蘇偉澤
閩南理工學院 土木工程學院,福建 石獅 362700
21 世紀以來,各國紛紛掀起了城市化建設(shè)的熱潮,建筑業(yè)迎來一個嶄新的時代。以往工程建設(shè)過程中會消耗大量能源材料、對環(huán)境造成負面影響,因此在建筑行業(yè)推廣可持續(xù)發(fā)展是非常必要的,具有極大的現(xiàn)實意義。建筑業(yè)走的更長遠的有效途徑就是改變以往的方式方法,推行綠色施工。然而現(xiàn)階段綠色施工所體現(xiàn)的成本過高、經(jīng)濟效益低的特征,阻礙了其在建筑行業(yè)中的運用和發(fā)展。運用價值工程分析了綠色施工中成本與功能的關(guān)系,通過關(guān)系式得出實現(xiàn)功能最大化成本最小化的有效途徑,構(gòu)建綠色施工中的成本優(yōu)化模型并選擇最佳綠色施工方案,實現(xiàn)資源的有效利用,減少建設(shè)成本投入。通過價值工程對相關(guān)數(shù)據(jù)進行對比分析處理,得到最佳綠色施工方案,實現(xiàn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
綠色施工是指貫徹落實法律法規(guī)的要求,通過先進的技術(shù)手段對生產(chǎn)資源進行優(yōu)化,實現(xiàn)資源的有效循環(huán)利用和建筑的可持續(xù)性,擺脫傳統(tǒng)施工技術(shù)存在的弊端。我國綠色施工理念起步比較遲,相應學科的理論研究較少,技術(shù)研究深度和廣度不夠,加之建筑企業(yè)對實施綠色施工技術(shù)帶來的效益存在疑慮,一定程度上使得綠色施工的推行受到了制約。若能通過綠色施工技術(shù)減少工程實體凈耗材料外的成本,降低建設(shè)的費用從而增加利潤,就能大大提高企業(yè)推行綠色施工的積極性了[1]。
價值工程主要通過價值公式,分析產(chǎn)品功能與費用的關(guān)系,優(yōu)化方案得到實現(xiàn)低成本高功能的途徑,以提升產(chǎn)品的價值[2]。如何把價值工程與綠色施工進行結(jié)合,分析并優(yōu)化施工中的功能和成本的關(guān)系,這具有極其重要的現(xiàn)實意義。
從市場角度看,伴隨經(jīng)濟全球化的到來,建筑市場將迎來更為激烈的競爭。因此,建筑企業(yè)不應只看眼前的利益,更要放眼長遠的效益。要求企業(yè)樹立綠色的創(chuàng)新理念,實施綠色施工,以國際環(huán)境管理標準作為努力的方向。從戰(zhàn)略高度看來,建設(shè)工程項目全壽命周期的各個階段都是控制的要點,但工程的施工階段直接涉及資源利用和環(huán)境影響,更應該予以重視。項目施工過程中對環(huán)境、資源造成的嚴重影響應采用方法改進。
價值工程是以產(chǎn)品或作業(yè)的功能為重心,以提高產(chǎn)品或作業(yè)的價值為目的,通過有組織的創(chuàng)造性的工作,尋求用最低的壽命周期成本,可靠的實現(xiàn)產(chǎn)品或作業(yè)必要功能并著重于功能分析的一種管理技術(shù)[3]。將價值工程運用到綠色施工方案中,分析施工方案中功能與成本存在的聯(lián)系,并對其進行優(yōu)化,得到改進的綠色施工方案,具有重要的理論意義和實際應用意義。
價值即產(chǎn)品具有的功能與獲取此功能的所有成本的比值。表達式如下:
式中 V——價值
F——研究對象的功能
C——全壽命周期費用
由上述關(guān)系式可知:在功能一定的條件下,通過降低實現(xiàn)該功能全部費用可以提高價值。而價值數(shù)值的大小側(cè)面反映了建筑企業(yè)的施工水平和有效利用資源的程度。
2.2.1 價值工程特征
價值工程在實際生產(chǎn)中應用廣泛,它綜合考慮了項目功能和成本的關(guān)系,通過合理的方式方法找尋實現(xiàn)成本最低化,價值最高化的途徑,提高產(chǎn)品價值。其主要特征有:
①功能分析;②著眼于提高價值;③側(cè)重于產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計階段;④集體協(xié)作開展有組織的活動。
2.2.2 價值工程的實施步驟
價值工程的實施可以分成四個階段,每一階段互相聯(lián)系逐層遞進,通過對數(shù)據(jù)的處理,最終解決問題。具體實施步驟如表1。
表1 價值工程實施步驟表
工程建設(shè)項目采納哪種施工方案,不應只看重費用的節(jié)制,也需要考慮到對場地以及周邊環(huán)境的負面影響,綜合各個指標選用最佳的方案。
3.2.1 綠色施工技術(shù)方案的功能指標
(1)水資源消耗量:目前水資源十分緊缺,尤其是北方區(qū)域,水資源的嚴重缺乏甚至會導致生態(tài)系統(tǒng)的失衡。
(2)能源消耗量指標:指每平米建筑面積所需要耗費的能量[4]。
(3)三廢排放量:即廢氣、廢水、廢渣。需要嚴格控制三廢的排放,降低其對環(huán)境造成的影響。
(4)噪聲振動擾民影響:聲污染也是一種環(huán)境污染,噪聲控制不僅有利于居民健康,更是文明施工的要求。
(5)對周邊環(huán)境影響:工程建設(shè)施工活動一定程度上會影響周邊建筑物、構(gòu)筑物、土層穩(wěn)定性以及地下管線等。
3.2.2 采用層次分析法確定功能系數(shù)
層次分析法,簡稱AHP,是將影響目標層決策判斷的元素分解成決策層、因素層以及對策層等多個層次,再進行定性與定量評選分析的方法[5]。這是一種系統(tǒng)分析的運籌學方法,由美國匹茨堡大學的教授薩蒂在上世紀70 年代提出,其對多因素和多準則以及多方案的總結(jié)評價極為適用,具體步驟如下[6]:
(1)構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu)
遞階層次結(jié)構(gòu)模型多分為三層:①決策層:即最高層,是指決策方案所追求的最終目標;②因素層:即評價方案優(yōu)劣的標準,也稱為準則層;③方案層:也稱對策層,是指解決決策問題的具體方案[7]。
(2)判斷矩陣的構(gòu)造
層次分析法實施的一個重要環(huán)節(jié)就是構(gòu)造模糊矩陣。將影響目標決策的因素劃分成具有內(nèi)在聯(lián)系的層次,以一定的事實依據(jù)和人為的主觀判斷來對比得到兩兩元素之間的相對重要性值,再根據(jù)表2 得到對應的標度,整理數(shù)據(jù)得模糊矩陣。通過對相關(guān)專家、有經(jīng)驗的施工人員以及綠色施工的研究人員進行問卷調(diào)查,得到評價指標中重要性比較并運用九級標度法處理數(shù)據(jù)。矩陣中的兩元素的相對重要程度的對應關(guān)系如表2 所示。
表2 九級標度法指標量化表
得到判斷矩陣,類似如下:
其中aij=1/aji, aii=1。
(3)確定各功能要素的權(quán)重
運用幾何平均法,先計算出判斷矩陣權(quán)向量,進行歸一化處理,求得各指標的權(quán)重值,以求得到特征向量。對判斷矩陣的各行分量進行連乘,再對其結(jié)果進行幾何平均,具體公式如下:
再對矩陣各行分量連乘結(jié)果求和,將求出各連乘數(shù)據(jù)在連乘數(shù)據(jù)和中所占的比重,所得比重值即評價指標的權(quán)重向量。
(4)根據(jù)模糊數(shù)學理論,還要對算得的權(quán)重矩陣進行合理性的判斷,層次分析法中需要對模糊判斷矩陣進行一致性的檢驗,步驟如下:
式中λmax——判斷矩陣的最大特征值,A——判斷矩陣,W——判斷矩陣的權(quán)重向量,N——矩陣階數(shù)
一致性檢驗的相關(guān)指標:
式中 CI—— 一致性指標,RI—— 平均隨機一致性指標,取值根據(jù)表5,CR—— 一致性指標比率。
若CR<0.1,表示判斷矩陣滿足一致性檢驗的要求,認為權(quán)重矩陣是有效合理的;若CR≥0.1,則表示判斷不盡合理,需要進行適當?shù)卣{(diào)整,直到滿足檢驗的標準。
表3 一致性指標值參數(shù)表
(5)計算判斷矩陣的綜合權(quán)重(功能系數(shù))
假設(shè)因素層為A 層,共m 個元素,重要度分別為a1,a2,…,am;下一層對策層為B 層,共n 個元素,它們相對A 層的重要度為b1i,b2i,…,bni,計算B 層的元素的綜合權(quán)重,公式:
現(xiàn)有一工程深基坑,平面尺寸:95m×20m,基坑的深度大約5m,局部達7.2m。經(jīng)過計算,現(xiàn)有兩種方案可供選擇:方案一、人工挖孔懸臂式支護;方案二、鉆孔灌注樁支護。兩種方案的造價情況見表4所示。
表4 兩施工方案的用料及造價
見表4,人工挖孔懸臂式支護方案的施工成本更低,但人們在評價施工方案時,不能只用貨幣作為衡量標準,而應綜合考慮方案的經(jīng)濟、社會等多方面效益,以及對綠色施工技術(shù)要求等。
4.2.1 功能分析
(1)綠色施工功能評價指標
經(jīng)過分析篩選本案例采用能源消耗量、對周邊環(huán)境影響、噪聲振動擾民影響以及三廢排放量4 個指標作為綠色施工功能評價的指標。
(2)用AHP 建立綠色施工評價模型
評價模型的建立:構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型(圖1)——構(gòu)造判斷矩陣——確定各功能要素的權(quán)重——一致性檢驗——確定功能系數(shù)——計算價值系數(shù),選定施工方案
通過詢問相關(guān)方面的專家意見,根據(jù)九級標度法,對兩兩元素進行重要性比較,確定判斷矩陣中的元素值,根據(jù)判斷矩陣計算出權(quán)重矩陣,代表這層因素對上一層的影響權(quán)重。將判斷矩陣及權(quán)重向量的計算值計入下列表5 至表9。
表5 判斷矩陣A-B 方根的計算
表6 判斷矩陣B1-C 方根的計算
表7 判斷矩陣B2-C 方根的計算
表8 判斷矩陣B3-C 方根的計算
表9 判斷矩陣B4-C 方根的計算
(3)計算各功能的功能系數(shù)
層次結(jié)構(gòu)模型中對某層元素重要性的計算,需要跟在上一層元素的相對重要性后面,即要從最上層開始計算,從上而下地計算出每層元素關(guān)于最高層次的綜合重要度,即綠色施工中各功能的功能系數(shù)。
計算得,鉆孔灌注樁支護方案的功能系數(shù)(0.622)較大,與人工挖孔懸臂式支護方案相比更符合綠色施工的功能要求。
4.2.2 計算各方案的價值系數(shù)
(1)成本系數(shù)=單個方案造價/所有方案造價之和,求得成本系數(shù)矩陣:
(2)價值系數(shù)=功能系數(shù)/成本系數(shù),求得價值系數(shù)矩陣:
根據(jù)上面算得的價值系數(shù)矩陣,人工挖孔懸臂式支護的價值系數(shù)為0.974,低于鉆孔灌注樁支護的價值系數(shù)1.018,后者的造價比較高,但對于環(huán)境的不良影響程度比較低,體現(xiàn)的價值要更高,所以將鉆孔灌注樁作為綠色施工方案的優(yōu)選的結(jié)果。
在城市化建設(shè)熱潮中,推廣建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展顯得至關(guān)重要。建筑企業(yè)在工程項目建設(shè)的時候不能只著眼于眼前的“節(jié)約”,而應放眼于建設(shè)項目全過程的綜合效益。實行綠色施工不僅能減輕對環(huán)境的負面影響,而且能夠有效地減少材料的浪費,當遇到施工成本和功能條件比較復雜,難以分析抉擇的時候,可以運用價值工程理論進行分析優(yōu)選,得到最具綜合價值和效益的方案,對建筑企業(yè)提高社會形象和自身競爭力具有積極作用。推廣綠色施工不在于形式更應注重實踐,真正意義上的認識綠色施工的重要性,不斷改進施工技術(shù),提高產(chǎn)品功能實現(xiàn)價值最大化,實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。