基于价值工程的高速公路改扩建互通式立交设计方案评价

摘要：针对高速公路改扩建互通式立交设计方案的评价问题，文章采用了价值工程法选择最优设计方案。通过对设计方案进行功能性分析，在功能评价中引入AHP计算功能权重，降低权重确定的主观因素，从而提高方案评价的准确性。并对广州至清远高速公路新华互通设计方案进行了实证分析，研究结果表明该方法切实有效。

Abstract： In this paper， the value engineering method is adopted to evaluate the design scheme of highway inter-change and expansion.By using the functional analysis of the design scheme， AHP is used to calculate the function weight and reduce the subjective factor. The empirical analysis of the Guangzhou Qingyuan highway project， the new method of the project is carried out. The results show that the method is effective.

关键词：价值工程；层次分析法（AHP）；互通式立交；改扩建

Key words： value engineering；analytic hierarchy process （AHP）；interchange；modification and extension

中图分类号：U412.35+2.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）02-0224-03

0 引言

随着社会经济的发展，我国已建成的高速公路已经无法满足迅速增长的交通量需求，原有交通路已经成为“瓶颈路”，车速大大降低，甚至拥堵严重，迫切需要改扩建。作为交通转换节点的互通式立交的改扩建是高速公路改扩建工程中重要的组成部分，不同的互通式立交改扩建设计方案对通行能力、服务水平、交通组织、社会环境、自然环境等影响是不同的，因此对互通式立交改扩建设计方案的研究是十分重要的[1]。然而互通式立交改扩建设计方案评价是个复杂的系统工程，本文从价值工程的角度出发，对设计方案的功能及费用进行分析，在技术和经济的层面上对方案进行评价。在功能权重的确定中引入AHP法，运用AHP法能够有效避免功能权重确定的主观性等特点，从而使方案的评价更具科学性、系统性。

1 基于AHP的价值工程

价值工程是指通过各相关领域的协作，对所研究对象的功能与费用进行系统分析，不断创新，旨在提高研究对象价值的思想方法和管理技术[2]。价值的一般表达式为：

V=F/C （1）

式中：V―价值；F―功能；C―寿命周期费用。

1.1 AHP法计算功能权重 价值工程中对各功能进行相互比较可以运用AHP法中的标度[3]。AHP根据建立的功能层次分析模型，在各层元素中进行两两比较，构造出比较判断矩阵，计算矩阵的特征向量和特征根，并进行一致性检验得出各指标的权重。

首先，构造功能层次分析模型，进而确定两两比较判断矩阵。为了使决策判断定量化，需要把判断矩阵数值化，两两比较结果一般采用A.L.saaty提出的1-9标度进行专家评分[4]。构造的判断矩阵如下所示：

式中：bij―元素bij表示元素i和元素j相对于上一层次元素A进行比较时，元素i和元素j相对重要性的数值；n―判断矩阵的阶数。

其次，构造出两两判断矩阵后，则计算层次单排序及其一致性检验。层次单排序计算可归结为计算判断矩阵的最大特征向量λmax及其对应的特征向量[5]，可采用根法进行计算。最后，在单排序的基础上计算层次总排序的权重值并进行一次性检验，从而得出各功能权重值为：

W=（W1 W2 … Wn）T

1.2 评价步骤 价值工程作为一项技术经济的分析方法，价值工程做到了将技术与经济的紧密结合[4]。由公式（1）可知价值分析的公式中涉及三个指标值，分别是功能系数（Fi）、成本系数（Ci）和价值系数（Vi）。

1.2.1 计算功能系数 首先，构造功能评价矩阵。设有m个设计方案，n个功能评价指标的评价问题中，通过0-10专家评分法得到评价指标的评价矩阵，并进行一致性检验：

进而就出功能系数Fi：

1.2.2 计算成本系数

首先，应确定每个设计方案的寿命期成本，寿命期成本（C）应包括建设成本（C1）和运营养护成本（C2），两者相加即为该设计方案的寿命期成本[6]：

Cj=Cj1+Cj2，其中j=1，2…m表示有m个设计方案。

从而得出成本系数Ci：

1.2.3 计算价值系数

根据公式（1）可得价值系数（Vi）：

根据上述公式计算出来的结果，由价值工程评价理论可知价值系数相对较大的备选方案为相对最优方案。

2 设计方案评价应用

2.1 广清高速公路概况 广州至清远高速公路是广东省“九纵五横两环”重要组成部分，也是广州市“四环十八射”中第二条射线。广清高速公路改扩建工程起点为庆丰收费站K2+890，终点位于清远西主线收费站前方约50m处，终点桩号为K60+450，路线全长57.66公里；原高速公路四车道路基宽24.5m，设计车速100km/h，路段采用两侧加宽拼接成整体式路基形式（标准宽度八车道41m），其中重要控制点包括新华互通式立交。

新华互通交叉桩号为K22+469.664，新华互通主要服务于花都区新华镇及周边地区交通流上、下广清高速，原为半苜蓿叶型互通，被交叉风神大道现为18m的城市主干路，直行交通量较大，半苜蓿叶型互通和被交路平交，交织点多；且原被交路为城市道路，机、非混行，对现在交通安全构成较大隐患，急需设计新的改扩建方案。

2.2 新华互通设计方案 方案一：半苜蓿叶+定向匝道型式，建设费用为27856万元，运营养护费用为3742万元；其设计方案平面图如图1。

方案二：单喇叭+T型，建设费用为23567万元，运营养护费用为3186万元其设计方案平面图如图2。

2.3 互通设计方案功能层次分析图 从价值工程功能分析的角度出发，研究改扩建互通式立交基本功能辅助功能和辅助功能，在利用AHP法的原理建立新华互通设计方案的功能层次分析图如图3。

2.4 AHP法进行功能评价 建立改扩建互通式立交方案评价的功能层次分析图之后，需对功能层次分析图进行评价，即确定功能权重。各功能权重的确定通过建立比较判断矩阵来计算，邀请相关行业专家结合设计方案的实际情况使用1-9标度法赋予分值，并进行一致性检验。

WB1-C=（0.667 0.333）T、WB2-C=（0.637 0.105 0.258）T

WB3-C=（0.637 0.258 0.105）T、WB4-C=（0.528 0.333 0.140）T

WB5-C=（0.492 0.250 0.177 0.081）T

最后，计算功能层次总排序（见表6）。

由表6可知功能指标C对方案评价A的功能权重为：

WA-C=（0.175，0.110，0.067，0.062，0.010，0.025，0.185，0.075，0.030，0.091，0.057，0.024，0.044，0.022，0.016，0.007）

2.5 确定功能系数

根据图1，由专家组成的评分小组分别对方案一和方案二的评价矩阵如下：

R=9 9 9 8 9 9 8 9 6 9 9 9 7 8 9 8 7 8 6 7 6 7 7 7 7 6 8 7 8 6 7 6

再根据功能权重ω计算功能评价指数fi：

fi=Rω=8.5457.013

由公式（2）得出功能评价系数Fi：

Fi=F1F2=0.5490.451

2.6 确定成本系数（表7）

2.7 计算价值系数

根据公式（4）计算各方案的价值系数：

由表8及价值工程理论可知，方案一为最优方案。

3 结论

价值工程在分析的过程中充分考虑了功能和成本两个因素，把技术和经济有效地结合起来。本文将价值工程运用到高速公路改扩建互通设计方案当中，并对传统的价值工程功能计算进行改进，采用AHP法进行功能权重的计算，更能反映出权重的客观性，从而使得设计方案的评价更加科学和完善。本文案例中，广清高速公路在新华互通设计方案上采用了半苜蓿叶+定向匝道型式。在满足互通立交的基本功能的前提下使得造价最低，得出最优的设计方案，可知将AHP运用到价值工程中使得计算结果更加具有说服力，是一种值得推广的方法。

参考文献：

[1]孙绪宝.高速公路互通式立交改扩建方案研究[D].长安大学，2011：13-20.

[2]王乃静，刘庆尚，等.价值工程概论[M].北京：经济科学出版社，2006：11.

[3]段劲.基于AHP和熵的改进价值工程法在边坡防护方案优选中的应用[J].公路与汽运，2010（6）：94-97.

[4]钟宝清.基于AHP的价值工程在桩基础方案优选应用的研究[D].广州大学，2014：24-25.

[5]陈琨.互通式立交方案综合量化评价方法的研究[D].重庆交通大学，2008：48-51.

[6]郑长安，唐盛，等.价值工程在公路工程设计方案比选中的算法及应用[J].公路工程，2007，32（5）：113-116.