基于模糊贴近度原理的“充砂袋”围堰造价预测方法应用

孙 勤， 李蔚东， 肖 辉, 范方方， 傅东箭

(1.湖南瑞元建设工程有限公司, 湖南 长沙 410004; 2.湖南省交通规划勘测设计院有限公司, 湖南 长沙 410200;3.湖南省交通科学研究院有限公司， 湖南 长沙 410015； 4.长沙理工大学 水利与环境工程学院， 湖南 长沙 410114)

0 引言

“充砂袋”围堰是一种新的围堰形式，因其施工简便、取材便捷、适应性强，在航道建设项目中得到越来越多的应用。对比黏土围堰与其他形式的围堰，充砂袋围堰不仅显著减少工程成本，而且可以缩短工期，特别适用于多沙的湖区。我国学者在充砂袋围堰的施工工序及施工特点方面研究较多，但关于其造价预测研究较少。本文结合华容河船闸充砂袋围堰的施工工艺，运用模糊贴近度预测方法，构建充砂袋围堰造价预测基本模型，为航道工程围堰造价预测提供了新的估算方法。

1 项目概况

藕池东支—华容河航道位于湖南省境内，河道全长224 km,是湖南省打通的水运出口大通道之一，更是湘江经洞庭湖连接长江中上游的便捷通道。

华容河船闸是湖南省藕池东支—华容河航道建设项目的关键性工程，其施工导流是重中之重。围堰是确保施工正常进行的重要节点，既要保证基坑正常施工，又要保证安全度汛。受土石料缺乏、环境保护及周边影响等因素制约，土石围堰施工方案难以实施，考虑洞庭湖区沙量巨大的特点，就地取材，首次在湖南省船闸围堰施工中采用了充砂袋围堰的施工方案，取得了预期的效果。

2 围堰形式选择

2.1 围堰形式对比分析

围堰形式的选择应根据河湖特性、导流特点和地质条件、料源状况等因素来确定。现有航道工程中围堰主要采用木板桩、钢板桩、土石围堰等形式，随着施工机械大型化、专业化的发展，近年来出现了充砂袋的围堰形式，各种围堰的适用条件与优缺点对比见表1。

2.2 围堰施工方案选择

华容河航道河道较宽、水深较大，显然不适合使用木板桩围堰。首先，若采用土石围堰，内河全年围堰临水面、背水面分别按照1∶2和1∶1.5坡比进行放坡，围堰设计顶宽4.5 m，堰底高程21.5m，围堰高12 m，则堰底宽度将达到46.5 m，将挤压六门闸过流断面宽度。围堰土石总量约8万m3，且土石料运距超过20 km，经济性欠佳。其次，考虑到基坑地质为流动性粉质淤泥层与黏土硬塑层，土石围堰方案施工工期可能较长。因此，为

表1 围堰形式的适用范围与优缺点围堰形式适用范围优点缺点木板桩围堰适用于小型水利项目,可用于水流流速较小、水深较浅、河床地质透水性较强的河流条件施工方法简便,技术难度低,木质施工材料获取便捷密封性较差,木板受水流影响存在腐蚀现象钢板桩围堰一般适用于水深较大、地质透水性较强的河流钢板强度高,防渗性能好,钢板材料可以重复使用,回收利用价值高钢板质量较大,施工受风浪、浮吊技术等因素影响较大土石围堰适用于河床地质稳定、通透性弱的河流土石料来源较为广泛,成本低;技术操作简单,使用工期长土体透水性较强,易发生渗透破坏及边坡失稳的状况充砂袋围堰适用于大型工程项目,可用于地基较差、地质河床较软弱的河流砂料成本低,且容易获得;施工适应性强,施工作业面广,效率高挡水高度受限,砂袋堆高、砂袋充填与拆除需专业船机配合

降低施工成本且保证六门闸过流断面宽度，采用充砂袋围堰的施工方案，将内河全年围堰内外坡比全部调整为1∶1.5，27.5 m高程以下采用充砂袋围堰，在围堰底部加筑子堰，堰顶高程33.5 m，围堰底宽随之减小。

3 充砂袋围堰施工工艺

充砂袋围堰施工工艺流程如图1所示。

图1 充砂袋围堰施工工艺流程

3.1 充砂袋主要技术指标

充砂袋尺寸应根据设计断面确定，袋体在横断面方向整块制作并在设计围堤断面宽度的基础上适当加长，宽度根据水位及施工工效确定。本工程充砂袋材质采用的是 230 g /m2的防老化聚丙烯编织布，具体指标见表2。缝制方式分为横缝缝制和纵缝缝制，以8 m为标准，宽度≥8 m的充砂袋采用横缝缝制，宽度<8 m的采用纵缝缝制。采用链式针脚缝合，缝合缝应避免弯曲，缝制线强度需达到设计强度。

表2 充砂袋袋体指标抗拉强度/(kN·m-1)纵向横向延伸率/%等效孔/mmO90O95垂直渗透系数/(cm·s-1)≥46≥33≤25>0.07<0.5>2×10-3

充砂袋的单层厚度控制在0.5 m左右，充填饱满度控制在85%左右，充填后的干重度达到14.5 kN/m3。充填料为砂源区砂，也可采用排水性较好的砂性土、粉细砂类料，保证粒径大于0.075 mm以上的颗粒含量大于75%，黏粒含量小于5%，避免杂质和有机质混入。

平均 16～20 m2布置1个袖口，袖口纵向间距为 5 m ，横向布置4个，均匀布设。袖口材料与袋体同，直径25cm，伸入袋体 30 cm，外露袋面长度根据水深确定，袖口和袋体连接采用包缝缝接方式。制作袋体与袖口的原材料进场后都应进行取样检测，合格后方可进行加工生产。

3.2 施工方法

砂袋的铺设方式有水上铺设与水下铺设，均采用泥浆泵充灌，施工顺序为先水下后水上，水下砂袋采用定位船铺设，水上砂袋采用人工铺设。

3.2.1水下铺设与充灌

砂袋水下部分铺设需利用两条对拉船进行定位，对拉船与围堰轴线分别平行布置在围堰轴线的两侧。将制作好的袋体先放置在临水侧对拉船上，再将袋体的4个角绑扎牵引绳并分别连接到两条对拉船上。泥浆泵管需插入袋体袖口内并绑扎牢固，绑扎完成后即可开动背水侧对拉船上的绞锚机将袋体展开平铺在轴线位置，铺设到位后再进行砂料充灌工作。充灌需要注意提前将泥浆泵开机以便清出管内清水，充灌应按“先高后低，由中间向两边”的顺序进行，以防皱褶。

3.2.2水上铺设与充灌

人工铺设即人工将袋体展开，袋体边缘与放样标记对齐，铺设形式采用阶梯式，使砂袋层层叠压。铺设时为杜绝水平、垂直通缝，同一层袋体之间不应有间隔并保证相互之间搭接大于1 m，上、下层袋体应错缝铺设并保证错距大于5 m。充灌时可在袋体上施加重物以防止袋体滑动。

4 基于模糊贴近度原理的造价预测模型

4.1 模糊贴近度原理

模糊贴近度是一种以相似性为依据，模拟与比较为手段，模糊集合论为方法的数学识别模式。在模糊数学中，模糊贴近度原理通常用来解决相似性问题，在工程建设中，同样也可以引用模糊贴近度原理来解决相应问题。例如，在项目决策阶段，工程造价估算的及时性和准确性对提高项目投资效益具有重要意义[1]，对于围堰等大型临时工程来说，若直接利用概预算定额[2]进行估算，其估算结果与实际施工造价会存在差异，尤其是在施工方法创新的情况下。基于此，可以将模糊贴近度原理运用在围堰等大型临时工程的造价估算中，以提高造价估算的及时性与准确性。运用模糊贴近度原理进行造价估算时，首先要找出与拟建工程相似的已建工程，并确定两者的模糊关系，再对两者相似程度进行定量化，确定贴近度，建立估算模型，最后利用模糊贴近度的数学估算表达式计算出拟建工程的单位造价[3]。

4.2 建立模糊关系

首先判断拟建工程的类型，并分析其特征，根据拟建工程的特征和要求，找出具有相同或相似特征，然后将能代表工程主要特征的特征元素集合成特征论域[4]。假设找出n个相似的已建工程，并用Si(i=1，2，…，n)表示已建工程，用Sx表示拟建工程。对每个可供参考的已建工程进行比较分析，选择出相同且具有代表性的工程特征元素，一般选取m个特征元素，使用li表示特征元素，将这些特征元素集合成特征论域并用U表示，则U=(l1，l2，…，lm)。

4.3 确定贴近度

建立拟建工程和已建工程的模糊关系矩阵之后，即可确定两者的模糊贴近度。根据模糊数学理论，模糊贴近度公式为:

(Si，Sj)=[Si·Sj+(1-Si⊙Sj)]/2

(1)

式中:Si·Sj=∨λ=1n(Siλ∧Sjλ)为内积；Si⊙Sj=∧λ=1n(Siλ∨Sjλ)为外积；∨表示取大运算，∧表示取小运算。

4.4 建立预测模型

将计算出的拟建工程与已建工程的贴近度由ai(i=1，2…n)表示，并由大至小排列为a1、a2、a3、…、an，依据择近原则，取模糊贴近度最大的3个已建工程的相关资料为估算拟建工程造价的主要依据，如：若Sx与S1模糊贴近度最大，则为a1；Sx与S2的模糊贴进度次之，则为a2；Sx与S3的模糊贴近度为第3，则为a3；且三者关系为a1≥a2≥a3。设S1、S2、S3工程对应的单位造价为c1、c2、c3，一般取每立方米造价。确定拟建工程的单位造价C的估算公式为：

(2)

式中：k为调整系数，可以依据施工经验来确定。

5 实例分析

将工程造价预测模型应用于华容河航道工程的围堰工程，通过对该工程相关资料以及类似工程长沙综合枢纽、大源渡枢纽、南茅运河等船闸进行综合分析，可利用模糊贴近度的方法对其进行工程造价预测。

首先建立工程项目模糊关系。通过对多个同类型已建的工程项目资料进行分析，最终选出最相似的6个围堰工程项目，分别表示为S1～S6。根据拟建工程的特征，确定出具有代表性的工程特征元素集合U=(工程量、地质条件、施工条件、施工方法、材料可获得性)，根据特征论域，计算出各元素的隶属函数值，则可确定工程模糊关系系数，如表3所示。

表3 工程模糊关系系数工程类型代号工程量地质条件施工条件施工方法材料可获得性S10.830.700.840.690.78S20.850.770.810.820.90已建工程S30.850.680.790.750.87S40.800.820.830.850.79S50.760.850.800.770.85S60.900.780.850.800.87拟建工程Sx0.840.810.870.790.86

确定已建工程和拟建工程的工程模糊系数之后，即可根据模糊贴近度数学计算公式计算出两者的贴近度。Sx与Si(i=1，2，3，4，5，6)的贴近度计算结果如表4所示。

表4 拟建工程与已建工程的贴近度计算项目S1S2S3S4S5S6Sx·Si0.840.860.860.830.850.86Sx☉Si0.790.810.790.810.790.80Sx与Si的贴近度0.5250.5250.5350.5100.5300.530

根据结果数据，对贴近度数值进行从大到小排序，分别为0.535，0.530，0.530，0.525，0.525，0.510。根据择近原则，选出3个贴近度数值最大的已建工程作为估算拟建工程造价的基础，分别为S3、S5、S6对应的贴近度数值，即a1=0.535，a2=0.530，a3=0.530。

已知已建工程S3的单位工程造价约为c1=122元/m3；S5的单位工程造价约为c2=131元/m3；S6的单位工程造价约为c3=128元/m3。依据施工经验，调整系数k的取值范围为1.02～1.05，本工程取k=1.04，利用模糊数学公式估算围堰工程的单位工程造价。根据式(2)，可得C=130.44元/m3。

估算出拟建工程的造价之后，需对其结果进行可靠性检验。利用以上方法对该工程造价进行估算，并与实际造价进行比较，结果显示，估算结果比概算定额价低约8%，与其实际造价的误差小于10%，可说明利用模糊贴近度的造价估算方法可行，预估结果可靠。

6 结语

介绍了一种基于模糊贴近度原理的围堰造价预测方法，并以华容河航道围堰工程为例进行验证。从实际情况表现来看，用模糊贴近度方法估算出的工程造价与该工程实际造价误差小于10%，具有较好的吻合度。因此，在确定出较为准确的模糊参数前提下，模糊贴近度的造价预测方法相对于传统造价估算方法，其估算速度会更及时、准确，对工程造价的预测有较好的参考价值。