系統分析決策在工程變更方案選擇中的應用

摘 要：以鄂北地區水資源配置工程為背景，介紹了系統分析與決策方法在工程變更方案選擇中的應用。通過確定目標、收集資料、預測未來、擬定方案、方案評估、方案優選等，運用決策分析系統將各種資料數據進行綜合處理，對非量化數據、指標進行量化處理，減少了方案選擇中的盲目性、主觀性與武斷性，為今后類似的方案選擇提供寶貴的經驗。

關鍵詞：系統分析與決策；工程變更；方案選擇

中圖分類號：TV213.4 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標志碼：A

1 工程概況

湖北省鄂北地區水資源配置工程從丹江口水庫清泉溝隧洞進口引水，向沿線城鄉生活、工業和唐東地區農業供水，解決鄂北地區干旱缺水問題。工程主要建筑物由取水建筑物、明渠、暗涵、隧洞、倒虹吸、渡槽和節制閘、分水閘、檢修閘、退水閘、放空閘閥、排洪建筑物及王家沖水庫等組成，工程規模為Ⅱ等大（2）型，主要建筑物級別為2級或3級，次要建筑物級別為3級或4級。

鄂北地區水資源配置工程線路較長，總長達269.67 km，沿線建筑物類型較多，協調難度較大。以周家灣明渠為例，周家灣明渠位于廣水市蔡河鎮，為鄂北地區水資源配置工程2016年12標工程項目，初步設計批復的內容為：明渠樁號范圍234+200—234+410，長210 m，為梯形斷面，明渠進口接周家灣隧洞，出口接杏仁山隧洞，進出口均接隧洞，為高挖方渠，整段渠道以挖方為主，中間約60 m為半挖半填明渠，明渠沿線地面高程約117～101 m，渠道最大填高5 m。在明渠樁號234+308處設計有排洪倒虹吸。

目前，周家灣明渠下部排洪倒虹吸已施工完成，明渠已基本開挖，支護已完成，上下游連接隧洞段基礎及邊坡開挖、支護也已完成。周家灣明渠有部分填方渠道，填方量約4 000 m3，原設計料場料源不滿足設計要求，需重新開發合適的料場，選擇滿足設計要求的料源。根據周家灣明渠現場情況，經勘測，明渠附近有一處新料場料源滿足設計要求，但新料場所在地為基本農田，征地難度較大，征地費用較高。

同時，周家灣明渠下游側樁號234+365處有約3 m寬土路從渠頂通過，初設階段考慮該道路交通需求少，可從上游其他道路繞行。由于明渠附近發展了獼猴桃、核桃等生態產業園，現場道路通行需求增加，地方多次提出要求待明渠修好后須按現狀恢復交通，保證渠頂道路連通，并提出增加渠頂交通橋的需求。

按照原明渠設計方案，需重新選取新料場，同時增設渠頂交通橋恢復現狀交通。考慮到新料場需征地，征地難度大、費用高，且增設交通橋也導致投資大幅增大，施工方提出將明渠變更為暗涵的建議。

對于業主方而言，方案選擇過程可以理解為確定性決策過程，可以應用系統決策分析相關理論知識進行解決。

2 確定目標

決策目標應根據現有條件、決策中預計獲得的結果而建立[1]。實施中的各種決策、目標必須具體明確[2]。目標應有主次之分，對主要目標必須達到而不能打折扣，對次要目標希望能達到，應適當放寬限制[3]。

對于這個案例來說，項目法人主要目標就是在保證質量安全進度的前提條件下投資最小。作為工程建設的核心目標，質量、安全、進度、投資并不是孤立存在的目標，而是相輔相成卻又相互制約的。四者應保持一個均衡的狀態，方能達到一個綜合的效益，過分地追求某一個方面的目標，勢必會影響其它方面。想要提高結構質量，必然會產生更大的投資，想要控制投資，則在結構的質量及進度方面不能作出過多的要求。次要目標是減少征地協調難度等。這個案例中，施工單位提出變更的依據之一就是回填所需料源無法確定，但新料場征地上存在一定的難度，極有可能出現征地難度大導致工期延誤的情況。所以減少征地協調難度是針對這個案例作決策時所不能忽視的另一大目標。

3 收集資料

確定目標之后，應收集足夠數量可靠的資料，為科學決策打好基礎[4]。根據資料，采用各種預測技術，對未來作定性、定量預測，指出其發展趨勢，提高決策的準確性。

針對這個案例，可用確定性決策來進行方案選擇。

在施工單位提出變更后，項目法人組織包括設計方、監理方、服務地方協調指揮部、施工方等在內的各參建單位的代表去現場進一步了解了相關情況，收集了相關資料。

3.1 初設批復內容

初設階段批復周家灣明渠（234+200—234+410）

長210 m，是周家灣隧洞與杏仁山隧洞的連接段，周家灣明渠所處微地貌單元為溝谷地形，沿渠線地面高程100.53～121.50 m。明渠平面呈直線布置，線路方位角S52°46′33″E。本段明渠為石渠，渠道主要為挖方渠，渠基為揚子期（βμ 22）強風化變輝長輝綠巖，最大挖深19.5 m，設計流量7.4 m3/s，縱坡坡比為1∶25 000，渠底寬3.5 m，底板高程102.05～102.04 m，石渠邊坡坡比1∶0.75，土渠邊坡坡比1∶2，水深2.72 m。

全挖方渠設計渠頂高程為設計水位加1 m超高，并設一級平臺。土渠渠頂以下內坡采用10 cm厚C20W6F150混凝土護砌，下設15 cm砂礫石墊層。渠底采用20 cm厚C20W6F150混凝土護砌，設

50 cm×50 cm混凝土腳槽。石渠渠頂以下內坡及渠底均采用20 cm厚C20W6F150混凝土護砌，兩邊坡布設系統錨桿支護。

設計渠頂以上石渠開挖邊坡坡比1∶0.75，按8～10 m垂高設寬為2.0 m的馬道，在巖基與覆蓋層分界處亦設2 m寬馬道，覆蓋層開挖邊坡坡比1∶2；邊坡段設隨機錨桿加8 cm厚C20混凝土噴錨支護，邊坡設間排距3 m、孔深2.5 m的排水孔。表層覆蓋層邊坡設草皮護坡。

考慮渠道維護及檢修方便，設渠頂道路。根據現場地形，在較低和平緩段左右兩邊各設渠頂路，其余段均利用 2 m 寬平臺作人行道到達前后洞口附近。右側道路寬5 m，設4.5 m寬混凝土路面（混凝土彎拉強度4.5 MPa），兩邊各留0.25 m寬路肩，路面混凝土厚20 cm，下面各設15 cm厚水泥穩定級配碎石和15 cm厚級配碎石基層。左側道路寬3.5 m，兩邊各留0.20 m寬混凝土路肩，為20 cm厚泥結石路面，下設20 cm厚級配碎石。

進口與周家灣隧洞間和出口與杏仁山隧洞間采用扭面擋墻漸變過渡。

周家灣隧洞出口及杏仁山隧洞進口隧洞洞臉邊坡為永久邊坡。根據隧洞進、出口地質條件，巖土混合邊坡在巖體分界處設置馬道，土質邊坡按垂高6 m，巖質邊坡按垂高8～10 m設置馬道，馬道寬度2 m，坡頂開口線外側3～5 m處及馬道內側設置混凝土截水溝、排水溝，截、排水溝斷面尺寸0.5 m×0.5 m。

巖質邊坡開挖坡比1∶0.5～1∶1，土質邊坡開挖坡比1∶2～1∶2.5。巖質邊坡開挖坡面噴8 cm厚C25混凝土，并采用Φ22系統錨桿支護，錨桿間距2 m，深入巖石4 m。

3.2 實際施工進度

周家灣明渠下部排洪倒虹吸已施工完成，明渠已基本開挖、支護已完成；上下游連接隧洞段基礎及邊坡開挖、支護已完成。根據擬定的施工進度計劃，周家灣明渠需保證在四個月內完成建設任務。

3.3 料源及征地情況

周家灣明渠部分填方渠道需占用耕地作為料場。初設批復直接利用本處挖方進行回填，單價為4.6元/m3，最近的可用料場距離施工現場約15 km，如若采用調整后的料場，土方回填單價會提高數十倍；如果開采新的料場，根據現場情況，料場所在地為基本農田，征地難度大。

3.4 交通要求

周家灣渠道下游側樁號234+365處有約3 m寬土路從渠頂通過，初設階段，考慮該道路交通需求少，建議從上游其他道路繞行。明渠附近發展了獼猴桃、核桃等生態產業園，現場道路通行需求增加，根據當地發展情況，地方指揮部多次提出保證渠頂道路連通，提出增加渠頂交通橋的需求。根據渠道跨度，增加交通橋長度約35 m，參考鄂北地區水資源配置工程其他跨渠交通橋投資費用，本渠段增加交通橋費用約80萬元。

4 擬定方案

根據資料和預測的未來狀態，擬定各種可行方案。其基本要求為：能達到主要目標，兼顧次要目標；考慮各種影響因素；從實際出發；較易進行比較評估。

結合收集到的相關資料，在滿足主要目標兼顧次要目標的前提條件下，保證結構穩定、過流能力及進度方面均能滿足相關要求下，提出以下變更方案。

變更方案：周家灣明渠變更為暗涵，暗涵施工后在暗涵上部覆1 m土以綠化環境，方便生態種植；在中部填方渠段渠頂覆蓋1 m的填土，寬15 m，兩側設坡比1∶3的邊坡與地面銜接。結構斷面進出口及跨渠道路段頂板采用厚板，其余部位采用薄板結構。施工結束后道路處蓋板上部覆土1 m并恢復道路交通。

設計內容：過水渠變更為矩形暗涵，暗涵施工后僅覆蓋1 m填土做綠化；中間沖溝段填方段暗涵頂覆土厚1 m、寬15 m，兩側設坡比1∶3的邊坡與地面銜接，暗涵采用薄蓋板。周邊村民人行道路在234+335—234+355段通行。

目前渠道首、尾段已開挖成型，邊坡穩定，為節約投資，盡量減少邊坡變更；渠道采用單孔矩形過水斷面，為避免污物入渠，渠頂設蓋板。考慮渠道較短，暗涵覆蓋后維護簡便，本段渠道填筑后渠頂不設巡線道路。暗涵結構過流凈斷面尺寸為3.9 m×3.8 m（寬×高）。為節約土地，綠化環境，挖方渠在渠暗涵上部覆土1 m厚做生態綠化帶，同時可以對暗涵進行防裂保護。本段渠道填筑主要為暗涵兩側及頂部的回填，可選擇本渠段開挖的土石料填筑。

5 方案評估

評價方案應從達到目標的角度出發，分析各方案技術上的合理性、實現的可能性和經濟性。應根據實際情況，采用合適的評價方案，求出各方案定量的評價值，以供決策[5]。

無論是初設的明渠方案，還是變更后的暗涵方案，均能保證質量、安全及進度，但是其中必定有一個方案在滿足質量、安全及進度的要求下，綜合投資最小[6]。

經過分析可知，綜合費用包含四方面，分別為土建費用、征地費用、進度影響費用、運行管理費用等。

5.1 初設方案

土建費用：初設階段批復的概算為148萬元。初設階段，考慮到該道路交通需求少，設計從上游其他道路繞行。根據渠道跨度，增加交通橋長度約35 m，根據目前鄂北地區水資源配置工程上跨渠交通橋的參考投資費用，本渠段增加交通橋費用約80萬元。故初設方案中土建投資總共228萬元。

征地費用：變更前永久占地面積為71.13畝，其中耕地29.07畝，林地41.51畝，交通用地0.15畝，其他水域面積0.30畝，住宅用地0.11畝。按批復的初步設計標準計算，變更前涉及的永久占地對應移民直接補償投資為214萬元。

進度影響費用：初設方案由于料場征地協調難度較大，預計對工期影響超過兩個月，按照每月20萬元的窩工費用進行計算，進度影響費用為40萬元。

運行管理費用：初設方案為開敞式明渠方案，為減少后期運行管理的難度，會對沿線的開敞式明渠增加防護措施，預計費用為5萬元。需配備管理人員對明渠進行定期巡視檢查，運行管理成本相對較高，按照每年2萬元的運行管理成本計算，工程的設計壽命為50年，則初設方案的運行管理費用共計105萬元。

5.2 變更方案

土建費用：明渠改暗涵后，交通恢復問題可以解決，但土建費用有所增加。經過計算，變更后土建費用為299萬元。

征地費用：明渠變更為暗涵后，永久占地面積減少，永久占地57.28畝，其中耕地27.60畝，林地29.13畝，交通用地0.15畝，其他水域面積0.30畝，住宅用地0.11畝。變更后涉及的永久占地對應移民直接補償投資為175萬元。

進度影響費用：改暗涵后，會在原計劃工期內完成施工任務，故對進度不存在影響，變更后進度影響費用為0。

運行管理費用：改暗涵后暗涵上部覆土，為全封閉結構，會降低運行管理的難度，按照每年1萬元的運行管理成本計算，工程的設計壽命為50年，則變更方案的運行管理費用共計50萬元。

6 方案優選

方案優選即通過評估的過程進行綜合分析，權衡優劣，選擇最佳方案。初設方案與變更方案的投資情況對比見表1。

從綜合投資方面來講，初設明渠方案綜合投資為587萬元，變更暗涵方案綜合投資為524萬元，變更暗涵方案要優于初設明渠方案。

從征地協調難度來講，變更暗涵方案不需要考慮料場來源問題，且除中間底洼區和排洪倒虹吸需永久征地外，其余部位均可由永久征地調整為臨時征地，施工完后可原地復建，恢復原土地功能，有利于環境保護和土地利用；初設梯形明渠方案全線均為永久征地，目前征地已經完成，征地費用已發放。

從進度方面來講，無論是初設明渠方案還是變更暗涵方案，渠道均較常規，施工技術及難度相當。但初設方案需建跨渠交通橋，使得該方案渠道施工和交通橋互相干擾，且料場需重新征地需要一定的時間。變更方案不需建跨渠交通橋，也不需重新征地，降低了交通建筑物的施工難度，也有利于控制施工工期。

從綜合投資、征地協調難度、進度要求等目標方面綜合考慮，選擇變更暗涵方案。

7 結束語

本文闡述了系統分析與決策方法在引調水工程變更方案選擇中的應用，通過相關的資料收集，經過科學的分析與測算，定量分析與定性分析相結合，在保證達到主要目標、兼顧次要目標的前提條件下，考慮各種影響因素，從實際出發，擬定各種可行方案，進一步分析各方案技術上的合理性及實現的可能性和經濟性，求出各方案定量的評價值，并進行綜合分析，選擇最佳方案，減少了方案選擇中的盲目性、主觀性與武斷性，為今后類似的方案選擇提供寶貴的經驗。

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Application of System Analysis Decision Making in Selecting Engineering Change Program

XIONG Ping1，YI Xiaoli2，ZHU Miaohuang3，QIN Yang4

（1.Construction and Management Bureau of Water Resources Allocation Project in North Hubei Province （Preparatory），Wuhan 430000，China；2. Hubei Provincial Water Resources and Hydropower Planning Survey and Design Institute Co.，Ltd.，Wuhan 430070，China）

Abstract：With the background of the water resources allocation project in North Hubei Province，we introduces the application of system analysis and decision-making methods in the selection of engineering change programs. By analyzing goals，collecting information，predicting the future，formulating plans，evaluating plans，and optimizing plans，we apply a decision analysis system to synthesize data from a variety of sources. Quantitative processing of non-quantitative data and indicators reduces the blindness，subjectivity and arbitrariness in program selection. The study serves as a valuable experience for future decision-making in similar programs.

Key words：system analysis and decision-making；engineering changes；program options