基于價(jià)值工程的工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)方法研究

程浩

摘 要：工業(yè)建筑的功能設(shè)計(jì)涵蓋結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)備、裝飾裝修、建筑基礎(chǔ)等，為量化評價(jià)設(shè)計(jì)結(jié)果的質(zhì)量，引入灰色層次綜合評價(jià)法，通過構(gòu)造灰色評價(jià)指標(biāo)體系、分配指標(biāo)權(quán)重、制定評分等級、獲取評分矩陣等步驟，形成通用性的評價(jià)模式。同時(shí)，根據(jù)價(jià)值工程的基本原理，在功能和成本之間建立關(guān)聯(lián)，確定設(shè)計(jì)中的不合理性，進(jìn)而實(shí)施改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：價(jià)值工程；工業(yè)建筑；功能設(shè)計(jì)；質(zhì)量評價(jià)

中圖分類號：TU27? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）06-0116-04

0 引言

工業(yè)建筑的功能較為復(fù)雜，其設(shè)計(jì)方案關(guān)系到建筑物的運(yùn)行、造價(jià)以及安全性。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，既要保證工業(yè)建筑的各類功能，又要盡量降低其全生命周期成本，符合價(jià)值工程的基本原理。因此，建立一套評價(jià)功能設(shè)計(jì)質(zhì)量的方法，對實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)具有良好的促進(jìn)作用。

1 構(gòu)建工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建依據(jù)

工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)必須滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范，因而可根據(jù)結(jié)構(gòu)、防火、抗震等各個方面的技術(shù)規(guī)范確定功能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)的指標(biāo)體系，具體包括GB 50352-2019《民用建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、SH/T3017-2013《石油化工生產(chǎn)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50223-2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》等[1]。

1.2 功能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建結(jié)果

工業(yè)建筑類型多樣，其核心功能通常存在較大的差異。在功能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)中，主要針對各類建筑的通用性功能設(shè)計(jì)制定評價(jià)指標(biāo)，具體可分為以下5種類型。

1.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量不僅決定了工業(yè)建筑的功能實(shí)現(xiàn)效果，還對其承重性、抗震性、耐久性等產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。應(yīng)將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)的一級指標(biāo)，其附屬的二級指標(biāo)如圖1所示。

以結(jié)構(gòu)抗震性為例，GB 50223-2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定了建筑抗震設(shè)防的四種類別，涵蓋特殊設(shè)防（甲類）、重點(diǎn)設(shè)防（乙類）、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防（丙類）以及適度設(shè)防（丁類），該標(biāo)準(zhǔn)對采煤、礦山生產(chǎn)和采油類工業(yè)建筑的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)提出了具體要求[2]。

1.2.2建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)

工業(yè)建筑中可能存在危險(xiǎn)化學(xué)品、可燃物、有毒氣體等，因而對建筑物的安全性提出了較高的要求。建筑地基是決定地面構(gòu)筑物穩(wěn)定性和安全性的重要因素，成為功能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)的重點(diǎn)。將地基基礎(chǔ)作為一級評價(jià)指標(biāo)，其對應(yīng)的二級指標(biāo)為地基形式、地基承載力、地基抗震性等。

以基礎(chǔ)形式為例，常用的地基類型為樁基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻、 復(fù)合地基，其適用范圍、承載能力存在一定差異，在功能設(shè)計(jì)中應(yīng)評價(jià)地基形式的與實(shí)際情況的契合度。

1.2.3 工藝設(shè)備設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)

工業(yè)建筑具有特定的生產(chǎn)功能，如化工產(chǎn)品制造、煉油、機(jī)械裝備制造等，生產(chǎn)工藝及設(shè)備是功能設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，將工藝及生產(chǎn)設(shè)備作為功能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)的一級指標(biāo)，其對應(yīng)的二級指標(biāo)為生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、配套設(shè)備、工藝流程組織。常見的生產(chǎn)設(shè)備包括電動機(jī)、反應(yīng)釜、罐體，電氣照明、通風(fēng)機(jī)械屬于典型的配套輔助設(shè)備。

1.2.4 裝飾裝修設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)

裝飾裝修是工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)的重要組成部分，相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容為建筑物外立面、屋面、地坪、內(nèi)墻以及頂棚。將裝飾裝修作為一級指標(biāo)，其對應(yīng)的二級指標(biāo)為材料環(huán)保性、防火性以及保溫性，裝飾成品的耐磨性及環(huán)境耐久性，裝飾成品的美觀性及舒適性。

1.2.5 經(jīng)濟(jì)節(jié)能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)

經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性是工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)的隱含條件，也是企業(yè)控制運(yùn)營成本的重要途徑。將二者合并為同一個指標(biāo)，稱為經(jīng)濟(jì)節(jié)能性，其對應(yīng)的二級指標(biāo)為建筑物總面積、建筑密度、容積率、綠地率、總概算、節(jié)能性、車位數(shù)量。

以節(jié)能性為例，《綠色工業(yè)建筑評價(jià)導(dǎo)則》中從節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水、污染物控制、職業(yè)健康等方面對其實(shí)施評價(jià)，要求工業(yè)建筑的能耗至少要達(dá)到同行業(yè)的清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

2 基于價(jià)值工程的工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)及改進(jìn)方法

2.1 工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)方法

2.1.1 質(zhì)量評價(jià)方法及其實(shí)施流程

在工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)中，關(guān)鍵是制定一整套科學(xué)的量化評價(jià)方法，并要求該方法具備通用性，能夠滿足不同指標(biāo)的評價(jià)需求。本研究中采用灰色層次綜合評價(jià)法，其基本原理如下。

2.1.1.1 構(gòu)造灰色評價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)上文構(gòu)建的指標(biāo)體系，將其分為3個層次。目標(biāo)層為工業(yè)建筑的功能設(shè)計(jì)，中間層為各個一級評價(jià)指標(biāo)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)備設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)節(jié)能設(shè)計(jì)以及裝飾裝修設(shè)計(jì)，最后一層為指標(biāo)層，涵蓋各類二級評價(jià)指標(biāo)，如采光、通風(fēng)、工藝系統(tǒng)、總概算等[3]。

將中間層記為集合U，其中任意一個元素表示為Ui，i∈{1，2，3，4，5}。將指標(biāo)層記為集合C，則其中任意一個元素可表示為Cij，其中i表示中間層評價(jià)指標(biāo)的編號，j代表指標(biāo)層評價(jià)指標(biāo)的序號，有j∈{1，2，3，...，n}。

2.1.1.2 指標(biāo)權(quán)重分配

各個評價(jià)指標(biāo)對工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)的重要性、影響程度存在差異，因而要據(jù)此為其分配合理的權(quán)重，為后續(xù)的量化評價(jià)奠定良好的基礎(chǔ)。常用的權(quán)重分配方法為專家打分、AHP（層次分析法）、模糊層次分析法。在該環(huán)節(jié)采用第3種方法為指標(biāo)分配權(quán)重，實(shí)施過程分為6個步驟。

第一個步驟是根據(jù)工業(yè)建筑的特點(diǎn)，由建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、政府部門、工程專家等組成專業(yè)的評審團(tuán)隊(duì)，對指標(biāo)層和中間層進(jìn)行打分，對比各個指標(biāo)的相對重要程度，給出合理的分值，要求每一層指標(biāo)分值之和為1.0。

第二個步驟是利用各個指標(biāo)的模糊值構(gòu)造模糊矩陣。每一個中間層的下一層都含有多個評價(jià)指標(biāo)，在模糊值計(jì)算中，應(yīng)該對同一中間層的下級評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩對比。例如，在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的二級指標(biāo)中進(jìn)行兩兩比較，評價(jià)其對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性。指標(biāo)的模糊值計(jì)算可采用三角模糊數(shù)，再將相關(guān)數(shù)值整合成一個矩陣，模糊矩陣記為Ai。

2.1.1.8 計(jì)算評價(jià)等級的量化取值范圍

不同專家對同一指標(biāo)的評價(jià)結(jié)果可能不一致，為說明問題，此處對專家評價(jià)的結(jié)果采用統(tǒng)一的分值，其評價(jià)意見也完全相同。為各個評價(jià)等級設(shè)置分值上限和下限，形成分值區(qū)間，差、及格、中、良、優(yōu)對應(yīng)的分值區(qū)間分別為[2.5，3）、[3，3.5）、[3.5，4）、[4，4.5）、[4.5，5]。

當(dāng)專家評分為5分時(shí)，按照以上模型計(jì)算的綜合分值為4.3250，當(dāng)專家評分為4.5分時(shí)，以上模型計(jì)算的綜合分值為4.1746，于是評價(jià)等級“優(yōu)”（e=1）的綜合評價(jià)取值范圍為4.1746～4.3250。表1為灰色層次綜合評價(jià)法處理后的評價(jià)等級取值范圍。

2.1.2 質(zhì)量評價(jià)方法應(yīng)用實(shí)例

以國內(nèi)某城市的工業(yè)產(chǎn)業(yè)園為分析對象，按照灰色層次綜合評價(jià)法對其主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開展質(zhì)量評價(jià)，針對該一級指標(biāo)選取六個二級指標(biāo)，分別為層高、采光、使用面積系數(shù)、平面布局和造型、通風(fēng)、建筑節(jié)能。六個一級指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算結(jié)果分別為0.1504、0.1825、0.0902、0.2082、0.1105、0.2582。將評價(jià)等級的初始化向量記為C，按照從低到高的順序，則有C=（5，4，3，2，1）。指標(biāo)的綜合評價(jià)結(jié)果為B=（0.4638，0.3677，0.0636，0.1051，0.0000），以矩陣相乘的方式計(jì)算出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能質(zhì)量評價(jià)分值，結(jié)果S為4.208。根據(jù)表1，該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能的質(zhì)量評價(jià)等級為1級，達(dá)到優(yōu)秀水平。

2.2 基于價(jià)值工程的工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)改進(jìn)方法

2.2.1 價(jià)值工程的基本原理

工業(yè)建筑的全生命周期包括設(shè)計(jì)、建造、使用、運(yùn)維以及報(bào)廢，價(jià)值工程理論要求在其生命周期內(nèi)盡可能降低各個階段的成本，達(dá)到效益最大化[5]。顯然，工業(yè)建筑的功能設(shè)計(jì)與價(jià)值工程理念存在一定的對立性。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)良好的功能需要更高水平的設(shè)計(jì)，其材料消耗往往更多，導(dǎo)致成本增加。反之，過度追求價(jià)值有可能降低功能設(shè)計(jì)，引起質(zhì)量隱患。

在價(jià)值工程理念下，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)與價(jià)值追求之間的平衡。將產(chǎn)品價(jià)值、性能分別記為V、F，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能消耗的生命周期成本記為C，則有V=F/C。根據(jù)該公式，降低生命周期成本同時(shí)提升產(chǎn)品性能是主要的改進(jìn)方向?？赏ㄟ^建立功能-成本指標(biāo)，開展量化評價(jià)，找出不合理的功能設(shè)計(jì)。

2.2.2 基于價(jià)值工程的功能設(shè)計(jì)改進(jìn)方法

基于價(jià)值功能的功能設(shè)計(jì)改進(jìn)方法分4步實(shí)施。

2.2.2.1 計(jì)算各個功能的權(quán)重

該步驟是工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)的重要組成部分，在上文中已經(jīng)闡述了實(shí)現(xiàn)方法，此處不再贅述。

2.2.2.2 計(jì)算工業(yè)建筑的功能成本系數(shù)

功能-成本指標(biāo)決定于設(shè)計(jì)方案中的人工、機(jī)械、材料、施工方法、環(huán)境。例如，購買施工材料是建筑工程的主要成本，材料的品質(zhì)也會影響工業(yè)建筑的功能實(shí)現(xiàn)。先求出以上各個分項(xiàng)的成本，包括材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)、人工費(fèi)，項(xiàng)目措施管理費(fèi)可分解為施工方法和環(huán)境的成本，再按照式（9）求出各分項(xiàng)的成本系數(shù)。每一項(xiàng)建筑功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)都存在人、機(jī)、材等五項(xiàng)成本。

式中，將第i項(xiàng)指標(biāo)的成本記為ci，其對應(yīng)的成本系數(shù)記為Ci。

2.2.2.3 計(jì)算價(jià)值系數(shù)

求得某一設(shè)計(jì)功能的成本系數(shù)Ci，將工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)中的指標(biāo)灰色評價(jià)系數(shù)作為性能系數(shù)，代入V=F/C中，求出對應(yīng)的價(jià)值系數(shù)。

2.2.2.4 確定功能設(shè)計(jì)優(yōu)化改進(jìn)的方向

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，V的計(jì)算結(jié)果通常分為兩類，V＞1表明設(shè)計(jì)方案更加強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)性，對成本投入不足，制約了工業(yè)建筑的功能設(shè)計(jì)空間。如果V＜1，說明設(shè)計(jì)方案更加重視功能，導(dǎo)致成本過高。當(dāng)|V-1|越大時(shí)，說明偏離程度越嚴(yán)重。因此，可根據(jù)V與1的關(guān)系，判斷哪些設(shè)計(jì)功能不夠合理，并確定其優(yōu)化改進(jìn)的方向。

2.2.3基于價(jià)值工程的功能設(shè)計(jì)質(zhì)量改進(jìn)實(shí)例

按照以上方法評價(jià)某電子信息產(chǎn)業(yè)園的功能設(shè)計(jì)質(zhì)量，求得功能-成本指標(biāo)的價(jià)值系數(shù)，如表2所示。從中可知，該產(chǎn)業(yè)園暖通空調(diào)工程和節(jié)能設(shè)計(jì)的價(jià)值系數(shù)遠(yuǎn)低于1，說明其功能設(shè)計(jì)與成本不匹配，投入了較高的成本，但并未達(dá)到同等程度的功能。配套設(shè)備的價(jià)值系數(shù)和1的偏離程度較大，超出部位為0.9785，表明配套設(shè)備存在過高的設(shè)計(jì)冗余。

以節(jié)能設(shè)計(jì)改進(jìn)為例，在價(jià)值工程理念下，既要提高工業(yè)建筑的節(jié)能效果，又要控制改造成本。該項(xiàng)目原有節(jié)能措施包括設(shè)置外墻和屋面保溫層、合理控制窗墻比、安裝保溫鋁合金窗戶等。成本過高的主要原因是保溫材料性能優(yōu)異，但工程造價(jià)偏高。原設(shè)計(jì)保溫材料為巖棉保溫板、無氟聚氨酯金屬復(fù)合保溫板。改進(jìn)方案為替換原設(shè)計(jì)保溫材料，在滿足保溫效果的基礎(chǔ)上使用價(jià)格相對較低的保溫材料，如EPS聚苯板、XPS擠塑聚苯板、保溫砂漿等。

3 結(jié)束語

灰色層次綜合評價(jià)法是一種具有較大應(yīng)用價(jià)值的量化分析評價(jià)工具，其實(shí)施要點(diǎn)包括構(gòu)建指標(biāo)體系、分配權(quán)重、設(shè)定評價(jià)灰類、求得灰色評價(jià)系數(shù)等，該方法可用于評價(jià)工業(yè)建筑功能設(shè)計(jì)的質(zhì)量。價(jià)值工程理念要求在保證設(shè)計(jì)功能的前提下實(shí)現(xiàn)成本最小化，計(jì)算出功能設(shè)計(jì)的價(jià)值，根據(jù)該數(shù)值確定投資成本與功能之間的匹配性，進(jìn)而確定優(yōu)化設(shè)計(jì)的方向。

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