主要港口建筑物設計和施工技術的改進

王健　魏炯

摘要：港口主要建筑物的設計需要對建筑物在使用中即將承受的復雜載荷進行計算和分析，以確定建筑物的強度、剛度等設計參數。通過運用計算機軟件系統建立數學模型來模擬建筑物的運行情況，以及結合實驗室的模擬實驗進行相關數據分析，能夠優化主要港口建筑物的設計。而施工過程由于受到周期性的潮汐和季節性的臺風等的影響，需要在工藝設計中提高預制結構物和裝配構件的比例，并且使用高效的施工機械以提高施工效率。本文分析在主要港口建筑物的設計和施工中應用測繪、計算機技術和大型工程機械等方面的新技術施行技術改進的具體方法。

關鍵詞：主要港口建筑物；設計和施工；新技術應用；優化設計

由于近現代船舶的噸位極速增加而且貨運需要快速增長，港口建設所涉及的技術研究領域也在不斷的擴大，從土木、水力、地質到氣象等多個學科的技術研究都在港口的規劃設計與施工過程中起到了重要作用，并形成了集相關領域技術研究為一體的港口工程學科。

一、港口主要建筑物的設計和施工概述

港口主要建筑物的設計和施工幾乎應用了所有土木工程和水力工程的關鍵技術，但是又因為特殊的用途、工程地質條件和環境而需要進行更復雜的載荷分析、特殊的基底處理技術、獨特的基礎結構設計以及更高效的施工技術手段。才能夠實現主要建筑物的設計使用目標，并能夠應對潮汐、極端氣象條件以及水環境腐蝕作用等帶來的考驗。因此在港口進行規劃設計的階段就需要對擬建港口地點的氣象資料、水文資料和水下陸上工程地質條件進行分析和詳細的現場勘察，針對港口的規劃使用要求論證其經濟和技術兩方面的可行性和初步設計具體的平面布置、主要建筑物的結構與施工技術方案等。而在港口主要建筑物的施工過程中重點要根據氣象信息安排好施工的計劃，確保施工中的建構筑物的安全和施工人員與設備的安全。

二、港口主要建筑物的設計與施工關鍵技術分析

（一）港口主要建筑物的設計參數的分析和計算

對防波堤、碼頭和燈塔等主要建筑物的設計參數進行分析和計算是港口工程中最關鍵的技術組成部分，由于每一處港口所處的水下工程地質條件和變化多端的風浪都對主要建筑物的不同結構部分的設計提出了特殊要求，因此很難有直接的數據信息可以做為參考。而只能根據其所在位置的波浪、船舶進出港、風力以及自身重力等多種動態變化的載荷的具體作用規律進行分析和計算，再參照相關條件的設計標準確定設計參數。并且鑒于港口主要建筑物的工作環境特點，還要根據對最大風力和最強的波浪沖擊等極限載荷的評估，得到極限情況下建筑物的相關技術參數，而且考慮建筑物所需的一定抗震性能。所以港口主要建筑物的設計參數的確定是一項非常復雜的技術，需要使用科學的數據分析方法輔以必要的模擬實驗才能夠完成。

（二）施工過程中對半成品的保護與加快施工進度的方法

港口主要建筑物的施工基本需要在風浪變化較大的水面上完成，因此除了需要對有一定規律的潮汐產生的波浪沖擊有所防備，還要考慮季節性的風暴和臺風等極端氣象條件對施工中的半成品的破壞作用。所以通常首先在施工工藝設計階段就基于上述特殊施工環境需要，不僅要確保構建筑物的結構強度等技術指標的實現，還要對其施工所需要的時間進行精確估算，避免施工過程中結構的完整性受到損壞。其次是從施工技術的角度采取預防措施，通過設置保護性的設施保護未完工的建筑結構的完整。而基于加快施工進度的考慮，建筑物的主體結構一般設計成裝配構件，在陸上預制場完成其建造后運至現場進行組裝，但是通常運輸和吊裝機械設備等會制約預制構件的體積和重量。

（三）施工中的測量控制網的布置和關鍵控制點的復核放線

由于在水面上進行施工，因此港口主要建筑物在施工中測量控制網點的布置比較困難，通常采用打樁或錨定標志物來標記測量控制點，因此數據測量的精確度不容易控制。加之水面上使用傳統測繪儀器和設備也有一定的難度，所以在施工中進行測量放線和基準點復核等方面經常面臨技術上的難題。

三、施行港口主要建筑物的設計與施工技術改進的主要途徑

（一）運用現代測繪技術優化設計和施工中的平面布置與測量放線

港口工程中主要建筑物的平面布置是設計中非常重要的一個方面，而施工中精確控制平面布置的施工精確度是港口能夠滿足預期的使用效果的關鍵。因此在港口主要建筑物的平面設計勘察和施工測量中，應用以GPS定位技術應用為基礎的地理信息系統、和RTK技術等現代測繪技術手段，可以提高勘察和測量的數據質量，并且利用GIS技術能夠直觀的分析各測控點的空間定位和地理信息，得到更精確的設計和施工質量控制參考數據。

（二）通過實驗室模擬裝置與專業分析軟件優化設計方案

鑒于港口主要建筑物載荷的多樣和動態變化規律的分析困難，通過在實驗室中的模擬裝置模擬其使用環境中的波浪變化，根據現場測定的風力、浪高、波形變化規律等方面的數據，在模擬裝置中進行相關建筑物結構的載荷實驗，獲取相對精確的技術參數以便優化建筑物的基礎形式、結構形式、材料的應用以及施工的工藝設計方案。

（三）開發和使用大型機械設備提高工程的施工效率

港口主要建筑物的施工受氣象和工程地質與環境條件的制約比較明顯，為了避免惡劣氣象條件影響建構筑物結構完整性在施工過程中受到破壞，一般會將其主體分為兩個以上的構件進行陸上預制，而水上部分的施工以拖運、吊裝、沉降或者對構件進行打樁施工為主。由于這種施工方法受到運輸、吊裝和打樁等工程機械性能的制約，因此針對施工的要求設計和使用具有特殊功能的大型機械設備來完成相應的水上施工，能夠進一步提高港口主要建筑物的施工效率。

四、結束語

港口主要建筑物的設計和施工技術由于港口工程的施工條件越來越復雜而在不斷的進步，在發達國家已經有了越來越成熟的專業計算機設計軟件，解決設計、施工以及維護和管理方面的數據分析問題，并且在港口工程機械的研發使用方面也有很多矚目的成果。