基于價值分析理論的橋梁加固方案比優(yōu)研究與應(yīng)用

摘 要：鑒于對價值分析理論的思考，結(jié)合橋梁加固方案優(yōu)化方面工程實(shí)例，嘗試建立其方案篩選模型，實(shí)現(xiàn)技術(shù)革新、成本節(jié)約和良好的社會效益。

關(guān)鍵詞：價值分析 橋梁加固 成本

中圖分類號：U445文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2012）12（c）-00-03

由于交通量的增加以及環(huán)境影響等因素造成橋梁的抗載能力下降，由局部構(gòu)件至整個橋體。通過橋梁針對性的加固措施，能夠很大程度地延長其服役時限，較新建一座橋梁，從安全、通行時間和成本方面將更能得到保障。加固方案設(shè)計如同初始結(jié)構(gòu)設(shè)計同樣重要，往往涉及領(lǐng)域更加復(fù)雜，尤其是首先針對原始設(shè)計研究，再分析社會、經(jīng)濟(jì)效益和管理等，橋梁的加固方案篩選屬于多條件、多屬性決策系統(tǒng)。早期對橋梁加固的方案進(jìn)行比優(yōu)，側(cè)重與主觀擇優(yōu)和客觀擇優(yōu)兩種方法，目前隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，依靠數(shù)學(xué)和計算機(jī)技術(shù)長生了均勻法、模糊數(shù)學(xué)和遺傳高級算法等，它們之間可以單獨(dú)使用，也可以組合互補(bǔ)進(jìn)行應(yīng)用。[1-5]

1 加固方案擇優(yōu)法現(xiàn)狀分析

主觀擇優(yōu)法取決于決策人員對于各項設(shè)計指標(biāo)不同的側(cè)重程度進(jìn)行比優(yōu)，比如AHP法和橋梁外觀綜合調(diào)查法等。此法能夠?qū)τ跇蛄憾喾N多屬性方案按照層次劃分，最終形成系統(tǒng)，應(yīng)用起來比較簡捷，能夠充分體現(xiàn)決策人員的主觀意愿，但由于受決策者的專管影響相對較大，往往決策結(jié)果不夠準(zhǔn)確，可靠性方面存在必要的理論求證，適合于初期或者一般性加固技術(shù)比較成熟的方案篩選?？陀^擇優(yōu)一般指純粹的依靠各項指標(biāo)反饋客觀數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行方案的比優(yōu)，比如熵值賦權(quán)法及其改進(jìn)方法等，在算法上比較精確，但是完全依靠數(shù)學(xué)的理論，不能夠體現(xiàn)決策人員的認(rèn)知和意愿，存在實(shí)際應(yīng)用上許多的局限性。均勻法擇優(yōu)在一定范圍內(nèi)能夠進(jìn)行方案比優(yōu)，不足是同主觀擇優(yōu)法，準(zhǔn)確性程度和可靠度偏主觀。遺傳高級算法能夠綜合學(xué)習(xí)生物學(xué)的遺傳和進(jìn)化理論，最終形成系統(tǒng)性的全局比優(yōu)概率篩選算法，其無需目標(biāo)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)計算過程，從而避免局部極值的產(chǎn)生，在擇優(yōu)理論中有很好的適應(yīng)全局性。由于此法理論性較強(qiáng)，對于許多計算結(jié)果顯示無法完全解釋，普遍推廣和具體應(yīng)用上暫時困難。模糊數(shù)學(xué)能夠?qū)蛄和庥^美化和一些交通量及周邊環(huán)境綜合考慮進(jìn)行不確定模糊分析，實(shí)現(xiàn)了加固方案比優(yōu)的相對科學(xué)性與客觀方面相結(jié)合，很好的融通主客觀，普遍采用的目前有：模糊綜合評價、模糊關(guān)聯(lián)、模糊優(yōu)選等。其中，模糊關(guān)聯(lián)分析法結(jié)合灰色理論，在分析思路上清晰，計算上也較簡捷，從而有效減少主觀失誤。模糊優(yōu)化理論分析法能夠建立加固方案的多屬性多層次的模糊模型系統(tǒng)，依據(jù)屬性優(yōu)劣程度篩選比較，實(shí)踐證明其評估結(jié)果符合現(xiàn)實(shí)。綜合評價體系是針對工程的多因素多屬性等復(fù)雜特點(diǎn)，可以最大化減少主觀側(cè)重性，更加體現(xiàn)客觀現(xiàn)實(shí)。模糊數(shù)學(xué)的諸多方法在方案決選中有效提高了可靠度和準(zhǔn)確定位程度，由于算法冗雜，龐大項目需要一定配置的計算機(jī)硬件等，另外，在模糊理論分配權(quán)重依然存在一定程度的主管因素和認(rèn)為誤差。組合擇優(yōu)法是將一種以上方法聯(lián)合使用，進(jìn)行互補(bǔ)修正，實(shí)現(xiàn)結(jié)果的更加準(zhǔn)確可靠。目前比較成熟的擇優(yōu)法有模糊層次分析法和組合賦權(quán)理論（灰關(guān)聯(lián)法、簡化ELECTRE法）等。聯(lián)合方法在準(zhǔn)確可靠程度均表現(xiàn)良好，但是計算過程將更加復(fù)雜，由于計算機(jī)技術(shù)等限制，不能夠大范圍應(yīng)用，特別是針對加固方案相對較多的復(fù)雜項目。

思考：如何從技術(shù)允許、成本合理、良好社會影響等方面進(jìn)行方案擇優(yōu)？

鑒于對價值分析理論的思考，結(jié)合橋梁加固方案優(yōu)化方面工程實(shí)例，嘗試建立其方案篩選模型，實(shí)現(xiàn)技術(shù)革新、成本節(jié)約和良好的社會效益。價值分析理論具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)依據(jù)、計算方法簡潔，擇優(yōu)思路們清晰明確、主觀因素較少，能夠確切反映現(xiàn)實(shí)狀況，在克服以往多種擇優(yōu)方法中一系列不足，最終擇優(yōu)方案更能符合客觀情況。

2 價值分析理論評價方法及實(shí)施條件

2.1 理論概述[6]

價值分析關(guān)鍵在于依靠群體籌劃，然后有組織的分工完成對既定對象的功能分析和價值評估，最終達(dá)到依靠最低的壽命周期全部經(jīng)濟(jì)投入安全地實(shí)現(xiàn)既定對象的社會價值和預(yù)定功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對既定項目價值的提高。數(shù)學(xué)度量關(guān)系為功能與成本的比例關(guān)系，即價值（V）=功能（F）/投入成本（C），這里的價值涵義定義為既定對象的有益程度大小。

功能評價方面包含價值標(biāo)準(zhǔn)、功能的重要性參數(shù)和區(qū)域是否適合等評價方法。根據(jù)目標(biāo)成本與現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)某項功能的實(shí)際成本作出比較，據(jù)此對考察既定的某項功能作出評估是價值標(biāo)準(zhǔn)的一種評價方法。功能參數(shù)評價是依據(jù)某功能的重要性程度，進(jìn)行各項既定功能間的對比評分，最終得到相關(guān)評價參數(shù)。最合適區(qū)域法是依靠價值相關(guān)參數(shù)影響程度進(jìn)行對既定對象的選擇，如果價值參數(shù)接近或形同，則再依據(jù)其功能參數(shù)和成本系數(shù)影響程度的大小，分別考慮。[7-15]

2.2 實(shí)施條件闡述

（1）實(shí)現(xiàn)的主體對象：價值分析作為系統(tǒng)工程必須要求集思廣益，群體智慧是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的必要條件。

（2）準(zhǔn)備工作：對于具體項目的橋梁針對性的收集有關(guān)技術(shù)和成本信息，包括創(chuàng)新技術(shù)和材料。

（3）組織進(jìn)行功能分析：根據(jù)前期準(zhǔn)備工作，對具體項目做全方位的比較分析，為方案比優(yōu)做準(zhǔn)備。

（4）方案研制：根據(jù)預(yù)期的成本節(jié)約等條件，深入研究方案。

（5）方案評估：依據(jù)經(jīng)濟(jì)節(jié)約等排列分化，篩選出最優(yōu)，得到目標(biāo)方案。

（6）對于最優(yōu)方案的實(shí)施：根據(jù)委托方要求，推薦最優(yōu)方案，委托方也可自主選用相關(guān)方案，最終授權(quán)方案實(shí)施部門，進(jìn)行方案的具體落實(shí)。

3 價值分析理論應(yīng)用于橋梁加固的實(shí)例分析

3.1 實(shí)例概況

針對一個橋梁加固的工程實(shí)例進(jìn)行描述，兩中方案不同的經(jīng)濟(jì)投資核算見1。

3.2 成本因素分析

在加固的經(jīng)濟(jì)投資中，包括可變成本和固定投資，價值分析對于固定投資項目不考慮，僅研究可變影響因素，表 1 中材料和伸縮縫維修屬于固定投資，在此不進(jìn)行其價值分析。

3.3 各成本組成項成本參數(shù)分析

利用巴累托分析法（或稱ABC分類管理法、重點(diǎn)管理法），對橋梁加固工程中影響較大的項進(jìn)行分析研究。根據(jù)表1，統(tǒng)計系數(shù)大于0.1的項：1#方案成本參數(shù)累加和為：∑C1=0.23+0.1+0.44+0.15=0.92；2#方案：∑C2=0.18+0.20+0.40+0.15=0.93?？梢?，表1中兩種方案的四項因素為重點(diǎn)影響因素。剔除重要影響因素中固定投資項，則成本參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以描述為單個方案可變成本（Vi）/各方案可變成本之和（∑Vi），則1#方案成本參數(shù)C1#=47.49/（47.49+55.75）=0.460，2#方案成本參數(shù)C2#=55.75/（47.49+55.75）=0.540。

3.4 功能參數(shù)分析

結(jié)合對經(jīng)濟(jì)成本的宏觀考慮，1#方案工期42 d，2#方案工期60 d。對于社會影響方面集中考慮在車輛運(yùn)輸?shù)确矫?。根?jù)實(shí)際情況中各功能的量化指標(biāo)進(jìn)行評價分析（見表），綜合評價指標(biāo) R 算法為：

3.5 價值參數(shù)定義及分析

價值體現(xiàn)在功能和成本的關(guān)系上，則價值參數(shù)可以描述為：單個方案價值參數(shù)（Ccosti）=單方案功能參數(shù)（Cei）/單方案成本參數(shù)（Ci#），通過價值參數(shù)計算結(jié)果的大小對加固方案進(jìn)行擇優(yōu)。

則1#方案Ccos1=0.524/0.460=1.139；2#方案Ccos2=0.476/0.540=0.881。

從而得到，1#方案價值參數(shù)較2#方案大，視為此項目加固方案的最優(yōu)方案，從上述可以分析得出，1#方案成為最優(yōu)，并非其成本較少，而是綜合考慮諸多因素，具體為安全度高、質(zhì)量可靠性能好以及較短的施工工期等因素，這些方面的優(yōu)勢能夠?qū)崿F(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。通過實(shí)踐的證明，基于價值分析理論的橋梁加固方案比優(yōu)計算方法能夠符合現(xiàn)實(shí)情況，從各個方面綜合分析，取得很好的預(yù)期效果。

4 結(jié)語

（1）運(yùn)用價值分析理論對橋梁加固方案比優(yōu)篩選，能夠綜合社會、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平等因素，較大程度的避免以往單純依靠技術(shù)而相對保守的安全加固方法選擇方案的不足。

（2）聯(lián)合橋梁構(gòu)件功能和分項投資兩方面對價值評估提供理論支撐，為科學(xué)決策水平的提高作出了貢獻(xiàn)。

（3）價值分析理論能夠參考同條件下多種屬性進(jìn)行方案比優(yōu)，由此可以引發(fā)其他工程應(yīng)用領(lǐng)域的思考，其可以作為工程項目合理作出決策的起步，合理實(shí)施將節(jié)約原始成本的5%～40%，為企業(yè)、國家和人類社會的資源可持續(xù)作出貢獻(xiàn)。

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