價值工程法在泵站工程深基坑圍護方案比選中的應用

江 敏

（江蘇省駱運水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800）

0 導言

價值工程又稱為價值分析，是指通過集體智慧和有組織的活動對產品或服務進行功能分析，使目標以最低的成本，可靠地實現產品或服務的必要功能，從而提高產品或服務價值的一套科學的技術經濟分析方法。其主要思想是通過對選定研究對象的功能及費用分析，提高對象的價值。價值工程法20世紀40年代起源于美國，起源于材料和代用品的研究，但這一原理很快就擴展到各個應用領域，尤其近年來在工程建設和生產發展方面應用漸多。筆者主要探討價值工程法在工程設計及施工方案比選中的應用。

1 工程概況

1.1 工程任務與規模

睢寧二站工程是南水北調東線一期工程第5梯級抽水泵站，設計總裝機流量為80 m3/s，總裝機功率12000 kW，設計凈揚程8.3 m。工程等別為Ⅰ等，工程規模為大（1）型。工程采用堤身式布置，站身為整體塊基型結構，底板平面尺寸為31.8 m×33.5 m。

1.2 工程及水文地質

睢寧二站工程位于濉安河沖積平原區，地表高程多在21.0～23.0 m之間，位于郯廬斷裂帶西側兩斷裂之間，西側斷裂在本地區隱伏于地下約160～200 m，區域構造穩定性差。泵站動峰值加速度為0.3 g，相應地震基本烈度為8度。設計泵站基底高程3.7～5.0 m，地基土以第⑧層含砂礓粘土為主，其允許承載力為300 kPa。場地內第⑤層粉砂及⑧層含砂礓粘土為承壓水含水層，第⑤層粉砂水頭4.13～5.85 m，第⑧層含砂礓粘土水頭10.5～12.4 m，單位涌水量19.2 m3/（d·m），基坑開挖施工需采取排降水措施。

2 基坑圍護方案

本泵站包含站下引河段、主站身段、站上引河段3個部分。站下引河河底高程8.5 m，站上引河河底高程15.0 m，上下游河底高差6.5 m；主站身底板底高程2.5 m，地面高程23.85 m，高差21.3 m；站上翼墻底高程15.2 m，與基底高差12.7 m。由于基坑深度大、上下游高差較大，若采用大開挖，不僅占地面積大,而且造成上游翼墻建在高10 m左右的回填土上，回填土的質量極難控制，難以滿足建筑物沉降控制要求。因此，采用基坑維護開挖，既可減少對上游原狀土的擾動，又可減少土地占用面積?，F對圍護方案作拉錨式地下連續墻、肋板式地下連續墻、復合土釘墻三種支護型式比選，三種方案簡述如下：

2.1 地面拉錨式地下連續墻支護結構

該結構需建設100 cm厚地下連續墻結構進行基坑支護，連續墻上設1.0 m×1.0 m冠梁，墻后布設間距2.0 m的鋼筋混凝土灌注樁，采用錨桿連接地下連續墻與灌注樁，達到基坑支護的目的。

2.2 肋板式地下連續墻支護結構

該結構采用100 cm厚帶肋地下連續墻結構進行基坑支護，類似于扶臂式擋土墻，只是相比扶臂式擋土墻缺少底板，不同之處還在于它沒有底板上土重產生的抗滑要求。其通過增加肋板，達到增加地下連續墻整體剛度的目的，減小懸臂結構的變形。

2.3 復合土釘墻支護結構

該方案是土釘與土層錨桿聯合使用，錨桿用于加固土體，形成土釘墻，在復合土釘墻的中部設置預應力錨桿，對土釘墻施加初始背拉力，減少土釘墻的位移，提高工程的安全度。錨桿錨頭設置格構梁，保證土釘墻足夠的強度和剛度，將錨固力有效地傳遞到面層或土層中。

3 方案比較

價值工程的基本原理是反映功能與成本的關系，用公式可以表示為：

V=F/C式中：

V—價值，反映研究對象的功能與費用的匹配程度；

F—功能，即滿足需求的程度；

C—成本。

運用價值工程法進行方案評價的方法有多種，常用的定性方法有德爾菲法、優缺點列舉法等；常用的定量方法有直接評分法、加權評分法、比較價值評分法、環比評分法、強制評分法、幾何平均值評分法等，應根據分析比較的不同階段和不同要求選用不同的方法。本方案比選初步采用優缺點列舉法進行定性分析，然后采用加權評分法進行功能評價，并在此基礎上進行價值分析，最終結合三種分析結果進行綜合評選。

3.1 方案優缺點列舉

首先進行定性分析，主要是采用優缺點列舉法，即詳細列出每一個方案在技術上、經濟上的優缺點，進行綜合分析比較。三種基坑圍護方案優缺點比較分析如表1所示。

表1 基坑圍護方案優缺點比較

單純從優缺點比較，難以直觀選擇出最優方案，參加方案審查的專家意見也不盡統一，因此，進一步采用直接評分法和加權評分法對各方案功能價值進行比較分析。直接評分法就是根據各方案能夠達到各項功能要求的程度進行評分，然后直接對每個方案的功能總分進行比較，選擇功能得分最高的方案。此方案不足之處在于忽視了成本因素，因此，在工程設計方案比選時，往往將工程造價作為追加功能項進行評分，以全面考慮方案在技術上的可行性與經濟上的合理性。

3.2 方案價值分析

價值比選的方法可分為兩大類，即：功能成本法和功能指數法。功能成本法是用功能評價值與現實成本直接比對，比較適用于限額設計方案的優化和比選。本案采用功能指數法，又稱相對值法，是將各方案的功能指數與各自的成本指數進行比較，得出各方案的價值指數。具體步驟如下：

（1）功能分析。在充分調查的基礎上，選擇方案最基本的功能進行比選。（2）功能評價。對功能進行量化評分，并確定功能的權重系數，計算功能評價值和功能指數。（3）成本分析。計算方案的成本和成本指數。（4）功能價值計算與分析。通過功能評價值與成本的比較或功能指數與成本指數的比較，計算出各方案功能的價值指數，并進行分析，選擇最優方案以及功能成本改進方向。

3.2.1 功能分析

功能分析是價值工程活動的核心和基本內容，通過功能定義、功能整理，準確地掌握用戶的功能要求，選出最基本的功能進行評價。本工程運用因素分析法，結合工程實際及方案特征，最終確定工程安全F1、施工技術F2、工程造價F3三個基本功能進入比選。工程安全主要是指方案設計對工程結構安全、施工安全的功能需求；施工技術主要是指方案設計在施工難易程度、質量、工期以及施工技術成熟度方面的功能需求；工程造價主要是指基坑圍護方案造價以及對工程其它部分的投資增減。

3.2.2 功能計算

（1）計算功能得分

功能的評分采用德爾菲法，德爾菲法又稱專家意見法，是將有關方案和評比方法函寄給有關專家，專家在互不商量的情況下對各方案的功能進行評分，并返回結果。評分標準是方案在功能需求上的實現程度，分為較差、一般、較好、好，對應的分值區間相應為 1～3 分、3～5 分、5～7 分、7～9分，對各專家的打分在去掉極值后取算術平均值作為最終得分。各方案功能得分如表2所示。

（2）計算功能重要性系數

功能重要性系數又稱為功能評價系數，是指評價對象的功能在整體功能中所占的比率。本工程采用0-1強制評分法，即在專家意見調查審查的基礎上，通過各功能重要性程度的比較，按照功能的重要程度一一對比打分，重要的打1分，相對不重要的打0分。為避免功能得0分，將各功能累計得分加1分進行修正，用修正后的總分分別去除各功能累計得分，得出功能重要性系數。各功能的重要性系數計算如表3所列。

表2 功能得分表

表3 功能重要性系數計算表

（3）計算功能指數

各方案功能加權得分以及功能指數如表4所列，需要強調的是各方案的功能得分不是各功能分值的簡單相加，而是各功能的加權得分；功能指數即該方案功能得分在所有方案功能總分中所占的比重。計算公式分別如下：

各方案的加權得分中，拉錨式地連墻最高，肋板式地連墻次之，復合土釘墻最低，再進一步對各方案的功能價值指數進行比較分析以確定最優方案。

3.2.3 成本計算

各方案成本及成本指數如表5所列。首先根據相關定額及基礎單價計算出各方案的總成本費用，再計算各方案的成本在所有方案成本中所占的比率。

3.2.4 價值指數計算

功能的價值用價值指數VI來表示，計算公式為：VI=FI/CI。計算結果如表6所示。

3.2.5 結果分析

價值指數的計算結果有以下三種情況：

（1）VI=1，此時評價對象的功能比重與成本比重大致平衡，可以認為功能需要與現實成本合理匹配。但這種結果幾乎是理想狀態，也是方案改進的期望方向。

（2）VI＜1，此時評價對象的成本比重大于其功能比重，即實現功能的成本偏高，方案不可取，需要進一步提升功能并降低成本。

（3）VI＞1，此時評價對象的成本比重小于其功能比重，即評價對象的功能很高，相對的成本卻較低。

通過各方案功能的價值指數比較，拉錨式地連墻最高，復合土釘墻次之，肋板式地連墻最低。拉錨式地連墻與復合土釘墻功能價值指數VI＞1，說明方案理論上是可行的；而肋板式地連墻功能價值指數VI＜1，說明該方案不可行。拉錨式地連墻的功能加權得分是最高的，因此，綜合優缺點分析、功能加權得分以及功能價值指數比較，拉錨式地連墻深基坑圍護方案在工程安全、施工技術、工程造價方面的綜合評價為最優方案。

表4 功能得分及功能指數計算表

表5 成本指數計算表

表6 價值指數計算表

4 方案改進

對價值指數VI＞1的評價對象可以進一步分析驗算，檢查評價對象目前所具有的功能是否超過其應具有的水平，即是否存在過剩功能。如果存在過剩功能，則需要進行改善，改善方向是降低功能水平，使得方案在滿足功能的前提下成本最低。當然，還有一種情況是評價對象在技術、經濟方面具有某些特性，功能很重要而成本卻很少，如此則無需改進。經過進一步的設計優化，在確保工程安全的前提下，將原設計100 cm厚地下連續墻優化為80 cm厚，節省了混凝土和鋼筋用量，既節約了資源又降低了造價。

5 方案評價

筆者應用價值工程的基本原理和方法，對睢寧二站深基坑圍護方案進行了方案比選與設計優化，在滿足工程必要功能的前提下，選擇出技術上可行、經濟上合理的最優方案。經實例驗證，價值工程分析方法在深基坑圍護方案比選中的應用是成功有效的，值得借鑒推廣。

6 結語

（1）價值工程是功能與成本相結合、定性與定量相結合、技術與經濟相結合的分析方法，在設計方案的比選應用中是行之有效的方法，有助于推進技術革新與進步，節約資源，節省工程投資。

（2）價值工程從定性分析到定量評比的過程中，仍然不可避免地帶有主觀性，需要結合其它因素和分析方法進行綜合評價。

（3）目前，對價值工程在設計階段的應用討論相對較多，而在施工建設中的應用尚未引起足夠的重視，相對理論研究與實際應用都較少；在大額投資的基本建設項目中應用多，而在小額投資的維修養護項目中應用少。其實，價值工程可以廣泛應用在各類投資項目建設的各個階段，大到施工方案設計，小到設備更新維護，都可以用價值工程進行應用分析，對提高工程質量、縮短工期、節約資源、降低成本均具有積極的意義。