基于價值工程的水庫除險加固設(shè)計方案優(yōu)化

汪文萍

（湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學院長沙市410131）

基于價值工程的水庫除險加固設(shè)計方案優(yōu)化

汪文萍

（湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學院長沙市410131）

結(jié)合實際工程，對某水庫除險加固工程設(shè)計方案進行優(yōu)化，基于價值工程理論，利用成本模型和帕累托分配原則確定研究對象，建立功能模型進行功能成本分析，通過采用DARE法計算項目的功能價值系數(shù)。將研究對象的成本分析子項功能列為待優(yōu)化項，經(jīng)過方案優(yōu)化，得到價值系數(shù)為1.0的優(yōu)化方案。提出了適用于水庫除險加固成本分析的功能結(jié)構(gòu)圖，對水庫除險加固具有一定的參考價值和指導(dǎo)意義。

水庫除險加固設(shè)計方案價值工程功能分析

我國是世界上建成土石壩水庫最多的國家之一，到目前為止，全國各地已經(jīng)建成各類水庫8.7萬座，其中土石壩水庫的數(shù)量占所有大壩總量的90%。我國的土石壩大都修建于20世紀50～70年代，受當時的科學技術(shù)水平、經(jīng)濟條件以及運行管理水平的限制，造成許多土石壩水庫先天不足。再加上長年的運行大都沒有得到良好的維修養(yǎng)護，以及水庫外部環(huán)境條件和工程基本條件發(fā)生了很大變化，有相當部分水庫不同程度存在防洪標準低，水庫上游迎水面護坡破損、壩身損毀、溢洪道老化等問題而成為病險水庫。因此，2011年中央發(fā)布的一號文件作出了“加快水利改革發(fā)展的決定”，決定加快病險水庫除險加固步伐，全面消除水庫安全隱患[1]。

水庫除險加固方案設(shè)計作為初設(shè)的重要組成部分，貫穿于項目建設(shè)全過程，尤其考慮到水利工程的復(fù)雜性和除險加固的各異性，設(shè)計方案要突出重點，長期以來大部分水庫除險加固業(yè)主將控制成本的主要精力放在施工階段的審核施工圖預(yù)算、結(jié)算建安工程價款，忽略了設(shè)計在工程項目中對全階段的影響。根據(jù)水庫除險加固項目的實際經(jīng)驗，設(shè)計費一般占建設(shè)項目全壽命費用的6%左右，但正是這6%的設(shè)計費用的效果對建設(shè)工程造價有很大的影響。由此可見除險加固設(shè)計方案對整個項目的效益至關(guān)重要。

本文立足于實際工程，從項目初設(shè)階段開始，進行以設(shè)計價值為指導(dǎo)的方案設(shè)計，引入以系統(tǒng)思維為特征和關(guān)注項目復(fù)雜性的價值工程理論，逐步剖析功能—成本分析步驟，為業(yè)主提供一種操作性強的決策和優(yōu)化模型，對其他水庫除險加固項目有一定的借鑒意義。

1 價值工程概述

1.1 價值工程的定義

價值工程是美國通用電氣公司采購的工程師L.D.Miles于1947年創(chuàng)立的[2]，是一門科學管理技術(shù)。它從經(jīng)濟和技術(shù)兩方面相結(jié)合的角度來研究如何提高產(chǎn)品、系統(tǒng)或服務(wù)的價值，降低其成本以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟效果，是一種謀求最佳技術(shù)經(jīng)濟效益、符合客觀實際的有效方法[3]。

我國在1987年頒布了《價值工程基本術(shù)語和一般工作程序》（GB 8223-87）。其中，價值工程是通過各相關(guān)領(lǐng)域的協(xié)作，對所研究對象的功能與費用進行系統(tǒng)分析，不斷優(yōu)化創(chuàng)新，旨在提高研究對象價值的管理技術(shù)和思想方法；價值工程的目的是力求以最低壽命周期成本實現(xiàn)使用者所需的功能，獲取最佳的綜合效益。

1.2 三個核心概念

價值工程的表達式為：V=F/C，式中V表示價值，F(xiàn)為功能，C為成本。

（1）價值。價值工程的創(chuàng)始人L.D.Miles認為“一種產(chǎn)品或者服務(wù)如果有適當?shù)墓δ芎统杀荆话憔蜁徽J為其擁有好價值”[4]，從價值工程的表達式可以看出，價值是功能與成本之間的比例關(guān)系，從廣義的角度還可以認為建設(shè)的項目或產(chǎn)品的價值滿足了用戶的主觀愿望需求，即：價值=滿足需求/所用資源。

從公式V=F/C，可以得出5種提高價值的途徑，見表1。

表1 提高價值的5種途徑

（2）功能。功能對于物品來說就是它的用途或效用；對于作業(yè)或方法來說就是它到達到的目的或所起的作用，總之，功能就是對象滿足某種需求的一種屬性。例如，水庫除險加固的主要功能是除險加固。

（3）成本。成本就是項目建設(shè)所需要的人力、物力和財力資源。價值工程研究的成本是項目壽命周期費用，可以使不同階段的壽命周期，也可以是全壽命周期。價值工程中最關(guān)注功能目標的成本計算，與現(xiàn)實成本比較，采用表1中減低成本的方式增加項目的價值。

2 工程實例

2.1 陰坡水庫除險加固工程概況

陰坡水庫位于湖南省懷化市，該水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪和養(yǎng)殖的?。á瘢┬退こ?。主壩壩型為均質(zhì)壩，設(shè)計最大壩高30.00 m。副壩壩型為均質(zhì)壩，壩高15.44 m，距離麻陽縣城52.0 km。水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、灌溉涵洞等建筑物組成，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級。該工程主要控灌麻陽縣文昌閣鄉(xiāng)的1 429 hm2（2 144畝）水田，水庫養(yǎng)魚水面為7.33 hm2（110畝）。該水庫大壩一旦潰決失事，下游人口1 500人、耕地300 hm2（4 500畝）將受到嚴重威脅，潰壩后果非常嚴重。

工程存在的主要問題為：主壩內(nèi)、外壩坡上部較陡，主壩和副壩壩基及岸坡處理不徹底，壩基及壩肩均存在滲漏問題。主壩上游壩坡浪蝕現(xiàn)象嚴重，排水棱體局部存在變形破壞，上下游壩坡穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。主壩壩頂高程不滿足擋洪要求。灌溉涵洞使用多年，老化嚴重，臥管鑄鐵閘門老化，啟閉不便。溢洪道至今尚未完成，不能滿足規(guī)范要求。該水庫大壩安全鑒定結(jié)論評價為三類壩，需要進行除險加固工作。

初設(shè)階段原方案為：對主壩及副壩壩基及壩肩進行帷幕灌漿處理，壩體進行沖抓回填；對主壩、副壩上下游壩坡進行加固，上游坡設(shè)預(yù)制混凝土六棱塊護坡，下游坡草皮護坡，并設(shè)排水溝；新修灌溉隧洞和臥管，并增加放水啟閉設(shè)施；整修加固溢洪道，并新修消能設(shè)施；增加大壩安全監(jiān)測和水文觀測設(shè)施，完善通訊設(shè)施；改造防汛公路和新建防汛倉庫。

應(yīng)業(yè)主要求，為驗證除險加固初設(shè)方案的技術(shù)可行性，現(xiàn)利用價值工程對除險加固發(fā)難投資的成本進行分析，并進一步從樞紐布置上提出優(yōu)化方案。

2.2 對象選擇

進行價值工程分析時，對象選擇的方法主要有：生命周期法、經(jīng)驗法、成本模型法、百分比法、ABC法、決策樹法、帕累托分析法和強制確定法等[5]，根據(jù)水庫除險加固工程項目特點，采用成本模型法中的初始成本模型，參考設(shè)項目設(shè)計專家的經(jīng)驗，綜合分析確定研究對象。現(xiàn)將陰坡水庫除險加固各分部建設(shè)費用列入表2，由表2可知，建筑工程的成本費用占總費用的89.1%，造價最高。故而選擇從除險加固的建筑工程方案調(diào)整和優(yōu)化入手。

2.3 功能分析

功能分析，是價值工程的關(guān)鍵步驟和核心技術(shù)，對研究對象的功能的大小以及功能之間的重要性關(guān)系進行量化分析，同時對實現(xiàn)該工程的目標成本和現(xiàn)實成本進行比較分析，得出可能通過改進設(shè)計對象的功能而降低成本或不降低成本而改進該項功能的方案[6]。

表2 陰坡水庫各部分工程費用清單

2.3.1 功能整理

利用WBS將陰坡水庫除險加固項目的建筑工程進行對象細分，然后進一步應(yīng)用價值工程技術(shù)，經(jīng)過設(shè)計專家的討論和分析，對陰坡水庫除險加固工程的建筑工程進行功能和結(jié)構(gòu)的定義與整合，得出其功能結(jié)構(gòu)圖，如附圖。其中，整理出防洪、灌溉、防滲、堅固耐用3項一級功能和7項二級功能。

附圖陰坡水庫除險加固功能圖

2.3.2 DARE法計算除險加固項目功能價值系數(shù)

根據(jù)設(shè)計專家評分計算出陰坡水庫除險加固工程各項功能的重要性倍數(shù)比，確定其暫定重要性系數(shù)，采用DARE法計算功能系數(shù)，計算結(jié)果見表3所示。

再將陰坡水庫除險加固工程的各項目成本分配到4個一級子項功能，得到各項功能成本Ci，利用公式計算成本系數(shù)，計算結(jié)果如表4所示。

從計算結(jié)果來看，F(xiàn)3項子功能的價值系數(shù)V3小于1，說明此時評價對象的成本投入高于其功能程度，表明目前此方案在F3這一功能上成本偏高，應(yīng)作為改進對象；F4子項功能的價值系數(shù)V4雖然低于1，但是其基本接近1，不做改動；F1、F2子項功能的價值系數(shù)V1、V2大于1，說明評價對象的成本比重小于其功能的重要程度，但是考慮到V2的值遠遠大于1，也將其列為改進的對象。

2.4 設(shè)計方案調(diào)整和優(yōu)化

設(shè)計團隊根據(jù)以上分析，提出優(yōu)化方案：將沖抓回填加土工膜防滲改為粘土固化灌漿，同時在隧洞出口出修建50 m混凝土明渠。優(yōu)化方案的建筑工程成本分析見表5、表6。

表3 功能系數(shù)表

表4 原方案建筑工程成本分析

3 結(jié)論

（1）提出適用于水庫除險加固的成本分析模型，給出了水庫除險加固建筑工程的功能結(jié)構(gòu)圖。結(jié)合水庫出現(xiàn)加固的特點，選擇初始成本模型用于基于價值工程分析的水庫除險加

汪文萍（1969-），女，碩士，副教授、高級工程師，從事水利職業(yè)教育工作，E-mail：wwp4081643@163.com。