基于價值工程的工業建筑功能設計質量評價方法研究

程浩

摘 要：工業建筑的功能設計涵蓋結構、工藝設備、裝飾裝修、建筑基礎等，為量化評價設計結果的質量，引入灰色層次綜合評價法，通過構造灰色評價指標體系、分配指標權重、制定評分等級、獲取評分矩陣等步驟，形成通用性的評價模式。同時，根據價值工程的基本原理，在功能和成本之間建立關聯，確定設計中的不合理性，進而實施改進。

關鍵詞：價值工程；工業建筑；功能設計；質量評價

中圖分類號：TU27? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）06-0116-04

0 引言

工業建筑的功能較為復雜，其設計方案關系到建筑物的運行、造價以及安全性。在設計實踐中，既要保證工業建筑的各類功能，又要盡量降低其全生命周期成本，符合價值工程的基本原理。因此，建立一套評價功能設計質量的方法，對實現以上目標具有良好的促進作用。

1 構建工業建筑功能設計質量評價指標體系

1.1 指標體系構建依據

工業建筑功能設計必須滿足相關技術規范，因而可根據結構、防火、抗震等各個方面的技術規范確定功能設計質量評價的指標體系，具體包括GB 50352-2019《民用建筑設計統一標準》、GB 50016-2014《建筑設計防火規范》、SH/T3017-2013《石油化工生產建筑設計規范》、GB 50223-2008《建筑工程抗震設防分類標準》等[1]。

1.2 功能設計質量評價指標體系構建結果

工業建筑類型多樣，其核心功能通常存在較大的差異。在功能設計質量評價中，主要針對各類建筑的通用性功能設計制定評價指標，具體可分為以下5種類型。

1.2.1 結構設計質量評價指標

結構設計的質量不僅決定了工業建筑的功能實現效果，還對其承重性、抗震性、耐久性等產生深遠的影響。應將結構設計作為工業建筑功能設計質量評價的一級指標，其附屬的二級指標如圖1所示。

以結構抗震性為例，GB 50223-2008《建筑工程抗震設防分類標準》中明確規定了建筑抗震設防的四種類別，涵蓋特殊設防（甲類）、重點設防（乙類）、標準設防（丙類）以及適度設防（丁類），該標準對采煤、礦山生產和采油類工業建筑的抗震設防標準提出了具體要求[2]。

1.2.2建筑基礎設計質量評價指標

工業建筑中可能存在危險化學品、可燃物、有毒氣體等，因而對建筑物的安全性提出了較高的要求。建筑地基是決定地面構筑物穩定性和安全性的重要因素，成為功能設計質量評價的重點。將地基基礎作為一級評價指標，其對應的二級指標為地基形式、地基承載力、地基抗震性等。

以基礎形式為例，常用的地基類型為樁基礎、地下連續墻、 復合地基，其適用范圍、承載能力存在一定差異，在功能設計中應評價地基形式的與實際情況的契合度。

1.2.3 工藝設備設計質量評價指標

工業建筑具有特定的生產功能，如化工產品制造、煉油、機械裝備制造等，生產工藝及設備是功能設計的核心內容，將工藝及生產設備作為功能設計質量評價的一級指標，其對應的二級指標為生產工藝、生產設備、配套設備、工藝流程組織。常見的生產設備包括電動機、反應釜、罐體，電氣照明、通風機械屬于典型的配套輔助設備。

1.2.4 裝飾裝修設計質量評價指標

裝飾裝修是工業建筑功能設計的重要組成部分，相關設計內容為建筑物外立面、屋面、地坪、內墻以及頂棚。將裝飾裝修作為一級指標，其對應的二級指標為材料環保性、防火性以及保溫性，裝飾成品的耐磨性及環境耐久性，裝飾成品的美觀性及舒適性。

1.2.5 經濟節能設計質量評價指標

經濟性和節能性是工業建筑功能設計的隱含條件，也是企業控制運營成本的重要途徑。將二者合并為同一個指標，稱為經濟節能性，其對應的二級指標為建筑物總面積、建筑密度、容積率、綠地率、總概算、節能性、車位數量。

以節能性為例，《綠色工業建筑評價導則》中從節能、節材、節水、污染物控制、職業健康等方面對其實施評價，要求工業建筑的能耗至少要達到同行業的清潔生產標準。

2 基于價值工程的工業建筑功能設計質量評價及改進方法

2.1 工業建筑功能設計質量評價方法

2.1.1 質量評價方法及其實施流程

在工業建筑功能設計質量評價中，關鍵是制定一整套科學的量化評價方法，并要求該方法具備通用性，能夠滿足不同指標的評價需求。本研究中采用灰色層次綜合評價法，其基本原理如下。

2.1.1.1 構造灰色評價指標體系

根據上文構建的指標體系，將其分為3個層次。目標層為工業建筑的功能設計，中間層為各個一級評價指標，包括結構設計、基礎設計、工藝設備設計、經濟節能設計以及裝飾裝修設計，最后一層為指標層，涵蓋各類二級評價指標，如采光、通風、工藝系統、總概算等[3]。

將中間層記為集合U，其中任意一個元素表示為Ui，i∈{1，2，3，4，5}。將指標層記為集合C，則其中任意一個元素可表示為Cij，其中i表示中間層評價指標的編號，j代表指標層評價指標的序號，有j∈{1，2，3，...，n}。

2.1.1.2 指標權重分配

各個評價指標對工業建筑功能設計的重要性、影響程度存在差異，因而要據此為其分配合理的權重，為后續的量化評價奠定良好的基礎。常用的權重分配方法為專家打分、AHP（層次分析法）、模糊層次分析法。在該環節采用第3種方法為指標分配權重，實施過程分為6個步驟。

第一個步驟是根據工業建筑的特點，由建設單位、設計單位、施工單位、政府部門、工程專家等組成專業的評審團隊，對指標層和中間層進行打分，對比各個指標的相對重要程度，給出合理的分值，要求每一層指標分值之和為1.0。

第二個步驟是利用各個指標的模糊值構造模糊矩陣。每一個中間層的下一層都含有多個評價指標，在模糊值計算中，應該對同一中間層的下級評價指標進行兩兩對比。例如，在工業建筑結構設計的二級指標中進行兩兩比較，評價其對結構設計的重要性。指標的模糊值計算可采用三角模糊數，再將相關數值整合成一個矩陣，模糊矩陣記為Ai。

2.1.1.8 計算評價等級的量化取值范圍

不同專家對同一指標的評價結果可能不一致，為說明問題，此處對專家評價的結果采用統一的分值，其評價意見也完全相同。為各個評價等級設置分值上限和下限，形成分值區間，差、及格、中、良、優對應的分值區間分別為[2.5，3）、[3，3.5）、[3.5，4）、[4，4.5）、[4.5，5]。

當專家評分為5分時，按照以上模型計算的綜合分值為4.3250，當專家評分為4.5分時，以上模型計算的綜合分值為4.1746，于是評價等級“優”（e=1）的綜合評價取值范圍為4.1746～4.3250。表1為灰色層次綜合評價法處理后的評價等級取值范圍。

2.1.2 質量評價方法應用實例

以國內某城市的工業產業園為分析對象，按照灰色層次綜合評價法對其主體結構設計開展質量評價，針對該一級指標選取六個二級指標，分別為層高、采光、使用面積系數、平面布局和造型、通風、建筑節能。六個一級指標的權重計算結果分別為0.1504、0.1825、0.0902、0.2082、0.1105、0.2582。將評價等級的初始化向量記為C，按照從低到高的順序，則有C=（5，4，3，2，1）。指標的綜合評價結果為B=（0.4638，0.3677，0.0636，0.1051，0.0000），以矩陣相乘的方式計算出結構設計的功能質量評價分值，結果S為4.208。根據表1，該項目結構設計功能的質量評價等級為1級，達到優秀水平。

2.2 基于價值工程的工業建筑功能設計改進方法

2.2.1 價值工程的基本原理

工業建筑的全生命周期包括設計、建造、使用、運維以及報廢，價值工程理論要求在其生命周期內盡可能降低各個階段的成本，達到效益最大化[5]。顯然，工業建筑的功能設計與價值工程理念存在一定的對立性。因為實現良好的功能需要更高水平的設計，其材料消耗往往更多，導致成本增加。反之，過度追求價值有可能降低功能設計，引起質量隱患。

在價值工程理念下，應該實現功能設計與價值追求之間的平衡。將產品價值、性能分別記為V、F，實現產品性能消耗的生命周期成本記為C，則有V=F/C。根據該公式，降低生命周期成本同時提升產品性能是主要的改進方向。可通過建立功能-成本指標，開展量化評價，找出不合理的功能設計。

2.2.2 基于價值工程的功能設計改進方法

基于價值功能的功能設計改進方法分4步實施。

2.2.2.1 計算各個功能的權重

該步驟是工業建筑功能設計質量評價的重要組成部分，在上文中已經闡述了實現方法，此處不再贅述。

2.2.2.2 計算工業建筑的功能成本系數

功能-成本指標決定于設計方案中的人工、機械、材料、施工方法、環境。例如，購買施工材料是建筑工程的主要成本，材料的品質也會影響工業建筑的功能實現。先求出以上各個分項的成本，包括材料費、機械費、人工費，項目措施管理費可分解為施工方法和環境的成本，再按照式（9）求出各分項的成本系數。每一項建筑功能的設計與實現都存在人、機、材等五項成本。

式中，將第i項指標的成本記為ci，其對應的成本系數記為Ci。

2.2.2.3 計算價值系數

求得某一設計功能的成本系數Ci，將工業建筑功能設計質量評價中的指標灰色評價系數作為性能系數，代入V=F/C中，求出對應的價值系數。

2.2.2.4 確定功能設計優化改進的方向

根據經驗，V的計算結果通常分為兩類，V＞1表明設計方案更加強調經濟性，對成本投入不足，制約了工業建筑的功能設計空間。如果V＜1，說明設計方案更加重視功能，導致成本過高。當|V-1|越大時，說明偏離程度越嚴重。因此，可根據V與1的關系，判斷哪些設計功能不夠合理，并確定其優化改進的方向。

2.2.3基于價值工程的功能設計質量改進實例

按照以上方法評價某電子信息產業園的功能設計質量，求得功能-成本指標的價值系數，如表2所示。從中可知，該產業園暖通空調工程和節能設計的價值系數遠低于1，說明其功能設計與成本不匹配，投入了較高的成本，但并未達到同等程度的功能。配套設備的價值系數和1的偏離程度較大，超出部位為0.9785，表明配套設備存在過高的設計冗余。

以節能設計改進為例，在價值工程理念下，既要提高工業建筑的節能效果，又要控制改造成本。該項目原有節能措施包括設置外墻和屋面保溫層、合理控制窗墻比、安裝保溫鋁合金窗戶等。成本過高的主要原因是保溫材料性能優異，但工程造價偏高。原設計保溫材料為巖棉保溫板、無氟聚氨酯金屬復合保溫板。改進方案為替換原設計保溫材料，在滿足保溫效果的基礎上使用價格相對較低的保溫材料，如EPS聚苯板、XPS擠塑聚苯板、保溫砂漿等。

3 結束語

灰色層次綜合評價法是一種具有較大應用價值的量化分析評價工具，其實施要點包括構建指標體系、分配權重、設定評價灰類、求得灰色評價系數等，該方法可用于評價工業建筑功能設計的質量。價值工程理念要求在保證設計功能的前提下實現成本最小化，計算出功能設計的價值，根據該數值確定投資成本與功能之間的匹配性，進而確定優化設計的方向。

參考文獻

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