基于价值工程的绿色节能建筑施工方案优选的应用研究

张珉+詹伟+艾永飞

摘要： 首先，总结了绿色施工特点，明确当前绿色施工存在管理模式落后、绿色建筑全寿命周期功能设计和成本考虑不足致使绿色建筑各阶段的方案优化、选择混乱的问题；然后从绿色施工特点出发，将价值工程引入绿色建筑施工中，确定绿色建筑功能指标和全寿命周期成本要素，进行价值分析实现方案的优化和优选。最后，以中国-丹麦科研教育中心绿色示范工程为例，介绍价值工程在绿色施工方案优选中的应用。

Abstract： Firstly， the characteristics of green building construction are summarized， and the current green building construction management faced with pattern backwardness and lack of functional requirements and life cycle cost concepts， which make construction scheme optimization and selection confusion are put forward. Next， the value engineering is used to green construction according to green building construction characteristics， and the functional requirements and life cycle cost factors of green building are clarified. Then the construction schemes are optimized and selected via value engineering. Finally， taking the example of green demonstration project of China - Denmark Research and Education Center， the application of value engineering theory in green construction is introduced.

关键词： 绿色建筑；施工方案优选；价值工程

Key words： green building；construction scheme optimization and selection；Value Engineering theory

中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）15-0050-04

0 引言

当下城市化进程加剧、基础建设量激增、节能减排及环境治理压力巨大等因素决定了中国建筑节能工作的重大意义和紧迫性[1]。然而，国内绿色施工大多采用传统方法，较少涉及绿色管理内容[2]，并且在施工中缺少对绿色建筑全寿命期功能性和成本方面的考虑，致使绿色建筑各阶段的方案优化、选择比较混乱[3]。如此重要的管理内容必然要求有好的方法做支撑。价值工程（Value Engineering）是通过经济技术的协同，对研究对象进行功能及成本分析，持续创新，旨在节省成本、提高价值的资源节约型管理技术和思想方法[4]，在国际上已有60余年实践，其低投入高回报的优势在制造业、农业、科研、工程方面取得很好的应用。因此，结合绿色建筑特点，将价值工程应用于绿色施工方案优化与选择，可为提高绿色施工效率提供一种新思路。

1 绿色节能建筑施工管理研究现状

绿色节能建筑施工是在保证工程安全、质量前提下，在施工中做到“四节一环保”，通过科学有效的技术和管理措施，优化用能结构、降低环境负面影响，以人为本，保障人员安全健康的施工方式[5]。结合绿色施工定义及国内外的绿色施工文献[2，6，7]，总结出绿色施工4个特点：

①以客户为中心，在满足传统目标的同时，考虑建筑的环境属性。绿色建筑的出发点是节约资源、保护环境，满足客户的需求，管理人员需要更多地了解用户的需求、偏好及施工过程对用户的影响，优先考虑环境属性，讲究与自然和谐相处。将环境破坏程度降到最低，将不利影响转换为有利影响，不仅要交付一个舒适健康的内部空间，还要一个和谐的外部环境，最终追求“天人合一”的目标。

②最大限度利用被动式节能设计（Passive Design）与可再生能源。在建筑的运营阶段需要尽量使用可再生的能源与自身的节能。可以在方案中提倡被动式建筑设计，通过建筑物本身收集、储蓄能量使得与周围环境形成自循环系统。被动式节能设计的方法有建筑朝向、保温、体形、遮阳、自然通风、采光等。另外在决策设计中也要合理利用光能、风能、地热等可再生能源。

③注重全局、全寿命期优化。绿色建筑从项目的策划、设计、施工、运营直到筑物拆除过程中追求的是全寿命周期范围内的建筑收益最大化，是一种全局的优化，这种优化不仅仅是总成本最低，还包括社会效益和环境效益最大化，采取技术经济措施，做到一次投入，全寿命期受益。

④重視创新，提倡新技术、新材料、新器械的应用。绿色建筑是一个技术的集成体，在实施过程中会遇到诸如能源优化、管线的优化、采光设计等的技术问题。这就需要利用多种先进技术、新材料及新器械，将同等单位的资源在同样的客观条件下，发挥更大的效能。国内外实践中应用较好的技术方法有BIM、采光技术、水资源回收利用等技术。

目前国内绿色施工多以传统的施工流程为基础，在应对绿色施工绿色节能、全寿命周期优化以及持续创新的特点时显得有些欠缺。选取国内外文献[8，9]及绿色建筑施工案例包括：北京某奥运场馆、深圳市康沃工业园、钦州市公安局指挥中心等进行深入研究。发现业主一般采用平行承发包的方式招标勘察、设计、施工、监理等单位，各方目标不一致，缺乏统一的绿色建筑成本节约目标和经济技术分析方法，致使很多勘察阶段的问题暴露在设计、施工、运营中，会增加返工补救措施，加之绿色节能指标和全寿命周期成本考虑不足，造成前期的方案优化、选择比较混乱，给后期的运营维护增添很大负担。因此，对绿色建筑施工方案进行优化是很有必要的。

2 价值工程在施工方案优化中的应用

目前绿色建筑施工与绿色建筑的需求不匹配，可以将施工流程向全寿命周期延伸，并考虑绿色功能和全寿命周期成本的均衡。鉴于价值工程强大的成本、功能分析，新方案创造及评估的作用，可从全寿命期的角度给出功能定义和成本的主要因素，确定绿色建筑的节能对象以及改进规划、设计、施工及维管等方案选择与改进，实现多目标约束下均衡、优化绿色管理内容。本文将价值工程方法引入绿色建筑施工方案的优化与选择。

2.1 价值工程的原理

价值工程中的价值是一个特定的概念， 它是功能与实现这一功能所耗成本的比值。其数学表达式为：

V=F/C（1）

其中：V 表示价值系数，F 表示功能系数， C表示成本系数。这一公式使功能和成本变成相互可比的数值，可以衡量工程、材料、构件等的功能与成本匹配问题，从而取得好的技术经济效果。一般存在5条提高价值的途径，见表1。

2.2 价值工程在绿色施工方案优化应用

价值工程的主要思想是整合现有资源，优化安排以获得最大价值，主旨是抓住和利用关键问题和主要矛盾，整合技术与经济手段，系统地解决问题和矛盾。因此，价值工程在绿色施工中主要用途有两方面：挑选出价值高、意义重大的问题，予以改进提升和方案比较、优选。其流程为：

①确定研究对象。在价值工程基础上常用的方法有ABC法和比较法而比较法，两种方法对比见表2。

②全壽命周期功能指标及成本指标定义。在确定研究对象之后，进行功能定义和成本分析。参照LEED标准[10]、绿色建筑评价标准[11]以及实践经验总结绿色建筑研究对象的功能的主要内容，见表3。价值工程理论一般将功能分为：基本功能、附属功能、上位功能以及假设功能[12]，基本功能关注的是使用价值和功能价值，即该产品能做什么；附属功能一般是辅助作用，一般是外观设计，关注的是产品还有其他什么功能；后两种功能超出产品本身，一般不在功能分析里讨论。

全寿命周期成本一般包括：初期投入成本和后期的维护运营成本[4]。细化来看初期成本包括：直接费（原材料费用、人工费、设备费用）、间接费、税金等；后期的运营费包括：管理费、燃料动力费、大修费、定期维护保养费、拆除回收费等。

③恶劣环境下样品试验。由于建筑物的绿色特性，在设计施工中常常会用到一些新材料、构件，此时需进行样品加工、交检，经检验员对样品进行恶劣环境下如高温曝晒、干燥、潮湿、酸碱等环境下试验，由质监员根据样品的性能指标做最终评审，并记录各项实验指标。

④价值分析。对研究对象进行价值分析，可以有效地避免功能过剩和功能不足。在计算价值系数时，需要进行功能分析确定F，成本计算确定C。

对于功能系数，首先根据功能定义，在试验中确定指标的大小，然后通过专家评判确定指标所占权重，最后计算功能系数，假设研究对象包含n个功能指标，为x1，x2，…xi…，对应的权重为w1，w2，…wi…则：

对于成本系数，需要先收集影响指标，然后确定指标大小以及所占权重，通过归一化处理得到无量纲数据，最后计算成本系数C：

C=C前期+C维护（6）

其中，C代表成本系数，C前期代表初期投入的成本，C维护为后期运营维护的成本，成本系数也是无量纲数据。结合式（1）、式（2）、式（3）、式（4）（或式（5））及式（6）可以计算各方案的价值系数，然后对价值量进行分析。

⑤方案评价及选择。依据样品试验以及所求的价值系数，利用价值工程原理对已有方案进行价值提升或者对于新方案进行优选。

3 案例应用

3.1 工程概况

中国-丹麦科研教育中心绿色示范工程为丹麦全额捐建，是其在中国投资的第一个科研教育建设项目，面积10865.48m2，工程造价为9310万元，由中铁建工集团总承包，从项目决策、设计、施工过程中严格落实LEED的绿色施工要求，项目部本着可持续发展的理念精心策划，科学组织绿色施工。工程集科研教育、教学、公寓于一体的综合性微能耗建筑，工程以其节能低耗环保而被称为“会呼吸的建筑”。从全寿命周期角度出发，在策划阶段初期就介入项目论证，参与了建筑策划、设计、施工等过程，应用价值工程进行关键问题改进优化和新技术、材料、机械等方案优选。在策划阶段将价值工程方法应用到高价值方案的审核；在设计阶段大到主体和各绿色方案，小到各单项工程、构件的对比，方案的优化与选择，如采光、通风被动式节能方案优化；在施工阶段可以将价值工程应用到绿色材料、新技术工艺的选用，通过对比，试制，确定可行方案以及选取关键主要的节能对象予以方案改进，比如天花吊顶材料、TABS管等材料选取，编织状耐候钢遮阳板施工工艺优化等。在之后的运营维护阶段，价值工程还可以用于运营维护方案的优化以及关键故障的维修。以下对价值工程在天花吊顶方案优选的应用做重点介绍。

3.2 价值工程在天花吊顶绿色材料方案选择的应用

天花吊顶施工方案根据丹麦设计风格及其设计特点、工艺要求、使用功能要求进行设计及深化改进。最初有兩种方案：方案1为木制天花，材料为松木聚合件，松木的生长周期长、木材的质地柔韧，而且本身的阴阳色分布均匀，美观、环保；方案2是竹天花，材料为南方的毛竹，利用竹材本身，做简单处理，其中竹材繁殖能力强、速度快、直径小、壁薄、木质素、纤维素组成特殊。以下对价值工程在两种方案中对比选优进行阐述：

3.2.1 圆形木桶天花功能系数计算

天花吊顶是一种特殊的装饰结构，包含诸多功能属性。借鉴文献[13，14]及实践中材料选择所用的功能标准，选取了F1到F9的功能指标，其中，F1到F7为基本功能，F8，F9为附属功能。通过对业主、项目部、设计部门以及供货商代表进行调查，采用专家打分法对功能满意程度进行打分，见表4；然后确认各功能的重要性系数，如表5；结合表4与表5的内容，对应相乘得表6功能得分。

根据式（2）求得：方案1的功能系数F1=8.35；方案2的功能系数F2=6.88。

归一化后：F1=0.548，F2=0.452。

从方案功能系数得分上看方案1要比方案2得分高，但从功能构成上看，方案1松木天花在环保、绿色及节能属性上不如竹天花，这和竹制天花是原竹加工，而松木天花是经过聚合加工有关，然而这也导致在其余属性上竹天花不如松木天花；从功能指标重要性上看，项目参与方认为材料的稳定性是最重要的，整体性、防火、防潮以及施工简易程度上也是比较重要的，竹天花选材使用的是南方的毛竹，对北方干燥的气候适应性不如松木，容易开裂，导致其在稳定性和整体性方面得分较低，同时，竹天花生产加工厂商少，属于定制产品，货源供应不充足，也增加了施工的难度。

3.2.2 圆形木桶天花成本系数计算

在充分考虑了方案1与方案2的材料成本、运输成本、施工成本以及运维保养成本后，采用竹天花的单位成本要高于圆形木桶天花，两方案的成本系数为：C1=0.429，C2=0.571。

3.2.3 圆形木桶天花价值功能系数计算

根据式（1）可求得：V1=F1/C1=0.548/0.429=1.279；

V2=F2/C2=0.452/0.571=0.791。

根据价值工程原理，方案1的价值系数大于1，说明各项功能重要程度要大于成本；方案2的价值系数小于1，说明成本的重要程度是高于功能。从两方案的实际成本以及项目利益相关方对两方案功能的评价上可以看出松木圆形木桶天花方案价格和功能上都要胜出，为物优价廉的材料，因此在施工中选用方案1。图1为天花吊顶的情况，图1（左）为吊顶的装饰效果图，图1（中）为天花单元的效果图，图1（右）为所选松木天花圆筒组件的实物图。

4 结语

梳理了绿色节能建筑施工特点，明确了当前绿色建筑施工对从全寿命周期的功能设计和成本考虑方面的不足；从绿色建筑施工特点出发，将价值工程引入到传统施工中，对施工方案进行优化和选择；通过在中国-丹麦科研教育中心绿色示范工程中的应用，取得了很好的效果。在对绿色施工方案优选的基础上，可进一步对其他关键问题进行深入研究，比如绿色节能建筑施工的管理模式，施工的进度、费用、信息、风险的协同管理以及知识管理等，从而提高绿色节能建筑施工的管理水平，为绿色节能建筑施工做好示范先导作用，为后续项目提供借鉴。

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