港口工程碳纖維加固定額消耗研究

虞　瑩

港口工程碳纖維加固定額消耗研究

虞瑩

（中交第三航務(wù)工程局有限公司，上海200032）

通過(guò)單項(xiàng)碳纖維加固工程的統(tǒng)計(jì)，得出其綜合人工、材料及機(jī)械消耗，然后選取典型地區(qū)多項(xiàng)工程，應(yīng)用最小二乘法進(jìn)行優(yōu)化擬合，減小了小樣本數(shù)據(jù)的局限性，并得出港口工程碳纖維加固的定額消耗。最后通過(guò)與相關(guān)定額的規(guī)定進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了研究結(jié)果的合理性，并指出了港口工程碳纖維加固的特殊性。研究成果可為相關(guān)單位成本預(yù)測(cè)、工程招投標(biāo)及預(yù)決算等提供理論指導(dǎo)與技術(shù)借鑒。

碳纖維加固；定額消耗；最小二乘法

0　引言

20世紀(jì)初以來(lái)，由于碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量及施工便捷等突出優(yōu)點(diǎn)，陸續(xù)得以在房建、抗震及港口加固工程中大量應(yīng)用。隨著建筑業(yè)的日益規(guī)范化，國(guó)家陸續(xù)頒發(fā)了專門的施工驗(yàn)收規(guī)范[1]，部分省份也頒發(fā)了相關(guān)的計(jì)價(jià)規(guī)范或定額[2]，但目前尚未形成統(tǒng)一的碳纖維加固定額。而港口工程位于水陸交界區(qū)，受風(fēng)、浪、潮及涌的影響特別嚴(yán)重[3]，其加固施工具有特殊性。因此，進(jìn)行港口工程碳纖維加固定額消耗的研究，對(duì)完善定額編制、規(guī)范建筑市場(chǎng)與促進(jìn)成本管理等均有積極意義。

從定額相關(guān)理論出發(fā)，介紹了定額組成、核算方法及最小二乘法。通過(guò)單項(xiàng)碳纖維加固工程統(tǒng)計(jì)分析，得出其綜合人工、材料及機(jī)械消耗。然后選擇典型地區(qū)多項(xiàng)工程，應(yīng)用最小二乘法進(jìn)行擬合求解，有效減小了小樣本數(shù)據(jù)局限性，得出港口工程碳纖維加固定額。最后與現(xiàn)行房建、抗震等定額的相關(guān)規(guī)定相比，驗(yàn)證了研究成果的合理性，并指出了港口工程碳纖維加固定額的特殊性。

1　相關(guān)理論

1.1定額組成

定額組成包括人工、材料及機(jī)械方面的定額。人工定額有時(shí)間定額和產(chǎn)量定額兩種互為倒數(shù)的形式。產(chǎn)量定額是指在一個(gè)綜合工作日內(nèi)所完成的工作量，而時(shí)間定額是指完成某一工作量所需的工日之和。為方便計(jì)算，實(shí)際工程中多采用時(shí)間定額，故本文采用時(shí)間定額進(jìn)行研究[4]。材料定額主要是指主材、輔材、周轉(zhuǎn)性材料及零星材料等方面的消耗。機(jī)械定額則是施工過(guò)程中因?yàn)椴牧线\(yùn)輸、提供工作面等產(chǎn)生的機(jī)械臺(tái)班的消耗。

1.2定額核算方法

當(dāng)前定額核算主要有經(jīng)驗(yàn)估計(jì)、技術(shù)測(cè)定與統(tǒng)計(jì)分析法[4]。經(jīng)驗(yàn)估計(jì)由資深技術(shù)人員依靠經(jīng)驗(yàn)直接估算定額消耗量，方法簡(jiǎn)單但主觀誤差大。技術(shù)測(cè)定通過(guò)實(shí)測(cè)工作消耗并加以整理分析而得，準(zhǔn)確性較高但投入大。而統(tǒng)計(jì)分析法通過(guò)收集對(duì)應(yīng)產(chǎn)品或相似項(xiàng)目的資料，結(jié)合當(dāng)前實(shí)際加以整合而得，能較有效反映實(shí)際效率，簡(jiǎn)單易行且工作量小，是當(dāng)前測(cè)定勞動(dòng)定額的常用方法。

1.3最小二乘法

由于單個(gè)工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有局限性，可對(duì)多項(xiàng)工程數(shù)據(jù)擬合得到最優(yōu)解。而最小二乘法[5]是最常用的擬合方法之一，通過(guò)最小二乘法的擬合，可以得到最佳函數(shù)匹配，且與實(shí)際數(shù)據(jù)間誤差的平方和最小。其原理簡(jiǎn)單易懂，應(yīng)用方便，設(shè)2個(gè)變量（x，y）的一元線性回歸模型為：式中：x、y分別為自變量與因變量；ε服從正態(tài)分布N（0，σ2）；a、b為擬合常數(shù)，且分別由式（2）、式（3）確定：

由于預(yù)測(cè)點(diǎn)可能落在擬合直線的延長(zhǎng)線上，故其值由式（4）確定：

式中：e為殘差。

其誤差檢驗(yàn)公式如下：

式中：Sy為因變量y的標(biāo)準(zhǔn)差；Sb為斜率b的標(biāo)準(zhǔn)差。

2　定額消耗研究

2.1單項(xiàng)工程統(tǒng)計(jì)

根據(jù)施工工藝要求，碳纖維加固內(nèi)容[6]依次為基層處理、定位放線、下料、涂底膠、找平、粘貼碳纖維布、表面防護(hù)及特殊部位處理等。由于港口工程中加固梁、板及樁的施工條件基本相同，后續(xù)定額消耗不再按構(gòu)件細(xì)分，而以綜合人工進(jìn)行統(tǒng)一測(cè)算。

經(jīng)搜集資料，以上海港羅涇碼頭碳纖維加固工程為例[7]，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得加固梁86.5 m2、板53.8 m2以及樁34.5m2，整理有關(guān)數(shù)據(jù)，得到各工序人工消耗見(jiàn)表1。

表1　項(xiàng)目人工消耗情況表Table1 Labor consumption in project

由表1，將所耗總?cè)斯こ约庸炭偯娣e，得到該工程綜合人工消耗為2.13工日/m2。類似地，通過(guò)整理施工中用材情況，得到項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的材料消耗見(jiàn)表2。

表2　項(xiàng)目材料消耗情況表Table2 Materials consumption in project

表2反映出碳纖維布、專用膠、粘涂樹脂以及丙酮為加固工程的主材消耗，占總量85%以上，施工質(zhì)量控制及成本控制時(shí)應(yīng)當(dāng)著重把控這些材料。

在機(jī)械消耗方面，由于加固需要進(jìn)入碼頭下方操作，其消耗主要為施工配合船舶。由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到該項(xiàng)目船機(jī)消耗為15 kW機(jī)動(dòng)艇60艘班，對(duì)應(yīng)的單位面積船機(jī)消耗為0.34艘班/m2。

2.2最小二乘法擬合

由于單個(gè)項(xiàng)目為小樣本數(shù)據(jù)，存在局限性。為此，增加上海洋山港、大連及天津等典型港口工程碳纖維加固資料[7]，然后運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行優(yōu)化擬合，以使研究結(jié)果更具代表性。相關(guān)項(xiàng)目的人、材及機(jī)消耗均先按以上方法進(jìn)行單項(xiàng)工程統(tǒng)計(jì)，然后進(jìn)行多項(xiàng)目的最小二乘法擬合。表3給出了相關(guān)項(xiàng)目的綜合人工消耗統(tǒng)計(jì)。

表3　相關(guān)工程綜合人工消耗統(tǒng)計(jì)表Table3 Comprehensive labor consumption in related projects

由表3可見(jiàn)，項(xiàng)目地點(diǎn)由南到北涵蓋了河口三角洲、內(nèi)河及離岸深水港等典型地區(qū)，具有較全面的代表性。同時(shí)，各地綜合人工消耗由于地域差異不盡相同，故應(yīng)用最小二乘法進(jìn)行擬合非常必要。

以工程量為自變量x，以單位面積綜合人工為因變量y，構(gòu)建相應(yīng)的線性回歸模型，并采用相關(guān)系數(shù)r對(duì)模型合理性進(jìn)行檢驗(yàn)[5]，求得相關(guān)系數(shù)r=-0.957，絕對(duì)值接近于1，說(shuō)明回歸模型的線性關(guān)系良好，模型建立是合理的，而負(fù)值則表明了單位面積綜合人工與工程量負(fù)相關(guān)。

由式（2）、式（3）求得斜率b=-0.003 5，截距a=2.59，再由式（7）、式（8）求得人工消耗的標(biāo)準(zhǔn)差Sy=1.066，斜率b的標(biāo)準(zhǔn)差Sb=0.004 1。由于Sb非常小，證明了模型的線性關(guān)系非常穩(wěn)定。根據(jù)人工定額的定義，將完成單位平米碳纖維加固面積所必需的各個(gè)工序所耗用的工日之和定義為單位面積綜合人工消耗，則由上述計(jì)算可得到單位面積綜合人工消耗為2.59工日/m2。

2.3港工碳纖維加固定額消耗

類似地，同樣應(yīng)用最小二乘法對(duì)材料消耗、船機(jī)消耗等分別進(jìn)行擬合，最終得出港口工程碳纖維加固的綜合人工、材料及機(jī)械消耗，并形成港口工程每平米碳纖維加固定額消耗如表4所示。

表4　港口工程碳纖維加固定額消耗表Table 4 Quota consumption of carbon fiber reinforcement in harbor engineering

需要說(shuō)明的是，表中關(guān)于碳纖維布加層的定額消耗，是在實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上參考了相關(guān)定額的算法[8]，按實(shí)際情況或乘以相關(guān)定額百分比而得。由于本研究中單層碳纖維布定額消耗已經(jīng)考慮了港口工程特殊的施工環(huán)境與條件，在此基礎(chǔ)上按百分比考慮符合實(shí)際情況。

3　相關(guān)討論

由于當(dāng)前的房建、抗震加固定額對(duì)碳纖維加固有相應(yīng)規(guī)定[2，8-10]，通過(guò)與之相比，可以進(jìn)一步校核研究成果。圖1給出了與相關(guān)定額消耗的對(duì)比直方圖。

由圖1可見(jiàn)，港口工程綜合人工消耗均大于房建、抗震等工程。例如，北京房屋修繕定額的綜合人工為1.49，而港口工程綜合人工消耗達(dá)到了2.59，兩者相差1.10，差幅高達(dá)78.5%。但港口工程與其他三部定額的差別則明顯要小于北京，例如上海的地方房屋修繕定額綜合人工消耗在1.8左右，比港口工程小了0.79；而四川、廣東兩地的相關(guān)定額綜合人工消耗則比港口工程小了0.6左右。上述數(shù)據(jù)普遍反映出，港口工程的綜合人工消耗要大于其他各類工程。經(jīng)分析，主要有三方面的原因。首先是港口工程需要乘潮作業(yè)，存在一定的中斷時(shí)間，但人工定額統(tǒng)計(jì)包括無(wú)法避免的中斷時(shí)間[4]。其次是港口工程工作環(huán)境要差于陸上工程，例如碼頭下方操作空間狹小、受風(fēng)浪顛簸影響較嚴(yán)重等，故工作效率會(huì)明顯低于陸上工程。最后是施工工藝的要求，碳纖維加固前需要將受損部位打磨、清除并風(fēng)干才能進(jìn)行涂膠粘貼等，而碼頭前沿水域濕度大，需要耗費(fèi)更多人工與時(shí)間才能達(dá)到目的。因此，研究得出的綜合人工消耗比較符合實(shí)際施工情況。

圖1　定額消耗對(duì)比圖Fig.1 Contrast of quota consumptions

由于加固所用主要材料為碳纖維布，而實(shí)際工程中是在加工車間裁剪后再運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)，故各定額的主材消耗基本在1.1左右，港口工程的材料消耗與大部分定額較為接近。但在機(jī)械消耗方面，由于需要有船舶配合施工等，港口工程碳纖維加固存在明顯的船機(jī)消耗，這是港口工程不同于其他陸上工程最突出的地方。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)碳纖維加固工程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，引入最小二乘法擬合求解，得出港口工程碳纖維加固的綜合人工消耗、材料消耗及機(jī)械消耗的具體數(shù)值，并形成港口工程碳纖維加固定額表格。通過(guò)對(duì)比研究，表明了研究成果的合理性，同時(shí)指出港口碳纖維加固的綜合人工高于其他工程，而材料消耗基本相同，但存在明顯的船機(jī)消耗的特點(diǎn)。研究成果可以為相關(guān)施工單位成本控制、工程招投標(biāo)及預(yù)決算等提供技術(shù)借鑒與指導(dǎo)。

由于我國(guó)幅員遼闊，同時(shí)碼頭結(jié)構(gòu)形式多樣，不同單位施工工藝也各異，本文所進(jìn)行的研究旨在拋磚引玉，期待有更多同行對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行更深入的研究與探討。

[1]GB 50550—2010，建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]. GB 50550—2010，Code for acceptance of construction quality of strengtheningbuildingstructures[S].

[2]四川省建設(shè)工程造價(jià)管理總站.四川省房屋建筑抗震加固工程計(jì)價(jià)定額[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008. Sichuan Construction CostManagement Bureau.Valuation quota of building aseismic reinforcement engineering in Sichuan Province [M].Beijing:China Planning Press,2008.

[3]李幼萌.淺析港口建設(shè)中的風(fēng)險(xiǎn)與保險(xiǎn)[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2009 （5）：77-79. LIYou-meng.Briefanalysison risksand insurance in the portconstruction[J].China Harbor Engineering,2009(5):77-79.

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[9]北京市建設(shè)工程造價(jià)管理處.北京市房屋修繕工程預(yù)算定額[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012. Beijing Construction Cost Management Bureau.Estimation quota for the building structure repairs in Beijing[M].Beijing:China Architecture&Building Press,2012.

[10]上海市建設(shè)工程定額管理總站.上海房屋修繕預(yù)算定額[M].上海：上海科學(xué)普及出版社，2001. ShanghaiConstruction CostManagementBureau.Estimation quota for the building structure repairs in Shanghai[M].Shanghai:ShanghaiPopular Science Press,2001.

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

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2014年科技項(xiàng)目計(jì)劃（2014-S1A-003）

虞瑩（1982—），女，湖南長(zhǎng)沙市人，工程師，注冊(cè)造價(jià)師，主要從事項(xiàng)目管理及成本管控等。E-mail：yuyingfishy@163.com