價(jià)值工程法在泵站工程深基坑圍護(hù)方案比選中的應(yīng)用

江 敏

（江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800）

0 導(dǎo)言

價(jià)值工程又稱為價(jià)值分析，是指通過集體智慧和有組織的活動對產(chǎn)品或服務(wù)進(jìn)行功能分析，使目標(biāo)以最低的成本，可靠地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品或服務(wù)的必要功能，從而提高產(chǎn)品或服務(wù)價(jià)值的一套科學(xué)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法。其主要思想是通過對選定研究對象的功能及費(fèi)用分析，提高對象的價(jià)值。價(jià)值工程法20世紀(jì)40年代起源于美國，起源于材料和代用品的研究，但這一原理很快就擴(kuò)展到各個應(yīng)用領(lǐng)域，尤其近年來在工程建設(shè)和生產(chǎn)發(fā)展方面應(yīng)用漸多。筆者主要探討價(jià)值工程法在工程設(shè)計(jì)及施工方案比選中的應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 工程任務(wù)與規(guī)模

睢寧二站工程是南水北調(diào)東線一期工程第5梯級抽水泵站，設(shè)計(jì)總裝機(jī)流量為80 m3/s，總裝機(jī)功率12000 kW，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程8.3 m。工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大（1）型。工程采用堤身式布置，站身為整體塊基型結(jié)構(gòu)，底板平面尺寸為31.8 m×33.5 m。

1.2 工程及水文地質(zhì)

睢寧二站工程位于濉安河沖積平原區(qū)，地表高程多在21.0～23.0 m之間，位于郯廬斷裂帶西側(cè)兩斷裂之間，西側(cè)斷裂在本地區(qū)隱伏于地下約160～200 m，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性差。泵站動峰值加速度為0.3 g，相應(yīng)地震基本烈度為8度。設(shè)計(jì)泵站基底高程3.7～5.0 m，地基土以第⑧層含砂礓粘土為主，其允許承載力為300 kPa。場地內(nèi)第⑤層粉砂及⑧層含砂礓粘土為承壓水含水層，第⑤層粉砂水頭4.13～5.85 m，第⑧層含砂礓粘土水頭10.5～12.4 m，單位涌水量19.2 m3/（d·m），基坑開挖施工需采取排降水措施。

2 基坑圍護(hù)方案

本泵站包含站下引河段、主站身段、站上引河段3個部分。站下引河河底高程8.5 m，站上引河河底高程15.0 m，上下游河底高差6.5 m；主站身底板底高程2.5 m，地面高程23.85 m，高差21.3 m；站上翼墻底高程15.2 m，與基底高差12.7 m。由于基坑深度大、上下游高差較大，若采用大開挖，不僅占地面積大,而且造成上游翼墻建在高10 m左右的回填土上，回填土的質(zhì)量極難控制，難以滿足建筑物沉降控制要求。因此，采用基坑維護(hù)開挖，既可減少對上游原狀土的擾動，又可減少土地占用面積?，F(xiàn)對圍護(hù)方案作拉錨式地下連續(xù)墻、肋板式地下連續(xù)墻、復(fù)合土釘墻三種支護(hù)型式比選，三種方案簡述如下：

2.1 地面拉錨式地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)需建設(shè)100 cm厚地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行基坑支護(hù)，連續(xù)墻上設(shè)1.0 m×1.0 m冠梁，墻后布設(shè)間距2.0 m的鋼筋混凝土灌注樁，采用錨桿連接地下連續(xù)墻與灌注樁，達(dá)到基坑支護(hù)的目的。

2.2 肋板式地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)采用100 cm厚帶肋地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行基坑支護(hù)，類似于扶臂式擋土墻，只是相比扶臂式擋土墻缺少底板，不同之處還在于它沒有底板上土重產(chǎn)生的抗滑要求。其通過增加肋板，達(dá)到增加地下連續(xù)墻整體剛度的目的，減小懸臂結(jié)構(gòu)的變形。

2.3 復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)

該方案是土釘與土層錨桿聯(lián)合使用，錨桿用于加固土體，形成土釘墻，在復(fù)合土釘墻的中部設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿，對土釘墻施加初始背拉力，減少土釘墻的位移，提高工程的安全度。錨桿錨頭設(shè)置格構(gòu)梁，保證土釘墻足夠的強(qiáng)度和剛度，將錨固力有效地傳遞到面層或土層中。

3 方案比較

價(jià)值工程的基本原理是反映功能與成本的關(guān)系，用公式可以表示為：

V=F/C式中：

V—價(jià)值，反映研究對象的功能與費(fèi)用的匹配程度；

F—功能，即滿足需求的程度；

C—成本。

運(yùn)用價(jià)值工程法進(jìn)行方案評價(jià)的方法有多種，常用的定性方法有德爾菲法、優(yōu)缺點(diǎn)列舉法等；常用的定量方法有直接評分法、加權(quán)評分法、比較價(jià)值評分法、環(huán)比評分法、強(qiáng)制評分法、幾何平均值評分法等，應(yīng)根據(jù)分析比較的不同階段和不同要求選用不同的方法。本方案比選初步采用優(yōu)缺點(diǎn)列舉法進(jìn)行定性分析，然后采用加權(quán)評分法進(jìn)行功能評價(jià)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行價(jià)值分析，最終結(jié)合三種分析結(jié)果進(jìn)行綜合評選。

3.1 方案優(yōu)缺點(diǎn)列舉

首先進(jìn)行定性分析，主要是采用優(yōu)缺點(diǎn)列舉法，即詳細(xì)列出每一個方案在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行綜合分析比較。三種基坑圍護(hù)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較分析如表1所示。

表1 基坑圍護(hù)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

單純從優(yōu)缺點(diǎn)比較，難以直觀選擇出最優(yōu)方案，參加方案審查的專家意見也不盡統(tǒng)一，因此，進(jìn)一步采用直接評分法和加權(quán)評分法對各方案功能價(jià)值進(jìn)行比較分析。直接評分法就是根據(jù)各方案能夠達(dá)到各項(xiàng)功能要求的程度進(jìn)行評分，然后直接對每個方案的功能總分進(jìn)行比較，選擇功能得分最高的方案。此方案不足之處在于忽視了成本因素，因此，在工程設(shè)計(jì)方案比選時，往往將工程造價(jià)作為追加功能項(xiàng)進(jìn)行評分，以全面考慮方案在技術(shù)上的可行性與經(jīng)濟(jì)上的合理性。

3.2 方案價(jià)值分析

價(jià)值比選的方法可分為兩大類，即：功能成本法和功能指數(shù)法。功能成本法是用功能評價(jià)值與現(xiàn)實(shí)成本直接比對，比較適用于限額設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和比選。本案采用功能指數(shù)法，又稱相對值法，是將各方案的功能指數(shù)與各自的成本指數(shù)進(jìn)行比較，得出各方案的價(jià)值指數(shù)。具體步驟如下：

（1）功能分析。在充分調(diào)查的基礎(chǔ)上，選擇方案最基本的功能進(jìn)行比選。（2）功能評價(jià)。對功能進(jìn)行量化評分，并確定功能的權(quán)重系數(shù)，計(jì)算功能評價(jià)值和功能指數(shù)。（3）成本分析。計(jì)算方案的成本和成本指數(shù)。（4）功能價(jià)值計(jì)算與分析。通過功能評價(jià)值與成本的比較或功能指數(shù)與成本指數(shù)的比較，計(jì)算出各方案功能的價(jià)值指數(shù)，并進(jìn)行分析，選擇最優(yōu)方案以及功能成本改進(jìn)方向。

3.2.1 功能分析

功能分析是價(jià)值工程活動的核心和基本內(nèi)容，通過功能定義、功能整理，準(zhǔn)確地掌握用戶的功能要求，選出最基本的功能進(jìn)行評價(jià)。本工程運(yùn)用因素分析法，結(jié)合工程實(shí)際及方案特征，最終確定工程安全F1、施工技術(shù)F2、工程造價(jià)F3三個基本功能進(jìn)入比選。工程安全主要是指方案設(shè)計(jì)對工程結(jié)構(gòu)安全、施工安全的功能需求；施工技術(shù)主要是指方案設(shè)計(jì)在施工難易程度、質(zhì)量、工期以及施工技術(shù)成熟度方面的功能需求；工程造價(jià)主要是指基坑圍護(hù)方案造價(jià)以及對工程其它部分的投資增減。

3.2.2 功能計(jì)算

（1）計(jì)算功能得分

功能的評分采用德爾菲法，德爾菲法又稱專家意見法，是將有關(guān)方案和評比方法函寄給有關(guān)專家，專家在互不商量的情況下對各方案的功能進(jìn)行評分，并返回結(jié)果。評分標(biāo)準(zhǔn)是方案在功能需求上的實(shí)現(xiàn)程度，分為較差、一般、較好、好，對應(yīng)的分值區(qū)間相應(yīng)為 1～3 分、3～5 分、5～7 分、7～9分，對各專家的打分在去掉極值后取算術(shù)平均值作為最終得分。各方案功能得分如表2所示。

（2）計(jì)算功能重要性系數(shù)

功能重要性系數(shù)又稱為功能評價(jià)系數(shù)，是指評價(jià)對象的功能在整體功能中所占的比率。本工程采用0-1強(qiáng)制評分法，即在專家意見調(diào)查審查的基礎(chǔ)上，通過各功能重要性程度的比較，按照功能的重要程度一一對比打分，重要的打1分，相對不重要的打0分。為避免功能得0分，將各功能累計(jì)得分加1分進(jìn)行修正，用修正后的總分分別去除各功能累計(jì)得分，得出功能重要性系數(shù)。各功能的重要性系數(shù)計(jì)算如表3所列。

表2 功能得分表

表3 功能重要性系數(shù)計(jì)算表

（3）計(jì)算功能指數(shù)

各方案功能加權(quán)得分以及功能指數(shù)如表4所列，需要強(qiáng)調(diào)的是各方案的功能得分不是各功能分值的簡單相加，而是各功能的加權(quán)得分；功能指數(shù)即該方案功能得分在所有方案功能總分中所占的比重。計(jì)算公式分別如下：

各方案的加權(quán)得分中，拉錨式地連墻最高，肋板式地連墻次之，復(fù)合土釘墻最低，再進(jìn)一步對各方案的功能價(jià)值指數(shù)進(jìn)行比較分析以確定最優(yōu)方案。

3.2.3 成本計(jì)算

各方案成本及成本指數(shù)如表5所列。首先根據(jù)相關(guān)定額及基礎(chǔ)單價(jià)計(jì)算出各方案的總成本費(fèi)用，再計(jì)算各方案的成本在所有方案成本中所占的比率。

3.2.4 價(jià)值指數(shù)計(jì)算

功能的價(jià)值用價(jià)值指數(shù)VI來表示，計(jì)算公式為：VI=FI/CI。計(jì)算結(jié)果如表6所示。

3.2.5 結(jié)果分析

價(jià)值指數(shù)的計(jì)算結(jié)果有以下三種情況：

（1）VI=1，此時評價(jià)對象的功能比重與成本比重大致平衡，可以認(rèn)為功能需要與現(xiàn)實(shí)成本合理匹配。但這種結(jié)果幾乎是理想狀態(tài)，也是方案改進(jìn)的期望方向。

（2）VI＜1，此時評價(jià)對象的成本比重大于其功能比重，即實(shí)現(xiàn)功能的成本偏高，方案不可取，需要進(jìn)一步提升功能并降低成本。

（3）VI＞1，此時評價(jià)對象的成本比重小于其功能比重，即評價(jià)對象的功能很高，相對的成本卻較低。

通過各方案功能的價(jià)值指數(shù)比較，拉錨式地連墻最高，復(fù)合土釘墻次之，肋板式地連墻最低。拉錨式地連墻與復(fù)合土釘墻功能價(jià)值指數(shù)VI＞1，說明方案理論上是可行的；而肋板式地連墻功能價(jià)值指數(shù)VI＜1，說明該方案不可行。拉錨式地連墻的功能加權(quán)得分是最高的，因此，綜合優(yōu)缺點(diǎn)分析、功能加權(quán)得分以及功能價(jià)值指數(shù)比較，拉錨式地連墻深基坑圍護(hù)方案在工程安全、施工技術(shù)、工程造價(jià)方面的綜合評價(jià)為最優(yōu)方案。

表4 功能得分及功能指數(shù)計(jì)算表

表5 成本指數(shù)計(jì)算表

表6 價(jià)值指數(shù)計(jì)算表

4 方案改進(jìn)

對價(jià)值指數(shù)VI＞1的評價(jià)對象可以進(jìn)一步分析驗(yàn)算，檢查評價(jià)對象目前所具有的功能是否超過其應(yīng)具有的水平，即是否存在過剩功能。如果存在過剩功能，則需要進(jìn)行改善，改善方向是降低功能水平，使得方案在滿足功能的前提下成本最低。當(dāng)然，還有一種情況是評價(jià)對象在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面具有某些特性，功能很重要而成本卻很少，如此則無需改進(jìn)。經(jīng)過進(jìn)一步的設(shè)計(jì)優(yōu)化，在確保工程安全的前提下，將原設(shè)計(jì)100 cm厚地下連續(xù)墻優(yōu)化為80 cm厚，節(jié)省了混凝土和鋼筋用量，既節(jié)約了資源又降低了造價(jià)。

5 方案評價(jià)

筆者應(yīng)用價(jià)值工程的基本原理和方法，對睢寧二站深基坑圍護(hù)方案進(jìn)行了方案比選與設(shè)計(jì)優(yōu)化，在滿足工程必要功能的前提下，選擇出技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的最優(yōu)方案。經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證，價(jià)值工程分析方法在深基坑圍護(hù)方案比選中的應(yīng)用是成功有效的，值得借鑒推廣。

6 結(jié)語

（1）價(jià)值工程是功能與成本相結(jié)合、定性與定量相結(jié)合、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)相結(jié)合的分析方法，在設(shè)計(jì)方案的比選應(yīng)用中是行之有效的方法，有助于推進(jìn)技術(shù)革新與進(jìn)步，節(jié)約資源，節(jié)省工程投資。

（2）價(jià)值工程從定性分析到定量評比的過程中，仍然不可避免地帶有主觀性，需要結(jié)合其它因素和分析方法進(jìn)行綜合評價(jià)。

（3）目前，對價(jià)值工程在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用討論相對較多，而在施工建設(shè)中的應(yīng)用尚未引起足夠的重視，相對理論研究與實(shí)際應(yīng)用都較少；在大額投資的基本建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用多，而在小額投資的維修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目中應(yīng)用少。其實(shí)，價(jià)值工程可以廣泛應(yīng)用在各類投資項(xiàng)目建設(shè)的各個階段，大到施工方案設(shè)計(jì)，小到設(shè)備更新維護(hù)，都可以用價(jià)值工程進(jìn)行應(yīng)用分析，對提高工程質(zhì)量、縮短工期、節(jié)約資源、降低成本均具有積極的意義。