码头技术状态和设施完好率评估相结合分析

卞亦青 赵敬考

码头作为港口功能的主要载体，是实现港口吞吐量的基础。高桩码头是三大码头结构形式之一，具有诸多优势，在我国普遍被采用。天津港码头结构形式绝大多数为高桩梁板式码头，该结构的特点之一就是构件形式较多，如主体结构包括前承台构件、后承台构件和挡土墙等，附属设施包括码头护舷、系船柱设施等;加上天津港码头泊位众多，建设年代参差不齐，设施破损情况存在很大差异，这就为港口设施管理部门的管理工作带来了巨大压力。如何对众多高桩码头设施进行科学有效管理就成为一个复杂难题，历来也是天津港关注的重点。

传统的管理办法是利用码头设施完好率来统计每年码头设施的完好情况，从而制定港口设施的管、养、修工作;该工作依托的是JTJ/T 289-97港口设施维护技术规程较老，其指导意义有待加强。2006年颁布了JTJ 302-2006港口水工建筑物检测与评估技术规范，使码头设施的检测评估有了操作的依据，但新规范和以往工作之间存在着许多脱节的地方，而且新规范中关于码头的附属设施的检测并没有涉及，诸多因素要求将码头设施完好率和技术状态分类进行分析研究，能合理结合起来，使得以往工作能够在新规范的指导下继续发挥其应有的作用，并提高精度，减少人为因素的干扰，从而提升港口设施管理的水平和效能。

1 概念分析

1.1 码头技术状态

码头技术状态在JTJ/T 289-97港口设施维护技术规程中有规定，但只是定性的分为技术状态良好、技术状态正常、技术状态不良和技术状态恶劣四种，该规范没有给出定量判别的方法，实际操作者无法根据规范准确判定码头的技术状态，普遍根据多年的实际工作经验来衡量。如果一定要从定量的角度去判别，则需要根据JTJ 302-2006港口水工建筑物检测与评估技术规范进行，该规范给出了进行量化的计算指标，作为计算依据可进行参考。

1.2 码头设施完好率

码头设施完好率没有广泛的和明确的定义，是天津港多年来评估码头设施的一个指标。此概念和围绕该概念进行的工作由来已久(已超过10年)，成为天津港管理部门衡量和评定泊位破损现状的指标，并为管理码头设施的管理、养护、维修依据[1］，为设施完好程度提供动态参考。其本质的含义就是通过现场的调查检测[2］结果，统计计算破损构件和构件总数之间的比例关系，建立码头设施破损情况的动态数据库。

2 以往的工作及缺陷分析

以往码头设施的管理工作就是通过统计分析码头设施完好率来进行的。天津港码头设施每年都进行2次调查检测[3］，分为春检和秋检，从而建立了现场破损构件的数据库。

以往采用以下公式计算码头设施完好率:

其中，sswhl为码头设施完好率;d*，t*为自前向后依次分别表示基桩、面板、梁、护舷、护轮坎、护木和挡土墙的破损数量和总数。

从公式可知，以往的工作存在以下明显缺点:

1)影响高桩码头设施完好率的因素不全(缺少系船柱、桩帽等)。虽然主体构件基本包括，但要提高完好率的精度，需要建立完善的模型;

2)影响因素的权重是依靠经验进行的一刀切，科学性、合理性和准确性有待提高;

3)码头设施完好率是单独的一项统计和计算工作，需要根据码头调查检测结果另行安排进行，程序多，效率低。

随着天津港码头设施的管理水平不断提高，迫切需要对这些缺陷进行改进从而适应工作需求。

3 改进思路

针对以往工作的缺陷，即得到本课题实施的思路:首先结合多年码头调查检测经验建立因素齐全、科学合理的评判码头技术状态模型;然后采用比较精确方法确定模型中各个因素的权重，取消一刀切做法，从而提高评估精度;最后根据码头技术状态评估结果，寻找更为简便的判定设施完好率的手段，简化或取消单独统计计算码头设施完好率工作，提高效益。

4 实施过程

基于改进思路，本课题实施过程如下。

4.1 建立因素齐全、科学合理的评估模型

模型的建立考虑到因素齐全，应包含影响评估高桩码头技术状态的所有因素。本模型包括了基桩、上部结构、挡土结构和附属设施四个方面，而上部结构和附属设施下再细分具体的组成的构件，每种构件根据最新的《港口水工建筑物检测与评估技术规范》进行安全性、耐久性和实用性评估划分，不仅弥补原来工作中评估因素不够全面的缺陷，而且评估模型具有评判依据。具体的评估模型见图1。

图1 模型的建立

4.2 精确确定各影响因素的权重

权重的精确确定是课题的难点和重点，特引入了采用层次分析法[4，5］进行确定。层次分析法(AHP法)是美国一位运筹学家提出的一种多层次、多目标、多方案的综合比较法，其核心思想是将决策者的经验判断给予量化，从而为决策者提供定量形式的决策依据，在目标结构复杂且缺乏必要数据的情况下更为实用。

本课题模型中因素权重的确定是通过天津港二十多名专家依据自己经验进行打分，形成多名专家对影响因素重要程度判断的打分表，其结果由程序编制人员整理分析形成可输入的判断矩阵，再将该矩阵输入到编写好的程序中进行运算求出结果，从而精确得到权重的大小(见图2)。

把层次分析法引入到天津港码头设施管理领域是具有创新意义的，不仅能精确确定权重大小，而且大大提升了港口设施管理的水平，具有可信性高、人为因素影响小的优点。

4.3 码头技术状态的评估运算

将精确权重系数配置到因素齐全的模型中，就具备技术状态运算的基础条件。模型运算利用模糊数学[6］层层进行运算得到码头的技术状态判定结果。判定的过程就是从低向高进行运算，即由各个构件的基础调查检测资料形成的判定矩阵和该构件的权重由下向上进行运算，得到上一级因素的判定矩阵，该判定矩阵再和相应的因素权重进行运算得到更高一级因素的判定矩阵，直到最终运算得到码头技术状态的判定结果。

图2 权重确定过程

最终的评估判定结果有两个指标:一个是能按照最大隶属度判定技术状态的判断参数;另一个就是评价判断参数的隶属度系数。根据判断参数，可以判定码头设施所属的技术状态，根据隶属度系数则可判定码头设施隶属于该技术状态的程度。

4.4 利用码头技术状态结果简化设施完好率工作

通过建立完善模型，精确确定因素权重，采用模糊数学运算得到码头技术状态结果可知，整个过程与确定码头设施完好率并没有直接关系，不能简化或取消单独对设施完好率计算和统计的工作。如果能利用技术状态的判定结果来确定设施完好率，使得二者进行密切结合则可以简化后者的工作。

根据模型运算结果可知，结果包括两个参数，其中之一就是隶属度系数，该系数的本质含义与码头设施完好率表达的含义密切相关，即隶属度系数越大，反映码头的设施完好率越大。因此可尝试通过隶属度系数和设施完好率结果建立相关关系，形成相关曲线。

根据某一年码头技术状态判定结果中的隶属度系数来确定设施完好率偶然性较大，因此，为了能将技术状态和完好率之间合理有效进行结合，需要对近几年的设施完好率重新进行统计分析，从而探寻其中的统计规律，建立相关曲线(见图3)，从而使得今后的设施完好率只需要通过拟合曲线查询即可得到，节省了该项工作的单独委托、计算和统计。

图3 码头设施技术状态和完好率相关曲线

重新计算泊位设施完好率采用以下改进后的公式:

其中，sswhl为设施完好率;d*，t*为自前向后依次分别表示基桩、面板、梁、桩帽、靠船构件、系船柱、护舷、护轮坎、护木和挡土墙的破损数量和总数;k1～k10为不同构件的权重系数，采用专家打分后程序运算结果。

采用式(2)重新计算主要考虑是公式与新建的高桩码头技术状态判定模型中的因素相对应，具有因素齐全、科学合理特点;且因素的权重采用层次分析计算后得到的精确权重，其结果和利用模型计算得到的码头技术状态结果相互对应。如果采用原有的设施完好率计算式(1)与现在计算所得的码头技术状态结果去建立相关关系，则会出现错误的对应关系，不能正确反映设施破损现状。特以2007年天津港14段～15段码头为例比较式(1)和式(2)权重与结果差别(见表1)。

表1 权重和结果比较表

从以上两个公式比较可知，式(2)的权重精确度高，影响因素齐全，计算所得的设施完好率更为可信，因此选用式(2)结果与码头技术状态结果进行曲线拟合。

5 结语

从港口设施管理的实际需求出发，分析了以往对码头设施完好率评估中存在的不足情况，将模糊数学和层次分析法引入到港口设施管理领域，建立了高桩码头技术状态评估模型，并且针对模型中的因素采用层次分析法进行确定，不仅具有创新性，而且提高了精度，解决了理论研究在管理实际应用中所面临的诸多难题，实际意义强，理论水平高，社会效益大。通过本课题研究成果，可将每年天津港码头调查检测结果直接应用到管理领域中，通过码头设施的技术状态结果可查询设施完好率，减少了中间环节，具有良好的经济效益，同时也开创了一条新的港务设施管理手段。

[1]张建国，孙建澎.高桩码头维护检测有关问题的探讨[J］.水道港口，2001，22(1):40-43.

[2]王广德，田双珠，王笑难，等.码头检测评估的现状与发展[J］.水道港口，2002，23(4):291-294.

[3]田双珠，王笑难，李 颖.港口工程已建码头的检测评估[J］.水道港口，2004，25(4):219-221.

[4]范锋剑，袁海庆，刘文龙，等.基于不确定型层次分析法的桥梁模糊综合评估[J］.武汉理工大学学报，2005，27(4):54-57.

[5]任更锋，徐 岳，石利强，等.基于层次分析法的在役RC桥梁耐久性能评估[J］.长安大学学报，2008，28(6):41-45.

[6]桂劲松，于龙梅，栾曙光.渔港等级模糊评估方法研究[J］.中国港湾建设，2004(2):29-32.