解世林 徐文远 肖 阳

(1.东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2.中国建筑第八工程局西南分公司，四川 成都 601141； 3.黑龙江省高速公路建设局，黑龙江 哈尔滨 150036)

0 引言

黑龙江省三莫公路亚雪合同段改扩建工程中，由于待改建的旧道路狭长且沿途地势环境恶劣。在石料的运输和旧路面扩建中，挖方废料的堆放和处理成为制约三莫公路旧道路改扩建工程的一大难题。通过在实验室中对道路两旁存在的孤石进行强度试验，孤石的强度符合道路建设中基层碎石的技术要求。如何通过移动破碎解决碎石的补给不足、挖方中巨大孤石的处理方法以及不影响周围生态环境的同时保证工期内建设工作有序的开展等问题，需要制定一套科学且有效的移动破碎施工方案。为了解决上述问题，通过运用价值工程分析对移动破碎工艺以及工艺机械进行比选分析，可以为山区类似公路修建制定科学的工艺方案提供科学依据。

1 价值工程评价的基本原理对工程建设的启示

价值工程(Value Engineering简称VE)是通过对组织内各项活动的功能分析，要求在项目的寿命周期内以最低的消费来实现项目所需的必要功能[1]。价值工程的目的在于以最小成本创造最高的价值，同时具备现实项目所需的必要功能，从诸多方面亦可以提高建筑产品的功能水平[2-4]。因此价值工程探讨的是价值、功能以及成本三者之间的关系[5,6]，可以用式(1)表示:

V=F/C

(1)

其中，V为研究对象的价值指数;F为研究对象的功能指数;C为研究对象的成本指数,即全寿命周期成本指数[2]。

2 价值工程在孤石移动破碎工艺中的应用分析及方法研究

2.1 价值工程在孤石移动破碎工艺中的应用分析

2.1.1三莫公路亚雪合同段改扩建工程中存在的问题和难点

三莫公路亚雪合同段改扩建中按照施工经验基层碎石一般是通过料场采购获得，但由于亚雪合同段旧的道路沿途100多千米道路狭窄只能满足基本的施工面需要，并且施工道路中50 km左右没有平交道口，没有材料运输通道，并且挖掘出的大量孤石不仅占用了施工空间而且对周围环境美观造成影响。为了在规定工期内完成道路改扩建工程目标，在保证施工质量和投资目标内，碎石的供应成为整个施工过程中的难点。

2.1.2孤石的性能分析

为了解决基层碎石补给不足的首要问题，孤石成为亚雪合同段施工中最为便利获取的石料，通过对料场采购的碎石以及初步破碎后获得的孤石碎石进行压碎指标试验，获得表1。

表1 碎石压碎值

通过对9.5～19.0尺寸下碎石压碎值的对比，料场生产的碎石和移动破碎生产出的碎石有显著的不同。移动破碎生产的碎石压碎指标的平均值要大5%左右，说明路边遗留的孤石强度不如山上开采的碎石强度大。

根据压碎值显示，料场生产属于二类碎石，而移动破碎生产属于三类碎石。但移动破碎生产的石料压碎指标小于30%，满足作为基础碎石强度需要，可以作为碎石补给原材料进行破碎。

2.2 价值工程应用于移动破碎施工的方法研究

2.2.1确定移动破碎施工工艺的功能系数

将价值工程引入移动破碎施工工艺方案中，首先需要利用AHP方法对工艺方案中各目标因素之间的影响进行定量分析，确定同一层次中不同因素对上一层次因素影响的相对权重。对各影响因素进行两两比较，并利用表2 saaty的1-9级标度法赋值，对同一层次同时影响上一层次同一因素的不同下层因素建立判断矩阵，并依次构建不同相邻层次的判断矩阵。

在构建判断矩阵后，通过计算各判断矩阵的各因素最大特征根及其相应的特征向量，并对特征向量做归一化处理，确定各层次因素重要性排序的权重向量。特征向量归一化方程如下：

(2)

为了验证所求权重的合理性，需要对判断矩阵进行一致性检验，首先需要计算矩阵的最大特征值为：

(3)

其中，A为判断矩阵;W为权重向量;(AW)i为向量的第i个分量;n为判断矩阵的阶数。

然后进行一致性指标计算如下:

(4)

(5)

其中,CR<0.1,表示判断矩阵可以接受，否则认为矩阵不符合一致性[7]。RI为平均随机一致性指标,其取值可以通过表2获得。

表2 saaty法赋值

假设某一层次中有m个影响因素,它们关于系统的总体重要度为a1,a2,…,am。下一层次有n个影响因素,它们关于ai的相对重要度为b1i,b2i,…,bni,则下一层次的影响因素bj的综合权重[8]为:

(6)

2.2.2确定移动破碎施工工艺的成本系数以及价值系数

成本系数矩阵由各方案施工总成本组成，各方案成本系数为Ci=Ci/∑Cj。然后通过功能系数与成本系数相比较获得价值系数，再进行比较。通过比较获得各施工方案之间的价值关系，选择价值系数最大的方案作为最适宜生产工艺方案[9]。

3 案例分析

3.1 工程概况

黑龙江三莫公路亚雪合同段改扩建工程该路段一共需补充碎石产品8 680 m3。其中三种施工工艺方案的施工成本见表3。

表3 施工成本

3.2 移动破碎施工工艺方案评价

通过上表可明显得到方案2与方案1和方案3相比较总造价最少，但方案的比选，应进行综合比较。通过对施工方案的进一步比较，应对施工方案的技术要求、施工要求、环保要求以及经济要求四方面进行施工工艺价值工程评价分析[10,11]。

3.2.1功能分析

1)评价指标。通过对工艺方案的成本比较不能确定方案功能之间的关系，功能评价指标应从施工方案的技术要求、施工要求、环保要求以及经济要求四方面进行分析比较得到相应的功能系数。

2)建立评价模型。按照建模方法建立评价模型如图1所示，并按顺序求出相应的单排排序，层次总排序以及一致性检验。通过咨询专家组，对上述模式各层次进行打分，并进行两两比较，并利用表2 saaty的1-9级标度法赋值，可以得到指标的两两比较结果，见表4～表8。

表4 判断矩阵A-B方根的计算

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

表5 判断矩阵B1-C方根的计算

W(2)=(0.116 8,0.199 7,0.683 3)T。

表6 判断矩阵B2-C方根的计算

W(3)=(0.279 7,0.626 7,0.093 6)T。

表7 判断矩阵B3-C方根的计算

W(4)=(0.637 0，0.258 3，0.104 7)T。

表8 判断矩阵B4-C方根的计算

W(5)=(0.270 6，0.644 2，0.085 2)T。

3)求出各方案相应的功能系数。

自上而下的求出各层要素关于系统的总体综合重要度，及各方案功能性系数F为：

(7)

方案3的功能性系数为0.404 3，相较其他方案能够较好的满足工程需要。

3.2.2计算移动破碎施工工艺方案的成本系数及价值系数

根据公式Ci=Ci/∑Cj，成本系数Ci为：

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

(8)

由上述计算可以明显看出，方案1成本最大，方案2成本为最小。根据式(1)，各方案价值系数Vi为：

Vi=(0.754,1.185 2,1.156 1)

(9)

即V2>V3>V1，虽然方案3的功能性最大，但综合造价与对施工适宜性相比较，方案2相较方案1与方案3更能满足整个工程的需要。

3.3 移动破碎工艺方案的优势

方案的经济比较。采用预破碎方法+鄂式破碎施工工艺方案与传统料场采购方案在三莫公路亚雪合同段中，方案的施工成本如表9所示。

由于地理条件的限制，距离最近的石场距离大于70 km，其次由于三莫公路亚雪合同段旧路狭长且路宽有限，施工时没有材料运输通道。单一的通过采购运送碎石不仅增加施工成本也造成工期拖延，碎石的采购价格在2元/m3左右，运输费用大约为1元/km，碎石运送至移动破碎验证路段平均距离为80 km，则石料成本如表10所示。

通过上述两个表格的方案经济比较，在三莫公路亚雪合同段的特殊条件下，在采用单一的料场采购碎石的方式下提供改扩建工程所需碎石，不仅延长了施工时间，也增加了施工成本。在保证健康施工的前提下，方案2的综合评价相对于功能系数高于本身的方案3，更适应于实际工程的需要，投资成本为538 274元，也远远小于单一采购成本711 760元的料场碎石采购方法。因此采用移动破碎施工方案2更符合预期目标，其价值系数大于1，对方案进行更加优化管理，在三莫公路亚雪合同段改扩建施工中更为有效的发挥此方案的优势。

4 结语

价值工程分析方法可以应用到移动破碎施工工艺方案的评价中，对施工方案的制定具有重要的参考与优化作用。本文对施工中三个方案进行了价值工程分析，确定了评价指标，计算了相应的价值系数并得到了V2>V3>V1，选定最优的材料供应方案。通过进行验证性施工，移动破碎施工能够满足施工需求的同时在验证路段施工成本一项上节约了近18万元。在三莫公路亚雪合同段施工中使用移动破碎施工，孤石作为破碎母料被利用使得原先堆积道路两侧的大量孤石得到妥善处理，确保工期内完成施工任务的同时使得沿途公路环境得到改善，在一定程度上移动破碎施工方案有重要社会意义。同时将价值工程引入后的移动破碎施工方案不仅有效的帮助黑龙江省三莫公路亚雪合同段处理了施工难题，也可以作为移动破碎施工经验借鉴到其他类似道路工程施工中去。