基于價值工程的水庫除險加固設計方案優化

汪文萍

（湖南水利水電職業技術學院長沙市410131）

基于價值工程的水庫除險加固設計方案優化

汪文萍

（湖南水利水電職業技術學院長沙市410131）

結合實際工程，對某水庫除險加固工程設計方案進行優化，基于價值工程理論，利用成本模型和帕累托分配原則確定研究對象，建立功能模型進行功能成本分析，通過采用DARE法計算項目的功能價值系數。將研究對象的成本分析子項功能列為待優化項，經過方案優化，得到價值系數為1.0的優化方案。提出了適用于水庫除險加固成本分析的功能結構圖，對水庫除險加固具有一定的參考價值和指導意義。

水庫除險加固設計方案價值工程功能分析

我國是世界上建成土石壩水庫最多的國家之一，到目前為止，全國各地已經建成各類水庫8.7萬座，其中土石壩水庫的數量占所有大壩總量的90%。我國的土石壩大都修建于20世紀50～70年代，受當時的科學技術水平、經濟條件以及運行管理水平的限制，造成許多土石壩水庫先天不足。再加上長年的運行大都沒有得到良好的維修養護，以及水庫外部環境條件和工程基本條件發生了很大變化，有相當部分水庫不同程度存在防洪標準低，水庫上游迎水面護坡破損、壩身損毀、溢洪道老化等問題而成為病險水庫。因此，2011年中央發布的一號文件作出了“加快水利改革發展的決定”，決定加快病險水庫除險加固步伐，全面消除水庫安全隱患[1]。

水庫除險加固方案設計作為初設的重要組成部分，貫穿于項目建設全過程，尤其考慮到水利工程的復雜性和除險加固的各異性，設計方案要突出重點，長期以來大部分水庫除險加固業主將控制成本的主要精力放在施工階段的審核施工圖預算、結算建安工程價款，忽略了設計在工程項目中對全階段的影響。根據水庫除險加固項目的實際經驗，設計費一般占建設項目全壽命費用的6%左右，但正是這6%的設計費用的效果對建設工程造價有很大的影響。由此可見除險加固設計方案對整個項目的效益至關重要。

本文立足于實際工程，從項目初設階段開始，進行以設計價值為指導的方案設計，引入以系統思維為特征和關注項目復雜性的價值工程理論，逐步剖析功能—成本分析步驟，為業主提供一種操作性強的決策和優化模型，對其他水庫除險加固項目有一定的借鑒意義。

1 價值工程概述

1.1 價值工程的定義

價值工程是美國通用電氣公司采購的工程師L.D.Miles于1947年創立的[2]，是一門科學管理技術。它從經濟和技術兩方面相結合的角度來研究如何提高產品、系統或服務的價值，降低其成本以取得良好的技術經濟效果，是一種謀求最佳技術經濟效益、符合客觀實際的有效方法[3]。

我國在1987年頒布了《價值工程基本術語和一般工作程序》（GB 8223-87）。其中，價值工程是通過各相關領域的協作，對所研究對象的功能與費用進行系統分析，不斷優化創新，旨在提高研究對象價值的管理技術和思想方法；價值工程的目的是力求以最低壽命周期成本實現使用者所需的功能，獲取最佳的綜合效益。

1.2 三個核心概念

價值工程的表達式為：V=F/C，式中V表示價值，F為功能，C為成本。

（1）價值。價值工程的創始人L.D.Miles認為“一種產品或者服務如果有適當的功能和成本，一般就會被認為其擁有好價值”[4]，從價值工程的表達式可以看出，價值是功能與成本之間的比例關系，從廣義的角度還可以認為建設的項目或產品的價值滿足了用戶的主觀愿望需求，即：價值=滿足需求/所用資源。

從公式V=F/C，可以得出5種提高價值的途徑，見表1。

表1 提高價值的5種途徑

（2）功能。功能對于物品來說就是它的用途或效用；對于作業或方法來說就是它到達到的目的或所起的作用，總之，功能就是對象滿足某種需求的一種屬性。例如，水庫除險加固的主要功能是除險加固。

（3）成本。成本就是項目建設所需要的人力、物力和財力資源。價值工程研究的成本是項目壽命周期費用，可以使不同階段的壽命周期，也可以是全壽命周期。價值工程中最關注功能目標的成本計算，與現實成本比較，采用表1中減低成本的方式增加項目的價值。

2 工程實例

2.1 陰坡水庫除險加固工程概況

陰坡水庫位于湖南省懷化市，該水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪和養殖的小（Ⅰ）型水利工程。主壩壩型為均質壩，設計最大壩高30.00 m。副壩壩型為均質壩，壩高15.44 m，距離麻陽縣城52.0 km。水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、灌溉涵洞等建筑物組成，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級。該工程主要控灌麻陽縣文昌閣鄉的1 429 hm2（2 144畝）水田，水庫養魚水面為7.33 hm2（110畝）。該水庫大壩一旦潰決失事，下游人口1 500人、耕地300 hm2（4 500畝）將受到嚴重威脅，潰壩后果非常嚴重。

工程存在的主要問題為：主壩內、外壩坡上部較陡，主壩和副壩壩基及岸坡處理不徹底，壩基及壩肩均存在滲漏問題。主壩上游壩坡浪蝕現象嚴重，排水棱體局部存在變形破壞，上下游壩坡穩定不滿足規范要求。主壩壩頂高程不滿足擋洪要求。灌溉涵洞使用多年，老化嚴重，臥管鑄鐵閘門老化，啟閉不便。溢洪道至今尚未完成，不能滿足規范要求。該水庫大壩安全鑒定結論評價為三類壩，需要進行除險加固工作。

初設階段原方案為：對主壩及副壩壩基及壩肩進行帷幕灌漿處理，壩體進行沖抓回填；對主壩、副壩上下游壩坡進行加固，上游坡設預制混凝土六棱塊護坡，下游坡草皮護坡，并設排水溝；新修灌溉隧洞和臥管，并增加放水啟閉設施；整修加固溢洪道，并新修消能設施；增加大壩安全監測和水文觀測設施，完善通訊設施；改造防汛公路和新建防汛倉庫。

應業主要求，為驗證除險加固初設方案的技術可行性，現利用價值工程對除險加固發難投資的成本進行分析，并進一步從樞紐布置上提出優化方案。

2.2 對象選擇

進行價值工程分析時，對象選擇的方法主要有：生命周期法、經驗法、成本模型法、百分比法、ABC法、決策樹法、帕累托分析法和強制確定法等[5]，根據水庫除險加固工程項目特點，采用成本模型法中的初始成本模型，參考設項目設計專家的經驗，綜合分析確定研究對象。現將陰坡水庫除險加固各分部建設費用列入表2，由表2可知，建筑工程的成本費用占總費用的89.1%，造價最高。故而選擇從除險加固的建筑工程方案調整和優化入手。

2.3 功能分析

功能分析，是價值工程的關鍵步驟和核心技術，對研究對象的功能的大小以及功能之間的重要性關系進行量化分析，同時對實現該工程的目標成本和現實成本進行比較分析，得出可能通過改進設計對象的功能而降低成本或不降低成本而改進該項功能的方案[6]。

表2 陰坡水庫各部分工程費用清單

2.3.1 功能整理

利用WBS將陰坡水庫除險加固項目的建筑工程進行對象細分，然后進一步應用價值工程技術，經過設計專家的討論和分析，對陰坡水庫除險加固工程的建筑工程進行功能和結構的定義與整合，得出其功能結構圖，如附圖。其中，整理出防洪、灌溉、防滲、堅固耐用3項一級功能和7項二級功能。

附圖陰坡水庫除險加固功能圖

2.3.2 DARE法計算除險加固項目功能價值系數

根據設計專家評分計算出陰坡水庫除險加固工程各項功能的重要性倍數比，確定其暫定重要性系數，采用DARE法計算功能系數，計算結果見表3所示。

再將陰坡水庫除險加固工程的各項目成本分配到4個一級子項功能，得到各項功能成本Ci，利用公式計算成本系數，計算結果如表4所示。

從計算結果來看，F3項子功能的價值系數V3小于1，說明此時評價對象的成本投入高于其功能程度，表明目前此方案在F3這一功能上成本偏高，應作為改進對象；F4子項功能的價值系數V4雖然低于1，但是其基本接近1，不做改動；F1、F2子項功能的價值系數V1、V2大于1，說明評價對象的成本比重小于其功能的重要程度，但是考慮到V2的值遠遠大于1，也將其列為改進的對象。

2.4 設計方案調整和優化

設計團隊根據以上分析，提出優化方案：將沖抓回填加土工膜防滲改為粘土固化灌漿，同時在隧洞出口出修建50 m混凝土明渠。優化方案的建筑工程成本分析見表5、表6。

表3 功能系數表

表4 原方案建筑工程成本分析

3 結論

（1）提出適用于水庫除險加固的成本分析模型，給出了水庫除險加固建筑工程的功能結構圖。結合水庫出現加固的特點，選擇初始成本模型用于基于價值工程分析的水庫除險加

汪文萍（1969-），女，碩士，副教授、高級工程師，從事水利職業教育工作，E-mail：wwp4081643@163.com。