碼頭技術狀態和設施完好率評估相結合分析

卞亦青 趙敬考

碼頭作為港口功能的主要載體，是實現港口吞吐量的基礎。高樁碼頭是三大碼頭結構形式之一，具有諸多優勢，在我國普遍被采用。天津港碼頭結構形式絕大多數為高樁梁板式碼頭，該結構的特點之一就是構件形式較多，如主體結構包括前承臺構件、后承臺構件和擋土墻等，附屬設施包括碼頭護舷、系船柱設施等;加上天津港碼頭泊位眾多，建設年代參差不齊，設施破損情況存在很大差異，這就為港口設施管理部門的管理工作帶來了巨大壓力。如何對眾多高樁碼頭設施進行科學有效管理就成為一個復雜難題，歷來也是天津港關注的重點。

傳統的管理辦法是利用碼頭設施完好率來統計每年碼頭設施的完好情況，從而制定港口設施的管、養、修工作;該工作依托的是JTJ/T 289-97港口設施維護技術規程較老，其指導意義有待加強。2006年頒布了JTJ 302-2006港口水工建筑物檢測與評估技術規范，使碼頭設施的檢測評估有了操作的依據，但新規范和以往工作之間存在著許多脫節的地方，而且新規范中關于碼頭的附屬設施的檢測并沒有涉及，諸多因素要求將碼頭設施完好率和技術狀態分類進行分析研究，能合理結合起來，使得以往工作能夠在新規范的指導下繼續發揮其應有的作用，并提高精度，減少人為因素的干擾，從而提升港口設施管理的水平和效能。

1 概念分析

1.1 碼頭技術狀態

碼頭技術狀態在JTJ/T 289-97港口設施維護技術規程中有規定，但只是定性的分為技術狀態良好、技術狀態正常、技術狀態不良和技術狀態惡劣四種，該規范沒有給出定量判別的方法，實際操作者無法根據規范準確判定碼頭的技術狀態，普遍根據多年的實際工作經驗來衡量。如果一定要從定量的角度去判別，則需要根據JTJ 302-2006港口水工建筑物檢測與評估技術規范進行，該規范給出了進行量化的計算指標，作為計算依據可進行參考。

1.2 碼頭設施完好率

碼頭設施完好率沒有廣泛的和明確的定義，是天津港多年來評估碼頭設施的一個指標。此概念和圍繞該概念進行的工作由來已久(已超過10年)，成為天津港管理部門衡量和評定泊位破損現狀的指標，并為管理碼頭設施的管理、養護、維修依據[1］，為設施完好程度提供動態參考。其本質的含義就是通過現場的調查檢測[2］結果，統計計算破損構件和構件總數之間的比例關系，建立碼頭設施破損情況的動態數據庫。

2 以往的工作及缺陷分析

以往碼頭設施的管理工作就是通過統計分析碼頭設施完好率來進行的。天津港碼頭設施每年都進行2次調查檢測[3］，分為春檢和秋檢，從而建立了現場破損構件的數據庫。

以往采用以下公式計算碼頭設施完好率:

其中，sswhl為碼頭設施完好率;d*，t*為自前向后依次分別表示基樁、面板、梁、護舷、護輪坎、護木和擋土墻的破損數量和總數。

從公式可知，以往的工作存在以下明顯缺點:

1)影響高樁碼頭設施完好率的因素不全(缺少系船柱、樁帽等)。雖然主體構件基本包括，但要提高完好率的精度，需要建立完善的模型;

2)影響因素的權重是依靠經驗進行的一刀切，科學性、合理性和準確性有待提高;

3)碼頭設施完好率是單獨的一項統計和計算工作，需要根據碼頭調查檢測結果另行安排進行，程序多，效率低。

隨著天津港碼頭設施的管理水平不斷提高，迫切需要對這些缺陷進行改進從而適應工作需求。

3 改進思路

針對以往工作的缺陷，即得到本課題實施的思路:首先結合多年碼頭調查檢測經驗建立因素齊全、科學合理的評判碼頭技術狀態模型;然后采用比較精確方法確定模型中各個因素的權重，取消一刀切做法，從而提高評估精度;最后根據碼頭技術狀態評估結果，尋找更為簡便的判定設施完好率的手段，簡化或取消單獨統計計算碼頭設施完好率工作，提高效益。

4 實施過程

基于改進思路，本課題實施過程如下。

4.1 建立因素齊全、科學合理的評估模型

模型的建立考慮到因素齊全，應包含影響評估高樁碼頭技術狀態的所有因素。本模型包括了基樁、上部結構、擋土結構和附屬設施四個方面，而上部結構和附屬設施下再細分具體的組成的構件，每種構件根據最新的《港口水工建筑物檢測與評估技術規范》進行安全性、耐久性和實用性評估劃分，不僅彌補原來工作中評估因素不夠全面的缺陷，而且評估模型具有評判依據。具體的評估模型見圖1。

圖1 模型的建立

4.2 精確確定各影響因素的權重

權重的精確確定是課題的難點和重點，特引入了采用層次分析法[4，5］進行確定。層次分析法(AHP法)是美國一位運籌學家提出的一種多層次、多目標、多方案的綜合比較法，其核心思想是將決策者的經驗判斷給予量化，從而為決策者提供定量形式的決策依據，在目標結構復雜且缺乏必要數據的情況下更為實用。

本課題模型中因素權重的確定是通過天津港二十多名專家依據自己經驗進行打分，形成多名專家對影響因素重要程度判斷的打分表，其結果由程序編制人員整理分析形成可輸入的判斷矩陣，再將該矩陣輸入到編寫好的程序中進行運算求出結果，從而精確得到權重的大小(見圖2)。

把層次分析法引入到天津港碼頭設施管理領域是具有創新意義的，不僅能精確確定權重大小，而且大大提升了港口設施管理的水平，具有可信性高、人為因素影響小的優點。

4.3 碼頭技術狀態的評估運算

將精確權重系數配置到因素齊全的模型中，就具備技術狀態運算的基礎條件。模型運算利用模糊數學[6］層層進行運算得到碼頭的技術狀態判定結果。判定的過程就是從低向高進行運算，即由各個構件的基礎調查檢測資料形成的判定矩陣和該構件的權重由下向上進行運算，得到上一級因素的判定矩陣，該判定矩陣再和相應的因素權重進行運算得到更高一級因素的判定矩陣，直到最終運算得到碼頭技術狀態的判定結果。

圖2 權重確定過程

最終的評估判定結果有兩個指標:一個是能按照最大隸屬度判定技術狀態的判斷參數;另一個就是評價判斷參數的隸屬度系數。根據判斷參數，可以判定碼頭設施所屬的技術狀態，根據隸屬度系數則可判定碼頭設施隸屬于該技術狀態的程度。

4.4 利用碼頭技術狀態結果簡化設施完好率工作

通過建立完善模型，精確確定因素權重，采用模糊數學運算得到碼頭技術狀態結果可知，整個過程與確定碼頭設施完好率并沒有直接關系，不能簡化或取消單獨對設施完好率計算和統計的工作。如果能利用技術狀態的判定結果來確定設施完好率，使得二者進行密切結合則可以簡化后者的工作。

根據模型運算結果可知，結果包括兩個參數，其中之一就是隸屬度系數，該系數的本質含義與碼頭設施完好率表達的含義密切相關，即隸屬度系數越大，反映碼頭的設施完好率越大。因此可嘗試通過隸屬度系數和設施完好率結果建立相關關系，形成相關曲線。

根據某一年碼頭技術狀態判定結果中的隸屬度系數來確定設施完好率偶然性較大，因此，為了能將技術狀態和完好率之間合理有效進行結合，需要對近幾年的設施完好率重新進行統計分析，從而探尋其中的統計規律，建立相關曲線(見圖3)，從而使得今后的設施完好率只需要通過擬合曲線查詢即可得到，節省了該項工作的單獨委托、計算和統計。

圖3 碼頭設施技術狀態和完好率相關曲線

重新計算泊位設施完好率采用以下改進后的公式:

其中，sswhl為設施完好率;d*，t*為自前向后依次分別表示基樁、面板、梁、樁帽、靠船構件、系船柱、護舷、護輪坎、護木和擋土墻的破損數量和總數;k1～k10為不同構件的權重系數，采用專家打分后程序運算結果。

采用式(2)重新計算主要考慮是公式與新建的高樁碼頭技術狀態判定模型中的因素相對應，具有因素齊全、科學合理特點;且因素的權重采用層次分析計算后得到的精確權重，其結果和利用模型計算得到的碼頭技術狀態結果相互對應。如果采用原有的設施完好率計算式(1)與現在計算所得的碼頭技術狀態結果去建立相關關系，則會出現錯誤的對應關系，不能正確反映設施破損現狀。特以2007年天津港14段～15段碼頭為例比較式(1)和式(2)權重與結果差別(見表1)。

表1 權重和結果比較表

從以上兩個公式比較可知，式(2)的權重精確度高，影響因素齊全，計算所得的設施完好率更為可信，因此選用式(2)結果與碼頭技術狀態結果進行曲線擬合。

5 結語

從港口設施管理的實際需求出發，分析了以往對碼頭設施完好率評估中存在的不足情況，將模糊數學和層次分析法引入到港口設施管理領域，建立了高樁碼頭技術狀態評估模型，并且針對模型中的因素采用層次分析法進行確定，不僅具有創新性，而且提高了精度，解決了理論研究在管理實際應用中所面臨的諸多難題，實際意義強，理論水平高，社會效益大。通過本課題研究成果，可將每年天津港碼頭調查檢測結果直接應用到管理領域中，通過碼頭設施的技術狀態結果可查詢設施完好率，減少了中間環節，具有良好的經濟效益，同時也開創了一條新的港務設施管理手段。

[1]張建國，孫建澎.高樁碼頭維護檢測有關問題的探討[J］.水道港口，2001，22(1):40-43.

[2]王廣德，田雙珠，王笑難，等.碼頭檢測評估的現狀與發展[J］.水道港口，2002，23(4):291-294.

[3]田雙珠，王笑難，李 穎.港口工程已建碼頭的檢測評估[J］.水道港口，2004，25(4):219-221.

[4]范鋒劍，袁海慶，劉文龍，等.基于不確定型層次分析法的橋梁模糊綜合評估[J］.武漢理工大學學報，2005，27(4):54-57.

[5]任更鋒，徐 岳，石利強，等.基于層次分析法的在役RC橋梁耐久性能評估[J］.長安大學學報，2008，28(6):41-45.

[6]桂勁松，于龍梅，欒曙光.漁港等級模糊評估方法研究[J］.中國港灣建設，2004(2):29-32.