基于價(jià)值工程的綠色節(jié)能建筑施工方案優(yōu)選的應(yīng)用研究

張珉+詹偉+艾永飛

摘要： 首先，總結(jié)了綠色施工特點(diǎn)，明確當(dāng)前綠色施工存在管理模式落后、綠色建筑全壽命周期功能設(shè)計(jì)和成本考慮不足致使綠色建筑各階段的方案優(yōu)化、選擇混亂的問題；然后從綠色施工特點(diǎn)出發(fā)，將價(jià)值工程引入綠色建筑施工中，確定綠色建筑功能指標(biāo)和全壽命周期成本要素，進(jìn)行價(jià)值分析實(shí)現(xiàn)方案的優(yōu)化和優(yōu)選。最后，以中國(guó)-丹麥科研教育中心綠色示范工程為例，介紹價(jià)值工程在綠色施工方案優(yōu)選中的應(yīng)用。

Abstract： Firstly， the characteristics of green building construction are summarized， and the current green building construction management faced with pattern backwardness and lack of functional requirements and life cycle cost concepts， which make construction scheme optimization and selection confusion are put forward. Next， the value engineering is used to green construction according to green building construction characteristics， and the functional requirements and life cycle cost factors of green building are clarified. Then the construction schemes are optimized and selected via value engineering. Finally， taking the example of green demonstration project of China - Denmark Research and Education Center， the application of value engineering theory in green construction is introduced.

關(guān)鍵詞： 綠色建筑；施工方案優(yōu)選；價(jià)值工程

Key words： green building；construction scheme optimization and selection；Value Engineering theory

中圖分類號(hào)：TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）15-0050-04

0 引言

當(dāng)下城市化進(jìn)程加劇、基礎(chǔ)建設(shè)量激增、節(jié)能減排及環(huán)境治理壓力巨大等因素決定了中國(guó)建筑節(jié)能工作的重大意義和緊迫性[1]。然而，國(guó)內(nèi)綠色施工大多采用傳統(tǒng)方法，較少涉及綠色管理內(nèi)容[2]，并且在施工中缺少對(duì)綠色建筑全壽命期功能性和成本方面的考慮，致使綠色建筑各階段的方案優(yōu)化、選擇比較混亂[3]。如此重要的管理內(nèi)容必然要求有好的方法做支撐。價(jià)值工程（Value Engineering）是通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)的協(xié)同，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行功能及成本分析，持續(xù)創(chuàng)新，旨在節(jié)省成本、提高價(jià)值的資源節(jié)約型管理技術(shù)和思想方法[4]，在國(guó)際上已有60余年實(shí)踐，其低投入高回報(bào)的優(yōu)勢(shì)在制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研、工程方面取得很好的應(yīng)用。因此，結(jié)合綠色建筑特點(diǎn)，將價(jià)值工程應(yīng)用于綠色施工方案優(yōu)化與選擇，可為提高綠色施工效率提供一種新思路。

1 綠色節(jié)能建筑施工管理研究現(xiàn)狀

綠色節(jié)能建筑施工是在保證工程安全、質(zhì)量前提下，在施工中做到“四節(jié)一環(huán)?！?，通過科學(xué)有效的技術(shù)和管理措施，優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)、降低環(huán)境負(fù)面影響，以人為本，保障人員安全健康的施工方式[5]。結(jié)合綠色施工定義及國(guó)內(nèi)外的綠色施工文獻(xiàn)[2，6，7]，總結(jié)出綠色施工4個(gè)特點(diǎn)：

①以客戶為中心，在滿足傳統(tǒng)目標(biāo)的同時(shí)，考慮建筑的環(huán)境屬性。綠色建筑的出發(fā)點(diǎn)是節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，滿足客戶的需求，管理人員需要更多地了解用戶的需求、偏好及施工過程對(duì)用戶的影響，優(yōu)先考慮環(huán)境屬性，講究與自然和諧相處。將環(huán)境破壞程度降到最低，將不利影響轉(zhuǎn)換為有利影響，不僅要交付一個(gè)舒適健康的內(nèi)部空間，還要一個(gè)和諧的外部環(huán)境，最終追求“天人合一”的目標(biāo)。

②最大限度利用被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)（Passive Design）與可再生能源。在建筑的運(yùn)營(yíng)階段需要盡量使用可再生的能源與自身的節(jié)能。可以在方案中提倡被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)，通過建筑物本身收集、儲(chǔ)蓄能量使得與周圍環(huán)境形成自循環(huán)系統(tǒng)。被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)的方法有建筑朝向、保溫、體形、遮陽、自然通風(fēng)、采光等。另外在決策設(shè)計(jì)中也要合理利用光能、風(fēng)能、地?zé)岬瓤稍偕茉础?/p>

③注重全局、全壽命期優(yōu)化。綠色建筑從項(xiàng)目的策劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)直到筑物拆除過程中追求的是全壽命周期范圍內(nèi)的建筑收益最大化，是一種全局的優(yōu)化，這種優(yōu)化不僅僅是總成本最低，還包括社會(huì)效益和環(huán)境效益最大化，采取技術(shù)經(jīng)濟(jì)措施，做到一次投入，全壽命期受益。

④重視創(chuàng)新，提倡新技術(shù)、新材料、新器械的應(yīng)用。綠色建筑是一個(gè)技術(shù)的集成體，在實(shí)施過程中會(huì)遇到諸如能源優(yōu)化、管線的優(yōu)化、采光設(shè)計(jì)等的技術(shù)問題。這就需要利用多種先進(jìn)技術(shù)、新材料及新器械，將同等單位的資源在同樣的客觀條件下，發(fā)揮更大的效能。國(guó)內(nèi)外實(shí)踐中應(yīng)用較好的技術(shù)方法有BIM、采光技術(shù)、水資源回收利用等技術(shù)。

目前國(guó)內(nèi)綠色施工多以傳統(tǒng)的施工流程為基礎(chǔ)，在應(yīng)對(duì)綠色施工綠色節(jié)能、全壽命周期優(yōu)化以及持續(xù)創(chuàng)新的特點(diǎn)時(shí)顯得有些欠缺。選取國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)[8，9]及綠色建筑施工案例包括：北京某奧運(yùn)場(chǎng)館、深圳市康沃工業(yè)園、欽州市公安局指揮中心等進(jìn)行深入研究。發(fā)現(xiàn)業(yè)主一般采用平行承發(fā)包的方式招標(biāo)勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等單位，各方目標(biāo)不一致，缺乏統(tǒng)一的綠色建筑成本節(jié)約目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析方法，致使很多勘察階段的問題暴露在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)中，會(huì)增加返工補(bǔ)救措施，加之綠色節(jié)能指標(biāo)和全壽命周期成本考慮不足，造成前期的方案優(yōu)化、選擇比較混亂，給后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)增添很大負(fù)擔(dān)。因此，對(duì)綠色建筑施工方案進(jìn)行優(yōu)化是很有必要的。

2 價(jià)值工程在施工方案優(yōu)化中的應(yīng)用

目前綠色建筑施工與綠色建筑的需求不匹配，可以將施工流程向全壽命周期延伸，并考慮綠色功能和全壽命周期成本的均衡。鑒于價(jià)值工程強(qiáng)大的成本、功能分析，新方案創(chuàng)造及評(píng)估的作用，可從全壽命期的角度給出功能定義和成本的主要因素，確定綠色建筑的節(jié)能對(duì)象以及改進(jìn)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及維管等方案選擇與改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)約束下均衡、優(yōu)化綠色管理內(nèi)容。本文將價(jià)值工程方法引入綠色建筑施工方案的優(yōu)化與選擇。

2.1 價(jià)值工程的原理

價(jià)值工程中的價(jià)值是一個(gè)特定的概念， 它是功能與實(shí)現(xiàn)這一功能所耗成本的比值。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

V=F/C（1）

其中：V 表示價(jià)值系數(shù)，F(xiàn) 表示功能系數(shù)， C表示成本系數(shù)。這一公式使功能和成本變成相互可比的數(shù)值，可以衡量工程、材料、構(gòu)件等的功能與成本匹配問題，從而取得好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。一般存在5條提高價(jià)值的途徑，見表1。

2.2 價(jià)值工程在綠色施工方案優(yōu)化應(yīng)用

價(jià)值工程的主要思想是整合現(xiàn)有資源，優(yōu)化安排以獲得最大價(jià)值，主旨是抓住和利用關(guān)鍵問題和主要矛盾，整合技術(shù)與經(jīng)濟(jì)手段，系統(tǒng)地解決問題和矛盾。因此，價(jià)值工程在綠色施工中主要用途有兩方面：挑選出價(jià)值高、意義重大的問題，予以改進(jìn)提升和方案比較、優(yōu)選。其流程為：

①確定研究對(duì)象。在價(jià)值工程基礎(chǔ)上常用的方法有ABC法和比較法而比較法，兩種方法對(duì)比見表2。

②全壽命周期功能指標(biāo)及成本指標(biāo)定義。在確定研究對(duì)象之后，進(jìn)行功能定義和成本分析。參照LEED標(biāo)準(zhǔn)[10]、綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[11]以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)綠色建筑研究對(duì)象的功能的主要內(nèi)容，見表3。價(jià)值工程理論一般將功能分為：基本功能、附屬功能、上位功能以及假設(shè)功能[12]，基本功能關(guān)注的是使用價(jià)值和功能價(jià)值，即該產(chǎn)品能做什么；附屬功能一般是輔助作用，一般是外觀設(shè)計(jì)，關(guān)注的是產(chǎn)品還有其他什么功能；后兩種功能超出產(chǎn)品本身，一般不在功能分析里討論。

全壽命周期成本一般包括：初期投入成本和后期的維護(hù)運(yùn)營(yíng)成本[4]。細(xì)化來看初期成本包括：直接費(fèi)（原材料費(fèi)用、人工費(fèi)、設(shè)備費(fèi)用）、間接費(fèi)、稅金等；后期的運(yùn)營(yíng)費(fèi)包括：管理費(fèi)、燃料動(dòng)力費(fèi)、大修費(fèi)、定期維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)、拆除回收費(fèi)等。

③惡劣環(huán)境下樣品試驗(yàn)。由于建筑物的綠色特性，在設(shè)計(jì)施工中常常會(huì)用到一些新材料、構(gòu)件，此時(shí)需進(jìn)行樣品加工、交檢，經(jīng)檢驗(yàn)員對(duì)樣品進(jìn)行惡劣環(huán)境下如高溫曝曬、干燥、潮濕、酸堿等環(huán)境下試驗(yàn)，由質(zhì)監(jiān)員根據(jù)樣品的性能指標(biāo)做最終評(píng)審，并記錄各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。

④價(jià)值分析。對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行價(jià)值分析，可以有效地避免功能過剩和功能不足。在計(jì)算價(jià)值系數(shù)時(shí)，需要進(jìn)行功能分析確定F，成本計(jì)算確定C。

對(duì)于功能系數(shù)，首先根據(jù)功能定義，在試驗(yàn)中確定指標(biāo)的大小，然后通過專家評(píng)判確定指標(biāo)所占權(quán)重，最后計(jì)算功能系數(shù)，假設(shè)研究對(duì)象包含n個(gè)功能指標(biāo)，為x1，x2，…xi…，對(duì)應(yīng)的權(quán)重為w1，w2，…wi…則：

對(duì)于成本系數(shù)，需要先收集影響指標(biāo)，然后確定指標(biāo)大小以及所占權(quán)重，通過歸一化處理得到無量綱數(shù)據(jù)，最后計(jì)算成本系數(shù)C：

C=C前期+C維護(hù)（6）

其中，C代表成本系數(shù)，C前期代表初期投入的成本，C維護(hù)為后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)的成本，成本系數(shù)也是無量綱數(shù)據(jù)。結(jié)合式（1）、式（2）、式（3）、式（4）（或式（5））及式（6）可以計(jì)算各方案的價(jià)值系數(shù)，然后對(duì)價(jià)值量進(jìn)行分析。

⑤方案評(píng)價(jià)及選擇。依據(jù)樣品試驗(yàn)以及所求的價(jià)值系數(shù)，利用價(jià)值工程原理對(duì)已有方案進(jìn)行價(jià)值提升或者對(duì)于新方案進(jìn)行優(yōu)選。

3 案例應(yīng)用

3.1 工程概況

中國(guó)-丹麥科研教育中心綠色示范工程為丹麥全額捐建，是其在中國(guó)投資的第一個(gè)科研教育建設(shè)項(xiàng)目，面積10865.48m2，工程造價(jià)為9310萬元，由中鐵建工集團(tuán)總承包，從項(xiàng)目決策、設(shè)計(jì)、施工過程中嚴(yán)格落實(shí)LEED的綠色施工要求，項(xiàng)目部本著可持續(xù)發(fā)展的理念精心策劃，科學(xué)組織綠色施工。工程集科研教育、教學(xué)、公寓于一體的綜合性微能耗建筑，工程以其節(jié)能低耗環(huán)保而被稱為“會(huì)呼吸的建筑”。從全壽命周期角度出發(fā)，在策劃階段初期就介入項(xiàng)目論證，參與了建筑策劃、設(shè)計(jì)、施工等過程，應(yīng)用價(jià)值工程進(jìn)行關(guān)鍵問題改進(jìn)優(yōu)化和新技術(shù)、材料、機(jī)械等方案優(yōu)選。在策劃階段將價(jià)值工程方法應(yīng)用到高價(jià)值方案的審核；在設(shè)計(jì)階段大到主體和各綠色方案，小到各單項(xiàng)工程、構(gòu)件的對(duì)比，方案的優(yōu)化與選擇，如采光、通風(fēng)被動(dòng)式節(jié)能方案優(yōu)化；在施工階段可以將價(jià)值工程應(yīng)用到綠色材料、新技術(shù)工藝的選用，通過對(duì)比，試制，確定可行方案以及選取關(guān)鍵主要的節(jié)能對(duì)象予以方案改進(jìn)，比如天花吊頂材料、TABS管等材料選取，編織狀耐候鋼遮陽板施工工藝優(yōu)化等。在之后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，價(jià)值工程還可以用于運(yùn)營(yíng)維護(hù)方案的優(yōu)化以及關(guān)鍵故障的維修。以下對(duì)價(jià)值工程在天花吊頂方案優(yōu)選的應(yīng)用做重點(diǎn)介紹。

3.2 價(jià)值工程在天花吊頂綠色材料方案選擇的應(yīng)用

天花吊頂施工方案根據(jù)丹麥設(shè)計(jì)風(fēng)格及其設(shè)計(jì)特點(diǎn)、工藝要求、使用功能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)及深化改進(jìn)。最初有兩種方案：方案1為木制天花，材料為松木聚合件，松木的生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、木材的質(zhì)地柔韌，而且本身的陰陽色分布均勻，美觀、環(huán)保；方案2是竹天花，材料為南方的毛竹，利用竹材本身，做簡(jiǎn)單處理，其中竹材繁殖能力強(qiáng)、速度快、直徑小、壁薄、木質(zhì)素、纖維素組成特殊。以下對(duì)價(jià)值工程在兩種方案中對(duì)比選優(yōu)進(jìn)行闡述：

3.2.1 圓形木桶天花功能系數(shù)計(jì)算

天花吊頂是一種特殊的裝飾結(jié)構(gòu)，包含諸多功能屬性。借鑒文獻(xiàn)[13，14]及實(shí)踐中材料選擇所用的功能標(biāo)準(zhǔn)，選取了F1到F9的功能指標(biāo)，其中，F(xiàn)1到F7為基本功能，F(xiàn)8，F(xiàn)9為附屬功能。通過對(duì)業(yè)主、項(xiàng)目部、設(shè)計(jì)部門以及供貨商代表進(jìn)行調(diào)查，采用專家打分法對(duì)功能滿意程度進(jìn)行打分，見表4；然后確認(rèn)各功能的重要性系數(shù)，如表5；結(jié)合表4與表5的內(nèi)容，對(duì)應(yīng)相乘得表6功能得分。

根據(jù)式（2）求得：方案1的功能系數(shù)F1=8.35；方案2的功能系數(shù)F2=6.88。

歸一化后：F1=0.548，F(xiàn)2=0.452。

從方案功能系數(shù)得分上看方案1要比方案2得分高，但從功能構(gòu)成上看，方案1松木天花在環(huán)保、綠色及節(jié)能屬性上不如竹天花，這和竹制天花是原竹加工，而松木天花是經(jīng)過聚合加工有關(guān)，然而這也導(dǎo)致在其余屬性上竹天花不如松木天花；從功能指標(biāo)重要性上看，項(xiàng)目參與方認(rèn)為材料的穩(wěn)定性是最重要的，整體性、防火、防潮以及施工簡(jiǎn)易程度上也是比較重要的，竹天花選材使用的是南方的毛竹，對(duì)北方干燥的氣候適應(yīng)性不如松木，容易開裂，導(dǎo)致其在穩(wěn)定性和整體性方面得分較低，同時(shí)，竹天花生產(chǎn)加工廠商少，屬于定制產(chǎn)品，貨源供應(yīng)不充足，也增加了施工的難度。

3.2.2 圓形木桶天花成本系數(shù)計(jì)算

在充分考慮了方案1與方案2的材料成本、運(yùn)輸成本、施工成本以及運(yùn)維保養(yǎng)成本后，采用竹天花的單位成本要高于圓形木桶天花，兩方案的成本系數(shù)為：C1=0.429，C2=0.571。

3.2.3 圓形木桶天花價(jià)值功能系數(shù)計(jì)算

根據(jù)式（1）可求得：V1=F1/C1=0.548/0.429=1.279；

V2=F2/C2=0.452/0.571=0.791。

根據(jù)價(jià)值工程原理，方案1的價(jià)值系數(shù)大于1，說明各項(xiàng)功能重要程度要大于成本；方案2的價(jià)值系數(shù)小于1，說明成本的重要程度是高于功能。從兩方案的實(shí)際成本以及項(xiàng)目利益相關(guān)方對(duì)兩方案功能的評(píng)價(jià)上可以看出松木圓形木桶天花方案價(jià)格和功能上都要?jiǎng)俪?，為物?yōu)價(jià)廉的材料，因此在施工中選用方案1。圖1為天花吊頂?shù)那闆r，圖1（左）為吊頂?shù)难b飾效果圖，圖1（中）為天花單元的效果圖，圖1（右）為所選松木天花圓筒組件的實(shí)物圖。

4 結(jié)語

梳理了綠色節(jié)能建筑施工特點(diǎn)，明確了當(dāng)前綠色建筑施工對(duì)從全壽命周期的功能設(shè)計(jì)和成本考慮方面的不足；從綠色建筑施工特點(diǎn)出發(fā)，將價(jià)值工程引入到傳統(tǒng)施工中，對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化和選擇；通過在中國(guó)-丹麥科研教育中心綠色示范工程中的應(yīng)用，取得了很好的效果。在對(duì)綠色施工方案優(yōu)選的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步對(duì)其他關(guān)鍵問題進(jìn)行深入研究，比如綠色節(jié)能建筑施工的管理模式，施工的進(jìn)度、費(fèi)用、信息、風(fēng)險(xiǎn)的協(xié)同管理以及知識(shí)管理等，從而提高綠色節(jié)能建筑施工的管理水平，為綠色節(jié)能建筑施工做好示范先導(dǎo)作用，為后續(xù)項(xiàng)目提供借鑒。

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