基于VE方法的梅州東環(huán)竹洋樞紐立交方案優(yōu)化

李 斌,張彩江

(廣東聯(lián)合電子服務(wù)股份有限公司，廣州 510620；華南理工大學(xué),廣州 510006)

0 引言

梅州市作為粵東北區(qū)域性中心城市，是國家歷史文化名城和客家人文活動中心。梅大高速公路梅州東環(huán)支線將梅州環(huán)城高速公路閉合成環(huán)，與梅大、長深及濟廣高速公路相接，共同構(gòu)筑粵東及粵東北地區(qū)的高速公路通道。梅大高速公路梅州東環(huán)支線東起于梅縣區(qū)丙村鎮(zhèn)，在此處建設(shè)丙村南樞紐立交，與梅大高速公路相接，由西向東經(jīng)梅縣區(qū)丙村鎮(zhèn)及城東鎮(zhèn)，終點位于城東鎮(zhèn)竹洋村附近，建設(shè)竹洋樞紐立交與長深高速公路相接，路線全長15.08km。

梅大高速公路梅州東環(huán)支線二標工程包括K6+200～K15+080范圍內(nèi)8.88km土建工程(路基、橋涵、隧道、綠化)和15.080km路面、交通安全設(shè)施(含聲屏障)、隧道配電房工程的施工。本標段由于結(jié)構(gòu)物種類繁多，工程更容易受地形、社會環(huán)境及其他標段承包人施工銜接等因素影響，因此本項目施工中結(jié)合價值工程原理，對原設(shè)計方案進行了多處提升優(yōu)化。

1 價值工程/管理(VE/VM)原理

價值工程(Value Engineering, VE)上世紀70年代末以來普遍運用于我國建筑工程、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域[1]。VE通過對研究對象的功能與費用進行系統(tǒng)客觀分析,不斷創(chuàng)新,旨在提高研究對象價值的思想方法和管理技術(shù)[2]，基本原理公式為V=F/C(V表示價值、F表示功能、C表示成本)，由該公式可推出提升產(chǎn)品或方案的價值一般有五種方式：(1)功能提高，成本降低；(2)功能提高，成本不變；(3)功能不變，成本降低；(4)成本稍有增加,功能大幅增加；(5)功能稍有下降，成本大幅下降。

價值系數(shù)的大小也可以用來對比不同建設(shè)方案的功能實現(xiàn)效果。若V=1,表示該研究對象的建設(shè)成本支出與產(chǎn)品實現(xiàn)功能水平恰好符合；若V>1,表示該研究對象的建設(shè)成本支出能夠?qū)崿F(xiàn)更多的產(chǎn)品功能；若V<1,表示該研究對象實現(xiàn)必要的功能水平所需建設(shè)成本偏高，可能存在部分資源利用不充分甚至存在浪費的可能性，此時可從以上五種不同角度優(yōu)化方案，以提高建設(shè)項目的功能價值。

基于傳統(tǒng)的建筑工程設(shè)計易于側(cè)重技術(shù)而忽略經(jīng)濟，構(gòu)建VE模型有助于評估項目工程建設(shè)資源配置的合理性，因此將價值工程理念引入橋梁工程施工成本控制便具有明顯的現(xiàn)實意義。在建筑工程領(lǐng)域，VE原理的應(yīng)用為評價施工價值提供了科學(xué)的標準，也為衡量功能與成本是否適當、是否做到用最低的費用實現(xiàn)必要的功能提供了依據(jù)[3]。

2 竹洋樞紐立交G205國道立交橋方案設(shè)計

竹洋樞紐立交G205國道立交橋位于梅州市梅縣區(qū)城東鎮(zhèn)竹洋村，該橋為左右幅拼寬橋，全橋共3跨，上部結(jié)構(gòu)左幅29.3m+30m+16.7m、右幅16.7m+30m+29.3m均為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁。下部結(jié)構(gòu)為板式墩，扶壁式臺，樁基，全橋樁基共24根。

圖1 竹洋樞紐G205國道分離立交橋

竹洋樞紐分離立交互通工程需在長深高速公路主線拼寬現(xiàn)有橋梁321m/4座，接長現(xiàn)有涵洞52.2m/4道。需建設(shè)2座上跨G25長深高速公路的匝道橋(AK0+518.580A匝道橋、BK0+414.950B匝道橋)。

價值工程的重點在于設(shè)計階段，工程實施初期的設(shè)計從根本上決定了產(chǎn)品的功能水平和成本水平[4]。因此，工程項目部積極運用價值工程理念，考慮施工涉及長深高速公路主線運行問題，設(shè)計了兩個方案。方案一：切除舊橋護欄，上跨橋采用“半幅施工、半幅通車”的交通疏解方式，拼寬橋采用4根兩排樁基，單橋墩采用2根樁基，并擬對主線內(nèi)側(cè)車道或半幅進行短時封閉，做好長深高速公路交通疏解方案。方案二：調(diào)整該分離立交橋梁基礎(chǔ)及下部構(gòu)造，單橋臺采用兩根單排樁基，避開原有的舊橋臺，單橋墩采用1根樁基。拼寬橋樁柱編號如圖2所示。

圖2 拼裝橋樁柱編號

3 對象選取與功能系統(tǒng)分析

基于價值工程理論進行分析,首先要選定研究對象，然后結(jié)合項目施工條件與地形結(jié)構(gòu)，針對研究對象或方案開展功能系統(tǒng)分析。本文研究對象為竹洋樞紐分離立交橋梁左右幅拼寬施工工程，工程項目部將目標定位為：在保證橋梁工程質(zhì)量、發(fā)揮橋梁各項功能的同時，確保施工順利進行。

自Bytheway(1965)提出功能系統(tǒng)分析技術(shù)(Function Analysis system Technology，簡稱FAST)概念后，F(xiàn)AST一直都是VE活動的核心內(nèi)容。通過開展FAST分析技術(shù)和功能圖繪制，可以系統(tǒng)地分析工程項目的主要特征，探索功能要求，創(chuàng)新思路，找到以最低的成本可靠地實現(xiàn)這些功能的最優(yōu)方案。竹洋樞紐分離立交橋梁左右幅拼寬工程的功能分析，也需要結(jié)合該工程的工作分解結(jié)構(gòu)。在分析高速公路分離立交橋左右幅拼寬工程功能時，既要避免功能不足，也要避免功能過剩，確保實現(xiàn)必要的功能。

對高速公路橋梁左右幅拓寬工程的功能分析，需要考慮地形條件、交通荷載、經(jīng)濟合理等因素。確定總體功能(加寬竹洋樞紐互通分離立交橋的寬度)后，依據(jù)價值工程提問法做進一步分析，共整理出5個一級功能、15個二級功能。一級功能主要體現(xiàn)在：(1)支撐承重；(2)持久耐用；(3)拓寬橋面；(4)美觀協(xié)調(diào)；(5)施工質(zhì)量。橋梁拓寬功能系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 橋梁拓寬功能系統(tǒng)

4 功能評價

為了深入探討功能價值，找出低價值功能部分，明確工程項目需要與方案選擇依據(jù)，在進行本工程功能系統(tǒng)分析后，對研究對象進行功能評價。首先，對照圖3所示的橋梁擴寬功能系統(tǒng)，由于不同功能在系統(tǒng)中的重要程度不同，因此邀請5位經(jīng)驗豐富的工程師和橋梁專家對橋梁的一級功能F1～F5重要度打分(采用0～10比例法，F(xiàn)1與F2兩兩對比，兩者之和為10,對比評分時按0:10、1:9、2:8、3:7、4:6和5:5的比例評定功能重要度)。然后，根據(jù)fi=F/∑Fi確定功能評價價值系數(shù)fi。最終得到的功能評價價值系數(shù)見表1。

表1 功能評價價值系數(shù)

5 成本分析

提升產(chǎn)品價值一般通過在滿足基本功能的前提下降低成本或成本不變時提高功能。對施工方案的成本進行分析后，得到不同方案的成本系數(shù)。根據(jù)施工圖的工程量估算原設(shè)計樁基及各種工程量成本為215.589 7萬元。由于方案二主要設(shè)計變更的是樁基數(shù)量，所以成本變化主要體現(xiàn)在光圓鋼筋、帶肋鋼筋、由小規(guī)格樁徑改為樁徑更大的材料費用上，方案二總成本為135.940 1萬元。因此，得到方案一的成本系數(shù)為0.683 3，方案二的成本系數(shù)為0.316 7。

表2 方案成本分析

(續(xù)表2)

6 施工方案選擇與實施評價

6.1 施工方案選擇

由于不同功能對橋梁拓寬總體功能的實現(xiàn)并非同等重要?；谏鲜龇治?，本文邀請5位專家就該橋梁左右幅拓寬工程的5項基本功能，對兩個方案進行功能性滿足程度評分。評分原則：采取問卷或訪談形式，在每一種一級功能之下對兩個方案輪番比較，兩個方案總分為10分，若專家認為方案一優(yōu)于方案二，隨著方案一重要程度的提升，方案一得分從6分依次遞增直到上限10分，同等重要的各賦5分。方案的功能性滿足程度見表3～表7。為了降低單個專家評分的主觀影響，在得到方案一與方案二在不同功能上的評分矩陣后，與本文的功能分配系數(shù)相乘，得到方案一與方案二的功能系數(shù)矩陣。

表3 方案功能性滿足程度(支撐承重)

表4 方案功能性滿足程度(持久耐用)

表5 方案功能性滿足程度(拓寬橋面)

表6 方案功能性滿足程度(美觀協(xié)調(diào))

表7 方案功能性滿足程度(施工質(zhì)量)

根據(jù)兩方案的功能性滿足程度分析結(jié)果，得出橋梁的基礎(chǔ)功能評分系數(shù)矩陣為：

6.2 施工方案功能價值系數(shù)計算與評價

各方案的功能價值系數(shù)通過Vi=Fi/Ci計算后即可進行方案評價,計算出不同方案的成本系數(shù)，得出兩個方案的功能價值系數(shù)(表8)。

表8 功能價值系數(shù)

通過表8可見，方案二的功能價值系數(shù)高于方案一。其中，方案一的功能價值系數(shù)低于1，反映出方案一中橋梁拓寬項目的成本比重大于功能的重要程度，該方案需要改進；方案二的功能價值系數(shù)大于1。

(1)從經(jīng)濟效益方面，方案二總成本135.940 1萬元，相比方案一減少79.649 6萬元(增減光圓鋼筋、帶肋鋼筋、樁徑、C30、C40混凝土、鋼筋焊接網(wǎng)等材料及工程建設(shè)費用)，明顯創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟效益。

(2)施工質(zhì)量方面，方案二相比方案一，各項功能不變，可在保證施工質(zhì)量的同時滿足拓寬橋面、持久耐用、支撐承重等主要功能。

(3)施工工期方面，原竹洋樞紐分離立交橋靠近舊橋側(cè)樁基處于舊橋投影范圍內(nèi)，樁基施工需要破除舊橋翼板及防撞欄。調(diào)整竹洋樞紐分離立交橋基礎(chǔ)及下部構(gòu)造后，由于減少了單橋臺與單橋墩的樁基數(shù)量，節(jié)省了一半原設(shè)計樁基的施工工程量及人工費，有效推進施工進度，確保2019年下半年拼寬橋工程完成。因此，采用方案二可明顯減少施工工期。

(4)施工安全方面，經(jīng)過工程師現(xiàn)場勘探發(fā)現(xiàn)，按照原設(shè)計進行樁基施工需要破除舊橋翼板及防撞欄，需要長期封閉原有長深高速公路的應(yīng)急車道。由于長深高速公路作為梅州地區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展的重要橋梁，交通量大，交通維護安全風險較大。方案二可明顯減少原有舊橋?qū)ζ磳挊虻氖┕び绊?，避免長深高速公路面臨過重交通荷載的問題，降低交叉施工的安全風險。因此，方案二相比方案一在施工安全方面較優(yōu)。

根據(jù)比選結(jié)果，方案二被確定為推薦方案。本案例中，梅大高速公路梅州東環(huán)支線二標工程的項目管理人員與技術(shù)人員在竹洋樞紐立交G205國道立交橋施工中積極運用VE理念，通過價值工程優(yōu)化途徑，評估并優(yōu)化不同的方案，在確保原有功能的同時，節(jié)約工程費用79.649 6萬元，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

7 結(jié)語

通過價值工程在梅大高速公路梅州東環(huán)支線竹洋樞紐分離式立交橋左右幅拓寬工程的應(yīng)用，使設(shè)計方案明顯優(yōu)于原有方案。竹洋樞紐國道分離式立交橋拓寬項目的優(yōu)化方案在保證橋梁拓寬工程質(zhì)量的同時，確保了施工安全、縮短了施工工期、節(jié)省了工程費用。

本文工程實例表明，在建筑工程的各個階段均可以結(jié)合價值工程理論進行功能成本分析，通過技術(shù)與經(jīng)濟相結(jié)合，經(jīng)對象選擇、功能分析、功能評價、方案優(yōu)化評估與實施等步驟，可以最低的成本費用實現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能。因此，價值工程是提高經(jīng)濟效益，行之有效的科學(xué)管理方法之一。