基于價值工程的全生命周期躉船材質(zhì)方案比選研究

方夢丹吳劍國阮學初

（1.浙江工業(yè)大學 建筑工程學院 杭州310014； 2.杭州市船檢處 杭州310000）

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基于價值工程的全生命周期躉船材質(zhì)方案比選研究

方夢丹1吳劍國1阮學初2

（1.浙江工業(yè)大學 建筑工程學院 杭州310014； 2.杭州市船檢處 杭州310000）

［摘 要］將躉船整個生命周期過程中的技術(shù)先進性、經(jīng)濟合理性和環(huán)境協(xié)調(diào)性有機地融合為一體，基于價值工程理論提出躉船材質(zhì)方法比選。實例表明在千島湖這樣的大噸位船舶碰撞概率很小的水域，采用混凝土躉船明顯優(yōu)于鋼質(zhì)躉船。

［關(guān)鍵詞］躉船；價值工程；功能；環(huán)境；經(jīng)濟；全壽命周期；材質(zhì)

吳劍國（1963-），男，博士，教授，研究方向：船舶結(jié)構(gòu)。

阮學初（1955-），男，高級工程師，研究方向：船舶檢驗。

引 言

中華人民共和國行業(yè)標準《斜坡碼頭及浮碼頭設(shè)計與施工規(guī)范》（JTJ 294-98）［1］規(guī)定：無論是內(nèi)河港口還是沿海港口都可選用鋼質(zhì)躉船或鋼筋混凝土躉船。鋼筋砼躉船的優(yōu)點是耐腐蝕性好、造價較低、養(yǎng)護費用低，但其缺點是自重大、抗撞擊性能差。鋼躉船的優(yōu)點是自重較輕、對撞擊能量的吸收性能好，缺點是耐腐蝕性能較差、造價和養(yǎng)護費用較高［2］。而在現(xiàn)實中，孰優(yōu)孰劣很難決策，因此，提出一種卓有成效的躉船比選方法，具有一定的現(xiàn)實意義。

過去，人們在對多個設(shè)計方案進行比選時，只注重建設(shè)期的成本，而忽視運營階段及拆除成本［3］。以建設(shè)成本最小化為目標的投資方案放在壽命周期這個大環(huán)境下未必最優(yōu)［4］。價值工程是以最低的壽命周期成本，可靠地實現(xiàn)研究對象的必要功能。在價值工程中的“價值”是指分析對象具有的功能與獲得該功能和使用該功能的全部費用之比，是一種比較價值或相對價值的概念。對象的功能越大、成本越低，價值就越大。因此，應(yīng)用價值工程選擇設(shè)計方案將躉船整個生命周期過程中的技術(shù)先進性、經(jīng)濟合理性和環(huán)境協(xié)調(diào)性有機地融合為一體，是一種行之有效的方法。

1　躉船的價值工程決策模型

1.1技術(shù)功能設(shè)計

躉船技術(shù)功能設(shè)計或稱技術(shù)功能分析，是價值工程活動的核心基本內(nèi)容［5］，需對船舶的安全作業(yè)有足夠保證。躉船在靠離泊作業(yè)時，需承受較大沖擊性靠泊力的反復作用，以滿足防撞性的要求。同時，躉船設(shè)計的穩(wěn)性應(yīng)滿足國家相關(guān)規(guī)范。當躉船用于工作、住宿或旅游觀光時，應(yīng)有良好的隔熱性能。通過功能分析，建立技術(shù)功能系統(tǒng)圖（圖1）。

圖1　技術(shù)功能系統(tǒng)圖

1.2綜合成本設(shè)計

躉船的全生命周期可分為設(shè)計建造、使用、報廢3個階段。本文從綠色船舶角度出發(fā)，在傳統(tǒng)的經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)上，附加環(huán)境屬性這個新元素［6］，重視躉船在壽命周期各階段的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，來設(shè)計綜合成本，見表1。

表1　綜合成本表

1.3技術(shù)功能系數(shù)計算

1.3.1重要性系數(shù)（權(quán)重）計算

內(nèi)河躉船的主要功能是靠、系泊船舶，內(nèi)河躉船除承受一般的船舶外力外，主要還承受較大的沖擊性靠泊力的反復作用，因此首先需滿足防撞性功能。此外，躉船也常用于旅游觀光以及管理部門作業(yè)，要求具有較強穩(wěn)性，足以抗擊風浪。在夏季室外陽光直照時，也需注意躉船的傳熱性。因此，技術(shù)人員采用“04”評分法，將功能逐一進行功能重要性比較：

（1）很重要的功能得4分，很不重要的功能得0分；

（2）較重要的功能得3分，不太重要的功能得1分；

（3）兩個功能重要程度相同時各得2分；

（4）自身對比不得分。

“04”評分法得分總和為2n（n-1）/2，n為對比的指標數(shù)量。然后獲得相應(yīng)的累計得分，全部的累計得分之和為總分，累計得分除以總分為對應(yīng)的權(quán)重。內(nèi)河躉船技術(shù)功能權(quán)重計算見表2。

表2　技術(shù)功能權(quán)重計算表

1.3.2各方案功能評價值計算

根據(jù)技術(shù)功能系統(tǒng)圖，由若干經(jīng)驗豐富的專業(yè)人員采用5分制對每個方案的各個評價項目分別打分， 將評分人員所打分值取算術(shù)平均值， 得到該方案各評價項目的得分， 然后對評價項目得分加權(quán)平均，獲得單個方案的功能評價值Fi。5分表示滿足程度高，4分表示滿足程度較高，3分表示滿足程度一般，2分表示滿足程度較低，1分表示滿足程度低。

1.3.3確定各方案的功能系數(shù)FIi

計算出各方案的功能評價值Fi后， 計算出各方案的功能系數(shù)：

式中： Fi為第i 個方案的功能評價值。

1.4成本系數(shù)CIi的計算

成本是實現(xiàn)躉船技術(shù)功能所花的實際費用，即為綜合成本，包括經(jīng)濟屬性和環(huán)境屬性。在成本系數(shù)計算時，統(tǒng)一采用貨幣為量化指標，便于評價結(jié)果的對比分析。 各方案的成本系數(shù)CIi就是第i 個方案的成本與所有方案成本之和的比值［7］， 其計算公式為：

式中： Ci為第i 個方案的成本。

1.4.1經(jīng)濟屬性計算

經(jīng)濟屬性考慮躉船在全壽命周期中可能產(chǎn)生的各種費用，包括設(shè)計建造階段的初期投資（即工程報價）、使用階段產(chǎn)生的檢查費、修理費、上下排費、起錨費以及報廢后的拆解費和一定的殘值回收。

1.4.2環(huán)境屬性計算

環(huán)境屬性量化，主要是通過輸入設(shè)計建造期的主要建筑材料損耗量，輸出COX、SOX、NOX、粉塵、固體廢棄物等作為環(huán)境屬性的主要分析子指標，并根據(jù)環(huán)境負荷經(jīng)濟值轉(zhuǎn)換的相關(guān)規(guī)定（見表3），進行量化最終得到環(huán)境成本［2］，可直接用于成本系數(shù)計算。

表3　主要建筑材料的環(huán)境污染排放清單和環(huán)境負荷經(jīng)濟值轉(zhuǎn)換表

1.5各方案的價值系數(shù)Vi的計算

由各方案的功能系數(shù)FIi與該方案的成本系數(shù)CIi， 計算出各方案的價值系數(shù)Vi，即Vi= FIi/ CIi。根據(jù)價值系數(shù)的大小進行方案的比較選優(yōu). 價值系數(shù)越大， 說明方案越好。

2　應(yīng)用實例

“千島湖24 m躉船”和“千島湖躉船浮箱”都是2011年建造的～22 m的內(nèi)河躉船，前者為內(nèi)河混凝土躉船，后者鋼質(zhì)躉船，具有可比性。本文以此為例，分別簡稱為內(nèi)河混凝土躉船和內(nèi)河鋼質(zhì)躉船，在實際造價的基礎(chǔ)上，對所提方法進行說明。

兩種躉船都具有承受較大沖擊性靠泊力反復作用的功能，可以滿足防撞性的要求。因為混凝土躉船外板厚最小一般在50 mm，船體主甲板以下自重大、重心高度低、穩(wěn)性較好。鋼質(zhì)躉船甲板薄、自重輕、穩(wěn)定新稍差。當躉船用來作為工作躉船或住宿船時，在夏季室外陽光直照，如果鋼質(zhì)甲板上溫度可達60°，讓人腳下發(fā)燙，而鋼筋混凝土甲板溫度最高也只約為30°。因此，專業(yè)人員對兩個方案采用5分制進行功能打分，各分值乘以權(quán)重得到功能加權(quán)分，繼而得到功能系數(shù)，計算過程見表4。

表4　各方案功能系數(shù)計算表

計算兩種船型的綜合成本，進而獲得兩種不同材質(zhì)躉船的價值系數(shù)（見表5）。由于鋼質(zhì)躉船易腐蝕，一般使用若干年后就要拖上岸進行檢驗和涂漆，然后再下水，需要多次的起布錨和上下排。而混凝土躉船耐腐蝕，維修量小，使用過程中不需要上岸檢測和維修，因此，整個生命周期中通常僅需一次上下排和少量的定錨費用。

表5　綜合成本、成本系數(shù)和價值系數(shù)計算

混凝土躉船的價值系數(shù)為2.83，其功能價值高；鋼質(zhì)躉船的價值系數(shù)為0.60，其價值功能低，壽命周期成本高。

3　敏感性分析

本文針對防撞性權(quán)重、起布錨費用和上下排費用這三個不確定因素，選擇價值系數(shù)作為敏感性分析的經(jīng)濟評價指標，以防撞性權(quán)重等于0.58、單次起布錨費用等于4萬元、單次上下排費用等于6萬元的方案作為基本方案，確定其敏感程度。參見表6和圖2。

由表6和圖2可知：

（1）各不確定因素變化時，混凝土躉船的價值系數(shù)始終大于鋼質(zhì)躉船的價值系數(shù)。

（2）對于混凝土躉船而言，價值系數(shù)對于起布錨費用和上下排費用的變化較敏感，鋼質(zhì)躉船起錨費用和上下排費用變動間接影響了混凝土躉船的經(jīng)濟價值。

（3）對于鋼質(zhì)躉船而言，價值系數(shù)對于各不確定因素的敏感程度都較低。

表6　敏感度計算

圖2　各因素變化對價值系數(shù)的影響

4　結(jié) 論

（1）將躉船整個生命周期過程中的技術(shù)先進性、經(jīng)濟合理性和環(huán)境協(xié)調(diào)性有機地融合為一體，提出了基于價值工程的躉船建設(shè)方案評價方法。

（2）實例表明：在像千島湖這樣的大噸位船舶碰撞概率很小的水域，采用混凝土躉船明顯優(yōu)于鋼質(zhì)躉船。

［參考文獻］

［1］ 中華人民共和國交通部. JTJ 294-98，斜坡碼頭及浮碼頭設(shè)計與施工規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，1999.

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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

［中圖分類號］U674.24+9

［文獻標志碼］A

［文章編號］1001-9855（2016）02-0020-05

［收稿日期］2015-09-18；［修回日期］2015-11-18

［作者簡介］方夢丹（1990-），女，碩士，研究方向：鋼結(jié)構(gòu)。