摘要： 本文将价值工程原理引入路面结构方案优化，并设计了用于路面结构优化的评价模型。并通过工程实例进行仿真计算，结果表明了该方法的可行性和有效性。
abstract: this article introduces value engineering to pavement structure optimization problem, and designs the pavement structure optimization evaluation model. the example simulation result shows that using ve to solve the problem is feasible and efficient.
关键词： 价值工程；路面结构；优化
key words: value engineering；pavement structure；optimization
0 引言
随着我国城市建设的迅速发展，城市道路建设已成为城市建设和发展的重要的组成部分。作为市政基础设施的城市道路必须在其整个寿命内满足工程的质量要求、安全要求和交通需求，还要兼顾其经济性（包括初次建造费用和使用期内的维护费用）。此外，随着经济的快速发展，高等级公路的复杂结构和高昂造价也越来越受到人们的关注。而路面造价在道路总造价占比很大。统计研究[1]表明，随着道路等级和路面结构复杂度的提高，路面造价可达道路总造价的50%～70%，甚至更高。
可见，有必要对路面结构设计方案进行优化选择，以使得道路的工程质量、服务性能和经济性达到和谐统一，综合优化的目地。可现实情况是，在路面结构的设计和选择过程中往往是凭借设计者和决策者的个人经验。为此，工程人员和学者们提出了各种路面结构优化方法。胡霞光等[2]利用均匀设计方法进行路面结构优化。该方法精度高且简单，程序仿真计算取得了良好效果，但需要编写计算机程序，给工程人员带来不便。汪劭袆[3]，黄文雄[4]使用遗传算法优化路面结构设计，遗传算法作为一种广泛使用的优化算法，具有较好的优化性能，但是也有容易陷入局部最优和收敛慢的缺点。许新权[5]，俞竞伟[6]基于模糊理论对路面结构给予评价，为路面结构的优选提供了模型和方法。但该方法较为复杂且需要较高的数学理论基础，在现实生产中难以推广应用。以上综述表明当前仍然缺乏一种简单实用的路面结构设计评价或优选方法。于是，笔者尝试将价值工程原理引入路面结构优化，并设计了用于路面结构优化的评价模型。并通过工程实例进行仿真计算，结果表明了该方法的可行性和有效性。
1 价值工程原理简介
价值工程（ve）[7]，或称价值分析，是一种通过对产品的功能和费用关系进行比较分析的技术经济方法理论和工具。它强调在满足产品功能品质或不影响功能的前提下，尽可能地降低费用，从而达到最优“性价比”。用数学表达式可表示为
v=■或vi=■ （1）
其中，f（或fi）表示“功能”（或功能指数），是指能够达到产品生产者或消费者指定的某些需求或用途。c（或ci）表示“费用”（或费用指数），是指产品的整个生命期内的综合成本，包括产品的初始成本和后续使用成本。v（或vi）表示“价值”（或价值指数）。值得注意的是这里的价值不能简单的理解为经济贸易中的货币价值，它反映了产品所有利益相关人的整体收益，包括有形收益和无形收益，甚至一些难以统计的社会价值收益。
2 价值工程在路面结构方案优化中的应用
2.1 功能综合分析 本文研究在结合道路规划的使用需求，对路面结构的各功能进行用途和分析的基础上，设计定义了十项功能——预期寿命、水稳定性能、温度稳定性能、抗车辙荷载性能、抗裂能力、抗疲劳耐磨性能、行车安全性（平整度及防滑性）、环保性能（防尘降噪）、施工技术复杂度、养护复杂度。这些功能也是下一步骤中用于功能评价的指标。
2.2 功能评价模型和功能指数计算 要进行功能综合量化评价就必须建立评价模型。上述十项功能评价指标大部分都是可以得到具体量化数据的，但是也有像施工技术复杂度、养护复杂度这样的定性指标。为了便于计算综合评价结果，本文研究使用5级likert量对全部十个评价指标进行量化评分。评价指标的5个等级及其评分值分别为很好（10分）、好（8分）、一般（6分）、差（4分）和很差（2分）。另外，为反映这些指标在路面结构评价中所处地位，可根据需要赋予其相应的权重ωi。同时，ωi应满足
■ωi=1（2）
其中n为评价指标项目数，这里n=10。对于具体的指标定级评分，可量化指标可以采用量化值分段定级评分，定性指标则可采用专家定级评分的方式。最后，对所有分项评价指标得分加权求和再做归一化处理后即可得到方案的功能指数，用数学公式表达如下：
fi=■=■（3）
其中，f为方案的功能评分值；fi为方案的功能指数；fi为各分项指标评分值；fmax为f的理论最大值，这里fmax=10。
2.3 费用模型和费用指数计算 路面结构的费用应定义为路面全寿命周期内所产生的所有费用，包括初次建设费用以及养护费用，公式表示如下：
c=cconstructure+cmaintenance（4）
路面结构初次建设费用的计算可以通过对路面各结构层的综合造价求和计算得到，公式表示如下：
cconstructure=■hici（5）
其中，ci表示路面的各结构层的综合单价，hi表示路面的各结构层的厚度；l表示路面结构总层数。
路面结构养护费用可采用以下公式进行估算：
cmaintenance=■mci（6）
其中，mci表示在第i年的日常养护费用，y表示路面结构的使用年限。
路面结构费用指数可通过以下公式计算：
ci=■=■（7）
其中，cmax表示理论最大费用值；cpre表示政府可承受的最大综合预算造价；max（mci）表示政府可承受的最大日常维护年费用。
2.4 价值指数计算 通过公式（1）即可计算得出路面结构方案的价值指数并进行排序。指数值最大的方案即为最优化方案。
3 工程案例仿真计算
衡州大道，全长18.7公里，横贯衡阳市城区，道路等级为城市主干道ⅰ级。选取其中某互通式立交道路工程，仿真基于价值工程的路面结构优化选择过程。通过交通量预测计算，确定本路段路面设计交通等级为中级交通。根据规划设计需要、交通量及构造要求等，提出以下三组路面结构组合设计方案（如表1）。
根据上节所述的功能评价模型对以上三个方案进行功能评价，结果如表2。
依据相关预算定额及本地市场行情，套用公式（5）计算出三个方案的初次建设费用依次为：348.7元/平米，374.25元/平米和458.62元/平米。另根据三个方案的结构特点并结合本地市政养护投入经验及相关资料，得出三个方案的年均养护费用依次为10.5元/平米，7.6元/平米和14.4元/平米。再按照公式（4）～（7）计算出路面结构方案的费用和费用指数。进而得出价值指数。计算结果如表3。
显然，方案二的价值指数最大，为项目的最优化方案。从计算结果来看，方案三的价值指数最低，分析原因是其施工和养护技术难度大，缺乏相应技术经验和成套设备，所以花费高且难以确保质量。而方案一虽然费用较低，但由于使用寿命和水稳定等功能达不到要求而影响其功能并传递影响其价值指数。
4 结语
本文利用价值工程解决路面结构方案优化问题。功能评价模型中设计了10个功能评价指标，从而更客观地反映了各方案的功能性。全寿命的费用计算模型则使各方案的总费用值更精确合理。基于价值工程的路面结构方案优化为工程决策者提供了很好的决策支持。
参考文献：
[1]李龙生.兰州市柔性路面结构优化设计研究[j].建筑设计管理,2006(3):45-47.
[2]胡霞光,杨永红,王选仓,王秉纲.沥青路面结构优化的均匀设计方法[j].长安大学学报(自然科学版),2002,(06):15-18.
[3]汪劭袆.遗传算法在路面结构优化中的应用[j].黑龙江工程学院学报,2001,(4):12-15.
[4]黄文雄,谭利英,吴明威.基于遗传算法的沥青路面结构优化方法研究[j].长江大学学报(自然科学版),2006,(4):121-123.
[5]许新权,郑南翔,吴传海,袁美俊.基于模糊理论的沥青路面结构优选[j]中外公路,2009,(4):66-69.
[6]俞竞伟,钱红萍,施维成,张瑛.基于模糊隶属度函数的高速公路沥青路面结构方案优选[j].公路交通技术,2010,(6):33-36.
[7]王乃静.价值工程概论[m].北京：经济科学出版社，2006.