工程设计方案比选依据探讨

冯婉冬 （安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥 230088）

1 设计方案比较依据

随着社会生产力的发展，工程技术已经成为经济的一个不可分割的部分，经济学的发展离不开工程技术的进步，工程经济学是研究工程技术与经济之间关系的一门学科，它的核心过程是对工程技术方案进行经济分析与评价，选择技术先进、经济合理的最佳方案。工程经济学的产生是为了解决从经济理论角度对技术方案进行选择而提出的。方案比较性原理与方法是工程经济学研究中普遍采用的一项基本原理与方法。工程经济学把定性研究和定量研究结合起来，并采用各种数据分析评价，并在综合分析比较中选择最优的方案。

如何选择最优设计方案，是工程设计过程中经常遇到的问题，既要考虑实现设计功能，又要考虑安全、经济、环保并且满足施工工期要求。所以，要在这几方面权衡，就有一个最优设计问题。依据工程经济学中技术方案选择理论，也是多年的工程实践的总结，通常采用几种方法。首先是直觉优化法，分为直觉选择和直觉判断，前者是根据有限的几个方案，经过初步的分析计算按照指标好坏来选择最优方案；后者是根据经验和直觉知识，不需要分析计算就做出判断。这种方法取决于工程师的广泛而丰富的设计经验。其次是试验优化法。当对设计项目结构不是很清楚或对其施工经验不足，各项指标高低难以分清，就需要根据模型试验来分析确定结果，以此寻找最优方案；再次是根据经济分析比较选择优化方案；最后是采用计算机的数值计算为特征，选择最优化方案。这几种方法都是当前工程设计方案比选中最常用的方法。

2 案例分析

在此以牛岭水库工程中的挡水坝段方案比较为例，来阐述质量、安全、工期、投资及环境的关系。

牛岭水库位于安徽省泾县西南青弋江支流徽水河中下游。水库坝址距县城约23.0km，水库总库容为1.67亿m3，最大坝高59.0m。水库规模为大（2）型水库，工程等别为Ⅱ等，其主要由混凝土重力坝挡水坝段、泄水坝段、发电引水坝段、鱼道等主要建筑物组成。

该水库已纳入规划的172项重大水利工程之一。工程主要任务为：以防洪为主，结合供水，兼顾发电、灌溉等综合利用。水库建成后，与陈村水库联合运用，配套建设青弋江治理工程，可将泾县县城防洪标准提高至50年一遇，对保障下游防洪安全及促进区域经济社会可持续发展具有重要作用。

牛岭水库主要建筑物之一为拦河坝，根据选定的坝轴线处河床宽度、左右岸台地宽度、坝址河谷宽高比及坝址区出露岩石的坝基岩性不均一等因素，综合考虑坝址的地形、地质条件，初拟混凝土重力坝和面板堆石坝两个方案进行技术经济综合比较。

首先进行坝型可比工程量及投资比较，详见下表。

从两种坝型方案的可比投资看，下坝线重力坝方案为30580万元，面板堆石坝方案为34942万元，比重力坝方案投资多4362万元，重力坝坝型在投资上明显优于面板堆石坝。

项目名称拦河坝/溢洪道放水隧洞/引水隧洞钢筋、钢材工程永久占地开采区生态恢复可比投资土石方开挖土石方填筑坝体混凝土及钢筋混凝土砌石帷幕灌浆固结灌浆土石方开挖石方洞挖进出/衬砌钢筋混凝土固结灌浆单位m3 m3 m3 m3 m m m3 m3 m3 m t hm2 hm2万元混凝土重力坝417000/350021/4216 20800/ / / /4075 3 13.5 30580面板堆石坝748745 857509 35359 28222 4894 1835 29692 19382 8105 2534 2181 10 32 34942

从地形条件看，左岸台地平缓，适合于布置溢洪道，有利于混凝土面板堆石坝方案；但左岸平缓台地布置混凝土连接坝也很方便。从地质条件看，覆盖层厚度以及风化深度变化不大，虽然混凝土重力坝对地质条件的要求高于混凝土面板堆石坝，但右岸的地质条件仍能满足建坝要求。因此就地形、地质条件比较，两种坝型无显著差别。

从工程总体布置上看，重力坝方案可将引水道置于坝身，厂房置于坝后左岸，交通方便，建筑物布置紧凑，运行管理方便。面板堆石坝方案发电引水系统采用牛岭隧洞引水式布置，厂房坝下布置于下游5.2km，建筑物布置分散，运行管理不便。

从建筑物安全性看，混凝土重力坝安全性高，我国重力坝较多，具有丰富的设计、施工、运行经验，不存在重大技术难题。面板坝安全性较混凝土重力坝低，尤其采用软岩料填筑，坝体易产生不均匀沉降，引起混凝土面板断裂，降低面板的安全度。

从施工条件看，混凝土重力坝建筑物布置比较集中，坝体施工场地和上坝运输路线可以互不干扰，施工的灵活性大，风险性小。从施工导流及度汛方面看，重力坝坝型比面板坝坝型优越得多。面板堆石坝的坝基开挖量较小，但坝体填筑施工对坝料要求严格，坝体上游混凝土面板采用滑模技术施工，设备简单，质量可靠。

从工期看，混凝土重力坝主体工程施工工期约2年2个月，面板坝方案主体工程施工工期约3年。混凝土重力坝方案可以提前发电10个月，提前产生经济效益。

从工程占地看，混凝土重力坝方案工程总体布置简单、协调、紧凑，占地小。面板坝方案溢洪道、厂房布置分散，增加了工程永久占地。

从对环境影响程度看，面板坝方案滥洪道开挖弃碴达52万m3，重力坝方案坝基开挖量较面板堆石坝弃碴量小。

上述二种方案比较看，混凝土重力坝方案工程投资较省；总体布置紧凑，泄水建筑物布置及运用灵活，运行管理方便；施工工期较短；对工程区环境影响小。

较面板堆石坝方案工程投资较大；枢纽下泄流量大，泄洪建筑物布置协调性差；坝体填筑量大，填筑强调高，施工干扰大，运行管理不便，施工工期较长；度墙总体布置紧凑，泄水建筑物布置及运用灵活，运行管理方便；对工程区环境影响较大。通过上述几方面比较，混凝土重力坝明显优于面板堆石坝，故最终确定主坝坝型为混凝土重力坝。

这是一个直觉优化法和经济分析比较优化法的融合，在此工程方案比较中得到了很好的应用。牛岭水库工程坝型方案比较，属于比较理想的目标，具备高质量、低风险、低投资、短工期、优环境。但目前很多工程项目都不能达到这一理想目标，往往是低投资、长工期、高风险；或高质量、高投资、优环境。

3 结语

工程经济理论作为一门独立的学科，应用和方法的研究已经得到了进一步的深化和完善，工程经济理论在工程设计方案比较中起着很大的作用。工程经济学方法论，阐述了多方案之间的关系类型及其可比性理论。不同行业项目的工程方案研究内容不同，水利水电工程项目经常需要研究坝址、坝型、坝体建筑结构、坝基处理等。其质量、安全、工期、投资及环境之间的关系必须加以分析研究。随着社会经济的发展，任何一项工程设计，都必须作好前期工作,做好工程方案比较工作，工程方案的好坏对工程经济性影响很大，甚至对工程的预期都会产生影响。因此，工程设计中的方案比较是一项非常重要的设计内容。