基于价值分析理论的桥梁加固方案比优研究与应用

摘 要：鉴于对价值分析理论的思考，结合桥梁加固方案优化方面工程实例，尝试建立其方案筛选模型，实现技术革新、成本节约和良好的社会效益。

关键词：价值分析 桥梁加固 成本

中图分类号：U445文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-03

由于交通量的增加以及环境影响等因素造成桥梁的抗载能力下降，由局部构件至整个桥体。通过桥梁针对性的加固措施，能够很大程度地延长其服役时限，较新建一座桥梁，从安全、通行时间和成本方面将更能得到保障。加固方案设计如同初始结构设计同样重要，往往涉及领域更加复杂，尤其是首先针对原始设计研究，再分析社会、经济效益和管理等，桥梁的加固方案筛选属于多条件、多属性决策系统。早期对桥梁加固的方案进行比优，侧重与主观择优和客观择优两种方法，目前随着科学技术的不断创新，依靠数学和计算机技术长生了均匀法、模糊数学和遗传高级算法等，它们之间可以单独使用，也可以组合互补进行应用。[1-5]

1 加固方案择优法现状分析

主观择优法取决于决策人员对于各项设计指标不同的侧重程度进行比优，比如AHP法和桥梁外观综合调查法等。此法能够对于桥梁多种多属性方案按照层次划分，最终形成系统，应用起来比较简捷，能够充分体现决策人员的主观意愿，但由于受决策者的专管影响相对较大，往往决策结果不够准确，可靠性方面存在必要的理论求证，适合于初期或者一般性加固技术比较成熟的方案筛选。客观择优一般指纯粹的依靠各项指标反馈客观数据和信息进行方案的比优，比如熵值赋权法及其改进方法等，在算法上比较精确，但是完全依靠数学的理论，不能够体现决策人员的认知和意愿，存在实际应用上许多的局限性。均匀法择优在一定范围内能够进行方案比优，不足是同主观择优法，准确性程度和可靠度偏主观。遗传高级算法能够综合学习生物学的遗传和进化理论，最终形成系统性的全局比优概率筛选算法，其无需目标函数的导数计算过程，从而避免局部极值的产生，在择优理论中有很好的适应全局性。由于此法理论性较强，对于许多计算结果显示无法完全解释，普遍推广和具体应用上暂时困难。模糊数学能够对桥梁外观美化和一些交通量及周边环境综合考虑进行不确定模糊分析，实现了加固方案比优的相对科学性与客观方面相结合，很好的融通主客观，普遍采用的目前有：模糊综合评价、模糊关联、模糊优选等。其中，模糊关联分析法结合灰色理论，在分析思路上清晰，计算上也较简捷，从而有效减少主观失误。模糊优化理论分析法能够建立加固方案的多属性多层次的模糊模型系统，依据属性优劣程度筛选比较，实践证明其评估结果符合现实。综合评价体系是针对工程的多因素多属性等复杂特点，可以最大化减少主观侧重性，更加体现客观现实。模糊数学的诸多方法在方案决选中有效提高了可靠度和准确定位程度，由于算法冗杂，庞大项目需要一定配置的计算机硬件等，另外，在模糊理论分配权重依然存在一定程度的主管因素和认为误差。组合择优法是将一种以上方法联合使用，进行互补修正，实现结果的更加准确可靠。目前比较成熟的择优法有模糊层次分析法和组合赋权理论（灰关联法、简化ELECTRE法）等。联合方法在准确可靠程度均表现良好，但是计算过程将更加复杂，由于计算机技术等限制，不能够大范围应用，特别是针对加固方案相对较多的复杂项目。

思考：如何从技术允许、成本合理、良好社会影响等方面进行方案择优？

鉴于对价值分析理论的思考，结合桥梁加固方案优化方面工程实例，尝试建立其方案筛选模型，实现技术革新、成本节约和良好的社会效益。价值分析理论具有严谨的科学依据、计算方法简洁，择优思路们清晰明确、主观因素较少，能够确切反映现实状况，在克服以往多种择优方法中一系列不足，最终择优方案更能符合客观情况。

2 价值分析理论评价方法及实施条件

2.1 理论概述[6]

价值分析关键在于依靠群体筹划，然后有组织的分工完成对既定对象的功能分析和价值评估，最终达到依靠最低的寿命周期全部经济投入安全地实现既定对象的社会价值和预定功能，进而实现对既定项目价值的提高。数学度量关系为功能与成本的比例关系，即价值（V）=功能（F）/投入成本（C），这里的价值涵义定义为既定对象的有益程度大小。

功能评价方面包含价值标准、功能的重要性参数和区域是否适合等评价方法。根据目标成本与现实中实现某项功能的实际成本作出比较，据此对考察既定的某项功能作出评估是价值标准的一种评价方法。功能参数评价是依据某功能的重要性程度，进行各项既定功能间的对比评分，最终得到相关评价参数。最合适区域法是依靠价值相关参数影响程度进行对既定对象的选择，如果价值参数接近或形同，则再依据其功能参数和成本系数影响程度的大小，分别考虑。[7-15]

2.2 实施条件阐述

（1）实现的主体对象：价值分析作为系统工程必须要求集思广益，群体智慧是实现目标的必要条件。

（2）准备工作：对于具体项目的桥梁针对性的收集有关技术和成本信息，包括创新技术和材料。

（3）组织进行功能分析：根据前期准备工作，对具体项目做全方位的比较分析，为方案比优做准备。

（4）方案研制：根据预期的成本节约等条件，深入研究方案。

（5）方案评估：依据经济节约等排列分化，筛选出最优，得到目标方案。

（6）对于最优方案的实施：根据委托方要求，推荐最优方案，委托方也可自主选用相关方案，最终授权方案实施部门，进行方案的具体落实。

3 价值分析理论应用于桥梁加固的实例分析

3.1 实例概况

针对一个桥梁加固的工程实例进行描述，两中方案不同的经济投资核算见1。

3.2 成本因素分析

在加固的经济投资中，包括可变成本和固定投资，价值分析对于固定投资项目不考虑，仅研究可变影响因素，表 1 中材料和伸缩缝维修属于固定投资，在此不进行其价值分析。

3.3 各成本组成项成本参数分析

利用巴累托分析法（或称ABC分类管理法、重点管理法），对桥梁加固工程中影响较大的项进行分析研究。根据表1，统计系数大于0.1的项：1#方案成本参数累加和为：∑C1=0.23+0.1+0.44+0.15=0.92；2#方案：∑C2=0.18+0.20+0.40+0.15=0.93。可见，表1中两种方案的四项因素为重点影响因素。剔除重要影响因素中固定投资项，则成本参数的数学表达式可以描述为单个方案可变成本（Vi）/各方案可变成本之和（∑Vi），则1#方案成本参数C1#=47.49/（47.49+55.75）=0.460，2#方案成本参数C2#=55.75/（47.49+55.75）=0.540。

3.4 功能参数分析

结合对经济成本的宏观考虑，1#方案工期42 d，2#方案工期60 d。对于社会影响方面集中考虑在车辆运输等方面。根据实际情况中各功能的量化指标进行评价分析（见表），综合评价指标 R 算法为：

3.5 价值参数定义及分析

价值体现在功能和成本的关系上，则价值参数可以描述为：单个方案价值参数（Ccosti）=单方案功能参数（Cei）/单方案成本参数（Ci#），通过价值参数计算结果的大小对加固方案进行择优。

则1#方案Ccos1=0.524/0.460=1.139；2#方案Ccos2=0.476/0.540=0.881。

从而得到，1#方案价值参数较2#方案大，视为此项目加固方案的最优方案，从上述可以分析得出，1#方案成为最优，并非其成本较少，而是综合考虑诸多因素，具体为安全度高、质量可靠性能好以及较短的施工工期等因素，这些方面的优势能够实现良好的经济和社会效益。通过实践的证明，基于价值分析理论的桥梁加固方案比优计算方法能够符合现实情况，从各个方面综合分析，取得很好的预期效果。

4 结语

（1）运用价值分析理论对桥梁加固方案比优筛选，能够综合社会、经济和技术水平等因素，较大程度的避免以往单纯依靠技术而相对保守的安全加固方法选择方案的不足。

（2）联合桥梁构件功能和分项投资两方面对价值评估提供理论支撑，为科学决策水平的提高作出了贡献。

（3）价值分析理论能够参考同条件下多种属性进行方案比优，由此可以引发其他工程应用领域的思考，其可以作为工程项目合理作出决策的起步，合理实施将节约原始成本的5%～40%，为企业、国家和人类社会的资源可持续作出贡献。

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