基于價值工程的綠色節能建筑施工方案優選的應用研究

張珉+詹偉+艾永飛

摘要： 首先，總結了綠色施工特點，明確當前綠色施工存在管理模式落后、綠色建筑全壽命周期功能設計和成本考慮不足致使綠色建筑各階段的方案優化、選擇混亂的問題；然后從綠色施工特點出發，將價值工程引入綠色建筑施工中，確定綠色建筑功能指標和全壽命周期成本要素，進行價值分析實現方案的優化和優選。最后，以中國-丹麥科研教育中心綠色示范工程為例，介紹價值工程在綠色施工方案優選中的應用。

Abstract： Firstly， the characteristics of green building construction are summarized， and the current green building construction management faced with pattern backwardness and lack of functional requirements and life cycle cost concepts， which make construction scheme optimization and selection confusion are put forward. Next， the value engineering is used to green construction according to green building construction characteristics， and the functional requirements and life cycle cost factors of green building are clarified. Then the construction schemes are optimized and selected via value engineering. Finally， taking the example of green demonstration project of China - Denmark Research and Education Center， the application of value engineering theory in green construction is introduced.

關鍵詞： 綠色建筑；施工方案優選；價值工程

Key words： green building；construction scheme optimization and selection；Value Engineering theory

中圖分類號：TU201.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）15-0050-04

0 引言

當下城市化進程加劇、基礎建設量激增、節能減排及環境治理壓力巨大等因素決定了中國建筑節能工作的重大意義和緊迫性[1]。然而，國內綠色施工大多采用傳統方法，較少涉及綠色管理內容[2]，并且在施工中缺少對綠色建筑全壽命期功能性和成本方面的考慮，致使綠色建筑各階段的方案優化、選擇比較混亂[3]。如此重要的管理內容必然要求有好的方法做支撐。價值工程（Value Engineering）是通過經濟技術的協同，對研究對象進行功能及成本分析，持續創新，旨在節省成本、提高價值的資源節約型管理技術和思想方法[4]，在國際上已有60余年實踐，其低投入高回報的優勢在制造業、農業、科研、工程方面取得很好的應用。因此，結合綠色建筑特點，將價值工程應用于綠色施工方案優化與選擇，可為提高綠色施工效率提供一種新思路。

1 綠色節能建筑施工管理研究現狀

綠色節能建筑施工是在保證工程安全、質量前提下，在施工中做到“四節一環保”，通過科學有效的技術和管理措施，優化用能結構、降低環境負面影響，以人為本，保障人員安全健康的施工方式[5]。結合綠色施工定義及國內外的綠色施工文獻[2，6，7]，總結出綠色施工4個特點：

①以客戶為中心，在滿足傳統目標的同時，考慮建筑的環境屬性。綠色建筑的出發點是節約資源、保護環境，滿足客戶的需求，管理人員需要更多地了解用戶的需求、偏好及施工過程對用戶的影響，優先考慮環境屬性，講究與自然和諧相處。將環境破壞程度降到最低，將不利影響轉換為有利影響，不僅要交付一個舒適健康的內部空間，還要一個和諧的外部環境，最終追求“天人合一”的目標。

②最大限度利用被動式節能設計（Passive Design）與可再生能源。在建筑的運營階段需要盡量使用可再生的能源與自身的節能?？梢栽诜桨钢刑岢粍邮浇ㄖO計，通過建筑物本身收集、儲蓄能量使得與周圍環境形成自循環系統。被動式節能設計的方法有建筑朝向、保溫、體形、遮陽、自然通風、采光等。另外在決策設計中也要合理利用光能、風能、地熱等可再生能源。

③注重全局、全壽命期優化。綠色建筑從項目的策劃、設計、施工、運營直到筑物拆除過程中追求的是全壽命周期范圍內的建筑收益最大化，是一種全局的優化，這種優化不僅僅是總成本最低，還包括社會效益和環境效益最大化，采取技術經濟措施，做到一次投入，全壽命期受益。

④重視創新，提倡新技術、新材料、新器械的應用。綠色建筑是一個技術的集成體，在實施過程中會遇到諸如能源優化、管線的優化、采光設計等的技術問題。這就需要利用多種先進技術、新材料及新器械，將同等單位的資源在同樣的客觀條件下，發揮更大的效能。國內外實踐中應用較好的技術方法有BIM、采光技術、水資源回收利用等技術。

目前國內綠色施工多以傳統的施工流程為基礎，在應對綠色施工綠色節能、全壽命周期優化以及持續創新的特點時顯得有些欠缺。選取國內外文獻[8，9]及綠色建筑施工案例包括：北京某奧運場館、深圳市康沃工業園、欽州市公安局指揮中心等進行深入研究。發現業主一般采用平行承發包的方式招標勘察、設計、施工、監理等單位，各方目標不一致，缺乏統一的綠色建筑成本節約目標和經濟技術分析方法，致使很多勘察階段的問題暴露在設計、施工、運營中，會增加返工補救措施，加之綠色節能指標和全壽命周期成本考慮不足，造成前期的方案優化、選擇比較混亂，給后期的運營維護增添很大負擔。因此，對綠色建筑施工方案進行優化是很有必要的。

2 價值工程在施工方案優化中的應用

目前綠色建筑施工與綠色建筑的需求不匹配，可以將施工流程向全壽命周期延伸，并考慮綠色功能和全壽命周期成本的均衡。鑒于價值工程強大的成本、功能分析，新方案創造及評估的作用，可從全壽命期的角度給出功能定義和成本的主要因素，確定綠色建筑的節能對象以及改進規劃、設計、施工及維管等方案選擇與改進，實現多目標約束下均衡、優化綠色管理內容。本文將價值工程方法引入綠色建筑施工方案的優化與選擇。

2.1 價值工程的原理

價值工程中的價值是一個特定的概念， 它是功能與實現這一功能所耗成本的比值。其數學表達式為：

V=F/C（1）

其中：V 表示價值系數，F 表示功能系數， C表示成本系數。這一公式使功能和成本變成相互可比的數值，可以衡量工程、材料、構件等的功能與成本匹配問題，從而取得好的技術經濟效果。一般存在5條提高價值的途徑，見表1。

2.2 價值工程在綠色施工方案優化應用

價值工程的主要思想是整合現有資源，優化安排以獲得最大價值，主旨是抓住和利用關鍵問題和主要矛盾，整合技術與經濟手段，系統地解決問題和矛盾。因此，價值工程在綠色施工中主要用途有兩方面：挑選出價值高、意義重大的問題，予以改進提升和方案比較、優選。其流程為：

①確定研究對象。在價值工程基礎上常用的方法有ABC法和比較法而比較法，兩種方法對比見表2。

②全壽命周期功能指標及成本指標定義。在確定研究對象之后，進行功能定義和成本分析。參照LEED標準[10]、綠色建筑評價標準[11]以及實踐經驗總結綠色建筑研究對象的功能的主要內容，見表3。價值工程理論一般將功能分為：基本功能、附屬功能、上位功能以及假設功能[12]，基本功能關注的是使用價值和功能價值，即該產品能做什么；附屬功能一般是輔助作用，一般是外觀設計，關注的是產品還有其他什么功能；后兩種功能超出產品本身，一般不在功能分析里討論。

全壽命周期成本一般包括：初期投入成本和后期的維護運營成本[4]。細化來看初期成本包括：直接費（原材料費用、人工費、設備費用）、間接費、稅金等；后期的運營費包括：管理費、燃料動力費、大修費、定期維護保養費、拆除回收費等。

③惡劣環境下樣品試驗。由于建筑物的綠色特性，在設計施工中常常會用到一些新材料、構件，此時需進行樣品加工、交檢，經檢驗員對樣品進行惡劣環境下如高溫曝曬、干燥、潮濕、酸堿等環境下試驗，由質監員根據樣品的性能指標做最終評審，并記錄各項實驗指標。

④價值分析。對研究對象進行價值分析，可以有效地避免功能過剩和功能不足。在計算價值系數時，需要進行功能分析確定F，成本計算確定C。

對于功能系數，首先根據功能定義，在試驗中確定指標的大小，然后通過專家評判確定指標所占權重，最后計算功能系數，假設研究對象包含n個功能指標，為x1，x2，…xi…，對應的權重為w1，w2，…wi…則：

對于成本系數，需要先收集影響指標，然后確定指標大小以及所占權重，通過歸一化處理得到無量綱數據，最后計算成本系數C：

C=C前期+C維護（6）

其中，C代表成本系數，C前期代表初期投入的成本，C維護為后期運營維護的成本，成本系數也是無量綱數據。結合式（1）、式（2）、式（3）、式（4）（或式（5））及式（6）可以計算各方案的價值系數，然后對價值量進行分析。

⑤方案評價及選擇。依據樣品試驗以及所求的價值系數，利用價值工程原理對已有方案進行價值提升或者對于新方案進行優選。

3 案例應用

3.1 工程概況

中國-丹麥科研教育中心綠色示范工程為丹麥全額捐建，是其在中國投資的第一個科研教育建設項目，面積10865.48m2，工程造價為9310萬元，由中鐵建工集團總承包，從項目決策、設計、施工過程中嚴格落實LEED的綠色施工要求，項目部本著可持續發展的理念精心策劃，科學組織綠色施工。工程集科研教育、教學、公寓于一體的綜合性微能耗建筑，工程以其節能低耗環保而被稱為“會呼吸的建筑”。從全壽命周期角度出發，在策劃階段初期就介入項目論證，參與了建筑策劃、設計、施工等過程，應用價值工程進行關鍵問題改進優化和新技術、材料、機械等方案優選。在策劃階段將價值工程方法應用到高價值方案的審核；在設計階段大到主體和各綠色方案，小到各單項工程、構件的對比，方案的優化與選擇，如采光、通風被動式節能方案優化；在施工階段可以將價值工程應用到綠色材料、新技術工藝的選用，通過對比，試制，確定可行方案以及選取關鍵主要的節能對象予以方案改進，比如天花吊頂材料、TABS管等材料選取，編織狀耐候鋼遮陽板施工工藝優化等。在之后的運營維護階段，價值工程還可以用于運營維護方案的優化以及關鍵故障的維修。以下對價值工程在天花吊頂方案優選的應用做重點介紹。

3.2 價值工程在天花吊頂綠色材料方案選擇的應用

天花吊頂施工方案根據丹麥設計風格及其設計特點、工藝要求、使用功能要求進行設計及深化改進。最初有兩種方案：方案1為木制天花，材料為松木聚合件，松木的生長周期長、木材的質地柔韌，而且本身的陰陽色分布均勻，美觀、環保；方案2是竹天花，材料為南方的毛竹，利用竹材本身，做簡單處理，其中竹材繁殖能力強、速度快、直徑小、壁薄、木質素、纖維素組成特殊。以下對價值工程在兩種方案中對比選優進行闡述：

3.2.1 圓形木桶天花功能系數計算

天花吊頂是一種特殊的裝飾結構，包含諸多功能屬性。借鑒文獻[13，14]及實踐中材料選擇所用的功能標準，選取了F1到F9的功能指標，其中，F1到F7為基本功能，F8，F9為附屬功能。通過對業主、項目部、設計部門以及供貨商代表進行調查，采用專家打分法對功能滿意程度進行打分，見表4；然后確認各功能的重要性系數，如表5；結合表4與表5的內容，對應相乘得表6功能得分。

根據式（2）求得：方案1的功能系數F1=8.35；方案2的功能系數F2=6.88。

歸一化后：F1=0.548，F2=0.452。

從方案功能系數得分上看方案1要比方案2得分高，但從功能構成上看，方案1松木天花在環保、綠色及節能屬性上不如竹天花，這和竹制天花是原竹加工，而松木天花是經過聚合加工有關，然而這也導致在其余屬性上竹天花不如松木天花；從功能指標重要性上看，項目參與方認為材料的穩定性是最重要的，整體性、防火、防潮以及施工簡易程度上也是比較重要的，竹天花選材使用的是南方的毛竹，對北方干燥的氣候適應性不如松木，容易開裂，導致其在穩定性和整體性方面得分較低，同時，竹天花生產加工廠商少，屬于定制產品，貨源供應不充足，也增加了施工的難度。

3.2.2 圓形木桶天花成本系數計算

在充分考慮了方案1與方案2的材料成本、運輸成本、施工成本以及運維保養成本后，采用竹天花的單位成本要高于圓形木桶天花，兩方案的成本系數為：C1=0.429，C2=0.571。

3.2.3 圓形木桶天花價值功能系數計算

根據式（1）可求得：V1=F1/C1=0.548/0.429=1.279；

V2=F2/C2=0.452/0.571=0.791。

根據價值工程原理，方案1的價值系數大于1，說明各項功能重要程度要大于成本；方案2的價值系數小于1，說明成本的重要程度是高于功能。從兩方案的實際成本以及項目利益相關方對兩方案功能的評價上可以看出松木圓形木桶天花方案價格和功能上都要勝出，為物優價廉的材料，因此在施工中選用方案1。圖1為天花吊頂的情況，圖1（左）為吊頂的裝飾效果圖，圖1（中）為天花單元的效果圖，圖1（右）為所選松木天花圓筒組件的實物圖。

4 結語

梳理了綠色節能建筑施工特點，明確了當前綠色建筑施工對從全壽命周期的功能設計和成本考慮方面的不足；從綠色建筑施工特點出發，將價值工程引入到傳統施工中，對施工方案進行優化和選擇；通過在中國-丹麥科研教育中心綠色示范工程中的應用，取得了很好的效果。在對綠色施工方案優選的基礎上，可進一步對其他關鍵問題進行深入研究，比如綠色節能建筑施工的管理模式，施工的進度、費用、信息、風險的協同管理以及知識管理等，從而提高綠色節能建筑施工的管理水平，為綠色節能建筑施工做好示范先導作用，為后續項目提供借鑒。

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