价值工程法在泵站工程深基坑围护方案比选中的应用

江 敏

（江苏省骆运水利工程管理处，江苏 宿迁 223800）

0 导言

价值工程又称为价值分析，是指通过集体智慧和有组织的活动对产品或服务进行功能分析，使目标以最低的成本，可靠地实现产品或服务的必要功能，从而提高产品或服务价值的一套科学的技术经济分析方法。其主要思想是通过对选定研究对象的功能及费用分析，提高对象的价值。价值工程法20世纪40年代起源于美国，起源于材料和代用品的研究，但这一原理很快就扩展到各个应用领域，尤其近年来在工程建设和生产发展方面应用渐多。笔者主要探讨价值工程法在工程设计及施工方案比选中的应用。

1 工程概况

1.1 工程任务与规模

睢宁二站工程是南水北调东线一期工程第5梯级抽水泵站，设计总装机流量为80 m3/s，总装机功率12000 kW，设计净扬程8.3 m。工程等别为Ⅰ等，工程规模为大（1）型。工程采用堤身式布置，站身为整体块基型结构，底板平面尺寸为31.8 m×33.5 m。

1.2 工程及水文地质

睢宁二站工程位于濉安河冲积平原区，地表高程多在21.0～23.0 m之间，位于郯庐断裂带西侧两断裂之间，西侧断裂在本地区隐伏于地下约160～200 m，区域构造稳定性差。泵站动峰值加速度为0.3 g，相应地震基本烈度为8度。设计泵站基底高程3.7～5.0 m，地基土以第⑧层含砂礓粘土为主，其允许承载力为300 kPa。场地内第⑤层粉砂及⑧层含砂礓粘土为承压水含水层，第⑤层粉砂水头4.13～5.85 m，第⑧层含砂礓粘土水头10.5～12.4 m，单位涌水量19.2 m3/（d·m），基坑开挖施工需采取排降水措施。

2 基坑围护方案

本泵站包含站下引河段、主站身段、站上引河段3个部分。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；站上翼墙底高程15.2 m，与基底高差12.7 m。由于基坑深度大、上下游高差较大，若采用大开挖，不仅占地面积大,而且造成上游翼墙建在高10 m左右的回填土上，回填土的质量极难控制，难以满足建筑物沉降控制要求。因此，采用基坑维护开挖，既可减少对上游原状土的扰动，又可减少土地占用面积。现对围护方案作拉锚式地下连续墙、肋板式地下连续墙、复合土钉墙三种支护型式比选，三种方案简述如下：

2.1 地面拉锚式地下连续墙支护结构

该结构需建设100 cm厚地下连续墙结构进行基坑支护，连续墙上设1.0 m×1.0 m冠梁，墙后布设间距2.0 m的钢筋混凝土灌注桩，采用锚杆连接地下连续墙与灌注桩，达到基坑支护的目的。

2.2 肋板式地下连续墙支护结构

该结构采用100 cm厚带肋地下连续墙结构进行基坑支护，类似于扶臂式挡土墙，只是相比扶臂式挡土墙缺少底板，不同之处还在于它没有底板上土重产生的抗滑要求。其通过增加肋板，达到增加地下连续墙整体刚度的目的，减小悬臂结构的变形。

2.3 复合土钉墙支护结构

该方案是土钉与土层锚杆联合使用，锚杆用于加固土体，形成土钉墙，在复合土钉墙的中部设置预应力锚杆，对土钉墙施加初始背拉力，减少土钉墙的位移，提高工程的安全度。锚杆锚头设置格构梁，保证土钉墙足够的强度和刚度，将锚固力有效地传递到面层或土层中。

3 方案比较

价值工程的基本原理是反映功能与成本的关系，用公式可以表示为：

V=F/C式中：

V—价值，反映研究对象的功能与费用的匹配程度；

F—功能，即满足需求的程度；

C—成本。

运用价值工程法进行方案评价的方法有多种，常用的定性方法有德尔菲法、优缺点列举法等；常用的定量方法有直接评分法、加权评分法、比较价值评分法、环比评分法、强制评分法、几何平均值评分法等，应根据分析比较的不同阶段和不同要求选用不同的方法。本方案比选初步采用优缺点列举法进行定性分析，然后采用加权评分法进行功能评价，并在此基础上进行价值分析，最终结合三种分析结果进行综合评选。

3.1 方案优缺点列举

首先进行定性分析，主要是采用优缺点列举法，即详细列出每一个方案在技术上、经济上的优缺点，进行综合分析比较。三种基坑围护方案优缺点比较分析如表1所示。

表1 基坑围护方案优缺点比较

单纯从优缺点比较，难以直观选择出最优方案，参加方案审查的专家意见也不尽统一，因此，进一步采用直接评分法和加权评分法对各方案功能价值进行比较分析。直接评分法就是根据各方案能够达到各项功能要求的程度进行评分，然后直接对每个方案的功能总分进行比较，选择功能得分最高的方案。此方案不足之处在于忽视了成本因素，因此，在工程设计方案比选时，往往将工程造价作为追加功能项进行评分，以全面考虑方案在技术上的可行性与经济上的合理性。

3.2 方案价值分析

价值比选的方法可分为两大类，即：功能成本法和功能指数法。功能成本法是用功能评价值与现实成本直接比对，比较适用于限额设计方案的优化和比选。本案采用功能指数法，又称相对值法，是将各方案的功能指数与各自的成本指数进行比较，得出各方案的价值指数。具体步骤如下：

（1）功能分析。在充分调查的基础上，选择方案最基本的功能进行比选。（2）功能评价。对功能进行量化评分，并确定功能的权重系数，计算功能评价值和功能指数。（3）成本分析。计算方案的成本和成本指数。（4）功能价值计算与分析。通过功能评价值与成本的比较或功能指数与成本指数的比较，计算出各方案功能的价值指数，并进行分析，选择最优方案以及功能成本改进方向。

3.2.1 功能分析

功能分析是价值工程活动的核心和基本内容，通过功能定义、功能整理，准确地掌握用户的功能要求，选出最基本的功能进行评价。本工程运用因素分析法，结合工程实际及方案特征，最终确定工程安全F1、施工技术F2、工程造价F3三个基本功能进入比选。工程安全主要是指方案设计对工程结构安全、施工安全的功能需求；施工技术主要是指方案设计在施工难易程度、质量、工期以及施工技术成熟度方面的功能需求；工程造价主要是指基坑围护方案造价以及对工程其它部分的投资增减。

3.2.2 功能计算

（1）计算功能得分

功能的评分采用德尔菲法，德尔菲法又称专家意见法，是将有关方案和评比方法函寄给有关专家，专家在互不商量的情况下对各方案的功能进行评分，并返回结果。评分标准是方案在功能需求上的实现程度，分为较差、一般、较好、好，对应的分值区间相应为 1～3 分、3～5 分、5～7 分、7～9分，对各专家的打分在去掉极值后取算术平均值作为最终得分。各方案功能得分如表2所示。

（2）计算功能重要性系数

功能重要性系数又称为功能评价系数，是指评价对象的功能在整体功能中所占的比率。本工程采用0-1强制评分法，即在专家意见调查审查的基础上，通过各功能重要性程度的比较，按照功能的重要程度一一对比打分，重要的打1分，相对不重要的打0分。为避免功能得0分，将各功能累计得分加1分进行修正，用修正后的总分分别去除各功能累计得分，得出功能重要性系数。各功能的重要性系数计算如表3所列。

表2 功能得分表

表3 功能重要性系数计算表

（3）计算功能指数

各方案功能加权得分以及功能指数如表4所列，需要强调的是各方案的功能得分不是各功能分值的简单相加，而是各功能的加权得分；功能指数即该方案功能得分在所有方案功能总分中所占的比重。计算公式分别如下：

各方案的加权得分中，拉锚式地连墙最高，肋板式地连墙次之，复合土钉墙最低，再进一步对各方案的功能价值指数进行比较分析以确定最优方案。

3.2.3 成本计算

各方案成本及成本指数如表5所列。首先根据相关定额及基础单价计算出各方案的总成本费用，再计算各方案的成本在所有方案成本中所占的比率。

3.2.4 价值指数计算

功能的价值用价值指数VI来表示，计算公式为：VI=FI/CI。计算结果如表6所示。

3.2.5 结果分析

价值指数的计算结果有以下三种情况：

（1）VI=1，此时评价对象的功能比重与成本比重大致平衡，可以认为功能需要与现实成本合理匹配。但这种结果几乎是理想状态，也是方案改进的期望方向。

（2）VI＜1，此时评价对象的成本比重大于其功能比重，即实现功能的成本偏高，方案不可取，需要进一步提升功能并降低成本。

（3）VI＞1，此时评价对象的成本比重小于其功能比重，即评价对象的功能很高，相对的成本却较低。

通过各方案功能的价值指数比较，拉锚式地连墙最高，复合土钉墙次之，肋板式地连墙最低。拉锚式地连墙与复合土钉墙功能价值指数VI＞1，说明方案理论上是可行的；而肋板式地连墙功能价值指数VI＜1，说明该方案不可行。拉锚式地连墙的功能加权得分是最高的，因此，综合优缺点分析、功能加权得分以及功能价值指数比较，拉锚式地连墙深基坑围护方案在工程安全、施工技术、工程造价方面的综合评价为最优方案。

表4 功能得分及功能指数计算表

表5 成本指数计算表

表6 价值指数计算表

4 方案改进

对价值指数VI＞1的评价对象可以进一步分析验算，检查评价对象目前所具有的功能是否超过其应具有的水平，即是否存在过剩功能。如果存在过剩功能，则需要进行改善，改善方向是降低功能水平，使得方案在满足功能的前提下成本最低。当然，还有一种情况是评价对象在技术、经济方面具有某些特性，功能很重要而成本却很少，如此则无需改进。经过进一步的设计优化，在确保工程安全的前提下，将原设计100 cm厚地下连续墙优化为80 cm厚，节省了混凝土和钢筋用量，既节约了资源又降低了造价。

5 方案评价

笔者应用价值工程的基本原理和方法，对睢宁二站深基坑围护方案进行了方案比选与设计优化，在满足工程必要功能的前提下，选择出技术上可行、经济上合理的最优方案。经实例验证，价值工程分析方法在深基坑围护方案比选中的应用是成功有效的，值得借鉴推广。

6 结语

（1）价值工程是功能与成本相结合、定性与定量相结合、技术与经济相结合的分析方法，在设计方案的比选应用中是行之有效的方法，有助于推进技术革新与进步，节约资源，节省工程投资。

（2）价值工程从定性分析到定量评比的过程中，仍然不可避免地带有主观性，需要结合其它因素和分析方法进行综合评价。

（3）目前，对价值工程在设计阶段的应用讨论相对较多，而在施工建设中的应用尚未引起足够的重视，相对理论研究与实际应用都较少；在大额投资的基本建设项目中应用多，而在小额投资的维修养护项目中应用少。其实，价值工程可以广泛应用在各类投资项目建设的各个阶段，大到施工方案设计，小到设备更新维护，都可以用价值工程进行应用分析，对提高工程质量、缩短工期、节约资源、降低成本均具有积极的意义。