基于全寿命周期成本的水工结构维修技术模型构建

余晓霞

(九江市水利局，江西 九江 332000)

水利建设作为中国基础设施为国民经济总值的持续增长以及社会的和谐发展发挥了关键作用。为了进一步开发水利建设的电能，完成水资源的合理配置以及增强我国抗洪减灾系统的需求[1]，中国还需要进一步修建一系列的水利建设工程，这就需要投入巨大的社会资金。为了科学地使用以及节约社会经费，保障水利建设的快速、有效地发展，水利建设和设计阶段的经费分析与优化是非常有必要的。以全寿命周期以内的总经费作为最低资金使用目标，以在全寿命周期以内的经济性与界面尺寸大小为约束条件，使用一定的技术手段对设计方案进行优化，最后在水利工程建设方案内的水工专业维修的经济性与安全性之间探寻到最佳的设计内容[2]。

1 维修成本技术模型设计

由于水利工程的经费投资成本极其巨大，在国家“十五”计划期间，国内水利建设工程累计固定资金投资成本在3925亿元，相当于我国1949—2017年全国水利固定经费投入成本的总额。为了在水利工程设计方案的水工结构维修成本方面引进更加合理有效的设计概念，从水利工程的一系列长远目标出发，在水工结构维修的经济性与安全性之间探索到最佳的设计内容，以确保水工建设安全、健康发展，其标准化模型见图1。

图1 标准化模型

2 管理处理与信息集成——以输水隧洞为例

水利输水隧洞中全寿命周期需要跨越几十年甚至上百年的时间，期间过程的复杂和漫长可想而知，除了需要根据中国水利建设环节的主要目标划分成决策管理、实施管理(建设周期)、运作管理以外，这期间还需要进一步详细划分为不同的时段，每一个时段的投资经费项目也十分复杂，需要使用编程专用代码[3]，并根据目标不同的部位在不同的时段内对信息进行集成、输入程序，组织管理与信息集成的工作难度与时间跨度都极大。工程本身的全寿命周期管理组织必须从源头的项目管理开始，对有关决策阶段进行统筹规划，并最晚在维修项目正式施工建设以前就完成。该组织要充分意识到利用当代信息化手段必要，明确具体分工，及时获取有效信息组成，并即时进行科学合理地分析，为水工结构维修技术模型的分段工作管理提供最基本的前提条件，能够最大限度地合理控制经费的支出与使用[4]。

水工维修隧洞中的全寿命周期包括立项、专业设计、施工、投入应用等几个程序，直到最后的报废等阶段，全过程时间跨度高达40～120 a，这期间投入的经费成本项目就变得十分复杂和困难，经费投入成本的总额也会变得极其高，这就需要进行一定程度和范围的规划处理，紧紧抓住这期间的主要矛盾进行立项分析和解决。另一方面，水工结构维修隧洞通常将其作为水利施工建设方程的某一部分存在[5]。在项目立项之前，单位管理者就需要委托具备高资格、高标准的建设单位对项目投资施工的必要性和可行性进行科学合理的验证，并决定投入有关的经费额度。

在设计建设项目方案的时候，其主要根据就是按照搜集到的相关资料展开一系列的涉及到水工结构维修的规模(包括具体输水量)、工程级别、隧道线路、地质环境、结构大小、水力环境、施工管理单位、工程建设方案、投资额度预估以及最终结果评估等立项分析工作，着重在检验项目建设的必要性上面。本阶段工作内容通常状况下是不对现场地质条件进行勘探和检测的，主要工作重点集中在各个学科的全面性研究验证方面，所以经费投入方面还是存在一定限制的。在设计其可行性报告的时候，要按照国家批准的项目规划书进行投入和使用，深度开展和维修管理相关的专业分析内容上，着重论述项目建设方案的必要性和科学性。本阶段工作的设置涉及到水工结构维修的进洞环境、成洞条件、地质水文条件等需要现场初步勘察的地质工作内容，必要的时候还需要展开有关现场实验材料的检验工作，并对相关技术重点进行专项研究，所以投入的经费成本相对来说也比较高。同时，因为项目研究的科学性报告对于项目的立项和建设也是十分关键的，一般建设单位的管理方在咨询方案建设内容上能够委托其他相同条件或高级别咨询单位进行进一步审核，并就有关技术问题等提出规划思路。实施步骤见图2。

图2 全寿命周期费用分析方法实施步骤

3 模型构建的采样控制

水工结构维修技术模型的复合界面是利用全寿命周期的特性对相关模型进行信息转换的有效通道，信息转换的时间周期会间接影响到技术模型的稳固与否。影响信息转换周期的因素主要是数学模型计算周期与作用力模型的模拟实习与速度控制等。数学模型计算周期的相关问题己经作过一定程度的分析，这里主要是以圣·劳伦斯河的复合理念为例进行物理模型的抽样检测与控制。

在物理模型的上方设置水位仪器，用来检测隧道具体水位将其传输到水工结构维修方案内容中，将对此进行数值计算的操作仪器，作为数值复合界面的计算基础[6]。通过数值计算出复合界面上的具体数值将传输到物理模型的控制仪器内部。在技术模型的上方界面装有平顶堰来对数值大小进行控制，下方界面需要使用单向可调节潜水泵即时模拟水道变化趋势。上下界面的控制主要是由技术模型的控制仪器来完成。在复合界面上的抽样检测与控制是为了实现对水工结构维修技术模型界面上水位变化的数据信息搜集以及水量设备的控制来说的，再将搜集到的数据信息提供给水工结构维修技术模型，作为其界面控制的基础条件；控制则主要是按照数学模型的最终结果进行的，将数学模型运算得出的界面经过的水流量数值提供给模型，作为其界面成型条件。控制周期越长，模型的即时跟踪效果就越完美。选择适宜的控制周期，第一步需要做的就是需要明确掌握一个控制周期内维修技术模型必须完成的内容。在一个控制周期内，维修技术模型需要实现的内容包括：对复合界面处具体水位高度的测量、对高度进行实时转换、并将转换方案实时储存、将高速数值输进维修技术模型内部，并由数学模型运算出下一个控制周期内复合界面处的水量。按照数值将这些具体参数进行实时转换，使控制周期内的设置时刻居于最新位置。

4 优先排序模块的设计

该模型的主要性能是对水工结构维修进行一定级别的排序，以板块在整个寿命周期内的安全性和可靠尺寸为约束，对其进行优化排序。抗洪抢险后维护的级别是根据工程种类排列的，依照次序按开闸、防洪、阻险、控制、其他类别工程的顺序。此模块是模型上方最为关键的方案内容处理构件，间接决定表现于用户的体系业务内容以及性能实现界面。系统根据客户的使用级别去具体划分其需求，分为省、市、县三级金字塔式结构。按照维修一系列的规定流程，县用户能够定期进行定量标准的维修、养护内容的自动生成等执行方案；省、市的高级客户更多方面地是对此进行科学统计、优先排列等。

模块可以提供两项分类查询优先排列的具体模式，包括基本排列、模糊排列。基本排列是根据维修方案的具体内容横向级别对项目进行分类组合，利用后台操作数据库根据客户目标进行即时化数据的获取与分配，并对此下拉菜单方式的实例进行群体表现，执行后台以触动式同步运转，将对应类别的项目方案数据进行一个综合式的排列，并用表格的方式具体表现出来。模糊排列指的是根据维修内容的纵向层级进行具体分类，智能化获取联通点以后，利用后台操作库中有关客户操作进行数据获取分配，并以此下拉菜单方法具象化群体

5 结 语

通过对基于全寿命周期的水工结构维修技术模型构建进行分析，依托全寿命周期运行机制，根据水工结构维修技术数据的相关反馈，对模型进行调整，实现本文设计。本文的研究能够为基于全寿命周期的水工结构维修技术模型构建提供参考。