李慧贊

摘 要：青海省循隆高速途經(jīng)黃河上游公伯峽庫區(qū)生態(tài)水源保護區(qū)，由于高原庫區(qū)沿線地形、工程地質(zhì)、水文條件比較復(fù)雜，無道路通行，高速公路在施工過程中，傳統(tǒng)施工便道對庫區(qū)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生毀滅性破壞，采用船舶輔助高速公路施工物資運輸可以有效避免施工便道開挖，防止庫區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化。為了提高循隆高速公路施工物資船舶運輸效率，控制運輸經(jīng)濟成本，需要選擇適合于公伯峽庫區(qū)水域環(huán)境的優(yōu)化船型。本文采用層次分析法建立綜合評價指標體系對研究船型的可行方案進行決策。通過對高原庫區(qū)高速公路施工物資運輸船型進行實證分析，得到了適用于高原庫區(qū)高速公路施工物資運輸?shù)暮侠泶统叨龋瑸楦咴瓗靺^(qū)高速公路施工物資運輸新模式選擇具有參考借鑒價值。

關(guān)鍵詞：高原庫區(qū);公路施工;船型尺度;層次分析法;綜合評價

中圖分類號：U615.35? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）01-0033-05

青海省循隆高速公路地處高原，地形復(fù)雜，其中公伯峽庫區(qū)路段路線位于庫區(qū)右岸懸崖峭壁之上，項目建設(shè)區(qū)域內(nèi)無可通行道路，解決施工過程中需進場的施工機械和設(shè)備、建設(shè)物資等運輸問題是確保工程順利施工的先決條件。對于施工機械設(shè)備和建設(shè)物資運輸，如果采用傳統(tǒng)的施工便道的方式，一方面會對公伯峽水庫飲用水源生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不可逆的破壞，不符合國家提出的綠色高速公路建設(shè)要求，另一方面在地形復(fù)雜、環(huán)保要求高的高原地區(qū)修建長距離施工便道成本巨大。經(jīng)過多方論證，項目建設(shè)方在國內(nèi)首創(chuàng)采用船舶運輸?shù)姆绞酱嫘藿ㄊ┕け愕肋M行施工物資運輸，既能免除大量長距離施工便道的建設(shè)，又能降低對環(huán)境和水體的破壞。但是對公伯峽庫區(qū)特殊水文條件和氣候條件下船舶運輸?shù)拇瓦x擇和評價是一大難題，沒有可借鑒的經(jīng)驗，目前我國對于船型的選擇和優(yōu)化評價，主要是對于內(nèi)河干線船型，關(guān)于高原庫區(qū)適用于高速公路施工物資運輸?shù)拇蛢?yōu)化評價比較缺乏[1][2][3]。

1 施工物資運輸船型方案設(shè)立

1.1船舶類型的確定

循隆高速公路公伯峽庫區(qū)段施工區(qū)域?qū)儆诟咴貐^(qū)且為黃河區(qū)間運輸河段，上、下游目前尚未全線通航，服務(wù)于施工物資運輸?shù)拇安扇【偷亟ㄔ?，施工結(jié)束后需就地拆解，因此，船舶結(jié)構(gòu)形式應(yīng)簡單，建造工藝不應(yīng)過于復(fù)雜。為了公路施工建設(shè)期間最大程度減少施工隊環(huán)境和水體的破壞，同時滿足施工期輸建造物資及供施工人員往來的使用需求，船型的選擇應(yīng)從施工區(qū)的航道和碼頭條件以及船舶運輸需求兩方面考慮。

1.1.1航道和碼頭條件

黃河公伯峽庫區(qū)航道屬于內(nèi)河VI級，B級航區(qū)，根據(jù)《內(nèi)河通航標準》（GB159-2014）中航道尺寸和船舶的匹配關(guān)系，該航段允許通行的船舶總長不得超過60m，總寬不得超過15m，船舶吃水不得超過1.0m。同時，《內(nèi)河通航標準》中代表駁船尺寸為：32.0×7.0×1.0（總長×型寬×設(shè)計吃水）;貨船尺寸為45.0×5.5×1.0（總長×型寬×設(shè)計吃水）。

施工航段內(nèi)有5個碼頭， 碼頭設(shè)計最高水位為2006m，設(shè)計最低水位2002m，碼頭前沿長度為21.0m。其中l(wèi)#～4#碼頭前沿水域較為開闊，進港航道條件量良好，停泊寬度足夠，5#碼頭作為港灣內(nèi)碼頭，主航道至港灣碼頭前沿水域?qū)拵Ъs在120m左右。由此可見，5個碼頭的進港條件較好，滿足一般工程運輸船舶的使用，但5個碼頭均為斜坡簡易碼頭，碼頭上無任何起吊貨物的設(shè)施設(shè)備，因此，從現(xiàn)有碼頭條件看，簡易滾裝駁船較適宜使用。

1.1.2船舶使用需求

現(xiàn)場施工船舶是主要用于循隆高速公路施工物資運輸和人員接送，用完后需要拆解，所以，船舶應(yīng)滿足機動靈活、使用方便和建造簡單的基本需求。同時，施工項目位于黃河庫區(qū)，其水源防污染保護至關(guān)重要。庫區(qū)運輸船舶盡管結(jié)構(gòu)形式簡單，但其配備的防污染設(shè)備設(shè)施應(yīng)滿足相關(guān)內(nèi)河船舶法規(guī)要求和規(guī)定，施工區(qū)域地方海事局和環(huán)境保護行政主管部門應(yīng)根據(jù)《中華人民共和國防治船舶污染內(nèi)河水域環(huán)境管理規(guī)定》（中華人民共和國交通運輸部令2015年第25號）和《船舶水污染物排放標準》（GB3552-2018）對營運船舶進行監(jiān)管。

綜上所述，適合施工水域航道條件和項目施工需求的船舶應(yīng)為簡易滾裝駁船。

1.2船舶主尺度方案確定

根據(jù)循隆高速公路施工物資運輸需求，建設(shè)物資主要靠汽車運達碼頭，因此，滾裝駁船的裝載物為汽車。根據(jù)收集的資料，以規(guī)范選取的紅巖牌CQ1301C45—30噸三軸重載車作為標準車型，總重32t，前、中、后三軸負荷分布為1：2：2。

規(guī)范對載重汽車滾裝船的允許載車區(qū)域及消防通道都有明確的規(guī)定。規(guī)范要求：車輛裝載處所的兩舷邊沿船長方向應(yīng)設(shè)置至少850mm的通道;載車處所內(nèi)沿船寬方向車輛與車輛之間應(yīng)具有不小于500mm的通道;載車處所內(nèi)應(yīng)具有兩條沿船寬方向不小于700mm的橫向通道，以便于巡邏與消防。除上述要求外，車輛與車輛之間沿船長方向的間隙應(yīng)不小于300mm。由此，根據(jù)布置得到不同車位滾裝駁船主尺度范圍，如表1所示。

為了得到綜合運輸性能較優(yōu)的船型方案，在表1的船舶主尺度范圍內(nèi)，采用網(wǎng)絡(luò)法，組合若干可行船型方案，通過比較所構(gòu)建的綜合指標體系的計算值，得到綜合指標最優(yōu)的船型方案組合。

1.3經(jīng)濟性評價指標的選擇

經(jīng)濟性指標反映某種運輸船型的經(jīng)濟盈利能力，衡量船型優(yōu)劣的經(jīng)濟性指標有很多，不同指標能從不同的側(cè)面反映投資效果和船型差別，為了提高競爭力，施工企業(yè)必然希望降低船舶的運輸成本，同時提高利潤率和縮短投資回收期[4][5]。必要貨運運費綜合反映船舶的運輸成本，單位油耗從占成本比例最高的燃料成本角度反映船舶的經(jīng)濟性能，運輸效率是指船舶單位功率對應(yīng)的單位時間內(nèi)運輸周轉(zhuǎn)量，運輸周轉(zhuǎn)量與運輸收入、船舶功率與船舶油耗均呈正相關(guān)，由此運輸效率反映了船舶收入與成本的關(guān)系，故選取經(jīng)濟性指標如下：

1.3.1必要運費率RFR

必要運費率RFR是表征船舶在特定航線上單位運輸成本的指標，是指在市場預(yù)定貼現(xiàn)率條件下，運輸每噸貨物所需要的最小運費價格。由于在RFR的計算中無需考慮營運收入，所以當整體收益無法確定或難以衡量時需根據(jù)最小運費指標對各設(shè)計方案進行經(jīng)濟性比較，值越小代表方案的運輸成本越低，更加具備競爭優(yōu)勢。必要運費率RFR可以最大程度上反映運輸方案的成本控制程度，是衡量航運公司能否盈利的至關(guān)重要的經(jīng)濟指標，是公路施工企業(yè)造船的首要考慮因素。必要運費率RFR的計算公式如下：

式中：A為年收益（元），Q為年運輸總量（噸）;i為貸款利率（%）;N為船舶營運年限（年），（A/P，I，N）為資金回收因數(shù)，DA為運距（km）。

1.3.2千噸公里油耗DFC

千噸公里油耗是指船舶運輸千噸貨物、運行單位距離下所消耗的燃油量。在船舶營運期內(nèi)，燃料成本一般約占運輸總成本的40%以上，是航運成本的決定性因素，也是高原庫區(qū)公路建設(shè)施工企業(yè)最為關(guān)注的經(jīng)濟指標之一。DFC越小，代表成本控制越優(yōu)良，同時該指標也間接反映了船舶節(jié)能環(huán)保性能的高低。DFC計算公式如下：

式中：NRLHL為年總?cè)剂舷牧浚╰），Q為年運輸總量（t），DA為運距（km）。

1.3.3相對穩(wěn)性高GM/B

初穩(wěn)性高GM的大小表征著小傾角時船舶抵抗外力的能力。內(nèi)河法規(guī)對不同航區(qū)船舶的初穩(wěn)性高的下限有具體要求，研究流域?qū)賻靺^(qū)河流，內(nèi)河Ⅵ級航道，B級航區(qū)，根據(jù)《內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》（2011）及相關(guān)修改通報規(guī)定，本研究滾裝駁船的初穩(wěn)性高不得小于0.2m。在設(shè)計初始階段，通常也可用相對穩(wěn)性高GM/B作為衡量船舶穩(wěn)性好壞的標準，根據(jù)實船統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，內(nèi)河貨船的相對穩(wěn)性高GM/B通常為0.1～0.3。設(shè)計初始階段，初穩(wěn)性高計算通常采用經(jīng)驗公式，具體公式如下：

式中，，，a3為船舶重心高度估算系數(shù)，按型船資料選取，取0.79。

1.3.4運輸效率YTE

表征船舶單位功率對應(yīng)的單位時間內(nèi)運輸周轉(zhuǎn)量，該指標一方面反映船舶的運輸效率，同時也能一定程度反映船舶的技術(shù)水準。

式中：Wc為載貨量（t）;V：航速，km/h;ZBHP：主機總功率，kW。

1.3.5各指標的歸一化處理

在每個標準船型方案計算中，最后需對經(jīng)濟性指標進行歸一化計算，本優(yōu)化評價采用的歸一化方法是max-min，歸一化計算方法如下式所示：

（1）原始數(shù)據(jù)越大越好時：新數(shù)據(jù)= （原始數(shù)據(jù)-極小值）/（極大值-極小值）;

（2）原始數(shù)據(jù)越小越好時：新數(shù)據(jù)= （極大值-原始數(shù)據(jù)）/（極大值-極小值）;

綜合指標：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

式中：：權(quán)系數(shù)，根據(jù)層次分析法得到;：各指標值，根據(jù)數(shù)據(jù)歸一化得到。

2 高原庫區(qū)運輸駁船評價指標體系的構(gòu)建

船型評價準則是評價船型方案的核心部分，對公路施工企業(yè)施工物資運輸?shù)拇瓦x擇具有決定性作用[6]。典型的評價準則常是與項目參與者期望獲得的利益或必須付出的代價有關(guān)的產(chǎn)品特征或?qū)傩?，因此評價準則因人而異。公路施工企業(yè)必然以降低船舶的運輸成本、提高物資運輸效率為目的，航運管理部門會更關(guān)注物流大通道效率和船舶節(jié)能環(huán)保安全等方面;而對于高原庫區(qū)船舶運輸相關(guān)海事管理部門最為關(guān)注的是船舶運輸?shù)陌踩珕栴}。由于在船型技術(shù)經(jīng)濟評價中，不同衡量指標評估的船型優(yōu)劣不同，為使評價更具客觀性，本文采用層次分析法，建立綜合評價指標體系對研究船型的可行方案進行決策。

2.1 指標體系構(gòu)建的基本原則

（1）綜合系統(tǒng)性。船型方案比選必須體現(xiàn)綜合性與系統(tǒng)性，各個指標之間，要形成有機、有序的聯(lián)系，從多方面反映現(xiàn)有貨運船舶的綜合性能。遵循船型評價準則，綜合指標體系應(yīng)能充分反映各系列船型對通航設(shè)施、社會效益、技術(shù)性能、物資運輸經(jīng)濟性能等多要素的適應(yīng)性，不能只強調(diào)某一方面的指標的重要性，應(yīng)該對各方面指標進行綜合衡量，以獲得更高的綜合效益。

（2）客觀針對性。指標體系要體現(xiàn)目標的整體，還應(yīng)該客觀可信、符合實際。每個指標都能如實地反映客觀本質(zhì)，才能較確切地反映出比選船舶的真實水平。本指標體系構(gòu)建以2012年交通運輸部發(fā)布的《內(nèi)河運輸船舶標準船型指標體系》（以下簡稱“內(nèi)河船指標體系”）為重要依據(jù)。

（3）簡易實用性。合理、正確地選擇有代表性、可比性、獨立性、信息量大的指標是構(gòu)建高效、系統(tǒng)的指標體系的關(guān)鍵，同時，所選指標應(yīng)使進行評估的實測者易于取得數(shù)據(jù)資料并便于實施。

2.2優(yōu)化評價評價指標體系的建立

根據(jù)指標體系建立的基本原則和要求，從船型方案經(jīng)濟效益進行分析，找出各自影響因素，逐層逐項進行分解細化，得到整個船型優(yōu)化評價的評價指標體系如下圖1所示。

船型優(yōu)化評價過程分為三個層次，分別為船型方案層、評價指標層、決策層，根據(jù)指標體系遞階層次結(jié)構(gòu)模型制作專家調(diào)查表，依據(jù)調(diào)查結(jié)果構(gòu)造判斷矩陣，采用求解判斷矩陣特征向量的辦法，求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優(yōu)先權(quán)重，最后通過加權(quán)和的方法遞階歸并各備選方案對總目標的最終權(quán)重，此最終權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案，本方法將定性分析和定量分析結(jié)合進行決策。

2.2.1遞階層次結(jié)構(gòu)的建立

進行層次分析， 先定出要分析問題的各種不同層次， 并用圖框形式說明遞階層次結(jié)構(gòu)和因素的從屬關(guān)系。高原庫區(qū)公路施工物資運輸船舶船型綜合評價指標體系遞階層次結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

2.2.2構(gòu)造判斷矩陣

層次分析法要求對每一層次各元素的相互重要性給出判斷， 并將判斷結(jié)果以數(shù)值表達出來， 寫成如表2的形式。

其中： bij表示對于ak而言， bi對bj的相對重要性， 這些重要性用數(shù)值來表示， 其意義為：1表示bi與bj同等重要;3表示bi 比bj略微重要;5表示bi比bj一般重要;7表示bi 比bj非常重要;9表示bi比bj非常非常重要;2、4、6、8為中間值。

2.2.3層次單排序一致性檢驗

判斷矩陣B對應(yīng)于最大特征值λmax的特征向量W， 經(jīng)歸一化后即為同一層次相應(yīng)因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權(quán)值。衡量判斷矩陣的標準是否具有一致性。即對于判斷矩陣，計算偏差一致性指標CI為：

當隨機一致性比例時，認為層次單排序結(jié)果有滿意的一致性，否則需要調(diào)整判斷矩陣，使其具有滿意的一致性。

2.2.4層次總排序一致性檢驗

上面得到的是一組元素對其上一層中某元素的權(quán)重向量。對于最高層，其層次單排序即為總排序。如準則層A 包含m個因素A1， A2， …，Am，對目標層的單排序值為a1， a2， …， am。下一層指標層B層包含n個因素B1， B2， …， Bn，它們關(guān)于Aj的曾系單排序權(quán)重分別為b1j， b2j， …，bnj（當Aj與Bj無關(guān)聯(lián)時，bij = 0）， B層各因素的層次總排序權(quán)重b1， b2，…， bn為：

最終得到評價比選各系列船型的經(jīng)濟性指標權(quán)重見表3。

3 各指標綜合評價

采用網(wǎng)格法，將公伯峽庫區(qū)循隆高速公路施工物資運輸優(yōu)化評價船型（如表1）中各船型的船長按0.5m間隔步長，船寬按0.1m的間隔步長組成可行的船型方案，利用上述1.3節(jié)中各指標計算模型，在統(tǒng)一計算平臺下逐一計算各可行船型方案的經(jīng)濟性指標。

以備選船型方案中100t駁船為例，船型經(jīng)濟型指標計算結(jié)果如表4所示。

通過對100t駁船的計算結(jié)果進行分析，得出當歸一化綜合指標越小，船型方案越優(yōu)，因此當歸一化綜合指標為0.2746最小。同理，對200t駁船和300t駁船進行船型經(jīng)濟性指標進行計算分析，根據(jù)計算結(jié)果克而終止200t駁船當歸一化綜合指標為0.1665時最小，300t駁船當歸一化綜合指標為0.0009時最小。三種駁船歸一化綜合指標為最小時船舶主尺度最優(yōu)，較優(yōu)船舶主尺度如表5所示。

4 結(jié)論

將100t級、200t級、300t級船舶四個經(jīng)濟指標進行歸一化處理，通過層次分析法得到四個經(jīng)濟指標的權(quán)重，通過計算得到各個噸位船舶的綜合指標，根據(jù)綜合指標的對比分析可知300t級駁船為循隆高速公路公伯峽庫區(qū)段施工物資船舶運輸?shù)淖顑?yōu)船型，通過對高原庫區(qū)高速公路施工物資運輸船型進行實證分析，得到了適用于高原庫區(qū)高速公路施工物資運輸?shù)暮侠泶统叨?，使得高原庫區(qū)高速公路施工物資運輸更加經(jīng)濟，高原庫區(qū)船舶輔助高速公路施工物資運輸代替輔助運輸便道更加環(huán)保，為高原庫區(qū)高速公路施工物資運輸新模式選擇具有參考借鑒價值。

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