应规定[2，8-10]，通过与之相比，可以进一步校核研究成果。图1给出了与相关定额消耗的对比直方图。

由图1可见，港口工程综合人工消耗均大于房建、抗震等工程。例如，北京房屋修缮定额的综合人工为1.49，而港口工程综合人工消耗达到了2.59，两者相差1.10，差幅高达78.5%。但港口工程与其他三部定额的差别则明显要小于北京，例如上海的地方房屋修缮定额综合人工消耗在1.8左右，比港口工程小了0.79；而四川、广东两地的相关定额综合人工消耗则比港口工程小了0.6左右。上述数据普遍反映出，港口工程的综合人工消耗要大于其他各类工程。经分析，主要有三方面的原因。首先是港口工程需要乘潮作业，存在一定的中断时间，但人工定额统计包括无法避免的中断时间[4]。其次是港口工程工作环境要差于陆上工程，例如码头下方操作空间狭小、受风浪颠簸影响较严重等，故工作效率会明显低于陆上工程。最后是施工工艺的要求，碳纤维加固前需要将受损部位打磨、清除并风干才能进行涂胶粘贴等，而码头前沿水域湿度大，需要耗费更多人工与时间才能达到目的。因此，研究得出的综合人工消耗比较符合实际施工情况。

图1　定额消耗对比图Fig.1 Contrast of quota consumptions

由于加固所用主要材料为碳纤维布，而实际工程中是在加工车间裁剪后再运往现场，故各定额的主材消耗基本在1.1左右，港口工程的材料消耗与大部分定额较为接近。但在机械消耗方面，由于需要有船舶配合施工等，港口工程碳纤维加固存在明显的船机消耗，这是港口工程不同于其他陆上工程最突出的地方。

4　结语

通过对碳纤维加固工程进行统计分析，引入最小二乘法拟合求解，得出港口工程碳纤维加固的综合人工消耗、材料消耗及机械消耗的具体数值，并形成港口工程碳纤维加固定额表格。通过对比研究，表明了研究成果的合理性，同时指出港口碳纤维加固的综合人工高于其他工程，而材料消耗基本相同，但存在明显的船机消耗的特点。研究成果可以为相关施工单位成本控制、工程招投标及预决算等提供技术借鉴与指导。

由于我国幅员辽阔，同时码头结构形式多样，不同单位施工工艺也各异，本文所进行的研究旨在抛砖引玉，期待有更多同行对该问题进行更深入的研究与探讨。

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Quota consumption of carbon fiber reinforcement in harbor engineering

YU Ying
（CCCCThird Harbor Engineering Co.,Ltd.,Shanghai200032,China）

The consumption of labors,material and equipment were obtained respectively after the statistical analysis of a single projectof carbon fiber reinforcement.The leastsquaremethod wasadopted to decrease the lim itationsof a single project, and thequota consumption of carbon fiber reinforcement in harbor engineeringwas revealed after the optimum fitting of several projects.Through the comparison with the regulation of current relative quota,the validity of this research wasapproved and the characteristic of harbor engineering was found.The results should serve as the theoretical guide and technical reference for relative units to do costestimation,bidding and budgetetc.

carbon fiber reinforcement;quota consumption;the least squaremethod

U654

A

2095-7874（2016）04-0016-04

10.7640/zggw js201604005

2015-11-11

2015-12-18

住房城乡建设部2014年科技项目计划（2014-S1A-003）

虞莹（1982—），女，湖南长沙市人，工程师，注册造价师，主要从事项目管理及成本管控等。E-mail：yuyingfishy@163.com