文/李福財

1 前言

近年來，通過引入價值工程理論來控制工程成本、優(yōu)化項目設(shè)計方案、和施工組織設(shè)計正成為一個研究和應(yīng)用的熱點，例如李世良等基于價值工程在水利工程設(shè)計或者產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用研究，以控制設(shè)計階段的成本為主[1]。但是價值工程在施工組織設(shè)計或者施工方案優(yōu)化中應(yīng)用的實例并不多，而且國內(nèi)對施工方案優(yōu)化主要集中在施工現(xiàn)場應(yīng)用和定性分析方面，例如范先知等基于既有繁忙鐵路大型車站改造工程等具體的施工模式或者其他施工方案在現(xiàn)場應(yīng)用中的定性分析和優(yōu)化所開展的定性和定量分析就比較少[2]。另外，鋪架工程施工方案是鐵路建設(shè)過程中重要的組成部分，其方案的選擇直接影響到施工總工期，由此，本文以尼日利亞現(xiàn)代化鐵路阿布賈至卡杜那段鐵路鋪架工程施工為實際工程背景，利用價值工程理論對滿足工期要求的兩種施工方案進(jìn)行定性和定量的分析研究，從而優(yōu)選出最佳方案。

2 工程概況

2.1 項目簡介

尼日利亞現(xiàn)代化鐵路阿布賈至卡杜那段位于西非國家尼日利亞的中部，線路走向與首都阿布賈市和卡杜納州首府卡杜納市的既有A2公路平行，設(shè)計時速150km/h，按照中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計施工，線路起點阿布賈伊都站，終點卡杜那州卡杜納站，正線全長186.5km，共設(shè)9個車站。

2.2 主要鋪架工程數(shù)量

阿卡鐵路的主要鋪架工程數(shù)量為鐵路T 梁架設(shè)348 孔、機(jī)械鋪軌186.5km、鋪設(shè)道岔55 組。

2.3 制梁場設(shè)置及供應(yīng)范圍

阿卡鐵路的起點位置和68km 各設(shè)置一處預(yù)制梁場，其中位于鐵路起點位置的伊都梁場負(fù)責(zé)預(yù)制0～50km 區(qū)間的T 梁（數(shù)量為104 孔、208 片梁的預(yù)制），位于68km 的杰瑞梁場負(fù)責(zé)預(yù)制50～186.5km 區(qū)間的T 梁（數(shù)量為244 孔、488 片梁的預(yù)制）。

2.4 鋪軌基地布置

阿卡鐵路的起點位置布置一處鋪軌基地，負(fù)責(zé)存儲全線的軌道材料、組裝25m 工具軌排、焊接250m 長鋼軌以及工程列車的整備。

2.5 工期要求

阿卡鐵路鋪架工程施工采取從起點至終點分段施工、分段完成的總體部署，總體進(jìn)度計劃自2013年4月1日開始，于2014年10月31日全線鋪通，總工期579 天。

3 施工方法簡述

通過分析項目具體特點和環(huán)境條件，初步篩選出滿足總體施工組織要求的兩種鋪架工程施工方案：“先架后鋪”“邊鋪邊架”。

3.1 “先架后鋪”施工方案

橋梁墩臺等下部基礎(chǔ)完工以及臺后填筑壓實并檢測合格后，利用公路運梁專用平板車將梁場提前預(yù)制儲備好的鐵路T 梁通過運梁便道運輸?shù)酱軜蛄旱臉蝾^，然后公鐵兩用架橋機(jī)分片逐孔進(jìn)行鐵路T 梁的架設(shè)，待該座橋梁的全部鐵路T 梁架設(shè)完畢后，將公鐵兩用架橋機(jī)沿著運梁便道轉(zhuǎn)運至下一座待架橋梁位置，繼續(xù)下一座橋梁的鐵路T 梁架設(shè)，直至全線鐵路T 梁架設(shè)完畢。

路基完工并經(jīng)沉降觀測、評估合格、鐵路橋梁架設(shè)完畢后，鋪軌機(jī)和滾筒平車進(jìn)入現(xiàn)場，做好鋪軌準(zhǔn)備；機(jī)車從后方鋪軌基地并將組裝的25m 軌排通過軌排運輸列車推送至現(xiàn)場，利用軌排倒裝龍門架將運輸列車上的軌排分批次倒裝到滾筒平車上，由滾筒平車近距離運送到鋪軌機(jī)后端，通過鋪軌機(jī)進(jìn)行分批次鋪軌作業(yè)；待鋪軌完成后，機(jī)車牽引風(fēng)動卸碴車對初步鋪設(shè)的軌道進(jìn)行補(bǔ)碴作業(yè)，隨后由配碴整形車、搗固機(jī)、動力穩(wěn)定車組成的大型養(yǎng)路機(jī)械，對初步鋪設(shè)的軌道進(jìn)行配碴、起道、撥道、搗固、動力穩(wěn)定等機(jī)械養(yǎng)路作業(yè)。

“先架后鋪”鋪架工程施工方案所使用的主要施工設(shè)備有：公鐵兩用架橋機(jī)、公路運梁專用平板車、機(jī)車、軌排運輸列車、軌排倒裝龍門架、滾筒平車、鋪軌機(jī)、風(fēng)動卸碴車、配碴整形車、搗固機(jī)、動力穩(wěn)定車等。

“先架后鋪”鋪架工程施工方案的施工順序為：施工準(zhǔn)備→公路運梁專用平板車運輸鐵路T 梁至橋頭→公鐵兩用架橋機(jī)架設(shè)鐵路T 梁→架橋機(jī)轉(zhuǎn)場→機(jī)車推送軌排運輸列車進(jìn)入現(xiàn)場→軌排倒裝龍門架將軌排倒裝到滾筒平車上→鋪軌機(jī)鋪設(shè)軌排→機(jī)車牽引風(fēng)動卸碴車進(jìn)行補(bǔ)碴→配碴整形車、搗固機(jī)、動力穩(wěn)定車進(jìn)行機(jī)械養(yǎng)路作業(yè)→質(zhì)量檢查和驗收。

“先架后鋪”鋪架工程施工方案的優(yōu)缺點分析詳見表1 所示。

表1 “先架后鋪”施工優(yōu)缺點分析表

3.2 “邊鋪邊架”施工方案

“邊鋪邊架”施工方案簡述：鐵路路基以及橋梁墩臺等下部工程全部完工后，鋪軌機(jī)和滾筒平車進(jìn)入現(xiàn)場，做好鋪軌準(zhǔn)備；機(jī)車從后方鋪軌基地將組裝的25m 軌排通過軌排運輸列車推送至現(xiàn)場，利用軌排倒裝龍門架將運輸列車上的軌排分批次倒裝到滾筒平車上，由滾筒平車近距離運送到鋪軌機(jī)后端，通過鋪軌機(jī)進(jìn)行分批次鋪軌作業(yè)；當(dāng)鋪軌至待架橋梁位置后，鋪軌機(jī)退回基地或者后方車站進(jìn)行避讓；機(jī)車牽引風(fēng)動卸碴車對初步鋪設(shè)的軌道進(jìn)行補(bǔ)碴作業(yè)，隨后由配碴整形車、搗固機(jī)、動力穩(wěn)定車組成的大型養(yǎng)路機(jī)械，對初步鋪設(shè)的軌道進(jìn)行配碴、起道、撥道、搗固、動力穩(wěn)定等機(jī)械養(yǎng)路作業(yè)。

鐵路架橋機(jī)從基地或者后方車站出發(fā)到達(dá)待架橋梁位置，鐵路運梁列車從梁場運輸鐵路T 梁到達(dá)橋頭附近，利用橋梁倒裝龍門架將鐵路T 梁換裝至運梁車，再由運梁車為架橋機(jī)喂梁，同時鐵路架橋機(jī)進(jìn)行橋梁架設(shè)；待該座橋梁的全部鐵路T 梁架設(shè)完畢后，將架橋機(jī)退回至基地或者后方車站，鋪軌機(jī)再次前行至現(xiàn)場繼續(xù)進(jìn)行鋪軌作業(yè)。

“邊鋪邊架”鋪架工程施工方案所使用的主要施工設(shè)備有：機(jī)車、軌排運輸列車、軌排倒裝龍門架、滾筒平車、鋪軌機(jī)、鐵路架橋機(jī)、鐵路運梁車、橋梁倒裝龍門架、風(fēng)動卸碴車、配碴整形車、搗固機(jī)、動力穩(wěn)定車等。

“邊鋪邊架”鋪架工程施工方案的施工順序為：施工準(zhǔn)備→機(jī)車推送軌排運輸列車進(jìn)入現(xiàn)場→軌排倒裝龍門架將軌排倒裝到滾筒平車上→鋪軌機(jī)鋪設(shè)軌排至待架橋梁位置→鋪軌機(jī)退回基地或者后方車站→機(jī)車牽引風(fēng)動卸碴車進(jìn)行補(bǔ)碴→配碴整形車、搗固機(jī)、動力穩(wěn)定車進(jìn)行機(jī)械養(yǎng)路作業(yè)→鐵路架橋機(jī)到達(dá)待架橋梁位置→鐵路運梁列車運輸鐵路T 梁進(jìn)場→T 梁換裝至運梁車→運梁車喂梁→架設(shè)鐵路T 梁→架橋機(jī)退回→鋪軌機(jī)進(jìn)場繼續(xù)鋪軌。

“邊鋪邊架”鋪架工程施工方案的優(yōu)缺點分析詳見表2 所示。

表2 “邊鋪邊架”施工優(yōu)缺點分析表

4 價值工程理論

價值工程產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代后期的美國，創(chuàng)始人是美國通用電氣公司負(fù)責(zé)物資采購工作的電氣工程師麥爾斯(L．D．Miles)[3]。價值工程理論就是對產(chǎn)品或服務(wù)的功能進(jìn)行分析，找出并實現(xiàn)其必要功能，以盡可能低的成本來實現(xiàn)產(chǎn)品或服務(wù)必要功能的具有集體智慧的一種活動[4]。

根據(jù)價值工程的基本原理，產(chǎn)品價值與產(chǎn)品功能和產(chǎn)品成本的關(guān)系可以用公式(1)表示。

式中，V 為產(chǎn)品價值；F 為產(chǎn)品功能；C 為產(chǎn)品成本。

近年來應(yīng)用價值工程所取得的經(jīng)濟(jì)效果顯著，越來越多地被應(yīng)用于建設(shè)工程領(lǐng)域中的房屋建筑、水利水電工程、公路橋梁等各領(lǐng)域，具有強(qiáng)大的生命力。

5 施工方案的優(yōu)化

5.1 對象選擇

阿卡鐵路主要包括橋梁及涵洞工程、路基工程、車站房建工程、通信和信號工程、鋪架工程施工等內(nèi)容。對以上施工項目按照表3 阿卡鐵路各項指標(biāo)測算表中所列指標(biāo)進(jìn)行測算。

表3 阿卡鐵路各項指標(biāo)測算表

從表3 阿卡鐵路各項指標(biāo)測算表的分析數(shù)據(jù)可以看出，鋪架工程的各項指標(biāo)測算值匯總為300%，位居第一位；其次是橋梁及涵洞工程，各項指標(biāo)測算值匯總為80%，位居第二位；最后一位是房建以及通信和信號工程，各項指標(biāo)測算值匯總為30%。

因此，鋪架工程施工的權(quán)重比較大，屬于重點管理的主要問題，需要根據(jù)前述關(guān)于價值工程理論的描述開展價值工程活動。

5.2 功能分析

在功能定義的基礎(chǔ)上，根據(jù)鋪架工程施工的特點，對鋪架工程施工的功能進(jìn)行整理，詳見圖1 鋪架工程施工功能系統(tǒng)圖所示。

5.3 方案創(chuàng)造

依據(jù)前述關(guān)于“先架后鋪”“邊鋪邊架”兩種鋪架工程施工方案的描述和定性分析，以價值工程理論為基礎(chǔ)，對初步篩選出“先架后鋪”“邊鋪邊架”兩種鋪架工程施工方案開展進(jìn)一步的價值分析。

5.4 施工方案評價

按照表4 施工方案評價表所列內(nèi)容和指標(biāo)對上述施工方案進(jìn)行定量評價，方案A 代表“先架后鋪”鋪架工程施工方案，方案B 代表“邊鋪邊架”鋪架工程施工方案。

由表4 施工方案評價表可以看出在兩種施工方案中，得分由高到低依次是方案A、方案B。具體情況如下：排在第一位的是方案A“先架后鋪”鋪架工程施工方案，得分80 分；排名第二位的是方案B“邊鋪邊架”鋪架工程施工方案，得分20 分。

表4 施工方案評價表

其中，方案A 由于充分利用了鋪軌機(jī)和架橋機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備、節(jié)省施工準(zhǔn)備時間、不需要鋪軌機(jī)和架橋機(jī)的轉(zhuǎn)場、不需要設(shè)置運梁岔線、不需要鋪設(shè)橋面短軌節(jié)方面的原因，節(jié)省機(jī)械設(shè)備和人員的配置，在加快施工速度方面效果顯著，得分較高，而其缺點在于需要修建運梁便道；方案B 由于不需要修建和維護(hù)運梁便道等方面存在一定優(yōu)勢，但其他方面與方案A 相比效果略差，得分較低。

因此，方案A“先架后鋪”鋪架工程施工方案為最佳方案。

6 施工方案的進(jìn)一步優(yōu)化和確定

雖然“先架后鋪”優(yōu)于“邊鋪邊架”鋪架工程施工方案，但它本身也存在一些問題，例如鐵路T 梁的長距離運輸存在安全風(fēng)險大、鐵路T 梁的長距離運輸時間較長、架橋機(jī)等待喂梁時間過長、修建運梁便道較長、便道維護(hù)比較困難等缺陷，因此為了有效縮減工期、提高效益、保障安全，必須以問題為導(dǎo)向，著力解決上述缺陷，對鐵路T 梁的長距離運輸方式進(jìn)一步優(yōu)化[5]。

6.1 卡杜納大橋概況

卡杜納大橋位于尼日利亞的北部卡杜納州首府卡杜納市，是尼日利亞現(xiàn)代化鐵路阿布賈至卡杜納段最后一座大橋。該橋橫跨卡杜納大河，大橋的中心里程為DK165+620，孔跨布置為42 孔84 片32m 鐵路T 梁[6]。

6.2 運梁方法的優(yōu)化

采用“先架后鋪”鋪架工程施工方案時，公路運梁專用平板車從68km 梁場運輸鐵路T 梁進(jìn)入現(xiàn)場，平均運距約為100km。由此，需要修建的運梁便道較長，便道維護(hù)比較困難，同時在長距離運輸過程中要多次穿過沿線的村莊、與既有道路多次平面交叉，運輸干擾較多，運輸安全性較差。

根據(jù)前述分析，不論是“先架后鋪”還是“邊鋪邊架”鋪架工程施工方案，都是采用公路或者鐵路單一運梁方式進(jìn)行鐵路T 梁的運輸，在鐵路T 梁到達(dá)施工現(xiàn)場后，由運梁車配合架橋機(jī)進(jìn)行鐵路T 梁的架設(shè)作業(yè)[7]。

公路運梁專用平板車運梁的特點：運梁車方便、靈活，受場地制約性較小，且前期需要做的準(zhǔn)備工作相對較少。主要適用于預(yù)制梁場與架橋工地較遠(yuǎn)、不適合鋪軌或鋪軌費用較高的場合。公路運梁專用平板車屬于輪胎式運梁車，具有載重量大、自行式、運輸不受距離限制的特點。

鐵路運梁列車運梁的特點：適合于長距離運梁作業(yè)，避免了公路運梁時受既有道路通行條件的限制；鐵路T 梁不僅能夠及時運送到位，而且還能保證架橋作業(yè)的連續(xù)性[8]。

因此，采用“先架后鋪”鋪架工程施工方案架設(shè)卡杜納大橋42 孔32m 鐵路T 梁時，為了確保長距離運輸過程中的安全，加快鋪架工程施工進(jìn)度，需要對提高鐵路T 梁的長距離運輸方案進(jìn)一步優(yōu)化。

通過對公路運梁專用平板車運梁和鐵路運梁列車運梁的特點分析，將“先架后鋪”鋪架工程施工方案中的運梁方式由采用公路單一運梁方式進(jìn)行鐵路T 梁的運輸改為鐵路轉(zhuǎn)公路運梁、公路運梁車運送到橋頭的公鐵轉(zhuǎn)運方式。

6.3 卡杜納大橋橋梁架設(shè)方案確定

待鋪軌至卡杜納大橋架梁現(xiàn)場附近后，鋪軌機(jī)返回后方車站進(jìn)行避讓；機(jī)車牽引風(fēng)動卸碴車對初步鋪設(shè)的軌道進(jìn)行補(bǔ)碴作業(yè)，隨后由配碴整形車、搗固機(jī)、動力穩(wěn)定車組成的大型養(yǎng)路機(jī)械對初步鋪設(shè)的軌道進(jìn)行配碴、起道、撥道、搗固、動力穩(wěn)定等機(jī)械養(yǎng)路作業(yè)[9]。

在距架梁現(xiàn)場較近的位置附近支立橋梁倒裝龍門架，橋梁倒裝龍門架設(shè)置在線路縱坡不超過8‰的直線地段或曲線半徑大于2000m 曲線地段，橋梁倒裝龍門架凈空應(yīng)滿足公路運梁專用平板車和鐵路運梁列車通行的要求。鐵路運梁列車從梁場運輸鐵路T 梁到達(dá)橋頭附近，利用橋梁倒裝龍門架將鐵路T 梁換裝至公路運梁專用平板車，由公路運梁專用平板車為架橋機(jī)喂梁，公鐵兩用架橋機(jī)進(jìn)行橋梁架設(shè)。待橋梁架設(shè)完畢后，架橋機(jī)退場，鋪軌機(jī)及軌排運輸列車再次前行至現(xiàn)場繼續(xù)進(jìn)行鋪軌作業(yè)，直至全線鋪軌完成。

在“先架后鋪”施工設(shè)備的基礎(chǔ)上需要增加的設(shè)備有：鐵路運梁列車、橋梁倒裝龍門架。

其施工順序為：施工準(zhǔn)備→機(jī)車推送軌排運輸列車進(jìn)入現(xiàn)場→軌排倒裝龍門架將軌排倒裝到滾筒平車上→鋪軌至卡杜納大橋現(xiàn)場→鋪軌機(jī)退回后方車站避讓→機(jī)車牽引風(fēng)動卸碴車進(jìn)行補(bǔ)碴→配碴整形車、搗固機(jī)、動力穩(wěn)定車進(jìn)行機(jī)械養(yǎng)路作業(yè)→支立橋梁倒裝龍門架→鐵路運梁列車運輸鐵路T 梁至橋頭→倒裝龍門架將鐵路T 梁換裝至公路運梁專用平板車→公路運梁專用平板車運梁、喂梁→公鐵兩用架橋機(jī)架設(shè)鐵路T 梁→架橋機(jī)退場→鋪軌機(jī)進(jìn)場鋪軌→全線鋪軌完成→質(zhì)量檢查和驗收[10]。

優(yōu)化后的最佳方案，是在充分發(fā)揮工作積極性和減小了勞動強(qiáng)度的前提下，對初步確定的“先架后鋪”施工組織方案開展進(jìn)一步分析和優(yōu)化，將鐵路T 梁的遠(yuǎn)距離運輸方式優(yōu)化為公鐵轉(zhuǎn)運的方式，即在靠近架梁現(xiàn)場附近支立倒裝龍門架，將鐵路運梁列車運輸?shù)蔫F路T 梁倒裝至公路運梁專用平板車上，由公路運梁專用平板車運至架梁現(xiàn)場。公鐵轉(zhuǎn)運的方式充分發(fā)揮了鐵路運梁列車在長距離運輸方面的優(yōu)勢，克服了公路運梁專用平板車在公路運輸中復(fù)雜多變的道路因素，確保鋪架工程施工組織更加科學(xué)高效，加快了鋪架施工進(jìn)度[11]。

7 結(jié)語

根據(jù)上述分析，從鋪架工程施工多方案比較和優(yōu)選的角度，對鋪架工程施工方案進(jìn)行定性和定量分析，可以為類似的大型鐵路鋪架工程施工方案的優(yōu)化提供借鑒和參考[12]。但由于不同新建鐵路項目鋪架工程的施工范圍和現(xiàn)場施工條件存在差異性，因此可供選擇的施工方法也不盡相同，在實際工程施工過程中需要根據(jù)線下工程的施工進(jìn)展情況，在充分利用現(xiàn)有資源的情況下，動態(tài)調(diào)整鋪架工程施工方案，使得鋪架工程施工方案能夠更加合理安排使用資源，在確保建設(shè)工程質(zhì)量的前提下盡可能地縮短建設(shè)周期，加快施工進(jìn)度。