水中基础围堰施工经济效益综合评估建模方法

魏绿英

(江西信江水利电力勘察设计有限公司，江西 上饶 334600)

0 引 言

随着时代的发展，我国公路桥梁建设得到迅猛发展，逐渐延伸到跨江河桥梁建设，乃至跨海的大跨径桥梁建设。因此，水中基础围堰的施工技术以及经济效益成为人们关注的焦点[1]。常规的水中基础围堰施工主要是在陆地上进行钢围堰加工，并通过大型船舶将其运至施工现场，再利用大型起重船只配合下方围堰，整个施工的周期较长，且对起重设备、人员配备和船只运输都有较高的要求[2]。改革开放以来，我国桥梁建设技术逐年提高，在水中基础围堰施工中出现了更多新技术和新工艺。因此，有必要对水中基础围堰施工经济效益综合评估建模，以便为桥梁建设选取最优的水中基础围堰施工方案[3]。

林潇等[4]为实现对网架建设重要度的评估，提出了一种基于寿命周期成本理论的分级骨干网架计算模型，利用寿命周期成本理论的差异化特性，构建分级骨干网架计算模型，并根据用户的用电负荷，构建超负荷停电损失模型，通过对电网收益与分级骨干网架模型的经济效益的分析，形成经济效益评估体系，实例分析显示投资成本与经济收益成正比，验证了该分级骨干网架计算模型的合理性和可行性。何果红等[5]为了研究影响事故备份分散转移的经济效益主要因素，利用电网配置DTCR容量为参考依据，构建事故备份分散转移经济效益模型，通过该模型实现对DTCR的经济效益的评估，并结合评估结果，获取影响事故备份分散转移的经济效益因素，通过对DTCR各个经济收益指标的控制，实现对事故备用分散转移实施全程重要指标的获取，为其提供精准的参考指标。

基于以上研究背景，本文建立围堰施工经济效益综合评估模型，并验证施工方案的可行性。

1 围堰施工经济效益评估建模方法设计

1.1 分析水中基础围堰施工步骤

水中基础围堰施工步骤如下：

Step1：安装水中基础围堰的支架。在桩基建筑构成后，拆除前期的钻孔平台，利用Φ300 钢管作为水中基础围堰的辅助结构[6]，并将钢护筒焊接成一个整体，通过与水中基础围堰拼接支架的连接，成为围堰的主要受力支撑点，支架采用2H45 型钢，标高为+12.115 m。

Step2：水中基础围堰拼装。水中基础围堰拼装主要采用拼装方式，利用钢围堰进行对称拼装，利用120 t履带吊与千斤顶同步进行拼装，在首节的水中基础围堰上安装拼装平台，以此类推，逐层增高，完成水中基础围堰的拼装，见图1。

图1 水中基础围堰的拼接定位码子布置

Step3：利用履带吊实现水中基础围堰的吊起，然后通过定位码子，慢慢将其运至安装位置进行焊口衔接，保证与临时焊接位置的融合。利用钢护筒作为临时的辅助工具[7]，保证水中基础围堰的临时固定，对于固定位置要进行精准测量，满足相应的指标参数要求后，才可以进行下一步壁板的连接工作。

利用三角钢与外壁钢围堰进行连接，完成接缝处的焊接。见图2。

图2 水中基础围堰拼装接缝布置

Step4：水中基础围堰支架施工。水中基础围堰支架作为整个施工系统的主要受力支撑构件，利用护筒进行焊接，并利用2 cm的钢板构成护筒两面的顶部，并以此作为水中基础围堰支架平台。

Step5：设备的下放。利用起重设备进行水中基础围堰的下放工作[8]。钢围堰的重量通过千斤顶的支撑，满足围堰负荷值的均衡，在水中基础围堰边上利用6个钢护筒焊接，支撑200 t千斤顶的重量。并且每个千斤顶配置18根钢绞线，其规格为Ø15.24 ，强度为1 960 MPa 级；在水中基础围堰设置2台200 t的千斤顶，与上述钢绞线的参数一样进行配置。

Step6：钢围堰的下放。水中基础围堰的下放系统主要利用千斤顶、高度钢绞线和起重设备构成[9]。该下放系统的工作要保持连续性，协同工作，保证油泵在千斤顶的控制范围内，最终保证水中基础围堰的钢围堰的精准下放。

1.2 预算水中基础围堰施工成本

假设，水中基础围堰施工的真实成本为F，水中基础围堰施工成本的实际使用率为Ti，人员施工成本的约束范围为β(g)，将水中基础围堰施工成本预算的阈值设置为Tth，那么得到水中基础围堰施工成本的线性博弈过程为：

(1)

在预算水中基础围堰施工成本时，利用式(1)得到ϑ(R)，并结合遗传学计算出水中基础围堰施工成本的预算函数[10]，通过对预算函数的交叉检验，最终得到水中基础围堰施工成本的预算。详细流程如下：

将水中基础围堰施工过程第j阶段的所有成本开销设置为fi(p(j))，施工过程第j阶段的成本开销为p(j)，利用ps描述预算水中基础围堰施工成本的约束值，并根据ϑ(R)数据，结合遗传学理论，推算出水中基础围堰施工成本的预算模型Y为：

(2)

假设水中基础围堰施工的质量成本为E(j)，第j个水中基础围堰施工过程的花销为Eb(j)，则得到水中基础围堰施工成本的预算目标函数为：

(3)

其中：pc为交叉检验的概率；pm为变异的概率。

利用交叉检验概率pc0与变异概率pm0相结合[11]，实现对水中基础围堰施工成本的预算，预算结果为：

(4)

其中：φ(u)为水中基础围堰施工的预算成本占总成本的比例；ϖ(s)为成本预算的基本单元。

根据以上计算过程，完成水中基础围堰施工成本的预算。

1.3 确定围堰施工经济效益评估指标权重

首先根据层次结构，确定围堰施工经济效益评估指标各层次指标的重要性，再根据重要性对其进行重新排序，最终确定围堰施工经济效益评估指标权重。具体步骤如下：

Step1：构建围堰施工经济效益层次分析矩阵。在水中基础围堰施工的过程中，构建围堰施工经济效益综合评价体系，并将财务收益指标设为最优[12]，按照上述构建的围堰施工经济效益层次分析矩阵，获取各个层次的指标体系，获取其中的所有经济效益评价指标。

Step2：构建围堰施工的经济效益的判断矩阵群。根据上述构建的围堰施工经济效益层次分析矩阵，反映出水中基础围堰施工过程中经济效益与各层次指标之间的关系，通过各指标对围堰施工经济效益的影响，围堰施工经济效益指标的最终权重也不同。

Step3：计算经济效益评估指标权重向量。对上述各层次的经济效益评估指标进行归一化处理[13]，然后对各层次的经济效益评估指标求和：

(5)

其中：wi为经济效益评估指标求和均值。

因此，得到综合指标权重w=(w1,w2,…,wn)T，即为围堰施工经济效益评价指标权重

Step4：判断围堰施工经济效益评价指标的排序方法。对上述求得的围堰施工经济效益评价指标函数进行加权处理，得到每个层次指标的加权系数，从而确定围堰施工经济效益各层次的评估指标权重。

1.4 构建围堰施工经济效益评估模型

水中基础围堰施工经济效益综合评估体系是水中基础围堰施工效益的指南，它通过多层次评价指标对经济效益进行约束[14]，提高水中基础围堰施工的经济效益，构建围堰施工经济效益评估体系，见表1。

表1 围堰施工经济效益评估体系

利用多元性表示水中基础围堰施工经济效益综合评估指标之间的线性关系[15]，并用Y表示综合评估指标的评估变量，用x表示经济效益评估指标的自变量，ξ表示综合评估指标的误差，得到围堰施工经济效益评估模型，公式如下：

Y=β0+β1x1+β2x2+…+βPxP+ξ

(6)

式中:P为综合评估指标的回归函数，它受变量Y的影响，得到自变量x1,x2,…,xp，该模型的经济收益综合评估指标函数为β0,β1,…,βP。

根据围堰施工经济效益评估体系，构建了围堰施工经济效益评估模型，实现了围堰施工经济效益的评估[16]。

2 实例分析

2.1 项目概况

该项目是江西某市公路中的一部分，路线长度约2.1 km，设特大桥1座，长度1 046 m，桥两侧引道长1 054 m，平面交叉3处。原有桥梁已评定为危桥，处于封桥禁止通行状态，本次设计予以拆除并新建大桥。

2.2 测算施工项目的成本

2.2.1 测算节能与能源利用成本

该项目的节能与能源利用成本包括灯具及节能设备的购置，节能与能源利用成本的测算过程见表2。

表2 节能与能源利用成本的测算过程

2.2.2 测算节材与材料资源利用成本

该项目的节材与材料资源利用成本主要是环保材料的使用，通过了解实际的水中基础围堰施工项目，及时与施工经济效益管理人员进行沟通，识别出节材与材料资源利用成本的措施。节材与材料资源利用成本的测算过程见表3。

表3 节材与材料资源利用成本的测算过程

2.2.3 测算节地与土地资源利用成本

该项目的节地与土地资源利用成本包括施工操作平台的搭建和施工区域的布置，节地与土地资源利用成本的测算过程见表4。

表4 节地与土地资源利用成本的测算过程

2.2.4 测算节水与水资源利用成本

该项目的节水与水资源利用成本包括购置与安装废水循环装置、节水器具的购置，节水与水资源利用成本的测算过程见表5。

表5 节水与水资源利用成本的测算过程

2.3 测算施工项目的经济效益

2.3.1 节能与能源利用经济效益

根据水中基础围堰施工的现场情况，结合节点设备铭牌，测算节能与能源利用的经济效益，结果见表6。

表6 节能与能源利用的经济效益

根据江西省工业用电单价0.65元/kW·h，计算出该项目节能与能源利用的经济效益为159 120元。

2.3.2 节材与材料资源利用经济效益

将节材与材料资源利用的经济效益划分为两类，包括节材工艺和环保材料。通过识别水中基础围堰施工节材措施，对节材与材料资源利用经济效益的措施进行分类归纳，根据该项目的采购台账，测算出节材与材料资源利用的经济效益[17]，得到两类经济效益分别为42 000和1 030 200元。

2.3.3 节地与土地资源利用经济效益

该项目在节地与土地资源利用中只统计了活动板房的搭设面积和场地硬化面积，水中基础围堰施工的实际硬化面积为108 574平方米，与基准施工方案相比节省了1 048平方米，占地的单位为560元，活动板房占地面积节省了604平方米，单价为180元，经计算得到节地与土地资源利用的经济效益为695 600元。

2.3.4 节水与水资源利用经济效益

将节水与水资源利用的经济效益划分为3类，包括雨水的收集与利用、节水设备的使用以及废水循环利用。在统计节水设备使用数量的基础上，估算出节水量为204 356 m3、施工过程中收集的雨水量为48 642 m3、废水循环利用量为18 950 m3，按照工业用水单价2.8元/m3，计算出节水与水资源利用经济效益为761 454.4元。

2.4 评估结果

通过对该项目的施工成本和经济效益的测算，得到施工成本为352 580元，施工经济效益为2 846 084元。

根据文中施工经济效益综合评估模型，选取折现率为6%，水中基础围堰施工的周期为2年，那么施工经济效益的净现值为：

ΔB=2 846 084×(1+6%)-2≈2 030 223

综上所述，文中施工经济效益综合评估模型验证了该施工方案是可行的，可以获取更高的经济效益。

3 结 语

近年来，随着我国经济建设的不断发展，跨越大江大河的桥梁也越来越多，深水基础的施工水平逐渐提高，针对传统评价模型无法验证施工方案可行性、经济效益低的问题，为最大限度节省施工时间与施工成本，本文提出了水中基础围堰施工经济效益综合评估建模方法研究，实例分析显示，该评估模型可以验证施工方案的可行性。基础围堰施工经济效益评估模型的构建，加快了施工进度、节省了工程造价，在施工应用过程中取得了良好的效果和经济效益。但是本文的研究还存在很多不足，在今后的研究中，希望可以引入环境效益和社会效益指标，完善测算方法。