淺談港口工程項目優化設計與投資控制管理

于洋 張友春

摘要：工程項目規劃設計階段投資控制是工程項目全生命周期重要組成部分。但如何通過優化設計來有效控制投資，本文結合黃驊港三期筒倉工程建設情況，從項目前期總平布置設計方案比選、設計優化、效益分析、實施幾個階段對筒倉工程項目投資進行控制，在分析優化設計對建設投資影響的基礎上，就如何搞好優化設計，以減少投入，盡快實施和運行，達到項目的總體投資效益最大化目的進行探討，以供類似工程借簽。

關鍵詞：投資控制筒倉優化設計

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

前言：我國煤炭資源主要分布在北方和中西部地區，而煤炭的消費卻集中在東南沿海經濟發達地區，煤炭運輸形成了“西煤東運”、“北煤南運”、“鐵海聯運”的格局。隨著東南地區經濟的迅猛發展，煤炭資源需求量也急劇增長，能源需求的不斷增長，促進了環渤海北方煤碼頭的快速發展。為擴大北方煤炭運輸通道出?？诘难b船能力，適應煤炭運輸要求，使黃驊港與后方鐵路運輸能力相配套，完善區域港口布局，經國家發展和改革委員會批復建設黃驊港三期工程。

1．三期工程概況

工程建設規模：根據神華集團煤炭生產量對港口的需求，本工程設計年吞吐量為5000萬噸，新建2條卸車線；新建煤炭筒倉24個，總容量72萬噸；新建4座5萬噸級的專業化煤炭裝船泊位，碼頭主體結構按?？?0萬噸級散貨船設計，水工建筑物結構總長1200m。

2. 總平面布置設計方案比選

在項目作出投資決策后，其關鍵就在于設計。據研究分析，設計費一般只相當于建設工程全壽命費用的1%以下，但正是這少于1%的費用對投資的影響卻高達75%以上，單項工程設計中，其建筑和結構方案的選擇及建筑材料的選用對投資又有較大影響。

黃驊港三期工程根據水域、陸域的不同布置提出了3個總平面布置方案，分別對應于3個工藝方案，主要區別是陸上工藝系統布置方案不同。工藝布置方案按卸車系統、堆存系統和裝船系統的不同組合分為3個方案：

方案一：工程擬在二期碼頭北側新建4座5萬噸級的專業化煤炭裝船泊位，碼頭主體結構按?？?0萬噸級散貨船設計，與二期碼頭共用港池。堆存系統采用儲煤筒倉工藝，筒倉區橫向布置，同作業線筒倉中心距46m，相鄰作業線筒倉間距51m。筒倉采用全地上式，筒倉高度43m。

方案二：堆存系統采用普通堆場方案，堆場的工藝布置與二期擴容工程堆場統籌考慮。共設置4條堆場，堆場總寬度為272m，其前方橫皮帶機中心線與東護岸的距離為241m。為滿足環保要求，在堆場周圍設置防風網。

方案三：堆存系統采用內直徑40m、高度43m、24座單倉容量為3萬噸的筒倉方案，翻車機卸車系統布置在港區西北側，采用4線4翻布置型式，由卸車系統卸下的煤炭通過皮帶機系統輸送至儲煤筒倉儲存。

綜上所述，總平面布置方案三有占地面積小、自動化程度高、對環境污染小等諸多優點，實現了投資、占用海域資源、生產人員配備、設備數量等多方面的節省，且有利于后續工程的建設，因此，采用總平面布置方案三。

采用內直徑40m、高度43m、單倉容量為3萬噸的筒倉方案，筒倉由基礎、筒壁、倉底、倉底支承結構、倉壁、倉頂及倉頂廊道組成。共計24座筒倉，采用獨立布置，每座筒倉間距6.0m。

3.方案優化對投資影響

港口作為鐵海聯運的樞紐，它所體現的功能和價值在于如何安全地、高效率地將多品種的煤炭快速轉運出去，同時還要具備配煤等物流功能，物料大進大出，隨機因素多，系統相對復雜。在黃驊港三期工程中采用筒倉方案具備優勢：

3.1減少筒倉數量，降低工程投資

黃驊港三期工程設計年吞吐量5000萬噸，如果按一般港口的堆場堆存量進行推算，則堆場容量約為360萬噸，按每個筒倉儲煤量3萬噸計，需建筒倉120個，僅筒倉土建工程投資就達到41.21億元（3434萬元/個）；若按目前黃驊港堆存情況推算，堆場容量約需140萬噸，至少約需要50個筒倉，形成一個大的筒倉群，土建投資也達到了17.17億元。因此，如何合理確定黃驊港三期工程筒倉的規模，是方案是否可行的關鍵所在，是一個重要的研究課題。

因黃驊港是礦、路、港一體化的運輸出?？?，可有效地縮短煤炭在港口的堆存期，明顯減低了煤炭在港口堆場的儲存性質，從而提升了煤炭在港口堆場中的中轉性質。通過對黃驊港2004～2009年的堆場有關資料進行統計，發現煤炭在港六年平均堆存期只有3天，大大低于一般港口平均堆存期，規劃設計煤炭在港平均堆存期考慮一定安全余量，取4天，從而有效地減少了筒倉數量（本工程只建24座筒倉），降低了工程投資，使得采用筒倉方案也能使港口取得良好的經濟效益。

3.2神華集團實行科學化的管理，可調配煤種，保證煤炭儲存安全

黃驊港一期、二期工程的煤堆場對三期筒倉來說形成了巨大的緩沖能力，由于神華集團是集礦、路、港、航、電一體化的企業，從產到銷完全自主調節，利用先進的管理技術充分發揮可協調的優勢，保證煤炭運輸各環節的順暢、高效。同時港務公司又有一套從實踐中總結出來的先進科學管理模式，完全有能力將堆存期相對較短的煤種調配到筒倉中儲存，將堆存期相對較長的煤種調配到現有一、二期工程普通露天堆場儲存，從而有效地解決了因煤炭在筒倉中儲存時間過長而發生自燃的問題。這就是黃驊港獨一無二的優勢所在。

3.3筒倉與普通露天堆場相連接，保證煤炭儲存安全

雖然黃驊港從開港到現在是一步一步發展起來的，但每一期工程都不是獨立的，黃驊港所有實施的工程都有機地融合到了一起，使黃驊港設備配置更科學合理，資源利用最充分，從而取得效益的最大化。本次設計，一方面在緊急情況下，可將筒倉中溫度超限的煤炭迅速卸至二期堆場，待煤炭冷卻后再通過二期工程裝船系統裝船外運；另一方面也可將筒倉中剩余的小批量煤炭倒至二期堆場，從而提高了筒倉的利用率?？梢哉f二期工程的存在是三期工程實施筒倉方案的有利依托。

綜上所述，黃驊港三期工程實施筒倉方案具有其它港口無法比擬的優勢，不但在生產管理方面符合筒倉系統的作業特點，保證了筒倉方案的經濟效益和安全生產，而且黃驊港的基礎設施也對筒倉系統起到了緩沖和保護作用，從而具備了實施筒倉方案的基本條件。

4.結構設計優化對使用功能的影響

4.1倉下結構方案的選擇

如何選擇適當的倉底型式，是筒倉設計的重要環節之一。根據煤炭系統多年來建成筒倉的統計，圓形筒倉倉底結構的鋼材消耗約占整個筒倉鋼材消耗的17％～35％，而且在直徑、儲量相同條件下由于倉底結構選型的差異，材料消耗指標變化的幅度很大。倉底結構的合理布置與否，倉底與倉壁的不同連接方式對于保證滑模施工的連續性有直接的影響。

常用的倉底形式有：鋼筋混凝土漏斗倉底、平板加填料倉底、折板式倉底、通道式倉底等。

倉底是否合理，對卸料的暢通與否，影響很大。常用的錐型漏斗卸料不暢通，出現卸料堵塞，單靠機械促流設備并不能完全解決問題，還必須對錐型漏斗結構形式進行改進，綜合解決卸料不暢、儲料堵塞的問題。

通過對多方案計算比較，倉底推薦采用錐殼平板組合倉底結構。這種倉底結構形式受力明確，具有填料少，結構用料省，施工也比較簡便等優點。

4.2倉底支承結構

根據結構平面布置和荷載作用情況，倉底周邊平底部分做成梁板結構，倉底周邊沿倉壁內側設置的邊環梁支承在筒壁的壁柱上，通過梁板結構將板上的荷載盡量多地傳給筒壁，充分發揮筒壁的承載能力。

倉底中間平板用鋼筋混凝土墻支承，與傳統的廊道式倉底做法類似，并在適當部位開洞，形成通道。

錐殼是很好的空間承重結構，充分考慮了滿足工藝漏斗的使用要求，每個錐殼下部設置4個柱，用來支承漏斗傳來的巨大豎向荷載。

綜上所述，設計采用錐殼平板組合倉底與倉底墻、柱組成的倉下支承結構。

4.3倉底結構優缺點分析

結構合理性：利用漏斗設計成錐殼結構形成了很好的空間結構形式，其使用功能要求和結構受力要求完美結合為一體。錐殼和平板組合成倉底結構，結構形式相對簡單，受力明確，施工簡便。這種做法與普通平底方案相比，可節省填料，筒倉自重將減少，大大減少傳給倉底支承結構和基礎的荷載，從而減少其相應造價。另外，由于倉底板頂標高提高了約3.4m，也就使筒壁加高而倉壁降低了相同高度，設計中倉壁比筒壁配筋要大的多，倉壁減矮就意味著少用鋼筋，其經濟效益也會體現在倉壁設計中。

工程量比較：通過普通平板倉底和錐殼平板組合倉底對比，填料減少，另外還取消了倉底鋼漏斗，從工程量比較可見方案具有明顯的優越性。

耐磨襯板的選擇：通過倉頂皮帶機給筒倉裝料和卸料時，倉底經常受到貯料的沖擊和磨損，需采取防護措施。設計在錐斗、倉底斜面處和倉壁設置襯板，以減緩倉底的磨損程度，延長使用壽命。

根據筒倉內襯使用的情況調查，由于耗磨大、易腐蝕，選用壓延微晶板材是成功的。經調查，以此作內襯的部分使用效果極好，一般情況下其各項性能均優于其他類似材料。

4.4倉壁結構部分的方案選擇

大直徑筒倉結構中，由于貯料荷載的影響較大，其倉壁主要受環向拉力。尤其是在貯料水平壓力作用下，倉壁受到很大的環向拉力。采用普通鋼筋混凝土結構，往往需要通過增加普通環向受拉鋼筋的截面面積來控制裂縫，但倉壁的裂縫開展卻是難以控制在合理的范圍內。施加預加壓力對控制裂縫來說是一種有效的方法。因而引用無粘結預應力技術，在筒倉貯料范圍的倉壁上沿環向施加預應力。

（1）筒倉直徑大，環向拉力也大，采用普通鋼筋混凝土結構不經濟，采用預應力混凝土結構可提高結構剛度和抗裂性能，且經濟。

（2）高強預應力鋼筋的使用，可減少總的用鋼量。

（3）在大容量、大直徑混凝土圓形筒倉的設計與施工中，要減小倉壁的厚度，提高倉壁的抗裂性能，對倉壁施加預應力具有良好的實際效果。在其工程設計中，應重點控制其有效預應力計算，尤其是對圓形倉壁形成大包角曲線預應力筋張拉的預應力損失計算，同時要注意設計相應的構造措施。

（4）部分預應力倉壁結構、全預應力倉壁結構和有效預應力倉壁結構的比選

全預應力、有效預應力結構較部分預應力的預應力鋼筋多，同時筒倉空載時使倉壁混凝土承受較大壓力，從而使筒倉的延性較差，降低了筒倉的抗震性能。因此推薦倉壁采用部分預應力結構。

4.5倉頂結構

（1）倉頂結構選擇

筒倉倉頂結構的選型主要考慮技術先進、經濟合理、施工簡便、安全適用及結構的防腐等因素。倉頂結構可采用現澆鋼筋混凝土結構、鋼梁現澆鋼筋混凝土板的組合結構、鋼結構。

現澆鋼筋混凝土結構梁斷面過大，施工須架設滿堂支架，且施工要求筒體不宜過高，筒倉直徑不宜過大，不適宜本工程。另外，鋼筋混凝土倉頂結構有施工速度慢，模板用量大，自重大不利于筒倉泄爆的缺點。

鋼梁現澆鋼筋混凝土板的組合結構仍然存在模板用量和自重較大，不利于筒倉泄爆的缺點。

鋼結構倉頂可采用主次梁結構形式或鋼桁架結構形式。倉頂結構鋼桁架結構形式。經計算比較，軋制型鋼由于翼緣和腹板較厚，鋼材用量大，所以鋼桁架及倉頂鋼梁等主要鋼構件采用焊接H型鋼。

5.施工依托資源條件

黃驊港經過多年的連續建設，已形成了較好的施工依托條件。施工期間所需的供水、供電等可從港內既有設施接引。目前港區道路暢通，施工所需材料可直接運至現場。

另外，在黃驊港還駐有施工技術力量強，海上施工經驗豐富的施工隊伍，并且施工設施齊備，施工企業對該區域的地質水文情況及施工環境比較熟悉，積累了大量的工程施工經驗，這些優越的外部條件為本工程的組織實施奠定了良好的基礎。

6.經濟效益分析

計算分析表明，本項目在財務上具有較強的盈利能力和清償能力及抗風險能力。本項目的實施，大幅度提高了黃驊港煤炭裝船能力，將有效地解決神華集團煤炭運輸需求迅速增長與港口能力不足的矛盾，也將使黃驊港基礎設施資源和朔黃鐵路的能力得到更為充分的利用，為集團集團節約了可觀的運輸費用。同時，本項目的建設將進一步帶動黃驊港周邊地區的經濟發展。

通過優化設計來控制投資是一個綜合性問題，不能片面強調節約投資，要正確處理技術與經濟的對立統一是控制投資的關鍵環節。設計中既要反對片面強調節約，忽視技術上的合理要求，使項目達不到功能的傾向，又要反對重視技術，輕經濟、設計保守浪費的現象。設計人員要用價值工程的原理來進行設計方案分析，要以提高價值為目標，以功能分析為核心，以系統觀念為指針，以總體效益為出發點，從而真正達到優化設計效果。

于洋：工程師。 從事港口工程建設規劃工作。工作單位全稱：神華黃驊港務有限責任公司

參考文獻：

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[3]（JTJ215-98）《港口工程荷載規范》

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