基于价值工程的工业建筑功能设计质量评价方法研究

程浩

摘 要：工业建筑的功能设计涵盖结构、工艺设备、装饰装修、建筑基础等，为量化评价设计结果的质量，引入灰色层次综合评价法，通过构造灰色评价指标体系、分配指标权重、制定评分等级、获取评分矩阵等步骤，形成通用性的评价模式。同时，根据价值工程的基本原理，在功能和成本之间建立关联，确定设计中的不合理性，进而实施改进。

关键词：价值工程；工业建筑；功能设计；质量评价

中图分类号：TU27                                文献标识码：A                                   文章编号：2096-6903（2023）06-0116-04

0 引言

工业建筑的功能较为复杂，其设计方案关系到建筑物的运行、造价以及安全性。在设计实践中，既要保证工业建筑的各类功能，又要尽量降低其全生命周期成本，符合价值工程的基本原理。因此，建立一套评价功能设计质量的方法，对实现以上目标具有良好的促进作用。

1 构建工业建筑功能设计质量评价指标体系

1.1 指标体系构建依据

工业建筑功能设计必须满足相关技术规范，因而可根据结构、防火、抗震等各个方面的技术规范确定功能设计质量评价的指标体系，具体包括GB 50352-2019《民用建筑设计统一标准》、GB 50016-2014《建筑设计防火规范》、SH/T3017-2013《石油化工生产建筑设计规范》、GB 50223-2008《建筑工程抗震设防分类标准》等[1]。

1.2 功能设计质量评价指标体系构建结果

工业建筑类型多样，其核心功能通常存在较大的差异。在功能设计质量评价中，主要针对各类建筑的通用性功能设计制定评价指标，具体可分为以下5种类型。

1.2.1 结构设计质量评价指标

结构设计的质量不仅决定了工业建筑的功能实现效果，还对其承重性、抗震性、耐久性等产生深远的影响。应将结构设计作为工业建筑功能设计质量评价的一级指标，其附属的二级指标如图1所示。

以结构抗震性为例，GB 50223-2008《建筑工程抗震设防分类标准》中明确规定了建筑抗震设防的四种类别，涵盖特殊设防（甲类）、重点设防（乙類）、标准设防（丙类）以及适度设防（丁类），该标准对采煤、矿山生产和采油类工业建筑的抗震设防标准提出了具体要求[2]。

1.2.2建筑基础设计质量评价指标

工业建筑中可能存在危险化学品、可燃物、有毒气体等，因而对建筑物的安全性提出了较高的要求。建筑地基是决定地面构筑物稳定性和安全性的重要因素，成为功能设计质量评价的重点。将地基基础作为一级评价指标，其对应的二级指标为地基形式、地基承载力、地基抗震性等。

以基础形式为例，常用的地基类型为桩基础、地下连续墙、 复合地基，其适用范围、承载能力存在一定差异，在功能设计中应评价地基形式的与实际情况的契合度。

1.2.3 工艺设备设计质量评价指标

工业建筑具有特定的生产功能，如化工产品制造、炼油、机械装备制造等，生产工艺及设备是功能设计的核心内容，将工艺及生产设备作为功能设计质量评价的一级指标，其对应的二级指标为生产工艺、生产设备、配套设备、工艺流程组织。常见的生产设备包括电动机、反应釜、罐体，电气照明、通风机械属于典型的配套辅助设备。

1.2.4 装饰装修设计质量评价指标

装饰装修是工业建筑功能设计的重要组成部分，相关设计内容为建筑物外立面、屋面、地坪、内墙以及顶棚。将装饰装修作为一级指标，其对应的二级指标为材料环保性、防火性以及保温性，装饰成品的耐磨性及环境耐久性，装饰成品的美观性及舒适性。

1.2.5 经济节能设计质量评价指标

经济性和节能性是工业建筑功能设计的隐含条件，也是企业控制运营成本的重要途径。将二者合并为同一个指标，称为经济节能性，其对应的二级指标为建筑物总面积、建筑密度、容积率、绿地率、总概算、节能性、车位数量。

以节能性为例，《绿色工业建筑评价导则》中从节能、节材、节水、污染物控制、职业健康等方面对其实施评价，要求工业建筑的能耗至少要达到同行业的清洁生产标准。

2 基于价值工程的工业建筑功能设计质量评价及改进方法

2.1 工业建筑功能设计质量评价方法

2.1.1 质量评价方法及其实施流程

在工业建筑功能设计质量评价中，关键是制定一整套科学的量化评价方法，并要求该方法具备通用性，能够满足不同指标的评价需求。本研究中采用灰色层次综合评价法，其基本原理如下。

2.1.1.1 构造灰色评价指标体系

根据上文构建的指标体系，将其分为3个层次。目标层为工业建筑的功能设计，中间层为各个一级评价指标，包括结构设计、基础设计、工艺设备设计、经济节能设计以及装饰装修设计，最后一层为指标层，涵盖各类二级评价指标，如采光、通风、工艺系统、总概算等[3]。

将中间层记为集合U，其中任意一个元素表示为Ui，i∈{1，2，3，4，5}。将指标层记为集合C，则其中任意一个元素可表示为Cij，其中i表示中间层评价指标的编号，j代表指标层评价指标的序号，有j∈{1，2，3，...，n}。

2.1.1.2 指标权重分配

各个评价指标对工业建筑功能设计的重要性、影响程度存在差异，因而要据此为其分配合理的权重，为后续的量化评价奠定良好的基础。常用的权重分配方法为专家打分、AHP（层次分析法）、模糊层次分析法。在该环节采用第3种方法为指标分配权重，实施过程分为6个步骤。

第一个步骤是根据工业建筑的特点，由建设单位、设计单位、施工单位、政府部门、工程专家等组成专业的评审团队，对指标层和中间层进行打分，对比各个指标的相对重要程度，给出合理的分值，要求每一层指标分值之和为1.0。

第二个步骤是利用各个指标的模糊值构造模糊矩阵。每一个中间层的下一层都含有多个评价指标，在模糊值计算中，应该对同一中间层的下级评价指标进行两两对比。例如，在工业建筑结构设计的二级指标中进行两两比较，评价其对结构设计的重要性。指标的模糊值计算可采用三角模糊数，再将相关数值整合成一个矩阵，模糊矩阵记为Ai。

2.1.1.8 计算评价等级的量化取值范围

不同专家对同一指标的评价结果可能不一致，为说明问题，此处对专家评价的结果采用统一的分值，其评价意见也完全相同。为各个评价等级设置分值上限和下限，形成分值区间，差、及格、中、良、优对应的分值区间分别为[2.5，3）、[3，3.5）、[3.5，4）、[4，4.5）、[4.5，5]。

当专家评分为5分时，按照以上模型计算的综合分值为4.3250，当专家评分为4.5分时，以上模型计算的综合分值为4.1746，于是评价等级“优”（e=1）的综合评价取值范围为4.1746～4.3250。表1为灰色层次综合评价法处理后的评价等级取值范围。

2.1.2 质量评价方法应用实例

以国内某城市的工业产业园为分析对象，按照灰色层次综合评价法对其主体结构设计开展质量评价，针对该一级指标选取六个二级指标，分别为层高、采光、使用面积系数、平面布局和造型、通风、建筑节能。六个一级指标的权重计算结果分别为0.1504、0.1825、0.0902、0.2082、0.1105、0.2582。将评价等级的初始化向量记为C，按照从低到高的顺序，则有C=（5，4，3，2，1）。指标的综合评价结果为B=（0.4638，0.3677，0.0636，0.1051，0.0000），以矩阵相乘的方式计算出结构设计的功能质量评价分值，结果S为4.208。根据表1，该项目结构设计功能的质量评价等级为1级，达到优秀水平。

2.2 基于价值工程的工业建筑功能设计改进方法

2.2.1 价值工程的基本原理

工业建筑的全生命周期包括设计、建造、使用、运维以及报废，价值工程理论要求在其生命周期内尽可能降低各个阶段的成本，达到效益最大化[5]。显然，工业建筑的功能设计与价值工程理念存在一定的对立性。因为实现良好的功能需要更高水平的设计，其材料消耗往往更多，导致成本增加。反之，过度追求价值有可能降低功能设计，引起质量隐患。

在价值工程理念下，应该实现功能设计与价值追求之间的平衡。将产品价值、性能分别记为V、F，实现产品性能消耗的生命周期成本记为C，则有V=F/C。根据该公式，降低生命周期成本同时提升产品性能是主要的改进方向。可通过建立功能-成本指标，开展量化评价，找出不合理的功能设计。

2.2.2 基于价值工程的功能设计改进方法

基于价值功能的功能设计改进方法分4步实施。

2.2.2.1 计算各个功能的权重

该步骤是工业建筑功能设计质量评价的重要组成部分，在上文中已经阐述了实现方法，此处不再赘述。

2.2.2.2 计算工业建筑的功能成本系数

功能-成本指标决定于设计方案中的人工、机械、材料、施工方法、环境。例如，购买施工材料是建筑工程的主要成本，材料的品质也会影响工业建筑的功能实现。先求出以上各个分项的成本，包括材料费、机械费、人工费，项目措施管理费可分解为施工方法和环境的成本，再按照式（9）求出各分项的成本系数。每一项建筑功能的设计与实现都存在人、机、材等五项成本。

式中，将第i项指标的成本记为ci，其对应的成本系数记为Ci。

2.2.2.3 计算价值系数

求得某一设计功能的成本系数Ci，将工业建筑功能设计质量评价中的指标灰色评价系数作为性能系数，代入V=F/C中，求出对应的价值系数。

2.2.2.4 确定功能设计优化改进的方向

根据经验，V的计算结果通常分为两类，V＞1表明设计方案更加强调经济性，对成本投入不足，制约了工业建筑的功能设计空间。如果V＜1，说明设计方案更加重视功能，导致成本过高。当|V-1|越大时，说明偏离程度越严重。因此，可根据V与1的关系，判断哪些设计功能不够合理，并确定其优化改进的方向。

2.2.3基于价值工程的功能设计质量改进实例

按照以上方法评价某电子信息产业园的功能设计质量，求得功能-成本指标的价值系数，如表2所示。从中可知，该产业园暖通空调工程和节能设计的价值系数远低于1，说明其功能设计与成本不匹配，投入了较高的成本，但并未达到同等程度的功能。配套设备的价值系数和1的偏离程度较大，超出部位为0.9785，表明配套设备存在过高的设计冗余。

以节能设计改进为例，在价值工程理念下，既要提高工业建筑的节能效果，又要控制改造成本。该项目原有节能措施包括设置外墙和屋面保温层、合理控制窗墙比、安装保温铝合金窗户等。成本过高的主要原因是保温材料性能优异，但工程造价偏高。原设计保温材料为岩棉保温板、无氟聚氨酯金属复合保温板。改进方案为替换原设计保温材料，在满足保温效果的基础上使用价格相对较低的保温材料，如EPS聚苯板、XPS挤塑聚苯板、保温砂浆等。

3 结束语

灰色层次综合评价法是一种具有较大应用价值的量化分析评价工具，其实施要点包括构建指标体系、分配权重、设定评价灰类、求得灰色评价系数等，该方法可用于评价工业建筑功能设计的质量。价值工程理念要求在保证设计功能的前提下实现成本最小化，计算出功能设计的价值，根据该数值确定投资成本与功能之间的匹配性，进而确定优化设计的方向。

参考文献

[1] 魏志远.企业加速器空间布局与主要功能设计[J].城市建筑，2019，16（5）：54-55.

[2] 陆诗亮，李磊，马新程.以体育功能转换为目标的旧工业建筑改造设计策略研究[J].城市建筑，2018（8）：18-22.

[3] 李勤，尹志洲，田偉东，等.基于功能需求的旧工业建筑体育空间再生设计策略研究[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2020，52（5）：709-716.

[4] 周峰. 哈尔滨废旧工业建筑功能改造设计研究[D].哈尔滨：哈尔滨师范大学，2021.

[5] 陈兆倩.无锡工业建筑遗产的功能置换与空间共享策略研究[J].中华手工，2021（2）：62-63.