浅谈港口工程项目优化设计与投资控制管理

于洋 张友春

摘要：工程项目规划设计阶段投资控制是工程项目全生命周期重要组成部分。但如何通过优化设计来有效控制投资，本文结合黄骅港三期筒仓工程建设情况，从项目前期总平布置设计方案比选、设计优化、效益分析、实施几个阶段对筒仓工程项目投资进行控制，在分析优化设计对建设投资影响的基础上，就如何搞好优化设计，以减少投入，尽快实施和运行，达到项目的总体投资效益最大化目的进行探讨，以供类似工程借签。

关键词：投资控制筒仓优化设计

中图分类号：S611文献标识码： A

前言：我国煤炭资源主要分布在北方和中西部地区，而煤炭的消费却集中在东南沿海经济发达地区，煤炭运输形成了“西煤东运”、“北煤南运”、“铁海联运”的格局。随着东南地区经济的迅猛发展，煤炭资源需求量也急剧增长，能源需求的不断增长，促进了环渤海北方煤码头的快速发展。为扩大北方煤炭运输通道出海口的装船能力，适应煤炭运输要求，使黄骅港与后方铁路运输能力相配套，完善区域港口布局，经国家发展和改革委员会批复建设黄骅港三期工程。

1．三期工程概况

工程建设规模：根据神华集团煤炭生产量对港口的需求，本工程设计年吞吐量为5000万吨，新建2条卸车线；新建煤炭筒仓24个，总容量72万吨；新建4座5万吨级的专业化煤炭装船泊位，码头主体结构按停靠10万吨级散货船设计，水工建筑物结构总长1200m。

2. 总平面布置设计方案比选

在项目作出投资决策后，其关键就在于设计。据研究分析，设计费一般只相当于建设工程全寿命费用的1%以下，但正是这少于1%的费用对投资的影响却高达75%以上，单项工程设计中，其建筑和结构方案的选择及建筑材料的选用对投资又有较大影响。

黄骅港三期工程根据水域、陆域的不同布置提出了3个总平面布置方案，分别对应于3个工艺方案，主要区别是陆上工艺系统布置方案不同。工艺布置方案按卸车系统、堆存系统和装船系统的不同组合分为3个方案：

方案一：工程拟在二期码头北侧新建4座5万吨级的专业化煤炭装船泊位，码头主体结构按停靠10万吨级散货船设计，与二期码头共用港池。堆存系统采用储煤筒仓工艺，筒仓区横向布置，同作业线筒仓中心距46m，相邻作业线筒仓间距51m。筒仓采用全地上式，筒仓高度43m。

方案二：堆存系统采用普通堆场方案，堆场的工艺布置与二期扩容工程堆场统筹考虑。共设置4条堆场，堆场总宽度为272m，其前方横皮带机中心线与东护岸的距离为241m。为满足环保要求，在堆场周围设置防风网。

方案三：堆存系统采用内直径40m、高度43m、24座单仓容量为3万吨的筒仓方案，翻车机卸车系统布置在港区西北侧，采用4线4翻布置型式，由卸车系统卸下的煤炭通过皮带机系统输送至储煤筒仓储存。

综上所述，总平面布置方案三有占地面积小、自动化程度高、对环境污染小等诸多优点，实现了投资、占用海域资源、生产人员配备、设备数量等多方面的节省，且有利于后续工程的建设，因此，采用总平面布置方案三。

采用内直径40m、高度43m、单仓容量为3万吨的筒仓方案，筒仓由基础、筒壁、仓底、仓底支承结构、仓壁、仓顶及仓顶廊道组成。共计24座筒仓，采用独立布置，每座筒仓间距6.0m。

3.方案优化对投资影响

港口作为铁海联运的枢纽，它所体现的功能和价值在于如何安全地、高效率地将多品种的煤炭快速转运出去，同时还要具备配煤等物流功能，物料大进大出，随机因素多，系统相对复杂。在黄骅港三期工程中采用筒仓方案具备优势：

3.1减少筒仓数量，降低工程投资

黄骅港三期工程设计年吞吐量5000万吨，如果按一般港口的堆场堆存量进行推算，则堆场容量约为360万吨，按每个筒仓储煤量3万吨计，需建筒仓120个，仅筒仓土建工程投资就达到41.21亿元（3434万元/个）；若按目前黄骅港堆存情况推算，堆场容量约需140万吨，至少约需要50个筒仓，形成一个大的筒仓群，土建投资也达到了17.17亿元。因此，如何合理确定黄骅港三期工程筒仓的规模，是方案是否可行的关键所在，是一个重要的研究课题。

因黄骅港是矿、路、港一体化的运输出海口，可有效地缩短煤炭在港口的堆存期，明显减低了煤炭在港口堆场的储存性质，从而提升了煤炭在港口堆场中的中转性质。通过对黄骅港2004～2009年的堆场有关资料进行统计，发现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，规划设计煤炭在港平均堆存期考虑一定安全余量，取4天，从而有效地减少了筒仓数量（本工程只建24座筒仓），降低了工程投资，使得采用筒仓方案也能使港口取得良好的经济效益。

3.2神华集团实行科学化的管理，可调配煤种，保证煤炭储存安全

黄骅港一期、二期工程的煤堆场对三期筒仓来说形成了巨大的缓冲能力，由于神华集团是集矿、路、港、航、电一体化的企业，从产到销完全自主调节，利用先进的管理技术充分发挥可协调的优势，保证煤炭运输各环节的顺畅、高效。同时港务公司又有一套从实践中总结出来的先进科学管理模式，完全有能力将堆存期相对较短的煤种调配到筒仓中储存，将堆存期相对较长的煤种调配到现有一、二期工程普通露天堆场储存，从而有效地解决了因煤炭在筒仓中储存时间过长而发生自燃的问题。这就是黄骅港独一无二的优势所在。

3.3筒仓与普通露天堆场相连接，保证煤炭储存安全

虽然黄骅港从开港到现在是一步一步发展起来的，但每一期工程都不是独立的，黄骅港所有实施的工程都有机地融合到了一起，使黄骅港设备配置更科学合理，资源利用最充分，从而取得效益的最大化。本次设计，一方面在紧急情况下，可将筒仓中温度超限的煤炭迅速卸至二期堆场，待煤炭冷却后再通过二期工程装船系统装船外运；另一方面也可将筒仓中剩余的小批量煤炭倒至二期堆场，从而提高了筒仓的利用率。可以说二期工程的存在是三期工程实施筒仓方案的有利依托。

综上所述，黄骅港三期工程实施筒仓方案具有其它港口无法比拟的优势，不但在生产管理方面符合筒仓系统的作业特点，保证了筒仓方案的经济效益和安全生产，而且黄骅港的基础设施也对筒仓系统起到了缓冲和保护作用，从而具备了实施筒仓方案的基本条件。

4.结构设计优化对使用功能的影响

4.1仓下结构方案的选择

如何选择适当的仓底型式，是筒仓设计的重要环节之一。根据煤炭系统多年来建成筒仓的统计，圆形筒仓仓底结构的钢材消耗约占整个筒仓钢材消耗的17％～35％，而且在直径、储量相同条件下由于仓底结构选型的差异，材料消耗指标变化的幅度很大。仓底结构的合理布置与否，仓底与仓壁的不同连接方式对于保证滑模施工的连续性有直接的影响。

常用的仓底形式有：钢筋混凝土漏斗仓底、平板加填料仓底、折板式仓底、通道式仓底等。

仓底是否合理，对卸料的畅通与否，影响很大。常用的锥型漏斗卸料不畅通，出现卸料堵塞，单靠机械促流设备并不能完全解决问题，还必须对锥型漏斗结构形式进行改进，综合解决卸料不畅、储料堵塞的问题。

通过对多方案计算比较，仓底推荐采用锥壳平板组合仓底结构。这种仓底结构形式受力明确，具有填料少，结构用料省，施工也比较简便等优点。

4.2仓底支承结构

根据结构平面布置和荷载作用情况，仓底周边平底部分做成梁板结构，仓底周边沿仓壁内侧设置的边环梁支承在筒壁的壁柱上，通过梁板结构将板上的荷载尽量多地传给筒壁，充分发挥筒壁的承载能力。

仓底中间平板用钢筋混凝土墙支承，与传统的廊道式仓底做法类似，并在适当部位开洞，形成通道。

锥壳是很好的空间承重结构，充分考虑了满足工艺漏斗的使用要求，每个锥壳下部设置4个柱，用来支承漏斗传来的巨大竖向荷载。

综上所述，设计采用锥壳平板组合仓底与仓底墙、柱组成的仓下支承结构。

4.3仓底结构优缺点分析

结构合理性：利用漏斗设计成锥壳结构形成了很好的空间结构形式，其使用功能要求和结构受力要求完美结合为一体。锥壳和平板组合成仓底结构，结构形式相对简单，受力明确，施工简便。这种做法与普通平底方案相比，可节省填料，筒仓自重将减少，大大减少传给仓底支承结构和基础的荷载，从而减少其相应造价。另外，由于仓底板顶标高提高了约3.4m，也就使筒壁加高而仓壁降低了相同高度，设计中仓壁比筒壁配筋要大的多，仓壁减矮就意味着少用钢筋，其经济效益也会体现在仓壁设计中。

工程量比较：通过普通平板仓底和锥壳平板组合仓底对比，填料减少，另外还取消了仓底钢漏斗，从工程量比较可见方案具有明显的优越性。

耐磨衬板的选择：通过仓顶皮带机给筒仓装料和卸料时，仓底经常受到贮料的冲击和磨损，需采取防护措施。设计在锥斗、仓底斜面处和仓壁设置衬板，以减缓仓底的磨损程度，延长使用寿命。

根据筒仓内衬使用的情况调查，由于耗磨大、易腐蚀，选用压延微晶板材是成功的。经调查，以此作内衬的部分使用效果极好，一般情况下其各项性能均优于其他类似材料。

4.4仓壁结构部分的方案选择

大直径筒仓结构中，由于贮料荷载的影响较大，其仓壁主要受环向拉力。尤其是在贮料水平压力作用下，仓壁受到很大的环向拉力。采用普通钢筋混凝土结构，往往需要通过增加普通环向受拉钢筋的截面面积来控制裂缝，但仓壁的裂缝开展却是难以控制在合理的范围内。施加预加压力对控制裂缝来说是一种有效的方法。因而引用无粘结预应力技术，在筒仓贮料范围的仓壁上沿环向施加预应力。

（1）筒仓直径大，环向拉力也大，采用普通钢筋混凝土结构不经济，采用预应力混凝土结构可提高结构刚度和抗裂性能，且经济。

（2）高强预应力钢筋的使用，可减少总的用钢量。

（3）在大容量、大直径混凝土圆形筒仓的设计与施工中，要减小仓壁的厚度，提高仓壁的抗裂性能，对仓壁施加预应力具有良好的实际效果。在其工程设计中，应重点控制其有效预应力计算，尤其是对圆形仓壁形成大包角曲线预应力筋张拉的预应力损失计算，同时要注意设计相应的构造措施。

（4）部分预应力仓壁结构、全预应力仓壁结构和有效预应力仓壁结构的比选

全预应力、有效预应力结构较部分预应力的预应力钢筋多，同时筒仓空载时使仓壁混凝土承受较大压力，从而使筒仓的延性较差，降低了筒仓的抗震性能。因此推荐仓壁采用部分预应力结构。

4.5仓顶结构

（1）仓顶结构选择

筒仓仓顶结构的选型主要考虑技术先进、经济合理、施工简便、安全适用及结构的防腐等因素。仓顶结构可采用现浇钢筋混凝土结构、钢梁现浇钢筋混凝土板的组合结构、钢结构。

现浇钢筋混凝土结构梁断面过大，施工须架设满堂支架，且施工要求筒体不宜过高，筒仓直径不宜过大，不适宜本工程。另外，钢筋混凝土仓顶结构有施工速度慢，模板用量大，自重大不利于筒仓泄爆的缺点。

钢梁现浇钢筋混凝土板的组合结构仍然存在模板用量和自重较大，不利于筒仓泄爆的缺点。

钢结构仓顶可采用主次梁结构形式或钢桁架结构形式。仓顶结构钢桁架结构形式。经计算比较，轧制型钢由于翼缘和腹板较厚，钢材用量大，所以钢桁架及仓顶钢梁等主要钢构件采用焊接H型钢。

5.施工依托资源条件

黄骅港经过多年的连续建设，已形成了较好的施工依托条件。施工期间所需的供水、供电等可从港内既有设施接引。目前港区道路畅通，施工所需材料可直接运至现场。

另外，在黄骅港还驻有施工技术力量强，海上施工经验丰富的施工队伍，并且施工设施齐备，施工企业对该区域的地质水文情况及施工环境比较熟悉，积累了大量的工程施工经验，这些优越的外部条件为本工程的组织实施奠定了良好的基础。

6.经济效益分析

计算分析表明，本项目在财务上具有较强的盈利能力和清偿能力及抗风险能力。本项目的实施，大幅度提高了黄骅港煤炭装船能力，将有效地解决神华集团煤炭运输需求迅速增长与港口能力不足的矛盾，也将使黄骅港基础设施资源和朔黄铁路的能力得到更为充分的利用，为集团集团节约了可观的运输费用。同时，本项目的建设将进一步带动黄骅港周边地区的经济发展。

通过优化设计来控制投资是一个综合性问题，不能片面强调节约投资，要正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键环节。设计中既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求，使项目达不到功能的倾向，又要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。设计人员要用价值工程的原理来进行设计方案分析，要以提高价值为目标，以功能分析为核心，以系统观念为指针，以总体效益为出发点，从而真正达到优化设计效果。

于洋：工程师。 从事港口工程建设规划工作。工作单位全称：神华黄骅港务有限责任公司

参考文献：

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[2]（JTS 257-2008）《水运工程质量检验标准》，中国交通运输部

[3]（JTJ211-99）《海港总平面设计规范》及其修订

[3]（JTJ215-98）《港口工程荷载规范》

[4]（JTS149-1-2007）《港口工程环境保护设计规范》