基于价值工程的水库除险加固设计方案优化

汪文萍

（湖南水利水电职业技术学院长沙市410131）

基于价值工程的水库除险加固设计方案优化

汪文萍

（湖南水利水电职业技术学院长沙市410131）

结合实际工程，对某水库除险加固工程设计方案进行优化，基于价值工程理论，利用成本模型和帕累托分配原则确定研究对象，建立功能模型进行功能成本分析，通过采用DARE法计算项目的功能价值系数。将研究对象的成本分析子项功能列为待优化项，经过方案优化，得到价值系数为1.0的优化方案。提出了适用于水库除险加固成本分析的功能结构图，对水库除险加固具有一定的参考价值和指导意义。

水库除险加固设计方案价值工程功能分析

我国是世界上建成土石坝水库最多的国家之一，到目前为止，全国各地已经建成各类水库8.7万座，其中土石坝水库的数量占所有大坝总量的90%。我国的土石坝大都修建于20世纪50～70年代，受当时的科学技术水平、经济条件以及运行管理水平的限制，造成许多土石坝水库先天不足。再加上长年的运行大都没有得到良好的维修养护，以及水库外部环境条件和工程基本条件发生了很大变化，有相当部分水库不同程度存在防洪标准低，水库上游迎水面护坡破损、坝身损毁、溢洪道老化等问题而成为病险水库。因此，2011年中央发布的一号文件作出了“加快水利改革发展的决定”，决定加快病险水库除险加固步伐，全面消除水库安全隐患[1]。

水库除险加固方案设计作为初设的重要组成部分，贯穿于项目建设全过程，尤其考虑到水利工程的复杂性和除险加固的各异性，设计方案要突出重点，长期以来大部分水库除险加固业主将控制成本的主要精力放在施工阶段的审核施工图预算、结算建安工程价款，忽略了设计在工程项目中对全阶段的影响。根据水库除险加固项目的实际经验，设计费一般占建设项目全寿命费用的6%左右，但正是这6%的设计费用的效果对建设工程造价有很大的影响。由此可见除险加固设计方案对整个项目的效益至关重要。

本文立足于实际工程，从项目初设阶段开始，进行以设计价值为指导的方案设计，引入以系统思维为特征和关注项目复杂性的价值工程理论，逐步剖析功能—成本分析步骤，为业主提供一种操作性强的决策和优化模型，对其他水库除险加固项目有一定的借鉴意义。

1 价值工程概述

1.1 价值工程的定义

价值工程是美国通用电气公司采购的工程师L.D.Miles于1947年创立的[2]，是一门科学管理技术。它从经济和技术两方面相结合的角度来研究如何提高产品、系统或服务的价值，降低其成本以取得良好的技术经济效果，是一种谋求最佳技术经济效益、符合客观实际的有效方法[3]。

我国在1987年颁布了《价值工程基本术语和一般工作程序》（GB 8223-87）。其中，价值工程是通过各相关领域的协作，对所研究对象的功能与费用进行系统分析，不断优化创新，旨在提高研究对象价值的管理技术和思想方法；价值工程的目的是力求以最低寿命周期成本实现使用者所需的功能，获取最佳的综合效益。

1.2 三个核心概念

价值工程的表达式为：V=F/C，式中V表示价值，F为功能，C为成本。

（1）价值。价值工程的创始人L.D.Miles认为“一种产品或者服务如果有适当的功能和成本，一般就会被认为其拥有好价值”[4]，从价值工程的表达式可以看出，价值是功能与成本之间的比例关系，从广义的角度还可以认为建设的项目或产品的价值满足了用户的主观愿望需求，即：价值=满足需求/所用资源。

从公式V=F/C，可以得出5种提高价值的途径，见表1。

表1 提高价值的5种途径

（2）功能。功能对于物品来说就是它的用途或效用；对于作业或方法来说就是它到达到的目的或所起的作用，总之，功能就是对象满足某种需求的一种属性。例如，水库除险加固的主要功能是除险加固。

（3）成本。成本就是项目建设所需要的人力、物力和财力资源。价值工程研究的成本是项目寿命周期费用，可以使不同阶段的寿命周期，也可以是全寿命周期。价值工程中最关注功能目标的成本计算，与现实成本比较，采用表1中减低成本的方式增加项目的价值。

2 工程实例

2.1 阴坡水库除险加固工程概况

阴坡水库位于湖南省怀化市，该水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪和养殖的小（Ⅰ）型水利工程。主坝坝型为均质坝，设计最大坝高30.00 m。副坝坝型为均质坝，坝高15.44 m，距离麻阳县城52.0 km。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、灌溉涵洞等建筑物组成，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。该工程主要控灌麻阳县文昌阁乡的1 429 hm2（2 144亩）水田，水库养鱼水面为7.33 hm2（110亩）。该水库大坝一旦溃决失事，下游人口1 500人、耕地300 hm2（4 500亩）将受到严重威胁，溃坝后果非常严重。

工程存在的主要问题为：主坝内、外坝坡上部较陡，主坝和副坝坝基及岸坡处理不彻底，坝基及坝肩均存在渗漏问题。主坝上游坝坡浪蚀现象严重，排水棱体局部存在变形破坏，上下游坝坡稳定不满足规范要求。主坝坝顶高程不满足挡洪要求。灌溉涵洞使用多年，老化严重，卧管铸铁闸门老化，启闭不便。溢洪道至今尚未完成，不能满足规范要求。该水库大坝安全鉴定结论评价为三类坝，需要进行除险加固工作。

初设阶段原方案为：对主坝及副坝坝基及坝肩进行帷幕灌浆处理，坝体进行冲抓回填；对主坝、副坝上下游坝坡进行加固，上游坡设预制混凝土六棱块护坡，下游坡草皮护坡，并设排水沟；新修灌溉隧洞和卧管，并增加放水启闭设施；整修加固溢洪道，并新修消能设施；增加大坝安全监测和水文观测设施，完善通讯设施；改造防汛公路和新建防汛仓库。

应业主要求，为验证除险加固初设方案的技术可行性，现利用价值工程对除险加固发难投资的成本进行分析，并进一步从枢纽布置上提出优化方案。

2.2 对象选择

进行价值工程分析时，对象选择的方法主要有：生命周期法、经验法、成本模型法、百分比法、ABC法、决策树法、帕累托分析法和强制确定法等[5]，根据水库除险加固工程项目特点，采用成本模型法中的初始成本模型，参考设项目设计专家的经验，综合分析确定研究对象。现将阴坡水库除险加固各分部建设费用列入表2，由表2可知，建筑工程的成本费用占总费用的89.1%，造价最高。故而选择从除险加固的建筑工程方案调整和优化入手。

2.3 功能分析

功能分析，是价值工程的关键步骤和核心技术，对研究对象的功能的大小以及功能之间的重要性关系进行量化分析，同时对实现该工程的目标成本和现实成本进行比较分析，得出可能通过改进设计对象的功能而降低成本或不降低成本而改进该项功能的方案[6]。

表2 阴坡水库各部分工程费用清单

2.3.1 功能整理

利用WBS将阴坡水库除险加固项目的建筑工程进行对象细分，然后进一步应用价值工程技术，经过设计专家的讨论和分析，对阴坡水库除险加固工程的建筑工程进行功能和结构的定义与整合，得出其功能结构图，如附图。其中，整理出防洪、灌溉、防渗、坚固耐用3项一级功能和7项二级功能。

附图阴坡水库除险加固功能图

2.3.2 DARE法计算除险加固项目功能价值系数

根据设计专家评分计算出阴坡水库除险加固工程各项功能的重要性倍数比，确定其暂定重要性系数，采用DARE法计算功能系数，计算结果见表3所示。

再将阴坡水库除险加固工程的各项目成本分配到4个一级子项功能，得到各项功能成本Ci，利用公式计算成本系数，计算结果如表4所示。

从计算结果来看，F3项子功能的价值系数V3小于1，说明此时评价对象的成本投入高于其功能程度，表明目前此方案在F3这一功能上成本偏高，应作为改进对象；F4子项功能的价值系数V4虽然低于1，但是其基本接近1，不做改动；F1、F2子项功能的价值系数V1、V2大于1，说明评价对象的成本比重小于其功能的重要程度，但是考虑到V2的值远远大于1，也将其列为改进的对象。

2.4 设计方案调整和优化

设计团队根据以上分析，提出优化方案：将冲抓回填加土工膜防渗改为粘土固化灌浆，同时在隧洞出口出修建50 m混凝土明渠。优化方案的建筑工程成本分析见表5、表6。

表3 功能系数表

表4 原方案建筑工程成本分析

3 结论

（1）提出适用于水库除险加固的成本分析模型，给出了水库除险加固建筑工程的功能结构图。结合水库出现加固的特点，选择初始成本模型用于基于价值工程分析的水库除险加

汪文萍（1969-），女，硕士，副教授、高级工程师，从事水利职业教育工作，E-mail：wwp4081643@163.com。