钢板组合梁桥预算定额幅度差系数研究

2022-04-28刘永健史小丽陆力伟

建筑科学与工程学报 2022年2期

陈霄，侯波，胡雷，刘永健，史小丽，陆力伟

(1. 长安大学公路学院，陕西西安 710064； 2. 陕西省交通运输工程造价事务中心，陕西西安 710075)

0 引言

钢板组合梁桥是公路中小跨径桥梁中的代表性桥梁[1]，其力学性能研究已经较为成熟[2]；针对其技术经济性方面的研究仍主要围绕材料消耗量这一单一指标，实际施工过程中的人工、材料以及机械等消耗量作为不同桥型之间技术与经济性差异的具体体现，是其技术经济性研究的重点与基础。此外，定额作为节约社会劳动和提高生产效率的工具，对于基础设施工程建设的决策与管理有着重要的作用[3]。因此，展开钢板组合梁桥预算定额编制研究既能为相关工程提供计价依据，进一步推广该种桥型，也能为后续的技术经济性分析提供研究基础。钢板组合梁桥预算定额涉及钢或混凝土结构的加工制作、涂装、运输、安装、探伤等施工全过程，本文主要以钢板组合梁桥钢主梁加工制作为例，说明预算定额的编制过程。预算定额编制的难点及其精度的控制在于幅度差系数的确定，因此本文的研究将侧重于幅度差系数的确定方法。

1 预算定额基本信息确定

为科学合理地展开消耗量的测定，应对所测定的工程项目进行详实地了解。参考文献[4]～[10]的研究成果，并利用工作分解结构(Work Breakdown Structure，WBS)分析法，将加工制作工序进行划分，如图1所示。此外，加工制作预算定额还涉及定额单位、定额子目以及工程内容的确定。施工定额的单位一般按工序或工作过程来确定；预算定额的计量单位应与相应工程项目内容相适应，便于计算工程量，以能反映分项工程最终产品形态和实物量、使用方便等为原则[11]，一般按照分部分项工程的形体和结构特征及其变化来确定。相较于传统混凝土结构在加工制作时经历了从液态到固态的变化过程，钢材在加工时形态固定、尺寸精确且全过程可追溯，因此确定加工制作预算定额的单位为吨。将施工定额的单位用于预算定额，减小了施工定额单位转换为预算定额单位时的工作量。定额子目以及工程内容参考相似定额与依托工程基本信息进行确定。依据中国建筑工程领域已有钢结构加工制作预算定额，将定额子目划分的主要因素确定为节段质量，并根据依托工程的节段划分方式确定编制定额的具体子目。

图1 钢板组合梁桥钢主梁加工制作流程Fig.1 Processing and Manufacturing Flow of Steel Beam of Steel Plate Composite Beam Bridge

2 施工定额测定与编制

施工定额是建筑安装工人在合理的劳动组织下或工人小组在正常的施工条件下，为完成单位合格产品所需劳动、机械、材料消耗的数量标准。施工定额可以反映企业的施工水平、装备水平和管理水平，是考核建筑安装企业劳动生产率水平、管理水平的标尺和确定工程成本及投标报价的依据，也是编制预算定额的基础[3,12]。

根据《公路工程施工定额测定与编制规程》(JTG/T 3811—2020)[13]第3.4节的规定并结合相关文献，制订了预算定额编制的基本思路：选用技术测定法进行现场测定，并选用比较类推法分析研究中国已有相关定额作为技术测定法的对照。下面简要介绍现场技术测定的工作流程。

为保证测定工作符合预算定额编制的基本原则，制订现场测定的工作步骤，如图2所示。按照施工定额的平均先进原则，选择可供调研的四川省天府新区的A钢结构企业、陕西省三原县的B钢结构企业、陕西省武功县的C钢结构企业以及广东省惠州市的D钢结构企业；排除了使用机器人工作站、全自动机械等处于行业内先进水平的D企业，重点针对A、B、C三家企业进行了现场技术测定。使用《公路工程施工定额测定与编制规程》附录中表A.1.5.1、A.1.5.2测定人工、材料、机械的消耗时间、工程量，以及对现场工作人员的工作水平评分等信息，并保证每一工序的消耗量现场测定次数满足精度要求。

图2 技术测定法工作流程Fig.2 Work Flow of Technical Determination Method

3 预算定额编制幅度差系数

3.1 幅度差系数定义

将施工定额综合为预算定额时，考虑到一些琐碎的工作难以一一计算，而且在施工中可能出现一些事先无法估计的工作以及影响效率的各种因素，因此人工工日和机械台班数应以施工定额综合后的数量增加一定的百分数，增加的幅度与原数之比即为幅度差。现有幅度差、幅度差率以及幅度差系数3种不同的表述方式来量化施工定额综合为预算定额时增加的数量，计算方法见式(1)～(3)。公路工程预算定额编制时采用幅度差系数这一形式[2,9]。

A=B-C

(1)

R=A/C

(2)

F=1+R

(3)

式中：A为幅度差；B为预算定额值；C为施工定额值；R为幅度差率；F为幅度差系数。

文献[14]针对港珠澳大桥钢结构部分加工制作预算定额展开了研究，但对幅度差系数并未做进一步的研究。文献[3]、[12]、[15]、[16]通过层次分析法分析了路基工程、路面工程、桥涵工程等不同工程类别之间的相对权重，并与已有经验系数对比，得到了不同类别工程的幅度差系数。以钢板组合梁桥预算定额编制过程为例，仅该种桥型在加工制作、涂装、运输、探伤与安装等过程的工作条件以及施工组织水平具有较大差异，不同桥型之间的差异应更大，故笼统地确定桥梁工程这一大类别下的幅度差系数在具体项目中缺乏一定的可操作性。因此，本文在前人研究的理论基础上，开发出一套针对钢板组合梁桥加工制作幅度差系数的计算模型。

3.2 幅度差系数取值范围

《公路工程预算定额》(JTG/T 3832—2018)[17]中人工幅度差系数涉及了8项影响因素，机械幅度差系数共涉及了9项影响因素，如表1所示。

表1 人工及机械幅度差系数影响因素Table 1 Influence Factors of Manual and Mechanical Amplitude Difference Coefficient

本文以机械幅度差系数为例，说明幅度差系数的计算过程。依据钢板组合梁桥加工制作的工艺特点以及现场调研的情况，分析各理论影响因素对幅度差系数影响程度的大小，按照强、较强、中等、较弱、弱5个等级划分。

中国钢板组合梁桥加工制作预算定额幅度差系数的相关研究暂未见报道。通过调研国内外文献，发现美国工程管理界使用的效率系数(Efficiency Factor)在定义上与幅度差系数相似，可作为确定幅度差系数的依据。文献[18]列举了式(4)及式(5)用以计算完成一定生产量所需的工作时间。

(4)

(5)

式中：t为工作时间；M为生产量；e为生产率；Me为每循环生产量；Hp为每小时有效生产时间；EM为效率系数；H为每循环时间。

效率系数的取值与工作水平及管理水平有关，取值如表2所示。管理水平主要包括：①工人的技巧、训练与动机水平；②机械的型号、操作与养护水平；③作业面布置、监管与合作性。

表2 效率系数取值Table 2 Values of Efficiency Coefficient

《公路工程定额原理与估价》定义了施工定额机械台班产量定额的基本公式，其中机械台班产量定额的计算方法见式(6)。

DC=dTKB

(6)

式中：DC为施工定额中机械台班产量定额；d为小时生产率；T为一个工作班延续时间；KB为时间利用系数。

机械时间定额为产量定额的倒数，通过将其与式(4)、(5)对比，认为文献[18]定义下的预算定额机械台班消耗量是施工定额机械时间定额与效率系数倒数的乘积。虽然效率系数最先出现的文献时间久远，但文献[19]中仍在使用，历经时间的考验。因此，认为效率系数的倒数即为预算定额概念中的幅度差系数。为符合预算定额的平均原则，当出现表2中工作水平与管理水平皆为优或皆为差的评级时应当修正打分重新评级，由此得到幅度差系数极值构成区间为[1.23,1.75]。

3.3 幅度差系数取值范围验证

文献[20]基于模糊层次分析法将养护工程与新建工程进行比较，得出养护工程的人工幅度差系数较新建工程增加23%，即新建工程幅度差系数与养护工程幅度差系数之间的差异率为19%。

文献[15]根据国内各省区的养护工程预算定额及交通部征求意见稿的预算定额统计数据分析，得出养护工程幅度差系数极值构成的区间为[1.31,1.51]。而本文分析计算得到的钢板组合梁桥幅度差系数极值区间为[1.23,1.75]。作为新建工程，本文得到的幅度差系数区间与养护工程幅度差系数区间最大差异率为16%。考虑到钢板组合梁桥与养护工程都具有作业连续、隐蔽性工程少的特点，因此16%的差异率是可以接受的，本文所取得的幅度差系数区间具有一定的合理性。

3.4 幅度差系数取值的确定

只需确定代表平均水平的企业在工作与管理水平方面的评价等级，即可确定预算定额幅度差系数的取值。首先根据工作水平与管理水平的定义[18]，将机械幅度差系数的9个影响因素进行划分，结果见表3。由此形成了幅度差系数在第一层次受工作/管理水平影响、在第二层次受具体影响因素影响的层次模型，如图3所示。为定量分析它们之间的关系，选用层次分析法[21-25]进行研究。层次分析法旨在解决层次模型中最低层相对于最高层的相对权重问题[21-22]，因此构造判断矩阵是层次分析法的基础与重点，利用相对重要性评分法[23]得到的评分标度见表4，构造最高层与中间层、中间层和最低层之间的判断矩阵，见表5。判断矩阵的一致性检验利用AHP软件完成，并最终利用AHP软件计算得到影响因素层相对于幅度差系数层的相对权重，权重值见表3。

表3 机械幅度差系数的影响因素Table 3 Influencing Factors of Mechanical Amplitude Difference Coefficient

表4 相对重要性评分标度Table 4 Relative Importance Scale

表5 管理水平判断矩阵Table 5 Management Level Judgment Matrix

图3 机械幅度差系数影响因素层次Fig.3 Hierarchy of Influencing Factors of Mechanical Amplitude Difference Coefficient

机械幅度差系数管理水平影响因素各权重向量(0.3,0.3,0.068,0.068,0.029,0.068)之和为0.833；机械幅度差工作水平影响因素各权重向量(0.017,0.016,0.043)之和为0.166。因此认为机械幅度差系数中管理水平的影响因素比重较大，是改进该工序的重要方向。

考虑到在实际评价当中工作水平与管理水平是相对独立的2个评价指标，因此将工作水平与管理水平2个评价指标下的影响因素权重等比例扩大为和为1的向量进行下一步评价。扩大后的权重为管理水平影响因素权重向量(0.36,0.36,0.08,0.08,0.03,0.08)和工作水平影响因素权重向量(0.10,0.64,0.26)。参考《公路工程施工定额测定与编制规程》中测定对象工作水平评分表，按照划分等级不变且每级总分不变的原则，将影响因素按照权重赋予分数，重新设定评价方式，结果见表6、7。