價值工程分析在孤石移動破碎工程中的應用★

解世林 徐文遠 肖 陽

(1.東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.中國建筑第八工程局西南分公司，四川 成都 601141； 3.黑龍江省高速公路建設局，黑龍江 哈爾濱 150036)

0 引言

黑龍江省三莫公路亞雪合同段改擴建工程中，由于待改建的舊道路狹長且沿途地勢環境惡劣。在石料的運輸和舊路面擴建中，挖方廢料的堆放和處理成為制約三莫公路舊道路改擴建工程的一大難題。通過在實驗室中對道路兩旁存在的孤石進行強度試驗，孤石的強度符合道路建設中基層碎石的技術要求。如何通過移動破碎解決碎石的補給不足、挖方中巨大孤石的處理方法以及不影響周圍生態環境的同時保證工期內建設工作有序的開展等問題，需要制定一套科學且有效的移動破碎施工方案。為了解決上述問題，通過運用價值工程分析對移動破碎工藝以及工藝機械進行比選分析，可以為山區類似公路修建制定科學的工藝方案提供科學依據。

1 價值工程評價的基本原理對工程建設的啟示

價值工程(Value Engineering簡稱VE)是通過對組織內各項活動的功能分析，要求在項目的壽命周期內以最低的消費來實現項目所需的必要功能[1]。價值工程的目的在于以最小成本創造最高的價值，同時具備現實項目所需的必要功能，從諸多方面亦可以提高建筑產品的功能水平[2-4]。因此價值工程探討的是價值、功能以及成本三者之間的關系[5,6]，可以用式(1)表示:

V=F/C

(1)

其中，V為研究對象的價值指數;F為研究對象的功能指數;C為研究對象的成本指數,即全壽命周期成本指數[2]。

2 價值工程在孤石移動破碎工藝中的應用分析及方法研究

2.1 價值工程在孤石移動破碎工藝中的應用分析

2.1.1三莫公路亞雪合同段改擴建工程中存在的問題和難點

三莫公路亞雪合同段改擴建中按照施工經驗基層碎石一般是通過料場采購獲得，但由于亞雪合同段舊的道路沿途100多千米道路狹窄只能滿足基本的施工面需要，并且施工道路中50 km左右沒有平交道口，沒有材料運輸通道，并且挖掘出的大量孤石不僅占用了施工空間而且對周圍環境美觀造成影響。為了在規定工期內完成道路改擴建工程目標，在保證施工質量和投資目標內，碎石的供應成為整個施工過程中的難點。

2.1.2孤石的性能分析

為了解決基層碎石補給不足的首要問題，孤石成為亞雪合同段施工中最為便利獲取的石料，通過對料場采購的碎石以及初步破碎后獲得的孤石碎石進行壓碎指標試驗，獲得表1。

表1 碎石壓碎值

通過對9.5～19.0尺寸下碎石壓碎值的對比，料場生產的碎石和移動破碎生產出的碎石有顯著的不同。移動破碎生產的碎石壓碎指標的平均值要大5%左右，說明路邊遺留的孤石強度不如山上開采的碎石強度大。

根據壓碎值顯示，料場生產屬于二類碎石，而移動破碎生產屬于三類碎石。但移動破碎生產的石料壓碎指標小于30%，滿足作為基礎碎石強度需要，可以作為碎石補給原材料進行破碎。

2.2 價值工程應用于移動破碎施工的方法研究

2.2.1確定移動破碎施工工藝的功能系數

將價值工程引入移動破碎施工工藝方案中，首先需要利用AHP方法對工藝方案中各目標因素之間的影響進行定量分析，確定同一層次中不同因素對上一層次因素影響的相對權重。對各影響因素進行兩兩比較，并利用表2 saaty的1-9級標度法賦值，對同一層次同時影響上一層次同一因素的不同下層因素建立判斷矩陣，并依次構建不同相鄰層次的判斷矩陣。

在構建判斷矩陣后，通過計算各判斷矩陣的各因素最大特征根及其相應的特征向量，并對特征向量做歸一化處理，確定各層次因素重要性排序的權重向量。特征向量歸一化方程如下：

(2)

為了驗證所求權重的合理性，需要對判斷矩陣進行一致性檢驗，首先需要計算矩陣的最大特征值為：

(3)

其中，A為判斷矩陣;W為權重向量;(AW)i為向量的第i個分量;n為判斷矩陣的階數。

然后進行一致性指標計算如下:

(4)

(5)

其中,CR<0.1,表示判斷矩陣可以接受，否則認為矩陣不符合一致性[7]。RI為平均隨機一致性指標,其取值可以通過表2獲得。

表2 saaty法賦值

假設某一層次中有m個影響因素,它們關于系統的總體重要度為a1,a2,…,am。下一層次有n個影響因素,它們關于ai的相對重要度為b1i,b2i,…,bni,則下一層次的影響因素bj的綜合權重[8]為:

(6)

2.2.2確定移動破碎施工工藝的成本系數以及價值系數

成本系數矩陣由各方案施工總成本組成，各方案成本系數為Ci=Ci/∑Cj。然后通過功能系數與成本系數相比較獲得價值系數，再進行比較。通過比較獲得各施工方案之間的價值關系，選擇價值系數最大的方案作為最適宜生產工藝方案[9]。

3 案例分析

3.1 工程概況

黑龍江三莫公路亞雪合同段改擴建工程該路段一共需補充碎石產品8 680 m3。其中三種施工工藝方案的施工成本見表3。

表3 施工成本

3.2 移動破碎施工工藝方案評價

通過上表可明顯得到方案2與方案1和方案3相比較總造價最少，但方案的比選，應進行綜合比較。通過對施工方案的進一步比較，應對施工方案的技術要求、施工要求、環保要求以及經濟要求四方面進行施工工藝價值工程評價分析[10,11]。

3.2.1功能分析

1)評價指標。通過對工藝方案的成本比較不能確定方案功能之間的關系，功能評價指標應從施工方案的技術要求、施工要求、環保要求以及經濟要求四方面進行分析比較得到相應的功能系數。

2)建立評價模型。按照建模方法建立評價模型如圖1所示，并按順序求出相應的單排排序，層次總排序以及一致性檢驗。通過咨詢專家組，對上述模式各層次進行打分，并進行兩兩比較，并利用表2 saaty的1-9級標度法賦值，可以得到指標的兩兩比較結果，見表4～表8。

表4 判斷矩陣A-B方根的計算

W(1)=(0.526 3,0.086 8,0.183 6,0.203 2)T。

表5 判斷矩陣B1-C方根的計算

W(2)=(0.116 8,0.199 7,0.683 3)T。

表6 判斷矩陣B2-C方根的計算

W(3)=(0.279 7,0.626 7,0.093 6)T。

表7 判斷矩陣B3-C方根的計算

W(4)=(0.637 0，0.258 3，0.104 7)T。

表8 判斷矩陣B4-C方根的計算

W(5)=(0.270 6，0.644 2，0.085 2)T。

3)求出各方案相應的功能系數。

自上而下的求出各層要素關于系統的總體綜合重要度，及各方案功能性系數F為：

(7)

方案3的功能性系數為0.404 3，相較其他方案能夠較好的滿足工程需要。

3.2.2計算移動破碎施工工藝方案的成本系數及價值系數

根據公式Ci=Ci/∑Cj，成本系數Ci為：

Ci=(0.365 3,0.285 0,0.349 7)

(8)

由上述計算可以明顯看出，方案1成本最大，方案2成本為最小。根據式(1)，各方案價值系數Vi為：

Vi=(0.754,1.185 2,1.156 1)

(9)

即V2>V3>V1，雖然方案3的功能性最大，但綜合造價與對施工適宜性相比較，方案2相較方案1與方案3更能滿足整個工程的需要。

3.3 移動破碎工藝方案的優勢

方案的經濟比較。采用預破碎方法+鄂式破碎施工工藝方案與傳統料場采購方案在三莫公路亞雪合同段中，方案的施工成本如表9所示。

由于地理條件的限制，距離最近的石場距離大于70 km，其次由于三莫公路亞雪合同段舊路狹長且路寬有限，施工時沒有材料運輸通道。單一的通過采購運送碎石不僅增加施工成本也造成工期拖延，碎石的采購價格在2元/m3左右，運輸費用大約為1元/km，碎石運送至移動破碎驗證路段平均距離為80 km，則石料成本如表10所示。

通過上述兩個表格的方案經濟比較，在三莫公路亞雪合同段的特殊條件下，在采用單一的料場采購碎石的方式下提供改擴建工程所需碎石，不僅延長了施工時間，也增加了施工成本。在保證健康施工的前提下，方案2的綜合評價相對于功能系數高于本身的方案3，更適應于實際工程的需要，投資成本為538 274元，也遠遠小于單一采購成本711 760元的料場碎石采購方法。因此采用移動破碎施工方案2更符合預期目標，其價值系數大于1，對方案進行更加優化管理，在三莫公路亞雪合同段改擴建施工中更為有效的發揮此方案的優勢。

4 結語

價值工程分析方法可以應用到移動破碎施工工藝方案的評價中，對施工方案的制定具有重要的參考與優化作用。本文對施工中三個方案進行了價值工程分析，確定了評價指標，計算了相應的價值系數并得到了V2>V3>V1，選定最優的材料供應方案。通過進行驗證性施工，移動破碎施工能夠滿足施工需求的同時在驗證路段施工成本一項上節約了近18萬元。在三莫公路亞雪合同段施工中使用移動破碎施工，孤石作為破碎母料被利用使得原先堆積道路兩側的大量孤石得到妥善處理，確保工期內完成施工任務的同時使得沿途公路環境得到改善，在一定程度上移動破碎施工方案有重要社會意義。同時將價值工程引入后的移動破碎施工方案不僅有效的幫助黑龍江省三莫公路亞雪合同段處理了施工難題，也可以作為移動破碎施工經驗借鑒到其他類似道路工程施工中去。