基于價值分析理論的橋梁加固方案比優研究與應用

摘 要：鑒于對價值分析理論的思考，結合橋梁加固方案優化方面工程實例，嘗試建立其方案篩選模型，實現技術革新、成本節約和良好的社會效益。

關鍵詞：價值分析 橋梁加固 成本

中圖分類號：U445文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）12（c）-00-03

由于交通量的增加以及環境影響等因素造成橋梁的抗載能力下降，由局部構件至整個橋體。通過橋梁針對性的加固措施，能夠很大程度地延長其服役時限，較新建一座橋梁，從安全、通行時間和成本方面將更能得到保障。加固方案設計如同初始結構設計同樣重要，往往涉及領域更加復雜，尤其是首先針對原始設計研究，再分析社會、經濟效益和管理等，橋梁的加固方案篩選屬于多條件、多屬性決策系統。早期對橋梁加固的方案進行比優，側重與主觀擇優和客觀擇優兩種方法，目前隨著科學技術的不斷創新，依靠數學和計算機技術長生了均勻法、模糊數學和遺傳高級算法等，它們之間可以單獨使用，也可以組合互補進行應用。[1-5]

1 加固方案擇優法現狀分析

主觀擇優法取決于決策人員對于各項設計指標不同的側重程度進行比優，比如AHP法和橋梁外觀綜合調查法等。此法能夠對于橋梁多種多屬性方案按照層次劃分，最終形成系統，應用起來比較簡捷，能夠充分體現決策人員的主觀意愿，但由于受決策者的專管影響相對較大，往往決策結果不夠準確，可靠性方面存在必要的理論求證，適合于初期或者一般性加固技術比較成熟的方案篩選。客觀擇優一般指純粹的依靠各項指標反饋客觀數據和信息進行方案的比優，比如熵值賦權法及其改進方法等，在算法上比較精確，但是完全依靠數學的理論，不能夠體現決策人員的認知和意愿，存在實際應用上許多的局限性。均勻法擇優在一定范圍內能夠進行方案比優，不足是同主觀擇優法，準確性程度和可靠度偏主觀。遺傳高級算法能夠綜合學習生物學的遺傳和進化理論，最終形成系統性的全局比優概率篩選算法，其無需目標函數的導數計算過程，從而避免局部極值的產生，在擇優理論中有很好的適應全局性。由于此法理論性較強，對于許多計算結果顯示無法完全解釋，普遍推廣和具體應用上暫時困難。模糊數學能夠對橋梁外觀美化和一些交通量及周邊環境綜合考慮進行不確定模糊分析，實現了加固方案比優的相對科學性與客觀方面相結合，很好的融通主客觀，普遍采用的目前有：模糊綜合評價、模糊關聯、模糊優選等。其中，模糊關聯分析法結合灰色理論，在分析思路上清晰，計算上也較簡捷，從而有效減少主觀失誤。模糊優化理論分析法能夠建立加固方案的多屬性多層次的模糊模型系統，依據屬性優劣程度篩選比較，實踐證明其評估結果符合現實。綜合評價體系是針對工程的多因素多屬性等復雜特點，可以最大化減少主觀側重性，更加體現客觀現實。模糊數學的諸多方法在方案決選中有效提高了可靠度和準確定位程度，由于算法冗雜，龐大項目需要一定配置的計算機硬件等，另外，在模糊理論分配權重依然存在一定程度的主管因素和認為誤差。組合擇優法是將一種以上方法聯合使用，進行互補修正，實現結果的更加準確可靠。目前比較成熟的擇優法有模糊層次分析法和組合賦權理論（灰關聯法、簡化ELECTRE法）等。聯合方法在準確可靠程度均表現良好，但是計算過程將更加復雜，由于計算機技術等限制，不能夠大范圍應用，特別是針對加固方案相對較多的復雜項目。

思考：如何從技術允許、成本合理、良好社會影響等方面進行方案擇優？

鑒于對價值分析理論的思考，結合橋梁加固方案優化方面工程實例，嘗試建立其方案篩選模型，實現技術革新、成本節約和良好的社會效益。價值分析理論具有嚴謹的科學依據、計算方法簡潔，擇優思路們清晰明確、主觀因素較少，能夠確切反映現實狀況，在克服以往多種擇優方法中一系列不足，最終擇優方案更能符合客觀情況。

2 價值分析理論評價方法及實施條件

2.1 理論概述[6]

價值分析關鍵在于依靠群體籌劃，然后有組織的分工完成對既定對象的功能分析和價值評估，最終達到依靠最低的壽命周期全部經濟投入安全地實現既定對象的社會價值和預定功能，進而實現對既定項目價值的提高。數學度量關系為功能與成本的比例關系，即價值（V）=功能（F）/投入成本（C），這里的價值涵義定義為既定對象的有益程度大小。

功能評價方面包含價值標準、功能的重要性參數和區域是否適合等評價方法。根據目標成本與現實中實現某項功能的實際成本作出比較，據此對考察既定的某項功能作出評估是價值標準的一種評價方法。功能參數評價是依據某功能的重要性程度，進行各項既定功能間的對比評分，最終得到相關評價參數。最合適區域法是依靠價值相關參數影響程度進行對既定對象的選擇，如果價值參數接近或形同，則再依據其功能參數和成本系數影響程度的大小，分別考慮。[7-15]

2.2 實施條件闡述

（1）實現的主體對象：價值分析作為系統工程必須要求集思廣益，群體智慧是實現目標的必要條件。

（2）準備工作：對于具體項目的橋梁針對性的收集有關技術和成本信息，包括創新技術和材料。

（3）組織進行功能分析：根據前期準備工作，對具體項目做全方位的比較分析，為方案比優做準備。

（4）方案研制：根據預期的成本節約等條件，深入研究方案。

（5）方案評估：依據經濟節約等排列分化，篩選出最優，得到目標方案。

（6）對于最優方案的實施：根據委托方要求，推薦最優方案，委托方也可自主選用相關方案，最終授權方案實施部門，進行方案的具體落實。

3 價值分析理論應用于橋梁加固的實例分析

3.1 實例概況

針對一個橋梁加固的工程實例進行描述，兩中方案不同的經濟投資核算見1。

3.2 成本因素分析

在加固的經濟投資中，包括可變成本和固定投資，價值分析對于固定投資項目不考慮，僅研究可變影響因素，表 1 中材料和伸縮縫維修屬于固定投資，在此不進行其價值分析。

3.3 各成本組成項成本參數分析

利用巴累托分析法（或稱ABC分類管理法、重點管理法），對橋梁加固工程中影響較大的項進行分析研究。根據表1，統計系數大于0.1的項：1#方案成本參數累加和為：∑C1=0.23+0.1+0.44+0.15=0.92；2#方案：∑C2=0.18+0.20+0.40+0.15=0.93。可見，表1中兩種方案的四項因素為重點影響因素。剔除重要影響因素中固定投資項，則成本參數的數學表達式可以描述為單個方案可變成本（Vi）/各方案可變成本之和（∑Vi），則1#方案成本參數C1#=47.49/（47.49+55.75）=0.460，2#方案成本參數C2#=55.75/（47.49+55.75）=0.540。

3.4 功能參數分析

結合對經濟成本的宏觀考慮，1#方案工期42 d，2#方案工期60 d。對于社會影響方面集中考慮在車輛運輸等方面。根據實際情況中各功能的量化指標進行評價分析（見表），綜合評價指標 R 算法為：

3.5 價值參數定義及分析

價值體現在功能和成本的關系上，則價值參數可以描述為：單個方案價值參數（Ccosti）=單方案功能參數（Cei）/單方案成本參數（Ci#），通過價值參數計算結果的大小對加固方案進行擇優。

則1#方案Ccos1=0.524/0.460=1.139；2#方案Ccos2=0.476/0.540=0.881。

從而得到，1#方案價值參數較2#方案大，視為此項目加固方案的最優方案，從上述可以分析得出，1#方案成為最優，并非其成本較少，而是綜合考慮諸多因素，具體為安全度高、質量可靠性能好以及較短的施工工期等因素，這些方面的優勢能夠實現良好的經濟和社會效益。通過實踐的證明，基于價值分析理論的橋梁加固方案比優計算方法能夠符合現實情況，從各個方面綜合分析，取得很好的預期效果。

4 結語

（1）運用價值分析理論對橋梁加固方案比優篩選，能夠綜合社會、經濟和技術水平等因素，較大程度的避免以往單純依靠技術而相對保守的安全加固方法選擇方案的不足。

（2）聯合橋梁構件功能和分項投資兩方面對價值評估提供理論支撐，為科學決策水平的提高作出了貢獻。

（3）價值分析理論能夠參考同條件下多種屬性進行方案比優，由此可以引發其他工程應用領域的思考，其可以作為工程項目合理作出決策的起步，合理實施將節約原始成本的5%～40%，為企業、國家和人類社會的資源可持續作出貢獻。

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