挖泥船选型评分系统在大型珊瑚砂疏浚吹填工程中的应用

窦 硕，张劲弟

（北京城建集团有限责任公司，北京100088）

0 引言

挖泥船作为国内外最为主要的海事疏浚吹填设备，近年来在国内外得到了不断的发展，挖泥船的设备选择逐渐增多，如何合理高效地选择合适的挖泥船，对于工程施工而言意义重大，是工程施工的前提条件。

国内尚无合理有效的挖泥船选型体系，我国的疏浚吹填设备选型基本停留在专家建议和领导决策的层面上[1]，还没有进入到系统的挖泥船选型阶段。一般情况下，主要从以下几个方面进行基本的考虑：1）技术上能够满足疏浚吹填的技术要求；2）功效上能满足工程合同的基本需要；3）经济上能最大限度的控制施工成本[2]。挖泥船的最终选型应在对项目相关资源进行充分掌握和分析后，从合同、技术、设计、施工、功效、经济、环境污染及自然环境等方面进行综合考虑，最终确定挖泥船类型。

本文通过考虑海内外类似工程案例及查阅大量文献后，总结出一套挖泥船选型评分系统，以期对相关疏浚吹填工程提供借鉴及参考。

1 工程背景

实例工程所在地为亚洲印度洋上的一个群岛国家。该国现有的国际机场跑道长3 200 m，宽45 m，目前机场的基础设施已趋于饱和，无法满足航空业务量快速增长的需求，严重影响该国的经济社会发展，急需扩建机场规模。该国际机场改扩建工程需占用大量土地，为解决目前机场岛土地资源短缺的问题，需要进行填海造地，该工程填海面积约为75万m3，平均填海深度约为7.5 m，经测算，总填方量约为565万m3。吹填海砂以中粗珊瑚砂/礁灰岩为主，细珊瑚砂为辅。

2 挖泥船分类

国内外挖泥船根据其工作原理主要进行如图1 所示的分类[3，4]：

3 挖泥船选型评分系统

图1 挖泥船分类示意图

挖泥船的选型一般分为两个阶段：第一阶段为按照影响考虑因素对挖泥船的类型进行选择；第二阶段是在挖泥船类型选定后，对挖泥船的具体尺寸、规格及参数等进行选型。本文主要对第一阶段的挖泥船选型进行系统建模，通过综合分析施工实践中的影响因素，用数学统计的方法进行整合归纳，建立一套适合于疏浚吹填工程的挖泥船选型评分系统，以期对后续的工程建设提供借鉴作用。

3.1 选型的影响因素

通过综合大量工程案例以及查阅大量文献后，总结出在挖泥船选型过程中应着重考虑以下因素：

1）工程地质条件：地形地貌，工程地质、疏浚土种类和性质（可开挖性），特殊性岩土及不良地质作用。

2）水文及气候气象条件：水文条件，气象条件，气候条件。

3）交通便利程度及操作可行性：取砂区和吹砂区的相对地理位置，疏浚及其辅助设备调遣方式及可行性，通航情况及周边特殊交通状况等。

4）技术指标：挖泥船适用性及设备性能要求，具体工况下挖泥船的生产效率，作业过程中的环境保护，地层控制。

5）设计指标：疏浚及吹填规模，吹填料的需求，取砂区域的选取、开挖深度及宽度，施工工艺。

6）安全指标：不同类型挖泥船对类似场地和环境的安全评估，大船限高情况。

7）质量指标：含泥量的要求，材料粒径，压实情况控制。

8）经济指标：市场综合情况，综合成本对比。

9）商务合同要求：工程量，工期，持续时间，其他特殊要求。

10）其他影响因素根据不同的工程有所不同，此处不赘述。

3.2 挖泥船选型评分系统模型介绍

3.2.1 总体原则

1）遴选挖泥船选型的主要影响因素，并对主要影响因素项进行二级划分，再对各二级项影响因素进行主控项和一般项的划分。

2）进行分值分配：首先对每一个大评分项（影响因素）进行分值分配，其次对每一个小评分项进行分值分配；每一个小的评分项分为3个等级：不适用，一般情况下适用，适用。每一个小评分项的等级评分分别为零分，满分/2，满分。

3）分值统计：当分项中的小项分值统计中有零分出现时，如果在主控项中出现零分，则按常规此类型挖泥船应该禁止选用，如果因特殊原因必须选用，则需进行专家讨论。如果一般项出现零分，但是分项总分之和超过半数，则可以接受。

3.2.2 挖泥船选型评分系统（表1）

表1 挖泥船评分系统模型

表1中：1）S1，S2，S3分别代表不适用，一般情况下适用，其影响系数数值分别为0，0.5和1；2）A，B，C，D…J…等表示影响因素，每一个大的影响因素下分为各小项影响因素；3）影响因素评分与适用性影响系数的乘积即为每一小项影响因素的得分，其中适用性影响因素的选取由技术经济相应专业人员或专业团队共同确定，分别在选取S1，S2或者S3其中之一数值的同时，其他两个适用性影响因素定义为0；4）总分统计中要相应标出零分出现的情况。

3.2.3 挖泥船选型流程

首先，要对市场情况进行初步分析，淘汰市场上基本上不用或者无任何使用价值的挖泥船，对剩余的挖泥船类型进行选型，选型流程见图2。

图2 挖泥船选型流程图

4 工程实例的应用

4.1 挖泥船选型影响因素选取、分项的划分及分值分配

实例工程的疏浚吹填工程条件特殊，其吹填材料为珊瑚砂/礁灰岩，且吹填区域为机场飞行区限界范围内，对机场的运营影响极大。结合前期的现场踏勘、资料收集及市场信息征询等信息，选取表2中影响因素综合进行挖泥船选型。

4.2 应用挖泥船选型评分系统进行评分

通过对市场的综合分析，挖泥船在市场上应用较多且选择面广的主要有两种：绞吸式挖泥船和耙吸式挖泥船，所以本实例工程在初期主要对此两种挖泥船进行对比分析。

1）绞吸式挖泥船分析和评分过程

如果该项目采用绞吸式挖泥船，则必须重点考虑如下潜在条件：①取砂地点位于机场岛泻湖内侧；②泻湖内侧水上飞机的营运影响；③泻湖内侧取砂地层及取砂量的控制；④绞吸式挖泥船在当地市场的运营情况；⑤绞吸式挖泥船填海后对机场跑道下部地层的承载力影响。在着重考虑以上几点的情况下，绞吸式挖泥船评分过程见表2。

由表2可得，各个评分项中不存在零分项，绞吸式挖泥船在挖泥船选型评分系统中总评分为91.5分。

2）耙吸式挖泥船分析和评分过程

如果该项目采用耙吸式挖泥船，则必须重点考虑如下潜在条件：①取砂地点位于约20 km外的环礁；②挖泥船进出泻湖内侧受到水上飞机运营时间的限制（06:00am-18:00pm受限）；③取砂质量无法控制；④耙吸式挖泥船在当地市场的运营情况；⑤耙吸式挖泥船的成本情况；⑥耙吸式挖泥船的交通及调遣情况。在着重考虑以上几点的情况下，耙吸式挖泥船评分过程见表2。

由表2可知，耙吸式挖泥船的安全指标中，控制项风险评估和限高要求评分项均存在零分项，且挖泥船选型评分系统总评分为67分。经分析，零分项主要由于工程吹填施工位于泻湖的水上飞机运营区和机场的限高范围内，对于船舶的限高和航行影响极大，无法避免安全风险，故无法使用耙吸式挖泥船进出及进行喷砂作业，此项评分为零分。即使通过风险规避和其他措施避免此项安全风险，耙吸式挖泥船的评分也大大低于绞吸式挖泥船。

4.3 挖泥船选型初选

根据挖泥船选型评分系统的综合比选，绞吸式挖泥船各影响因素评分无零分，评分总分90分以上，是非常理想的选择。同时耙吸式挖泥船的安全影响因素分项评分出现了零分，其评分总分为67分，不适合该工程的施工。综合考虑，初步确定绞吸式挖泥船作为该工程的首要选择。

4.4 挖泥船参数确定

在初步确定选择绞吸式挖泥船进行工程施工后，综合考虑工期、地质、地形、取砂及吹填的相对位置、限高、挖泥船性能等，对绞吸式挖泥船进行了基本参数的确定，同时选取市场上类似参数的挖泥船。由于考虑到挖泥船等大型设备对于维修养护的需求，所以初步确定采用2艘绞吸式挖泥船进行作业，以确保避免意外情况的发生，保证工期[5-7]，参数列于表3。

表2 实例工程中挖泥船选型评分表

表3 实例工程中挖泥船选型评分表

4.5 挖泥船终选

如表3所示，A号绞吸式挖泥船和B号绞吸式挖泥船均满足要求各项指标，其累计日生产率也满足要求生产率的要求，且从市场情况分析，此两艘挖泥船距离施工场地较近，动员速度快，且都处于闲置的状态，更加有利于施工进度的掌控。同时从成本角度考虑，可以达到技术经济效益最大化，故最终选用A号绞吸式挖泥船和B号绞吸式挖泥船共同作为该机场改扩建项目填海工程的工程机械设备。

5 结语

本文首次提出的挖泥船选型评分系统，分别从地质条件、水文条件、交通条件、技术及设计指标、安全指标质量指标、经济指标、合同要求及其他各影响因素进行考虑，建立了一套切实可行的评分系统，并在南亚某国的机场类项目中的大型疏浚吹填工程得到很好的实施验证，保证项目高质高效低成本的完成了填海作业。经实践证明，该套挖泥船选型评分系统具有良好的工程实施性和推荐意义。