價(jià)值工程在山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)選型中的應(yīng)用

段 波 桂 重

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051)

1 價(jià)值工程原理

1.1 價(jià)值工程理論概述

價(jià)值工程是指在滿足產(chǎn)品可靠度的前提下，分析必要功能所需的成本，提高產(chǎn)品效益的科學(xué)方法[1]。價(jià)值工程理論具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，凡是付出成本費(fèi)用以實(shí)現(xiàn)必要功能的產(chǎn)品，均可以利用價(jià)值理論進(jìn)行比選或優(yōu)化。

1.2 價(jià)值工程的基本概念

1)功能(F)。功能指產(chǎn)品所具備的功能或用途。功能是一種屬性，產(chǎn)品是功能的載體，功能相同的不同產(chǎn)品可以相互替代。

2)成本(C)。成本是指品壽命周期內(nèi)的總成本，包含產(chǎn)品的建造成本以及維護(hù)成本，是指產(chǎn)達(dá)成產(chǎn)品必要功能所需耗費(fèi)資源的貨幣表現(xiàn)形式。

3)價(jià)值(V)。價(jià)值是產(chǎn)品所具有的功能與成本之比，代表產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益的高低，其概念公式為：

價(jià)值=功能/成本。

數(shù)學(xué)公式表達(dá)如下：V=F/C。

1.3 價(jià)值工程的意義

價(jià)值工程并不是單純要求成本降低多少，也不是單純的要求功能提高多少，而是能夠恰當(dāng)?shù)奶幚砗霉δ艹杀镜谋戎店P(guān)系，尋求功能產(chǎn)品的最優(yōu)配比。因此，價(jià)值工程要兼顧價(jià)值、功能、成本三要素，不是單方面的去解決問(wèn)題，而是在滿足功能要求的基礎(chǔ)上考慮工程生產(chǎn)和工程維護(hù)的綜合成本，考慮各參與方的利益需求，生產(chǎn)出價(jià)值最優(yōu)的高質(zhì)量產(chǎn)品。

2 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)方案的價(jià)值工程

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)作為風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的一種產(chǎn)品，是保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的安全起到至關(guān)重要的作用。與一般的高聳結(jié)構(gòu)不同，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂高度大、頂部質(zhì)量大、對(duì)傾斜要求嚴(yán)格，并且在極端風(fēng)速條件下承受較大的水平荷載，從而使得風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)具有承受360°重復(fù)偏心隨機(jī)荷載的受力特點(diǎn)[2]。隨著近些年風(fēng)電建設(shè)的快速發(fā)展，我國(guó)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、分析水平也大幅提高，山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式也由傳統(tǒng)的擴(kuò)展式基礎(chǔ)發(fā)展到梁板式基礎(chǔ)、巖石錨桿基礎(chǔ)等多種基礎(chǔ)形式。相同地質(zhì)條件下，往往有多種基礎(chǔ)形式可以滿足可靠度要求，然而不同的基礎(chǔ)形式往往有不同的功能特征，不同的成本，因此，可以采用價(jià)值工程的方法進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，綜合考慮技術(shù)合理性、施工便利性、工期合理性、環(huán)境影響等功能因素，以及全壽命周期內(nèi)的成本因素，選擇價(jià)值最優(yōu)的基礎(chǔ)形式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的效益最大化。

3 某山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)選型

3.1 項(xiàng)目概況及基礎(chǔ)方案擬定

某山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)安裝2.0 MW風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)機(jī)荷載如表1所示，風(fēng)電場(chǎng)地震烈度為7度(0.10g)，建設(shè)場(chǎng)地地基持力層為中風(fēng)化～弱風(fēng)化花崗巖。

本項(xiàng)目適用的天然地基基礎(chǔ)包括擴(kuò)展式基礎(chǔ)、梁板式基礎(chǔ)、巖石錨桿基礎(chǔ)，經(jīng)計(jì)算滿足可靠度要求[2-4]的基礎(chǔ)方案分別為A方案、B方案和C方案。

表1 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)荷載

A方案：采用C35鋼筋混凝土圓形擴(kuò)展基礎(chǔ)，基礎(chǔ)直徑18.5 m，端部高度1.0 m，根部高2.3 m；臺(tái)柱高度0.8 m，直徑7 m，基礎(chǔ)埋深2.95 m，基礎(chǔ)體型如圖1所示。

B方案：采用C35鋼筋混凝土圓形梁板式基礎(chǔ)?；A(chǔ)底板直徑為18.5 m，基礎(chǔ)底板厚度0.6 m；中心臺(tái)柱高度3.3 m，直徑7 m；臺(tái)柱中心為向外呈輻射狀的8根主梁，主梁根部(與中心臺(tái)柱連接處)高度3.1，端部高度1.2 m，梁寬1.0 m；主梁端部設(shè)置連系梁，連系梁高度1.2 m，寬0.7 m；基礎(chǔ)埋深3.15 m，基礎(chǔ)體型如圖2所示。

C方案：采用巖石錨桿基礎(chǔ)，承臺(tái)采用C35鋼筋混凝土圓形擴(kuò)展式，承臺(tái)直徑15.4 m，端部高度1 m，根部高 1.8 m；臺(tái)柱高度0.8 m，直徑7 m。沿承臺(tái)邊緣布置兩圈共計(jì)124根錨桿，錨桿采用d=32 mm材質(zhì)為HRB400的帶肋鋼筋，錨桿伸入基礎(chǔ)1 m，錨入地基4 m，錨桿孔直徑為110 mm，采用C40細(xì)石混凝土灌孔，基礎(chǔ)埋深2.45 m，基礎(chǔ)體型如圖3所示。

3.2 功能指數(shù)

由于本項(xiàng)目屬于電價(jià)補(bǔ)貼項(xiàng)目，按時(shí)完工是保證電價(jià)的必要條件，而施工便利性是保證施工質(zhì)量的重要條件，因此工期合理性和施工便利性應(yīng)當(dāng)具有較大權(quán)重；另一方面，由于風(fēng)電場(chǎng)屬于清潔能源，環(huán)境友好，不同風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式對(duì)環(huán)境的影響都很小，此外，各方案均通過(guò)了可靠性計(jì)算，技術(shù)合理性差異也很小，因此環(huán)境影響和技術(shù)合理性權(quán)重相對(duì)較小。技術(shù)合理性方面，擴(kuò)展式基礎(chǔ)和梁板式基礎(chǔ)都屬于常規(guī)重力式基礎(chǔ)，對(duì)天然地基具有較好的適應(yīng)性；巖石錨桿基礎(chǔ)利用巖石錨桿將地承臺(tái)與地基連接在一起，但承臺(tái)內(nèi)存在局部拉應(yīng)力偏大，有導(dǎo)致基礎(chǔ)開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。施工便利性方面，擴(kuò)展式基礎(chǔ)和梁板式基礎(chǔ)具有相似的施工工序，但梁板式基礎(chǔ)體型相對(duì)復(fù)雜，需要較多的模板，基礎(chǔ)鋼筋分布不均勻，梁交叉節(jié)點(diǎn)鋼筋較密，不易綁扎，施工相對(duì)困難；巖石錨桿基礎(chǔ)分為錨桿和承臺(tái)施工，工序稍多，但承臺(tái)施工與擴(kuò)展時(shí)基礎(chǔ)施工方法類似，較為便利。工期合理性方面，在充分利用工作面的情況下，擴(kuò)展式基礎(chǔ)從基坑開(kāi)挖到基礎(chǔ)澆筑完成，需要約7 d時(shí)間；梁板式基礎(chǔ)需要約8 d時(shí)間；巖石錨桿基礎(chǔ)需要約6 d時(shí)間。環(huán)境影響方面，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工主要涉及地表擾動(dòng)，擴(kuò)展式基礎(chǔ)與梁板式基礎(chǔ)的底面積一致，但擴(kuò)展式基礎(chǔ)的埋深稍淺，相同地質(zhì)條件下，基坑開(kāi)口面積比梁板式小，對(duì)環(huán)境影響也相對(duì)較小；而巖石錨桿基礎(chǔ)的承臺(tái)面積最小、基礎(chǔ)埋深最小，基坑開(kāi)挖地表擾動(dòng)最小，對(duì)環(huán)境影響也最小。方案各功能的權(quán)重及方案的功能得分見(jiàn)表2。

表2 各方案功能的權(quán)重及得分表

根據(jù)功能權(quán)重以及功能得分，計(jì)算各方案的功能指數(shù)如表3所示。

表3 功能指數(shù)計(jì)算表

3.3 成本指數(shù)

根據(jù)各方案列出單臺(tái)基礎(chǔ)主要工程量及造價(jià)見(jiàn)表4，由此計(jì)算各方案成本指數(shù)如表5所示。

表4 主要工程量表

表5 成本指數(shù)計(jì)算表

3.4 價(jià)值指數(shù)

根據(jù)功能指數(shù)和成本指數(shù)計(jì)算各方案價(jià)值指數(shù)如表6所示。

表6 價(jià)值指數(shù)計(jì)算表

根據(jù)表6的計(jì)算結(jié)果可知，本項(xiàng)目方案C的價(jià)值指數(shù)最高，巖石錨桿基礎(chǔ)為最優(yōu)方案。此外，雖然梁板式基礎(chǔ)的造價(jià)比擴(kuò)展式基礎(chǔ)優(yōu)，但綜合考慮功能因素后，其價(jià)值指數(shù)比擴(kuò)展式基礎(chǔ)更低，在本項(xiàng)目三種方案中綜合效益最差。

4 結(jié)論及建議

本文結(jié)合項(xiàng)目的地質(zhì)條件，擬定擴(kuò)展式基礎(chǔ)、梁板式基礎(chǔ)、巖石錨桿基礎(chǔ)三種基礎(chǔ)形式，經(jīng)CFD軟件驗(yàn)算，得到三個(gè)滿足可靠性要求的基礎(chǔ)方案。采用價(jià)值工程理論，從技術(shù)合理性、施工便利性、工期合理性和環(huán)境影響四個(gè)方面分析各方案的功能指標(biāo)，并根據(jù)各方案的估算成本分析成本指標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算各基礎(chǔ)方案的價(jià)值指標(biāo)，選擇價(jià)值指標(biāo)最高的巖石錨桿基礎(chǔ)作為最優(yōu)的基礎(chǔ)方案。

價(jià)值工程可對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)選型進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，該方法可為類似工程決策提供參考。應(yīng)說(shuō)明的是，山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)選型是全方位、多要素的，基礎(chǔ)選型的功能權(quán)重應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行確定，功能評(píng)分應(yīng)綜合考慮參建各方的利益需求，才能對(duì)基礎(chǔ)方案的選擇作出科學(xué)決策。