碼頭初步設計階段結構優化與成本控制

陳 榆

(福建省港航勘察設計院 福建福州 350002)

碼頭初步設計階段結構優化與成本控制

陳 榆

(福建省港航勘察設計院 福建福州 350002)

碼頭工程初步設計階段影響工程造價的因素主要有：總平面布置、裝卸工藝及結構設計方案。文章主要結合實例對沿海碼頭初步設計階段的兩個設計方案進行比較分析，使工程項目在符合規范、保證質量的前提下，通過結構優化，實現成本控制。

碼頭；初步設計；結構優化；成本控制

1 初設階段工程造價控制的重要意義

碼頭工程造價管理是工程建設項目實現科學化管理的重要環節，科學確定和合理控制項目建設資金，有利于資源的合理配置、發揮資金的最佳效益。它貫穿于項目建設的決策、設計和施工等全過程，每個階段對建設項目造價影響程度各不相同。由圖1可以看出，初步設計階段對投資的影響度約為75%～95%。施工圖設計準備階段，影響投資的可能性為10%～35%。到了施工設計階段，通過優化施工組織設計節約工程投資的可能性僅有5%～10%。顯然，初步設計階段是控制工程造價的關鍵階段[2]，這個階段基本上確定了工程建設的規模布局、結構形式、使用功能、工藝流程等，同時確定投資概算，即建設項目投資的最高限額。由于設計專業人員在設計過程中更關注工程的使用功能，力求采用比較先進的技術方法實現項目所需功能，而對經濟因素考慮較少，如果在設計階段吸收工程造價人員參與全過程設計，那么，在決定設計方案時，充分考慮整個工程的經濟效益。另外，投資限額一旦確定，設計人員只能在確定的限額內充分發揮個人創造力，力爭選擇更經濟的方式實現技術目標，從而確保設計方案能較好地體現技術與經濟的完美結合。

圖1 建設過程各階段對投資的影響

2 工程案例

2.1 項目概況

廈門港東山5 000t級對臺客貨碼頭工程，建設規模為新建5 000t級客貨泊位1個及后方配套有客運大樓、汽車待渡場、堆場、停車場、給排水、消防、供電照明等設施。根據工程自然條件及地質條件特點，碼頭采用重力式沉箱結構。

本文主要根據設計對象的規模和特點、地質條件、機械設備等客觀因素，從設計方案比選角度對碼頭結構初步設計階段成本優化控制進行分析。比選的原則是：在符合相關設計規范和技術要求的前提下，結合生產實際需要做進一步優化設計，滿足使用要求時投資最少的方案為優先方案。

2.2 項目初始設計方案

圖2 帶卸荷板式沉箱結構斷面圖

2.2.1 結構選型

根據地質勘察鉆孔資料，工程區自上而下主要地層分別為淤泥、中砂、殘積砂質粘性土、全風化花崗巖、散體狀強風化花崗巖、碎塊狀強風化花崗巖和中風化花崗巖。

基于工程區自然條件及地質特點，提出重力式結構設計方案。重力式碼頭結構型式具有整體性好、結構耐久性好、施工較簡單等優點，且在福建港口建設中占有重要地位，建設、施工單位均有成熟的經驗。

在碼頭結構型式的基礎上，最初的設計方案采用帶卸荷板的沉箱結構方案，如圖2所示。將基礎持力層選擇在中風化花崗巖層和全風化花崗巖層。碼頭泊位直立段長175m，碼頭面高程為5.16m。停泊水域設計底高程為-8.1m。基床采用10kg～100kg塊石夯實整平，沉箱外形尺寸為6.5m×9.75m×10m(長×寬×高)，單個沉箱重量約為407t，卸荷板厚度1.5m，懸臂3m。沉箱內拋填海砂，上部為現澆C40砼胸墻，胸墻后方設拋石棱體，并設置倒濾層。碼頭面層采用現澆砼面層[1]。

2.2.2 主要設計荷載

(1)恒載：回填料荷載、面層結構荷載、結構物自重；

(2)均布荷載：碼頭前沿線30m范圍內20kN/m2、道路10kN/m2、堆場30kN/m2；

(3)裝卸設備荷載：20t汽車、25t軌道式龍門吊，Q35牽引車，20t平板車，25t輪胎式起重機，5t叉車；

(4)地震荷載：按7度抗震設防烈度設計。

3 優化設計方案研究

3.1 初始設計方案存在的問題

(1)選擇中風化花崗巖層和全風化花崗巖層作為基礎持力層，巖面高度較深，導致基槽開挖和基床拋石的工程量較大，影響工期，造價較高。

(2)碼頭主體結構設置卸荷板，施工步驟繁瑣，施工速度較慢；其次，由于卸荷板的水平分縫，碼頭結構分層較多，整體性較差，且增加砼用量，增加造價。

(3)綜合堆場裝卸工藝布置方案：采用軌道式龍門吊，堆場設備作業平穩，堆場面積利用率高，電力驅動，環保效果好，但裝卸設備總投資較大，靈活性相對較差，地基處理費用高。

(4)道路堆場：從使用效果看，現澆砼面層雖然具有較高的抗壓強度、抗磨耗能力，耐久性強，能承受頻繁交通，但其施工工序多，對于地基沉降要求高，在使用過程中一旦發生破壞后修復困難。

3.2 優化設計方案

(1)優化碼頭基槽開挖深度：對碼頭持力層結構進行復核，相應抬高基床底高程，減小基床開挖量和基床厚度，加快工期，降低造價。

(2)碼頭主體結構：直接采用不帶卸荷板的沉箱結構，安裝簡易，縮短施工周期，節省造價，而且結構整體性較優化前更好。

(3)裝卸工藝配置：根據裝卸貨種實際需要做進一步優化配置，碼頭前沿裝卸船采用輪胎式起重機，水平搬運采用叉車，堆場作業采用輪胎式起重機+叉車。

(4)道路堆場：采用高強聯鎖預制塊體代替現澆砼面層，其主要優點是對地基不均勻沉降適應性強，便于使用過程中及時調整與維修。

3.3 優化方案造價分析與控制

參照2016年8月東山地區建材信息價，并套用交通運輸部《沿海港口水工建筑工程定額》[3]，計算兩個方案造價匯總如表1所示。

表1 優化設計前后造價對比表

通過表1進行造價分析：

(1)基槽開挖部分：通過優化設計，局部基槽開挖底高程從-14.1m調整至-13.1m，減少基槽開挖量，約節省造價9%。同時考慮對基槽疏浚物的拋填方案進行優化處理。基槽總開挖量為25.3萬方，經分析，其中0.7萬方可采用抓斗式挖泥船開挖后直接回填至本項目后方陸域，運距5km以內，不僅節約土方的開挖和外運，也減少陸域形成回填料，一舉兩得。

(2)碼頭主體結構部分：由于重力式沉箱較卸荷板式沉箱在施工流程上省了卸荷板預制和安裝的步驟，砼用量大大減少，可節省造價約0.4%。另外，沉箱可考慮在附近臨時預制場預制，采用駁運和安裝，也可以達到控制造價的目的。

(3)裝卸工藝配置：在保證主要安全技術指標與初始方案一致前提下，優化配置的輪胎式起重機+叉車組合，為流動式機械，機動靈活、轉場作業方便，既能滿足單個沉箱重量小于500t的起吊要求，又可節省設備投資41%，頗具優勢。

(4)道路、堆場面層結構：現澆砼面層由于厚度較厚，施工工序較多，包括安模、澆注、養護等，不僅工期長，而且造價高。而預制高強聯鎖塊，直接由臨時預制場預制完成后運送至現場，采取分區分段鋪筑法鋪設，施工工藝和質量控制相對簡便，節省造價18%。

3.4 造價控制效果

在符合規范、保證質量、與初始方案基本一致的前提下，采取減少基槽開挖量，調整主體結構、面層結構及裝卸工藝配置等一系列優化措施，碼頭結構整體性能更好，且降低了施工難度，縮短了建設工期，方案總造價節省約15.3%。

4 結語

在碼頭結構初步設計階段，該工程項目設計人員與造價人員密切配合，做到技術與經濟的統一。設計人員在設計過程加強工程造價意識，做出方案比較，優化設計。造價人員及時分析造價，為設計提供參考依據，項目小組形成有機整體，提高了設計質量，有效地實現了成本優化控制。

[1] 福建省港航勘察設計院.廈門港東山5000噸級對臺客貨碼頭工程初步設計說明書[R].福建省港航勘察設計院，2016.

[2] 水運工程造價工程師教材編寫組.水運工程造價計價與控制[M].2013.

[3] 交通部水運工程定額站.沿海港口水工建筑工程定額[S].2004.

The Structure Optimization and Cost Control in Preliminary Stage Wharf Design

CHENYu

(Fujian Port & Waterway Investigation & Design Institute,Fuzhou 350002)

The major factors that affect construction cost in preliminary stage wharf design are general layout, loading and unloading technics and structure design scheme. This paper mainly compares and analyzes two preliminary stage costal wharf design scheme to find the way to achieve cost control by structure optimizing on the premise of conformance to specifications and quality guarantee.

Wharf; The preliminary design; Structure optimization; Cost control

陳榆(1981.9- ),女，工程師。

E-mail:xixi6918@sina.com

2017-05-15

TU-9

A

1004-6135(2017)07-0151-03