李大鸣

摘要:本文以湖嘉申线（湖州段）航道建设项目为背景，运用价值工程的原理与方法，对我省内河航道传统的衡重式护岸进行了结构优化与方案比选。

关键词：衡重式护岸  价值工程  层次分析法  结构优化

1 前言

护岸是航道工程中常用水工结构物。它主要功能是避免或减轻船行波浪对堤岸的冲刷，防止水土流失，保持堤岸的稳定。护岸型式主要有衡重式、板桩式、连续墙式、两级式和斜坡式等，内河航道属限制性航道，衡重式护岸是应用最普遍的结构型式.

随着我省内河航道建设投入的加大，高等级航道逐年增加，极大改善了通航条件；同时，由于衡重式护岸一直以来结构比较单一，变化较少，在建设与使用过程中暴露出一些问题，已与航道等级不相适应，具体表现在以下几点：

1．浆砌块石砌筑工艺较复杂，砂浆饱满度不易控制，墙身整体性难以保证；

    2．基础抗冲刷能力不足，护岸易滑移和倾覆；

    3．墙身断面尺寸较笨重，结构过于单调，与周围环境不协调；

4．维修与养护费用较高。

针对上述问题，本文以我省首条三级航道——湖嘉申线（湖州段）航道建设项目为背景，利用价值工程原理与方法，通过对衡重式护岸中主要对象的选择和优化，初步拟定几个备选方案；然后对方案进行功能系统分析与成本分析，最后进行方案评价，选择最优方案。

运用用价值工程对方案进行评价优选的常用方法是加权评分法。它用权数的大小来表示评价指标的主次程度，用满足程度评分来表示方案的某项指标的水平高低，以方案评得的综合总分作为择优的依据，同时考虑功能与成本两方面的因素，以价值系数最大者为最优方案。

对衡重式护岸结构优化方案的评价优选包括以下几个步骤：

（1）研究对象的功能系统分析，确定功能评价指标及权重；

（2）针对需改进的具体目标，初步拟定几种优化方案；

（3）计算各方案的功能评价得分，确定功能评价系数；

（4）确定各方案的成本系数；

（5）确定各方案的价值系数；

（6）选出最优方案。

2 优化前的准备工作

2.1工作小组的组成

为了保证价值工程活动科学、有序地展开，我们邀请了业主、设计、施工、监理四方的专家和技术人员共8人，组成工作小组，

2.2确定主要优化对象

衡重式护岸由压顶、墙身、基础和附属部分组成，且各部分的重要性各不相同，利用强制确定法可以确定各部分的价值系数的大小，找出主要优化的对象。

工作小组各位评委对衡重式护岸的四个分项工程的重要性进行一对一比较，独立打分。例如，基础比压顶重要，则基础得1分，压顶得0分。然后将各分项工程重要性得分累计相加得到评分结果，若累计分为0分，则各分项工程均加1分，得到修正分值。

综合8位评委的修正分值，列表计算各分项工程的评分合计值，并除以所有分项工程的总计得分，即确定了各分项工程的功能评价系数。

结合湖州市内河航道工程经验，对衡重式护岸的成本进行分析，确定四个分项工程成本系数。计算结果如表2所示。

由表2看出，墙身的价值系数为0.58＜1，表明该分项工程在功能上所占的比重小于在成本上所占的比重，应作为重点优化对象，提高其性价比。

基础的价值系数为1.21＞1，功能与成本的比重基本匹配，但考虑到其功能系数与成本系数都较高，也作为一般优化对象。

压顶与附属部分由于功能系数与成本系数较低，不作为优化对象。

3 功能系统分析

3.1确定功能评价指标体系

工作小组首先通过向业主、设计、监理和船户发放问卷表和现场调查等形式，广泛征求他们对于衡重式护岸在设计、施工和使用方面的意见和建议。通过工作小组各位专家的整理、分析和讨论，增加必要功能，剔除过剩功能，按一定的逻辑关系，把各部分功能相互连接起来，绘制了功能系统图，如图2所示。

3.2确定功能评价指标的权重

    功能评价指标权重的确定方法采用层次分析法。

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP方法）是美国著名运筹学家、匹兹堡大学教授萨迪（Thomas.L.Satty ）在20世纪70年代提出的。它的基本思想是把一个复杂的问题分解成各个组成因素，并将这些因素按支配关系分组，从而形成一个有序的递阶层次结构。通过两两比较的方式确定层次中诸因素的重要性，然后综合人的判断以确定决策因素相对重要性的总排序。AHP方法是一种将定性与定量相结合的多目标决策方法。方法思路简单清晰，能紧密地与决策者的主观判断和推理相联系，将决策者的主观判断和推理过程给予量化描述，并通过严密的数学推导使其量化；计算过程既反映主观因素，又反映客观因素，从而使得比主观方法确定权重更科学，大大提高了决策的有效性、可靠性和可行性。

层次分析

(1)建立递阶层次结构

    按因素的属性分成若干组，形成不同层次。同一层次的因素作为准则对下一层次的某些因素起支配作用，同时它又受到上一层因素的支配。递阶层次结构见图2，分为三个层次：

    ①目标层（B）：要达到的目标和结果。

②准则层（C）：实现目标涉及的一级指标。

    ③指标层（A）：实现目标涉及的二级指标。

（2）构造两两比较判断矩阵

在建立了递阶层次结构后，上下层之间元素的隶属或者支配关系就被确定。假定上一个层次的一个元素对下一层次的元素有支配关系，可以建立准则层因素

比较判断矩阵BC，指标层较判断矩阵因素比较判断矩阵C₁A、C₂A、C₃A。

工作小组8位专家评委分别对矩阵中各项指标的相对重要性进行两两比较打分，该判断矩阵是一个互反矩阵，矩阵元素a_ij（i=1，2，…，n；j＝1，2，…，n）有如下性质：a_ij>0； a_ji＝1/a_ij ； a_ii＝1（i=j)。

打分采用9级标度法，即对于矩阵元素a_ij，若

A_i与A_j同样重要：a_ij＝1，a_ji＝1；

A_i比A_j稍微重要：a_ij＝3，a_ji＝1/3；

A_i比A_j明显重要：a_ij＝5，a_ji＝1/5；

A_i比A_j非常重要：a_ij＝7，a_ji＝1/7；

A_i比A_j极端重要：a_ij＝9，a_ji＝1/9。

如果被比较元素的相对重要程度介于上述判断中相邻两种判断之间，a_ij可取2、4、6、8，相应地，a_ji可取1/2、1/4、1/6、1/8。

对8位专家评委打的分，去掉一个最高分和一个最低分，然后取平均分，评分结果见表3～表6，并得到四个比较判断矩阵。

(4)层次总排序

层次总排序指在单准则排序的基础上，计算每一层次中各个元素相对于总目标的综合权重，并进行综合判断一致性检验的过程。

指标层A₁～A₃相对于目标层B的权重为：

（0.230，0.660，0.110）^T×0.632=(0.145，0.417，0.070) ^T

指标层A₄～A₆相对于目标层B的权重为：

（0.237，0.634，0.129）^T×0.118=(0.028，0.075，0.015) ^T

指标层A₇～A₉相对于目标层B的权重为：

（0.101，0.501，0.398）^T×0.250=(0.025，0.125，0.100) ^T

综上所述，指标层A₁～A₉相对于目标层B的权重为：

(0.145，0.417，0.070，0.028，0.075，0.015，0.025，0.125，0.100) ^T

4 拟定优化方案

工作小组的专家评委召开畅谈会，在对调查搜集到的信息进行分析与整理的基础上，着重研究了内河航道传统衡重式护岸结构与功能的缺陷，从提高功能与降低成本两方面入手，重点对墙身及基础进行优化，并各自提出衡重式护岸结构优化方案；会上评委们发扬民主，畅所欲言，对各种优化方案进行补充和完善。最后经过归纳与整理，拟定了四个备选方案，如图3所示。

衡重式护岸结构断面优化详见表9，主要体现在以下两个方面：

（1）结构断面尺寸的优化。一方面在必要功能不变的前提下，降低成本，如墙身高度降低1000px，宽度减少125px；；另一方面在成本略微增加的前提下，大大加强必要功能，如在基础迎水面增加前趾；

（2）墙身材料的合理选择与优化配置。为了最大限度地提高结构的必要功

法一般分为四个基本步骤，即建立递阶层次结构、构造两两比较判断矩阵、单准则排序和层次总排序。

能，同时兼顾成本，我们一方面选用用浆砌块石、混凝土、块石混凝土和预制块体等多种墙体材料；另一方面将不同材料科学合理地组合与配置，使墙体结构各具特色、物尽其用。

5方案的评价与选择

    方案的评价与选择是对备选方案的优缺点和可行性进行系统分析、比较、筛选，最后选出价值最高的可行方案的决策过程。本文采用功能加权法进行定量评价。

5.1功能评价系数的确定

我们把原传统衡重式护岸与另四个备选方案一起列为评价对象，由工作小组的每位评委就每个方案对于9项功能指标的满意度进行打分，打分采用10分制，对8位评委满意度评分汇总后列于表8。每一项指标满意度评分乘以相应的权重系数后再相加，得到每个方案的总分，最后计算功能评价系数，如表8所示。

5.2 成本系数的确定

以湖州地区内河典型护岸的单位成本为依据，对五个方案的单位成本进行分析与组价，分别计算单位成本与成本系数，如表9所示。

5.3 价值系数的确定

根据式V_i=F_i/C_i分别计算五个方案的价值系数，按价值系数的大小由高到低进行排序

6结论与建议

本文利用价值工程基本原理与方法，从功能与成本两个方面出发，统筹兼顾，优化衡重式护岸结构型式，最大限度地提高其“价值”。从表10可以看出，备选的四个方案（A1型～A4型）与原传统衡重式护岸(A0型)相比，其价值系数均有不同程度的提高，取得了较为满意的结果。

工作小组选取价值系数最大的A3型护岸作为我省湖嘉申线(湖州段)航道建设项目衡重式护岸的主要结构型式；同时为了避免单调，兼顾美观与节约资源，我们在城镇航段选取了A4型护岸。

参考文献：

1.罗汉奎,欧晓理.价值工程. 北京：中国铁道出版社，1998

2.张传吉.建筑业价值工程. 北京：中国建筑工业出版社，1993

3.郭亚军.综合评价理论与方法. 北京：科学出版社，2002

4.毛义华.建筑工程经济.浙江大学出版社，2001