价值工程在水利水电工程优化设计中的应用

陈燕萍，赵　楠，昝　鹏

（四川水利职业技术学院，成都 611231）

近年来，我国开展了大量的农村小水电工程，许多工程建设项目经常出现比较严重的“三超”问题，即“决算超过预算，预算超过概算，概算超过估算”。一是由于中小型项目建设规模小，建设周期短，常常忽略对各阶段的造价管理工作，使其没有细致地开展起来；二是因为中小型项目投资费用相对较少，当“三超”问题出现时，发生偏差的费用占总投资计划额的比例反而较大。所以，在资金有限而建设项目又不能怠慢的情况下，我们更应注重造价管理在水利水电工程建设项目中的科学合理应用。水利工程造价管理强调的是项目整个生命周期的管理，其中对投资费用影响最大的则是初步设计阶段的工程造价管理活动。本文就将通过对项目初步设计阶段的造价管理活动展开应用研究。

一、项目简介

四川省松潘县红土水电站，为单一径流引水式电站，位于小姓沟流域，该流域包括燕云、红土、镇江关3所水电站。根据相关设计规范及国家标准，本工程属Ⅳ等小（1）型工程。

根据初步设计阶段完成的概算测算和经济评价，工程总投资为31 087.25万元，经济内部收益率为9.85%，经济净现值5 111万元，说明修建本电站经济上是合理可行的。红土水电站和该流域另外两个梯级电站相比，时间和地域的差异都不大，但这两所水电站的经济评价指标均优于红土水电站。因此，红土水电站的设计方案尚需优化。

二、成本影响因素分析

为了进一步探讨红土水电站优化设计的具体落脚点，这里通过ABC分析法找出对成本影响最大的因素。ABC分类法（ActivityBased Classification），是经济管理中常用的分析方法，由意大利经济学家维尔弗雷多·帕累托首创。应用到红土水电站中，基于原设计概算，通过费用所占比例来使用ABC分类法，占总费用60%以上的划为A类，10%～60%的划为B类，10%以下的划为C类。首先，以初步设计概算的总概算表为依据，整个工程的工程部分的静态投资概算费用为26 539.94万元。其中，我们把1—5部分的概算费用列入下表，占静态总投资60%以上的划为A类，10%～60%的划为B类，10%以下的划为C类。

表1　工程部分各子项目概算费用表

从上页表1中可以看到，所占概算费用比例最高的就是建筑工程费用，占68.76%，划分为A类对象，因此将其设定为优化设计的一级研究对象，然后继续在建筑工程中划分出单项工程、分部工程和分项工程，三次使用ABC分类法（如表2所示），依次可以得到，引水工程属于单项工程中的A类对象，被选定为优化设计的二级对象；引水隧洞工程属于分部工程中的A类对象，将其作为优化设计的三级研究对象；石方洞挖工程为分项工程中的A类对象，将其作为优化设计的四级研究对象，也就是本次优化设计的入手点。

表2　建筑工程各级A类对象

三、价值工程的应用

（一）优化设计方案的提出

根据红土水电站初步设计方案的成本分析，此次优化设计考虑缩短隧洞的长度或减小断面尺寸，都将有效减小石方洞挖的工程量。通过对现场的再次踏勘并比较之后，最终确定将隧洞建设工程沿着小姓河的左岸开始进行布置，调整后的隧洞的长度约为17 071.74米，比原设计方案减少了1 500m。另一方面，基于二次勘探所获取的左岸地质条件更优，水工专业技术人员对引水隧洞的断面尺寸重新设计，给出两个备选优化方案。

方案A的优化设计要点包括：（1）引水隧洞无压段断面宽度减少20cm，高度减少20cm，断面面积15.76m2。（2）喷混凝土衬砌部分宽度不变，高度减少20cm。Ⅰ型断面衬砌厚度减少10cm，Ⅱ型断面衬砌厚度不变，Ⅲ型断面衬砌厚度不变。（3）有压段隧洞断面面积不变。Ⅰ型断面衬砌厚度减少10cm，Ⅱ型断面衬砌厚度不变。

方案B的优化设计要点包括：（1）引水隧洞无压断面宽度减少30cm，高度减少20cm，断面面积15.29 m2。（2）喷混凝土衬砌部分宽度不变，高度减少20cm。Ⅰ型断面衬砌厚度减少10cm，Ⅱ型断面衬砌厚度不变，Ⅲ型断面衬砌厚度不变。（3）有压段隧洞断面面积不变。Ⅰ型断面衬砌厚度减少5cm。Ⅱ型断面衬砌厚度减少10cm。

两个优化设计的方案都有三个分部分项工程的工程量出现了增多，所以需综合所有子项目的合价再总体分析，方案A和方案B引水隧洞的造价分别与引水隧洞的设计概算比较结果（如表3所示），两个备选方案的造价均低于原设计概算费用。但本次优化设计并未单纯以限额设计的结果为选择标准，而是结合项目的使用需求和功能的构建，接下来工程技术人员结合工程实际严格按照价值工程活动的程序，将价值工程理论应用于本工程的设计方案。

表3　优化方案与原初步设计方案造价比较表　（单位：万元）

（二）功能分析

在对项目进行价值工程的主要功能分析步骤时，首先要组建价值工程项目研究小组，主要涉及到的成员包括：项目经理、设计负责人、概算专业组长、水工专业组长、施工专业组长，分析时小组成员采用头脑风暴法共同讨论。通过讨论确定对于单一引水隧洞设计而言，应具备的设计功能如下：稳定性 F1、安全性 F2、可实施性 F3、耐用性 F4、可维修性F5。

在功能分析中，由价值工程研究小组成员共同确定其各种功能的权重。项目经理、设计负责人、造价管理专员、水工专业组长、施工专业组长评价的权重分别设定为25%、35%、25%、10%和5%，每一位评分专家对功能的权重进行打分，采用的分制为10分制。其中，各功能重要性系数=（0.25×F项目经理+0.35×F设计负责人+0.25×F造价专员+0.1×F水工组长+0.05×F施工组长）/10。按照此公式进行计算，计算结果（见表4），对于该引水隧洞设计功能的重要性从大到小依次为：稳定性 F1、安全性 F2、可实施性 F3、时间性 F4、可维修性F5。

表4　引水隧洞功能重要性系数

（三）方案设计与评价

接下来价值工程小组对这两个方案各个功能的满足程度进行功能价值评分，得分采用十分制加权评分，得出功能评价系数（见下页表5）。

项目的寿命周期成本C由生产成本C1和使用及维护成本C2组成。生产成本C1取为引水隧洞的建设期成本，经过限额设计的论证，方案A的概算造价为14 083.73万元，方案B的概算造价为13 737.97万元。两个方案的造价，除石方洞挖工程考虑了围岩比例变化的影响外，各工程单价中所依据的基础单价，仍沿用原设计概算中的价格指数。根据国家统计局发布的各月物价指数，原设计概算的编制时间同年6月的CPI指数为102.9，现优化设计编制时间6月的CPI指数为106.4。以原设计概算的编制时间同年6月为价格计算基期，由时间变化带来的价格上涨影响的价格影响指数为106.4/102.9=1.034。

使用及维护成本取为引水隧洞运行期的维护费用，考虑期限为10年，折现率10%，折现系数6.1446。根据以下公式计算两个方案的成本系数（见下页表6）。

再根据下列公式分别计算两个方案的功能系数、成本系数、价值系数，计算结果（见下页表7）。

表5　方案功能评分及功能评价系数表

表6　成本系数计算表

根据价值工程的结论，方案A的价值系数为1.0069，高于方案B的价值系数0.9929。尽管方案B的造价更低，但A方案的价值系数最大，说明A方案各个单项功能要求均满足需要，具有功能强而造价优的特点，性价比更高，更能满足业主对项目的功能需求和费用需求的要求。因此，A方案最终被选为此次优化设计的最佳方案。

表7　方案价值系数表

四、结论

工程造价管理强调的是建设全过程的管理，其中设计阶段的费用虽然仅占项目总投资的1%左右，却决定着约70%以上的项目投资额。限额设计法在水利水电工程中应用较为广泛，本文所述红土水电站在进行优化设计时，首先也应用了限额设计法，以初步设计概算作为控制限额来进行新的方案设计，两个备选方案的概算费用均低于原设计概算费用，也就表明两个备选方案在技术与经济上达到了平衡的状态。

在本次优化设计中，随即又在方案选择时展开了价值工程法，这在水利水电工程项目的建设过程中，尤其是像红土水电站这样的小（1）型项目，应用的工程实例更少。价值工程小组通过对备选方案地认真论证与计算，按照价值工程的计算公式严格计算，最终选定了技术经济更为合理的A方案。确定方案以后，再展开其他各个单项工程的设计工作，这样便大大减少了设计工作量，加快了设计进度。将科学的造价管理方法应用于水利水电行业，则是缩小这些差距的有效手段。基于小规模的农田水利工程的重复性，这些方法也值得在其他类似项目中进行量化推广。

参考文献：

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[4]黄凤岗.谈限额设计对水利水电工程造价的控制[J].中国水能及电气化，2013，(11).