工程設(shè)計(jì)方案比選依據(jù)探討

馮婉冬 （安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230088）

1 設(shè)計(jì)方案比較依據(jù)

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，工程技術(shù)已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)的一個(gè)不可分割的部分，經(jīng)濟(jì)學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)工程技術(shù)的進(jìn)步，工程經(jīng)濟(jì)學(xué)是研究工程技術(shù)與經(jīng)濟(jì)之間關(guān)系的一門(mén)學(xué)科，它的核心過(guò)程是對(duì)工程技術(shù)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的最佳方案。工程經(jīng)濟(jì)學(xué)的產(chǎn)生是為了解決從經(jīng)濟(jì)理論角度對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行選擇而提出的。方案比較性原理與方法是工程經(jīng)濟(jì)學(xué)研究中普遍采用的一項(xiàng)基本原理與方法。工程經(jīng)濟(jì)學(xué)把定性研究和定量研究結(jié)合起來(lái)，并采用各種數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)，并在綜合分析比較中選擇最優(yōu)的方案。

如何選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，是工程設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，既要考慮實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，又要考慮安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保并且滿足施工工期要求。所以，要在這幾方面權(quán)衡，就有一個(gè)最優(yōu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。依據(jù)工程經(jīng)濟(jì)學(xué)中技術(shù)方案選擇理論，也是多年的工程實(shí)踐的總結(jié)，通常采用幾種方法。首先是直覺(jué)優(yōu)化法，分為直覺(jué)選擇和直覺(jué)判斷，前者是根據(jù)有限的幾個(gè)方案，經(jīng)過(guò)初步的分析計(jì)算按照指標(biāo)好壞來(lái)選擇最優(yōu)方案；后者是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)知識(shí)，不需要分析計(jì)算就做出判斷。這種方法取決于工程師的廣泛而豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。其次是試驗(yàn)優(yōu)化法。當(dāng)對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)不是很清楚或?qū)ζ涫┕そ?jīng)驗(yàn)不足，各項(xiàng)指標(biāo)高低難以分清，就需要根據(jù)模型試驗(yàn)來(lái)分析確定結(jié)果，以此尋找最優(yōu)方案；再次是根據(jù)經(jīng)濟(jì)分析比較選擇優(yōu)化方案；最后是采用計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算為特征，選擇最優(yōu)化方案。這幾種方法都是當(dāng)前工程設(shè)計(jì)方案比選中最常用的方法。

2 案例分析

在此以牛嶺水庫(kù)工程中的擋水壩段方案比較為例，來(lái)闡述質(zhì)量、安全、工期、投資及環(huán)境的關(guān)系。

牛嶺水庫(kù)位于安徽省涇縣西南青弋江支流徽水河中下游。水庫(kù)壩址距縣城約23.0km，水庫(kù)總庫(kù)容為1.67億m3，最大壩高59.0m。水庫(kù)規(guī)模為大（2）型水庫(kù)，工程等別為Ⅱ等，其主要由混凝土重力壩擋水壩段、泄水壩段、發(fā)電引水壩段、魚(yú)道等主要建筑物組成。

該水庫(kù)已納入規(guī)劃的172項(xiàng)重大水利工程之一。工程主要任務(wù)為：以防洪為主，結(jié)合供水，兼顧發(fā)電、灌溉等綜合利用。水庫(kù)建成后，與陳村水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用，配套建設(shè)青弋江治理工程，可將涇縣縣城防洪標(biāo)準(zhǔn)提高至50年一遇，對(duì)保障下游防洪安全及促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

牛嶺水庫(kù)主要建筑物之一為攔河壩，根據(jù)選定的壩軸線處河床寬度、左右岸臺(tái)地寬度、壩址河谷寬高比及壩址區(qū)出露巖石的壩基巖性不均一等因素，綜合考慮壩址的地形、地質(zhì)條件，初擬混凝土重力壩和面板堆石壩兩個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較。

首先進(jìn)行壩型可比工程量及投資比較，詳見(jiàn)下表。

從兩種壩型方案的可比投資看，下壩線重力壩方案為30580萬(wàn)元，面板堆石壩方案為34942萬(wàn)元，比重力壩方案投資多4362萬(wàn)元，重力壩壩型在投資上明顯優(yōu)于面板堆石壩。

項(xiàng)目名稱攔河壩/溢洪道放水隧洞/引水隧洞鋼筋、鋼材工程永久占地開(kāi)采區(qū)生態(tài)恢復(fù)可比投資土石方開(kāi)挖土石方填筑壩體混凝土及鋼筋混凝土砌石帷幕灌漿固結(jié)灌漿土石方開(kāi)挖石方洞挖進(jìn)出/襯砌鋼筋混凝土固結(jié)灌漿單位m3 m3 m3 m3 m m m3 m3 m3 m t hm2 hm2萬(wàn)元混凝土重力壩417000/350021/4216 20800/ / / /4075 3 13.5 30580面板堆石壩748745 857509 35359 28222 4894 1835 29692 19382 8105 2534 2181 10 32 34942

從地形條件看，左岸臺(tái)地平緩，適合于布置溢洪道，有利于混凝土面板堆石壩方案；但左岸平緩臺(tái)地布置混凝土連接壩也很方便。從地質(zhì)條件看，覆蓋層厚度以及風(fēng)化深度變化不大，雖然混凝土重力壩對(duì)地質(zhì)條件的要求高于混凝土面板堆石壩，但右岸的地質(zhì)條件仍能滿足建壩要求。因此就地形、地質(zhì)條件比較，兩種壩型無(wú)顯著差別。

從工程總體布置上看，重力壩方案可將引水道置于壩身，廠房置于壩后左岸，交通方便，建筑物布置緊湊，運(yùn)行管理方便。面板堆石壩方案發(fā)電引水系統(tǒng)采用牛嶺隧洞引水式布置，廠房壩下布置于下游5.2km，建筑物布置分散，運(yùn)行管理不便。

從建筑物安全性看，混凝土重力壩安全性高，我國(guó)重力壩較多，具有豐富的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，不存在重大技術(shù)難題。面板壩安全性較混凝土重力壩低，尤其采用軟巖料填筑，壩體易產(chǎn)生不均勻沉降，引起混凝土面板斷裂，降低面板的安全度。

從施工條件看，混凝土重力壩建筑物布置比較集中，壩體施工場(chǎng)地和上壩運(yùn)輸路線可以互不干擾，施工的靈活性大，風(fēng)險(xiǎn)性小。從施工導(dǎo)流及度汛方面看，重力壩壩型比面板壩壩型優(yōu)越得多。面板堆石壩的壩基開(kāi)挖量較小，但壩體填筑施工對(duì)壩料要求嚴(yán)格，壩體上游混凝土面板采用滑模技術(shù)施工，設(shè)備簡(jiǎn)單，質(zhì)量可靠。

從工期看，混凝土重力壩主體工程施工工期約2年2個(gè)月，面板壩方案主體工程施工工期約3年。混凝土重力壩方案可以提前發(fā)電10個(gè)月，提前產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

從工程占地看，混凝土重力壩方案工程總體布置簡(jiǎn)單、協(xié)調(diào)、緊湊，占地小。面板壩方案溢洪道、廠房布置分散，增加了工程永久占地。

從對(duì)環(huán)境影響程度看，面板壩方案濫洪道開(kāi)挖棄碴達(dá)52萬(wàn)m3，重力壩方案壩基開(kāi)挖量較面板堆石壩棄碴量小。

上述二種方案比較看，混凝土重力壩方案工程投資較省；總體布置緊湊，泄水建筑物布置及運(yùn)用靈活，運(yùn)行管理方便；施工工期較短；對(duì)工程區(qū)環(huán)境影響小。

較面板堆石壩方案工程投資較大；樞紐下泄流量大，泄洪建筑物布置協(xié)調(diào)性差；壩體填筑量大，填筑強(qiáng)調(diào)高，施工干擾大，運(yùn)行管理不便，施工工期較長(zhǎng)；度墻總體布置緊湊，泄水建筑物布置及運(yùn)用靈活，運(yùn)行管理方便；對(duì)工程區(qū)環(huán)境影響較大。通過(guò)上述幾方面比較，混凝土重力壩明顯優(yōu)于面板堆石壩，故最終確定主壩壩型為混凝土重力壩。

這是一個(gè)直覺(jué)優(yōu)化法和經(jīng)濟(jì)分析比較優(yōu)化法的融合，在此工程方案比較中得到了很好的應(yīng)用。牛嶺水庫(kù)工程壩型方案比較，屬于比較理想的目標(biāo)，具備高質(zhì)量、低風(fēng)險(xiǎn)、低投資、短工期、優(yōu)環(huán)境。但目前很多工程項(xiàng)目都不能達(dá)到這一理想目標(biāo)，往往是低投資、長(zhǎng)工期、高風(fēng)險(xiǎn)；或高質(zhì)量、高投資、優(yōu)環(huán)境。

3 結(jié)語(yǔ)

工程經(jīng)濟(jì)理論作為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，應(yīng)用和方法的研究已經(jīng)得到了進(jìn)一步的深化和完善，工程經(jīng)濟(jì)理論在工程設(shè)計(jì)方案比較中起著很大的作用。工程經(jīng)濟(jì)學(xué)方法論，闡述了多方案之間的關(guān)系類型及其可比性理論。不同行業(yè)項(xiàng)目的工程方案研究?jī)?nèi)容不同，水利水電工程項(xiàng)目經(jīng)常需要研究壩址、壩型、壩體建筑結(jié)構(gòu)、壩基處理等。其質(zhì)量、安全、工期、投資及環(huán)境之間的關(guān)系必須加以分析研究。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，任何一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，都必須作好前期工作,做好工程方案比較工作，工程方案的好壞對(duì)工程經(jīng)濟(jì)性影響很大，甚至對(duì)工程的預(yù)期都會(huì)產(chǎn)生影響。因此，工程設(shè)計(jì)中的方案比較是一項(xiàng)非常重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容。