吳應(yīng)雄，盧夢超，吳小清

(1．福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 福州 350108;2．福建福大建筑設(shè)計有限公司，福建 福州 350002)

基于價值工程的建筑應(yīng)用隔震技術(shù)決策分析

吳應(yīng)雄1，2，盧夢超1，吳小清1

(1．福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 福州 350108;2．福建福大建筑設(shè)計有限公司，福建 福州 350002)

現(xiàn)有隔震建筑經(jīng)濟性研究缺乏對建筑無形價值的考量，影響決策者對隔震技術(shù)應(yīng)用決策的評估。引入價值工程法對隔震建筑經(jīng)濟性進(jìn)行分析，建立隔震建筑決策功能評價指標(biāo)體系，運用模糊綜合分析法進(jìn)行功能評價，基于全壽命周期法展開成本分析，根據(jù)多遇、設(shè)防、罕遇地震超越概率及對應(yīng)的破壞性態(tài)損失值，推導(dǎo)失效損失費用全概率計算公式，提出隔震項目決策中應(yīng)用價值工程法的步驟和需要確定的參數(shù)，建立隔震建筑決策價值評價模型。通過某幼兒園項目決策實例分析，結(jié)果表明，采用隔震技術(shù)設(shè)計，建筑功能提升，全壽命周期成本略高，總體應(yīng)用價值提升。分析結(jié)果可為建筑應(yīng)用隔震技術(shù)決策分析提供參考。

隔震經(jīng)濟性;價值工程;工程項目決策

現(xiàn)階段，我國已建成的隔震建筑超過3000棟，隔震技術(shù)應(yīng)用較為成熟且經(jīng)受了實際地震災(zāi)害的檢驗。在此基礎(chǔ)上，住建部于2014年2月下發(fā)《關(guān)于房屋建筑工程推廣應(yīng)用減隔震技術(shù)的若干意見》，截止2015年6月，云南省、甘肅省等共計十省份分別轉(zhuǎn)發(fā)了該文件并出臺了配套的推廣應(yīng)用具體措施。在政策強制要求和鼓勵推廣的基礎(chǔ)上，建設(shè)相關(guān)主管部門、業(yè)主單位和設(shè)計單位等仍然對隔震技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟效益存在質(zhì)疑，認(rèn)為抗震設(shè)計已能滿足建筑地震安全性的要求，采用隔震設(shè)計會大幅增加額外的投資。

經(jīng)濟性評價是目前隔震技術(shù)應(yīng)用決策中的難點。有關(guān)學(xué)者對此問題展開研究，張蔭等［1］從建筑全壽命的角度出發(fā)，根據(jù)隔震結(jié)構(gòu)特點劃分定性因素，再用定量化的分析方法，運用模糊函數(shù)計算隔震結(jié)構(gòu)全壽命費用。衛(wèi)彩霞等［2］以符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2394:1998《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》的優(yōu)化策略，考量了隔震建筑與非隔震建筑相比的經(jīng)濟差異，建立基礎(chǔ)隔震建筑的全壽命周期經(jīng)濟評價模型。陳瑞海等［3］對基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的初始造價提出了共性化和個性化的計算公式，并在隔震結(jié)構(gòu)期望損失評估中引入數(shù)學(xué)模糊綜合評價法。

以上的隔震建筑經(jīng)濟性評價中，缺乏對建筑無形價值的衡量，未能充分體現(xiàn)隔震方案對建筑功能改善、社會經(jīng)濟效益的影響?；诖?，本文將價值工程引入隔震建筑方案決策過程，開展隔震技術(shù)應(yīng)用價值評估模型的研究，提出價值工程法在隔震項目決策領(lǐng)域的方法、步驟以及需要確定的參數(shù)，為業(yè)主方案決策提供依據(jù)。

1 價值工程理論概述

價值工程(Value Engineering，簡稱VE)是一種注重經(jīng)濟效益的現(xiàn)代管理技術(shù)，特點是將技術(shù)與經(jīng)濟緊密結(jié)合。根據(jù)價值工程的基本原則，價值、功能和成本三者之間存在以下關(guān)系:

式中:V為價值(Value);F為功能(Function);C為成本(Cost)。

價值工程應(yīng)用的主要流程是發(fā)現(xiàn)重要問題、分析問題重要性和針對性解決問題;建筑抗震(隔震)設(shè)計的主要過程是“發(fā)現(xiàn)易損部位，分析損傷形成，解決易損問題”的過程，二者的內(nèi)涵主旨一致。投資決策階段可影響建筑工程項目成本達(dá)70%以上，投資決策階段運用價值工程，不僅可以控制初始投資造價，也可以減少項目運營維護(hù)費用，提高應(yīng)用效益。此外，功能分析是價值工程的特點，彌補了對經(jīng)濟性的片面追求。因此，價值工程應(yīng)用于隔震項目決策是主旨契合、效用大并能體現(xiàn)隔震技術(shù)綜合效益的科學(xué)決策方法。

2 建立功能評價指標(biāo)體系

本文重點考量隔震建筑和抗震建筑功能差異性，根據(jù)文獻(xiàn)［4］的分類方法，歸納整理出以下隔震應(yīng)用決策功能評價指標(biāo)體系(圖1)。

(1)適用性指標(biāo)分析

圖1 隔震應(yīng)用決策功能評價指標(biāo)體系

空間布置:采用隔震設(shè)計，符合一定條件下，隔震層上部結(jié)構(gòu)可采取降低設(shè)防烈度設(shè)計，主要構(gòu)件截面減小且利于構(gòu)件截面統(tǒng)一，整體建筑空間布局相對自由、一致。

隔震檢修層利用:隔震裝置可以放置在基礎(chǔ)柱上，也可以設(shè)置在建筑任意一層柱頂［5］。隔震檢修層的采用，一方面可以減少傳統(tǒng)基礎(chǔ)隔震層增加的那一層梁板，另一方面可以直觀地觀察隔震裝置，為檢修維護(hù)提供便利。利用隔震檢修層空間作地下室或架空層示例，見圖2、圖3。

圖2 地下室柱頂隔震結(jié)構(gòu)

圖3 底層柱頂隔震結(jié)構(gòu)

振動舒適度:當(dāng)工程項目臨近地鐵、火車軌道及其它振動源附近，建筑使用者的心理狀態(tài)和生理狀態(tài)都會受到不同程度的影響。隔震方案通過隔震裝置的作用，能夠抑制建筑發(fā)生振動時室內(nèi)人員產(chǎn)生的不舒適感［6］。

(2)安全性指標(biāo)分析

建筑抗震需求:建筑的抗震需求根據(jù)建筑用途、類型等有所區(qū)別。GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》［7］(以下簡稱“《抗規(guī)》(10版)”)中根據(jù)建筑物的重要性規(guī)定了甲類、乙類、丙類、丁類四種類別。

室內(nèi)設(shè)備抗傾覆:隔震建筑變形主要集中在柔性的隔震層，上部結(jié)構(gòu)基本保持平動狀態(tài)，這不僅提升抗震性能，而且保護(hù)建筑物內(nèi)部的裝飾、設(shè)備和儀器，避免發(fā)生傾覆，給人員或財產(chǎn)造成二次傷害［8］。

震后使用需求:隨著社會經(jīng)濟水平發(fā)展，建筑的使用功能已經(jīng)不僅僅局限于滿足人們居住，室內(nèi)財產(chǎn)、設(shè)備的重要性大大提升。地震發(fā)生后，通訊、醫(yī)療等建筑的使用功能，是災(zāi)后救援的關(guān)鍵。

(3)綜合性指標(biāo)分析

施工技術(shù):隔震建筑相比抗震建筑增加了隔震支座，隔震支座的安裝、隔震構(gòu)造設(shè)計等，需制定專項施工方案，增加施工難度。

工程造價:大量實踐證明，隔震建筑在初始工程造價上與抗震建筑造價差距在10%以內(nèi)［9］，在建筑功能評價中，該因素作用是衡量該建筑方案的造價控制對業(yè)主單位的敏感程度。

社會影響力:對于機關(guān)單位、學(xué)校、醫(yī)院等重要建筑，采用隔震設(shè)計，能夠充分提高其抗震性能的同時，也會減小該地區(qū)人民對待地震的心理恐慌。對于民用建筑，采用隔震技術(shù)，能作為開發(fā)商進(jìn)行產(chǎn)品宣傳的賣點，提高建筑的附加價值，增加業(yè)主的購買欲望，促進(jìn)銷售。

3 隔震建筑全壽命周期成本分析

3．1 初始成本

從共性的評估角度考量，相比抗震建筑，采用隔震設(shè)計增加的費用主要包括隔震專項設(shè)計費、隔震裝置及相關(guān)費用、建筑材料增加費、構(gòu)造措施費、工期延長費［10］。此外，采用隔震設(shè)計，由于隔震結(jié)構(gòu)上部的地震響應(yīng)作用減小，結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面可減小，相應(yīng)的配筋均可減少，同時節(jié)省延性設(shè)計所需的鋼筋和箍筋用量，構(gòu)件截面容易統(tǒng)一。符合條件下可將鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)替換為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

3．2 失損費用

建立結(jié)構(gòu)失效損失評估模型是目前建筑全壽命周期費用分析的重點。參考王光遠(yuǎn)［11］提出的基于最優(yōu)設(shè)防烈度結(jié)構(gòu)損失值估計，將結(jié)構(gòu)遭受破壞帶來的損失值分為:直接損失Cf1、室內(nèi)財產(chǎn)損失Cf2和間接損失Cf3。結(jié)合結(jié)構(gòu)失效概率、地震動發(fā)生概率和對應(yīng)的性態(tài)破壞，推導(dǎo)得到以下全概率公式:

式中:Ij(j=1，2，3)表示多遇地震、設(shè)防地震、罕遇地震三種不同強度的地震作用;P(Di|Id，Ii)表示按基本設(shè)防烈度的結(jié)構(gòu)在地震強度Ij作用下發(fā)生Di級破壞的概率;P(Ij)表示設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)發(fā)生Ij強度地震的概率;Cb(Id)為基于設(shè)防烈度Id的工程建設(shè)造價;Ceq為室內(nèi)財產(chǎn)預(yù)估總額;直接損失系數(shù)β(θ)、室內(nèi)財產(chǎn)損失系數(shù)γ(θ)、間接損失系數(shù)δ(θ)表示層間位移角θ對應(yīng)的損失系數(shù)。針對民用建筑，可按表1中的建議取值［14］。

表1 各種破壞等級的損失系數(shù)

根據(jù)構(gòu)件破壞的控制指標(biāo)層間位移角進(jìn)行破壞評估，參考《抗規(guī)》(10版)及文獻(xiàn)［12］取值，與破壞性態(tài)劃分水平相匹配，作適當(dāng)調(diào)整，定義鋼筋混凝土框架的層間位移角如表2。

表2 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的層間位移角限值

人員傷亡損失方面，受傷和死亡需參照社會企業(yè)的賠償補償標(biāo)準(zhǔn)，采用死亡率和受傷率作為測算條件，死亡、受傷率為建筑物內(nèi)人員死亡、受傷數(shù)與該建筑內(nèi)總?cè)藬?shù)之比［13］，見表3。

表3 人員受傷率及死亡率%

4 工程案例分析

4．1 工程概況

某幼兒園位于抗震設(shè)防烈度7度(0．15g)區(qū)，地上四層局部五層，建筑面積3870 m2，建筑高度16．1 m，框架結(jié)構(gòu)，場地類型Ⅱ類，建筑重要性類別乙類。結(jié)構(gòu)三維計算分析模型如圖4。

隔震方案中隔震層位于地下室柱頂，采用12個LNR500，21個LRB500，9個LNR600，3個LRB600的橡膠隔震支座。采用時程分析法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，水平向減震系數(shù)為0．35，上部結(jié)構(gòu)降度按照7度(0．10g)設(shè)計。隔震與抗震方案模型的主要構(gòu)件尺寸見表4、表5。

圖4 結(jié)構(gòu)三維分析模型

表4 隔震方案主要構(gòu)件與尺寸mm

表5 抗震方案主要構(gòu)件與尺寸mm

4．2 功能分析

(1)確定指標(biāo)權(quán)重

對指標(biāo)權(quán)重兩兩比較的量化應(yīng)用專家調(diào)查法。本課題針對決策方案特點，咨詢的專家團(tuán)隊人員組成占比為業(yè)主單位40%、設(shè)計單位30%和高級專家30%，其中業(yè)主單位人員由項目投資者和有經(jīng)驗的決策人員構(gòu)成，設(shè)計單位由有隔震設(shè)計經(jīng)驗的人員參與，高級專家由高校和建設(shè)行政主管部門的人員組成。

權(quán)重評分方法是采用層次分析法，具體步驟為:1)確定指數(shù)標(biāo)度作為權(quán)重的參數(shù)標(biāo)度;2)基于專家打分，建立判斷矩陣;3)通過各個判斷矩陣中的兩兩因子比較，計算各個判斷矩陣的特征向量，獲得權(quán)重得分;4)為了避免專家打分過程中主觀因素造成的評判標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，應(yīng)進(jìn)行一致性檢驗，檢驗通過則權(quán)重打分合格。通過調(diào)查打分，經(jīng)一致性檢驗合格后，獲得該幼兒園項目隔震技術(shù)方案決策權(quán)重評分表，見表6。

表6 隔震技術(shù)方案決策權(quán)重評分

(2)模糊綜合評判法確定方案功能系數(shù)

建立評價等級集合V=(v1，v2，v3，v4，v5)，令v1=“很低”、v2=“較低”、v3=“一般”、v4=“較高”、v5=“很高”，表示評價因素對決策需求的影響程度?；趯＜艺{(diào)查評價，獲得隔震方案和抗震方案指標(biāo)權(quán)重隸屬度。隸屬度是指第i個評價因子屬于第j個評價等級的可能性，計算公式為: rij=Y/X。式中:X為評價人員總數(shù);Y為對ui因子評價等級為vj的人員數(shù)。隔震和抗震方案指標(biāo)權(quán)重隸屬度評價見表7、表8。

表7 隔震方案指標(biāo)權(quán)重隸屬度評價

表8 抗震方案指標(biāo)權(quán)重隸屬度評價

1)隔震方案功能得分計算:

根據(jù)前文獲得的各級指標(biāo)權(quán)重向量，通過模糊評價公式Bi=Ai·Ri，獲得模糊評判向量矩陣。

取評價等級V=(v1，v2，v3，v4，v5)分值為V= (10，30，50，70，90)，對模糊評判向量進(jìn)行量化打分，獲得隔震方案決策評判功能系數(shù)最終得分為:

S隔=(0．1056，0．0455，0．2570，0．5627，0．0293)·［10 30 50 70 90］T=57．29

2)抗震方案功能得分計算:

同理，依次求得各級模糊評判向量矩陣。

對模糊評判向量進(jìn)行量化打分，獲得隔震方案決策評判功能系數(shù)最終得分為:

分析可得，隔震方案的優(yōu)勢體現(xiàn)在安全性和社會影響力，抗震方案優(yōu)勢體現(xiàn)在經(jīng)濟性和施工難度。

4．3 全壽命成本分析

關(guān)注孩子，讓寶貝不哭，醫(yī)院SPE項目負(fù)責(zé)人馬力要帶領(lǐng)團(tuán)隊開展一項極具挑戰(zhàn)性的工作。挑戰(zhàn)不可能，這當(dāng)然也是泰心文化。

(1)建設(shè)費用及檢查維護(hù)費用

在初始工程建設(shè)費用方面，隔震方案中上部結(jié)構(gòu)采用了降半度設(shè)計，結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面積較小，因此，抗震方案相對隔震方案在材料使用量上有所提升，耗材約增加8%，但隔震方案在支座和節(jié)點構(gòu)造處理費用上增加額度較大?？傮w而言，隔震方案在建設(shè)費用上比抗震方案略微提升約9%。

檢查維護(hù)費用按照抗震建筑檢查維護(hù)費用預(yù)估，整個生命周期內(nèi)，檢查維護(hù)費用約占工程造價的3%［14］，根據(jù)文獻(xiàn)［4］總結(jié)，可將隔震建筑的檢查維護(hù)費用在抗震建筑基礎(chǔ)上提升約3%進(jìn)行估計，方案基本費用對比見表9。

(2)失損費用

本項目建筑重要性類別為乙類，將乙類建筑設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)地震的發(fā)生概率轉(zhuǎn)化為50年標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)設(shè)計期內(nèi)的發(fā)生概率。再根據(jù)結(jié)構(gòu)時程分析得到的三種水準(zhǔn)地震作用下的兩個方案層間位移角數(shù)據(jù)，基于全壽命周期費用全概率公式，計算抗震和隔震方案在三種超越概率地震作用下的失效損失費用，見表10、表11。

表10 抗震方案失效損失費用

表11 隔震方案失效損失費用

4．4 價值評價

依據(jù)前文展開的功能評價和全壽命周期成本分析，獲得兩種方案的主要參數(shù)對比表，見表12。

表12 隔震與抗震方案價值系數(shù)評估總表

綜合分析，在功能評價中，隔震方案功能系數(shù)相對于抗震方案較高，體現(xiàn)在室內(nèi)設(shè)備抗傾覆、建筑抗震需求以及社會影響力三個主要影響因素。在成本評價中，初始工程建設(shè)費用隔震方案較高，失損費用抗震方案較高，在全壽命周期成本上隔震方案為824．12萬元，抗震方案為784．84萬元，隔震方案略高。結(jié)合功能、成本系數(shù)，綜合分析，隔震方案價值系數(shù)為1．034，抗震方案為0．965，隔震方案相比抗震方案價值系數(shù)提升約7%，因此，此項目決策上建議選擇隔震方案。

5 結(jié)論

(1)運用價值工程原理，對隔震技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行功能分析，從適用性、安全性和綜合性建立隔震技術(shù)應(yīng)用方案決策中的功能評價指標(biāo)體系。

(2)運用全壽命周期分析法進(jìn)行成本分析。在失效損失費用估算中，基于結(jié)構(gòu)失效概率及多遇、設(shè)防、罕遇地震發(fā)生概率，通過層間位移角參數(shù)及性態(tài)破壞，綜合考慮震害產(chǎn)生的直接損失、室內(nèi)財產(chǎn)損失、間接損失、人員傷亡損失指標(biāo)，推導(dǎo)出失效損失費用計算全概率公式。

(3)在7度(0．15g)區(qū)某幼兒園建筑應(yīng)用價值工程決策項目中，基于模糊綜合分析法進(jìn)行功能評價，結(jié)果表明:采用隔震設(shè)計，功能提升，全壽命周期成本略高，總體應(yīng)用價值提升約7%。

［1］張蔭，楊增科，姚謙峰，等．基于全壽命的隔震結(jié)構(gòu)費用分析［J］．西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008，40(5):608-612．

［2］衛(wèi)彩霞，吳會平，吉柏鋒．基礎(chǔ)隔震建筑的全壽命經(jīng)濟評價的研究［J］．特種結(jié)構(gòu)，2009，26(3):1-5．

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Decision-making Analysis of Seismic Isolation Building Based on Value Engineering

WU Ying-xiong1，2，LU Meng-chao1，WU Xiao-qing1
(1．College of Civil Engineering，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350108，China; 2．Fujian Fuda Architecture Design Co Ltd，F(xiàn)uzhou 350002，China)

The research of economy analysis for isolation buildings were unable to evaluate the intangible value of building，it may mislead the decision-makers to make inappropriate evaluation of isolation technology．For these reasons，the work done in this paper introduces the Value Engineering to analyze the economy of isolation projects，setting up the index system of function assess of isolation building，evaluating the function coefficient using fuzzy comprehensive evaluation method．By using the method of life-cycle cost to evaluate the cost analysis，based on the earthquake frequency of different areas and the resulting failure loss value，the derivative of a total probability formula is derived for failure loss costs，presenting the procedures and the data parameter required of decision-making on isolation projects，setting up the comprehensive value model．Analysis of project decision through a kindergarten，the function of building could improved．The whole life-cycle costs a little more and the application value is improved．Thus，the analysis result provides reference for the application of decision-making on isolation building．

economy of seismic isolation;value engineering;decision-making of engineering projects

TU352．1+2

A

2095-0985(2015)03-0016-06

2015-04-23

2015-06-26

吳應(yīng)雄(1970-)，男，福建泉州人，副教授，博士，研究方向為結(jié)構(gòu)減隔震理論與工程應(yīng)用(Email:wyxfz2006@163．com)

廈門市建設(shè)與管理局科技項目(廈建科［2014］21號)