吹填粘土施工中吹填超高对盈利的影响因素分析

　随着不断的开发和建设，条件良好的港口和吹填料源越来越少，当前很多工程的吹填料很少为中粗砂、粉砂等输送适应性和填土适应性较高的土质，越来越多的为淤泥、粘土和珊瑚碎屑等。粘土具有含水率高、黏性大、不宜干结的特点，输送过程中粘土快滚动形成球状，易于堆积在管头，相对于其他土质的吹填，粘土吹填不仅坡度大而且需要频繁变换管头，吹填形成的湿陷性地基使得接管中容易发生陷车、行进困难。本文从粘土施工中吹填超高和管距的关系为基础，研究吹填超高、管线间距同盈利之间的关系，力求探析粘土吹填施工中盈利最大化的最佳关系的方法。
　　1.盈利最大化指导下的粘土吹填施工原则
　　盈利最大化要求：每一份投入都要有效果，减少无用功；主要因素受影响最小。效益归结为每日盈利。吹填施工每日盈利=收入-船舶成本-管线成本-机械成本-整平成本=工程量×单价-船舶固定成本-工程量×单位油耗-工程  量×单位成本-机械成本-整平成本。
　　根据经验，岸上接管的管线设备费用相对于船舶成本非常少，以及整平成本同土方平衡有关，为了便于分析，暂时不计机械成本和整平成本。很明显，影响盈利的最大因素就是工程量，而工程量=效率×施工时间，施工时间是最敏感的因素。结合《疏浚与吹填工程施工规范》（JTS 207-2012）的要求，效益最大化需要做到：土方平衡，即吹填超高部分土方同需要回填部分的土方相一致；船舶生产时间不能受影响，确保最大化；吹填管线要布置尽量平直、易于操作，采用机械整平时，吹填管线底部高程应根据整平能力和成本最低的原则测算确定。
　　2.粘土施工吹填超高同管距的关系
　　一般情况下，吹填区为已经圈围的滩涂，原泥面标高较高，吹填区内风浪影响小，在此不考虑水上水下吹填形成的坡比的变化，统一使用一个坡比。从土方平衡的角度出发，要求吹填超高部分土方同后期整平回填部分的土方相一致，如图1中的阴影区S1和阴影区S2区的面积相等。  
　　管线间距D、整平推拒L、管头每延米工程量V同管头超高h为线性正相关关系，而整平工程量V平同管头超高h为非线性正相关关系，当超过一定值后V平加速升高。
　　3.吹填施工的收入和成本组成
　　为了更好的分析，船舶设备选择3500m3/h及700mm管径的标准绞吸船进行分析，相应的参数为笔者工作中的经验数据。
　　吹填施工的收入=吹填工程量×单价。
　　吹填施工成本=船舶施工成本+管线成本+管线作业成本+后期整平成本+其他管理成本。
　　1）船舶成本=船舶固定成本+船舶变动成本
　　=船舶运转时间固定成本+船舶非运转时间固定成本+燃油消耗成本
　　=运转小时固定成本×h运转+非运转小时固定成本×（24-h运转）+万方油耗×工程量×油价
　　=7000×h运转+3500×（24-h运转）+8.5×工程量×7500。
　　2）管线成本=基础部分管线成本（船尾至管线三通的部分）+每个管头的管线成本
　　=（基础部分管线长度+管头数量×每个管头平均长度）每米管线单日成本
　　=（2000+管头数量×400）×5.5。
　　3）管线作业成本=满足施工所需的机械和人工费用
　　4）后期整平成本=满足整平施工所需的机械和人工费用。
　　5）其他管理成本暂不计算。
　　盈利=收入-成本
　　=收入-船舶成本-管线成本-管线作业成本-后期整平成本。
　　4.盈利最佳点的寻找
　　吹填粘土将形成湿陷性的泥面，夜间作业不仅难度大，安全隐患也增加很多，不宜夜间强制接管作业。为了最大限度地满足船舶的正常吹填作业，需要增设数个管头以应付夜间吹填的需要，（增设的数量=夜间不进行接管作业的时间/每个管头满足吹填时间），正常情况下夜间8时以后只次日早晨7时约11个小时不接管作业，每个管头满足吹填时间的长短同吹填超高和管距为线性正相关。因为吹填成本中各项成本同吹填超高h为三次方的关系，而且各成本之间关系相互关联，不易于使用高等数学的最值计算求解，为了得到盈利的最高点，笔者将吹填施工中的各种成本、能耗、单价、工作量进行量化，将经验数据代入，形成一个EXCEL表格，最终得到吹填超高、管距、收入、成本及盈利的关系图。图3为吹填厚度为5m，坡比为1：10，单价为15元/m3，船舶日运转时间为20h，的例子的盈利关系图，如图3所示。
　　从图中可以得出吹填超高2.2m时，盈利最高。同理，当参数发生变化后，最佳盈利点也会发生变动。由吹填超高值可以计算出最佳的吹填管距为110.7m。
　　原因分析：
　　1）吹填超高从0至0.4期间盈利出现亏损，主要原因为因为管距太小（12～45m），单个管头的吹填量小，管头数量多（10～4个），因为频繁更换管头而增加了船舶的吹清水时间，有效挖泥时间不足是主因。
　　2）盈利区间的特点：在盈利区间（吹填超高0.8～2.8m）各项成本趋于平稳，管线成本和管线机械成本、整平成本平稳，在h=1.8的位置属于最高值，也是成本快速升高的临界点，如图5所示。
　　3）吹填超高从2.8m以后盈利急剧下滑：主要原因为随着管距和吹填超高的增加，后期整平工作量明显增加，吹填成本加速爬高抵消了线性增加的收入，如图5所示。
　　5.结论  
　　从以上分析，吹填粘土施工能否达到最大盈利需要做到：确保船舶有效施工时间最大化；确保各项成本处于平稳变化的区间；减少后期整平的工作量。本文所使用的方法可以适当调整用于其他土质吹填的最佳盈利点的计算，此种方法相对简易且可操作性强，容易推广使用。
　　参考文献：
　　中华人民共和国交通运输部.疏浚与吹填工程施工规范.北京：人民交通出版社.2012.
　　中华人民共和国交通部.疏浚工程技术规范.北京：人民交通出版社.1999.