價值工程在淮河干流蚌浮段工程中的應用

劉 虎, 劉錦雯

(1.淮河水利委員會治淮工程建設管理局,安徽 蚌埠 233001; 2.南水北調東線江蘇水源有限責任公司,江蘇 南京 210029)

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價值工程在淮河干流蚌浮段工程中的應用

劉 虎1, 劉錦雯2

(1.淮河水利委員會治淮工程建設管理局,安徽 蚌埠 233001; 2.南水北調東線江蘇水源有限責任公司,江蘇 南京 210029)

基于淮河干流河道治理工程中引入價值工程研究模式,選擇香浮段行洪區調整和建設工程作為價值工程的研究對象,將施工準備階段作為切入口,以河道疏浚工程排泥場布置等相關問題為研究重點,通過功能分析和方案創造,用合理的最小工程成本,實現綜合最優的河道治理功能價值,并將研究成果直接應用于工程建設實踐,達到優化設計和實施方案、節約工程投資的成效。

水利工程;價值工程; 河道治理; 疏浚工程; 淮河干流

價值工程是通過各相關領域的協作,對所研究對象的功能與成本進行系統分析,不斷創新,旨在提高所研究對象價值的思想方法和管理技術[1]。其核心是對研究對象進行功能分析,找出并剔除不合理的功能要求和過剩的功能,從而降低成本,提高效益[2]。

價值工程起源于20世紀40年代的美國,由邁爾斯于1947年初步創立,主要用于工業產品制造業;在建筑業的應用始于20世紀60年代,主要目的是減少工程建造成本、降低項目的運行費用。我國于1978年前后開始應用價值工程,于1987年頒布了價值工程基本術語和一般工作程序的國家標準,之后,在工業制造領域應用較為廣泛,取得了顯著的經濟效益[2]。

目前,價值工程的研究理念和管理方法在水利工程中的應用尚不普及,已有研究和應用工作多側重于項目管理中施工組織設計的施工方案優化和施工企業內部工程成本控制與管理[3-6]、招投標階段優化評標辦法選擇理想中標單位[7]、施工環境保護方案比選[8]等某一方面,根據不同的工程特點和研究工作關注的重點,對水利工程如何應用價值工程進行科學管理、發揮工程最大社會效益和經濟效益等諸方面做了大量的卓有成效的探索,為水利工程推行價值工程管理模式起到了積極的促進作用。

本文以大型河道治理工程為背景,結合我國重要水利工程由國家批準立項并審查批復初步設計的特點,將施工準備階段作為價值工程研究的切入口,使研究工作涵蓋招標設計優化、施工方案比選、安全生產防控、施工環境維護、“四新”技術應用、工程造價控制等多個領域,旨在利用價值工程原理和方法,通過功能分析和方案創造,用合理的最小工程成本,實現綜合最優的河道治理功能價值,并將研究成果直接應用于施工準備、建設實施、運行管理等各階段的工程建設實踐中,為進一步推廣價值工程在水利工程中的應用提供案例素材。

1 建設項目背景

淮河干流蚌埠-浮山段行洪區調整和建設工程(以下簡稱蚌浮段工程)是國家批準的《淮河流域綜合規劃》《淮河干流行蓄洪區調整規劃》確定的建設內容,也是國務院批復的《進一步治理淮河實施方案》中明確的38項骨干工程之一,已列入國務院確定的172項節水供水重大水利工程中。

國家發展和改革委員會于2013年6月以發改農經〔2013〕1195號文件批復了蚌浮段工程可研報告。水利部于2014年8月以水總〔2014〕295號文件批復了蚌浮段工程初步設計總報告,批復投資54億元,批復工期46個月,跨5個年度,是1949年以來已批復實施的投資最大的單項治淮工程,現已開工在建。

蚌浮段工程包括方邱湖、臨北段、花園湖、香浮段等四處淮河干流行洪區調整和建設工程,涉及淮河干流河道全長約87 km,地跨安徽省蚌埠和滁州兩市共5個縣、區。工程治理方案主要是通過對淮河干流74 km河道疏浚、48 km堤防退建,使方邱湖、臨北段、香浮段行洪區對應的淮河河道自身灘槽泄洪能力滿足13 000 m3/s設計要求,不再利用方邱湖、臨北段、香浮段行洪區參與行洪,將方邱湖、臨北段、香浮段行洪區變為防洪保護區,使原行洪區得以正常發展,確保區內群眾安居樂業;同時,對未退建沿淮堤防按防洪保護區標準進行加培加固,確保保護區防洪安全;繼續保留花園湖行洪區功能,將原進洪口門和退洪口門分別建閘控制,以利及時靈活調度運用,在行洪區內興建高標準保莊圩,將區內居住不安全群眾搬遷至內,避免行洪時撤退轉移大量人員,確保行洪區啟用時群眾生命安全。

2 主要建設內容

蚌浮段工程由疏浚河道、沿淮行洪區堤防退建、加固堤防、鏟除老堤、新建花園湖進、退洪閘及保莊圩、改建或加固各類建筑物、新建堤頂防汛道路、征地補償、移民安置等項目組成。主要建設內容為:

a. 河道疏浚長度73.86 km,疏浚工程量為6 266萬m3;共設置16個排泥場。

b. 分別對方邱湖、臨北段、花園湖、香浮段4處行洪區沿淮堤防進行局部退建,鏟堤長度48.42 km,新筑堤防長43.79 km;加固未退建堤防和靠山壩總長度49.49 km。

c. 新建花園湖黃棗保莊圩,保護面積30.5 km2。

d. 新建花園湖進、退洪閘各一座,設計行洪流量均為3 500 m3/s,單孔凈寬12 m,共27孔,主要建筑物級別為2級,設計洪水標準為50年一遇,校核洪水標準為100年一遇。

沿線共拆除重建、加固排灌站9座,涵閘7座,橋梁5座;在黃棗保莊圩堤防上新建穿堤涵閘10座。

e. 對未退建堤防進行填塘固基長度25.23 km,堤身灌漿長度41.62 km。

f. 對行洪區堤防部分堤段迎水側護砌總長度27.22 km,護岸長度5.16 km。

g. 沿線新建堤頂防汛道路,總長度119.01 km。

h. 工程總占地面積4 221 hm2,其中工程永久占地2 345 hm2,臨時占地1 876 hm2;安置人口為2.6萬人。

3 價值工程研究準備工作

蚌浮段工程由方邱湖、臨北段、花園湖、香浮段4處行洪區調整和建設工程項目組成,根據建設項目的具體情況和特點,按照開展價值工程必要性和可行性分析,即考慮開展價值工程研究的效率、能力和實施價值工程成功的可能性等主要因素,選擇香浮段行洪區調整和建設工程(以下簡稱香浮段工程)作為價值工程的研究對象,以明確價值工程研究的目標。

香浮段工程是蚌浮段工程最下游治理河段,地跨五河縣和明光市,涉及淮河干流河道長度約25 km,批復概算投資約14億元,建設內容涵蓋河道疏浚、堤防填筑及加固、防洪閘、穿堤建筑物、排澇站、排泥場、防汛交通道路、管理設施、移民安置等項目,具有河道治理工程的顯著特性。其建設目的是取消香浮段行洪區功能并調整為防洪保護區,使香浮段行洪區區域社會經濟等方面得以正常、穩定、有序地發展。其治理措施是將淮河干流河道以280～300 m底寬、1∶4邊坡、5～6 m河底高程進行疏浚,按0～450 m距離將長度為18 km現狀堤防進行退建,使兩岸堤距不小于1 km,以滿足河道自身泄洪能力達到13 000 m3/s的設計標準,為香浮段行洪區不參與行洪創造條件;按防洪保護區標準消除未退建段現狀堤防隱患并加高培厚,完善防洪、排澇、灌溉、交通、管理等設施,確保防洪保護區安全。

香浮段工程在蚌浮段工程中具有河道疏浚排距最遠、單體排泥場占地面積最大、移民安置區最多等特點,既擁有河道治理工程的代表性和蚌浮段工程的特殊性,又具備價值工程研究的充分空間,在開展施工準備階段招標優化設計工作的基礎上,將香浮段工程設為價值工程研究對象,符合價值工程研究對象的選擇要求、利于研究工作的順利進行、易于研究目標的如期實現,是較為理想的價值工程研究基礎。

根據香浮段工程的具體情況和特點,按照開展價值工程研究工作組織設置及人員組成的有關要求,由淮委治淮工程建設管理局、南水北調東線江蘇水源有限責任公司、安徽省水利勘測設計院有關專業的專家和相關人員組成價值工程研究小組承擔具體任務,開展價值工程應用研究工作。

根據費用分析,研究小組建立了香浮段工程費用模型(圖1),并根據價值工程二八定律的原則和相關參數比較,對投資影響較大的主要建設項目的進行了篩選,擬定疏浚工程(含相應疏浚土方沖填圍堰臨時工程項目,下同)和征地移民補償項目作為價值工程研究的主要對象。

4 功能分析

4.1 疏浚工程

水利工程河道疏浚的功能主要是擴大行洪斷面,即按照設計斷面開挖河槽內土方,擴大濕周,在設計水位條件下提高河槽過流能力,滿足河道防洪安全。主要采取的工程措施是利用挖泥船開挖河槽土方,在河道堤防背水側填筑疏浚土方沖填圍堰(排泥場),通過排泥管將挖泥船開挖的土方沖填至排泥場內堆存。主要施工工序是填筑排泥場圍堰,修建排泥場圍堰退水口門并開挖退水渠,鋪設排泥管,船體定位,挖泥船開挖河槽土方并沖填至排泥場,開挖土方在排泥場內沉積堆存,沖填水體通過退水口門和退水渠排出。

通過功能整理,建立河道疏浚功能系統圖(圖2)。根據費用模型得知:河道疏浚擴大河槽行洪斷面功能總費用=疏浚工程費用15 417萬元+1號～4號沖填圍堰2 051萬元=17 468萬元;按照施工定額及工程造價分解原則,對河道疏浚功能系統圖中各功能直接費用進行分析計算,得出[開挖河槽]功能費用為11 563萬元(主要成本為挖泥船開挖功能費),占功能總費用的66%,[土方運輸] 功能費用為3 854萬元(主要成本為利用排泥管沖填功能費),占功能總費用的22%,[土方堆存] 功能費用為2 051萬元(主要成本為排泥場圍堰填筑功能費),占功能總費用的12%。

圖2 河道疏浚功能系統

通過功能費用計算和工程單價分析,河道疏浚功能系統圖中挖泥船[絞吸開挖土方]、[泵送泥漿]和排泥管[線路選擇]、[固定管道]及排泥場[選擇位置]、[填筑圍堰]為河道疏浚主要功能,并為關鍵路徑,是價值工程研究的重點對象。疏浚工程造價的主要影響因素是船型、排距、土質類別,通常情況船型和土質類別確定后基本為定數,而排距的確定是由挖泥船的位置至排泥場的距離而定,即排泥場位置的選定決定排距的大小,在相同船型和土質類別的前提下,排距每增(減)1 km,疏浚工程單價則增(減)35%,對投資影響巨大,因而其研究價值也巨大。

表2 香浮段工程初步設計排泥場設計參數

同時,由研究小組組織相關專家對關鍵路徑上的各功能采用0～4對比求和評分法進行功能評價,以進一步確定價值工程研究方向和重點研究內容,其評分結果見表1。顯然,專家意見一致將[管道線路選擇]和[排泥場位置選擇]兩項功能列為價值工程研究的重點,對其開展方案優化,提高功能價值,有效地降低工程投資。

表1 0～4評分法評分表

4.2 征地移民補償

征地移民補償的功能主要是提供建設用地。即根據工程建設的需要,按照設計方案,依據國家和地方的相關規定及標準,征用工程永久占地和臨時占地,對臨時占地進行復耕處理,清理并補償征用土地范圍內地面附著物及專業設施等,安置需搬遷的群眾等。

蚌浮段工程征地移民項目中,永久征地、臨時征地、地面附著物補償、安置區建設均由當地縣政府負責組織實施,并包干使用征地移民投資;永久征地、地面附著物補償、安置區建設的功能費用雖較高,但實施方案一旦確定后可調整的余地較小,且受政策性影響較大,在實際操作中優化方案、節約投資的空間有限,相對而言不宜作為價值工程的研究對象。

3.從學習型社會構建的角度來看待繼續教育創新發展的必然性。構建學習型社會是黨中央提出的全面落實小康社會的建設目標之一，強調的是由階段性的學校教育發展為人的全面發展的終身教育［5］。學習型社會的構建就是要滿足人們個性化、多樣化學習的要求，這種情況下，繼續教育就不能局限于既有的職業技能培訓等任務，而應該主動對接學習型社會建設要求，提供豐富多樣的繼續教育資源，創造良好的全民學習場所。

臨時征地的功能主要是對施工臨時占地按年度予以補償,占用幾年補償幾年,臨時占用結束后進行復耕交還土地擁有者,主要涉及排泥場占地、臨時堆土區占地、施工場區臨時占地、臨時交通占地、排泥管鋪設占地等。對水利工程而言,在工程實施過程中臨時占地的位置、面積、占用時間等隨著施工方案的細化和優化,可調整余地較大,宜作為價值工程的研究對象。

香浮段工程臨時占地總數為708 hm2,其中排泥場臨時占地約576 hm2,占臨時占地面積的80%以上,是影響臨時征地投資的控制性因素,故而將排泥場臨時占地項目確定為[征地移民補償]功能中價值工程的主要研究對象,以此為主線,對排泥場位置選擇、面積劃定、占用時間控制等進行切合實際、科學合理的方案創造和優化調整。

5 方案創造與評價

價值工程研究活動中,方案創造是一種智力開發性工作,只有發揮創造力才能取得創新成果;而方案的優劣需通過比較才能鑒別。根據香浮段具體情況,經過功能分析階段的深入研究,選定了河道疏浚所設排泥場的相關問題作為價值工程研究的焦點,因此,研究小組緊緊圍繞排泥場項目開展了卓有成效的方案創造。

按照價值工程中創造性思維方法之一的缺點列舉法的方案創造思維方式,研究小組針對初步設計階段排泥場相關設計內容進行了主要存在問題的分析研究,找出缺點,并研究提出具有針對性的消除缺點的方案和措施,以優化和改進初步設計相關方案中的不足之處,進一步提高設計方案的功能價值。

香浮段工程河道疏浚長度約25 km,初步設計階段在河道沿線共布置排泥場4處,以滿足1 697.79萬m3疏浚土方沖填堆存的要求,排泥場編號分別為PN1、PN2、PN3、PN4,4處排泥場順堤防方向長度合計12.34 km,占地面積576 hm2,河道疏浚平均排距2.3 km,最大排距3.8 km。初步設計階段香浮段工程排泥場相關主要設計參數見表2。

5.1 存在的主要問題

受初步設計階段設計深度和設計文件編制期現場工況條件所限,香浮段工程在初步設計階段對排泥場的設計存在著一定的不足,主要體現在如下幾個方面:

a. 排泥場布置過于分散,4處排泥場之間間距過大,疏浚土方調配距離長,導致河道疏浚工程排距大、單價高,直接影響河道疏浚工程投資控制。

圖3 香浮段工程排泥場布置優化示意圖

c. 排泥場占地面積大且過于集中,PN3排泥場單體占地近200多hm2,涉及征遷對象多,地面附著物情況復雜,導致施工環境協調困難,影響施工進度因素繁多,沖填結束后按期整體復耕移交難以保證,控制臨時征地投資風險大。

d. 排泥場內沖填區水面過大,增加了疏浚土的分選作用難度,增加移管的負擔,導致排泥場固結時間加長,泥面平整度難以控制,將延誤整個排泥場移交時間,增加征遷補償投資和現場管理成本。

5.2 方案創造與評價

研究小組針對分析出的主要問題,提出了若干優化方案,經采用討論排序法對各方案進行評價后,通過綜合技術經濟比較,在建設單位、設計單位、地方征遷部門、其他相關參建單位意見一致的基礎上,選擇如下方案付諸實施,以實現價值工程的成效。

5.2.1 優化排泥場布置,減少施工干擾,縮短排距

將初步設計布置的4處排泥場化整為零,沿河道疏浚作業面按8處排泥場分散均勻布置,避開新建104國道五河淮河大橋施工區和朱頂鎮蔬菜大棚基地等影響施工和征遷的干擾點,按作業面將疏浚土方對應調整后的排泥場就近沖填,縮短排距,避免遠距離鋪設排泥管道,使香浮段工程疏浚土方綜合排距由初步設計2.3 km降低為1.7 km,最大排距由初步設計3.8 km降低為2.4 km,因排距減小、單價降低,可節約河道疏浚工程投資約3 500萬元;優化布置后的排泥場對應堤防長度較初步設計增加3.93 km,可取消初步設計所安排的與新設排泥場沖填區重疊的老堤加固堤后壓滲平臺長約2.8 km,堤后壓滲平臺工程量由初步設計的30.40萬m3減小至19.36萬m3,可節約壓滲平臺工程投資約350萬元;因避開了初步設計布置的PN3排泥場需占用的朱頂鎮蔬菜大棚基地,避免了額外補償蔬菜大棚基地約8 200萬元的支出,同時還降低排泥場施工環境協調和安全維護的成本。排泥場布置優化方案見圖3。

5.2.2 優化疏浚沖填綜合系數,減小排泥場占地面積

研究小組根據地勘資料,在進一步復核疏浚土方土質級別、充分研究排泥場退水口門設置方案、合理選擇挖泥船船型的基礎上,考慮排泥場疏浚土方堆高3～3.5 m后必將引起未經預壓的下臥土層沉降等因素,經深入分析研究,重新修正了河道疏浚水下方沖填綜合系數,確定疏浚土松散系數為1.135、疏浚超挖系數為1.1、疏浚土沖填退水流失系數為0.98,將初步設計選定的河道疏浚土方沖填綜合系數1.25優化為1.2,可使排泥場占地面積減小約4%,共可節約排泥場臨時征地面積約30 hm2,安排泥場臨時征地補償標準22 388元/(hm2·a-1)(每公頃一年補償標準)×5.5年(補償年限)+88 358元/hm2(每公頃復耕單價)計算,可節約排泥場臨時征地補償投資約635萬元。

5.2.3 優化圍堰填筑挖填綜合系數,減少填筑圍堰土方量

挖填綜合系數=(1+A)×(設計干密度÷天然干密度)

式中:A為損耗系數,取0.049 3。

初步設計階段圍堰填筑土料挖填綜合系數選取為1.18,研究小組根據補充的料場地質勘察試驗資料,對圍堰填筑的挖填綜合系數進行復核計算,具體計算結果見表3。

經復核計算后,將圍堰填筑土料挖填綜合系數由初步設計階段選取的1.18調整為1.05。因而降低了填筑圍堰的用土量,由此減小圍堰填筑土料運輸19萬m3,減小填筑土料翻曬約8萬m3,減小工程投資約370萬元。

表3 圍堰挖填綜合系數復核計算

表4 香浮段工程價值工程優化排泥場設計參數

5.2.4 引入快速泥水分離技術,增大排泥場堆存容量,縮短占用時間

河道疏浚沖填排泥場淤土進行快速泥水分離處理是一項新技術、新工藝,主要目的是:消除排泥場沖填時產生的富裕水深(一般設計按50 cm高度考慮),在相同的排泥場條件下增加沖填方量或在相同的沖填方量條件下減少排泥場占地面積,節省工程及征遷投資;及時排出沖填淤土表面和內部水體,促進淤土加快固結,及早滿足復耕要求,減少臨時征地補償年限;降低出水口排出水體含泥量,滿足退水水質要求,減少退水渠清淤和環保處理的工作量。引入快速泥水分離技術,可使排泥場沖填淤土固結復耕交付使用的時間至少提前1年,僅按提前1年計算就可少支付排泥場臨時征地補償投資約1 200萬元。

5.2.5 合理調整復耕土堆存位置,提高排泥場圍堰抗滲穩定

為滿足臨時占地復耕之需要,初步設計將排泥場占地576 hm2范圍內原耕地30 cm厚的表層耕作層土方鏟除后集中堆存于1～2 km外的棄土區,以便排泥場內沖填土方達到固結強度后回填頂部造地復耕,恢復地力,短期滿足耕作條件。研究小組通過方案創造,將復耕土堆存區調整為就近沿圍堰外側周邊貼坡堆放,一則減小了復耕土運出、運回的距離,降低土方單價,節約復耕費用;二則利用復耕土形成圍堰壓滲平臺,解決砂壤土、粉質壤土填筑圍堰抗滲性差的問題,提高圍堰安全度,避免因保障圍堰抗滲穩定性而加大圍堰斷面尺寸的現象出現，僅復耕土減小運出、運回距離一項就可節約投資約700萬元。

5.3 排泥場主要指標優化結果

優化后排泥場主要設計參數見表4。

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劉虎(1961—),男,河南鞏義人,教授級高級工程師,主要從事建設管理、工程技術咨詢、造價管理等研究。E-mail:liuhu@hrc.gov.cn

10.3880/j.issn.1003-9511.2016.05.006

F407.9

A

1003-9511(2016)05-0023-06

2016-03-24 編輯：陳玉國)