基于价值功能的公路路线设计方案比选研究

引言

在价值工程的理论框架下，造价不仅仅是建设成本，还包括了产品为了达到规定的功能所付出的整个寿命周期的成本。因为产品一般是由多个功能部件组成，每个部件在实施过程中会耗费大量的资源和费用，需要通过系统的函数分解将其转换成可测量的费用。价值工程是一种基于功能导向的管理手段，它通过对功能和费用的匹配关系进行分析，建立一套涵盖整个寿命周期的成本评价体系，促进产品在满足功能要求的同时，达到最优的成本结构和总体性能。

1 实例分析

项目总长度为 73.141 公里，桥隧比 62.97% ，结构复杂程度高。该项目包括 6 个互通立交，1 个服务区和 4 个入口收费站。该工程主要道路为 2-4 车道高速公路，设计时速每小时 100 公里。该路段的设计规范各不相同，KK00000-YK43+054.878（总长度 44.409 公里）均为单块路基，宽 26 米，分离式路基 13 米。为保证建筑物的安全性和通过能力，该路段的路面和桥梁结构全部按照公路—I 类车辆荷载标准进行。

2 公路路线设计方案比选

2.1 功能指标无量纲化处理

在对道路设计方案进行综合评判的过程中，往往要综合考虑多种功能指标。按照各项指标与方案质量的相关性，可以将其划分为积极效能和消极效能两种类型。积极指数的特点是：指数的值较大，表明项目的绩效或收益较好；反之，如果项目的投资成本和环境影响较小，则说明项目的绩效较好。在评估时，要将负面指数归一化，以便在评估时能达到比较的目的，并有一个统一的导向。通过一定的数学变换，使负面指数变为与积极指数相吻合的趋势，也就是说，指数指数较大，则方案的最优。同时各指标都遵循“取大取优”的评判逻辑，达到了同趋势的目的。具体的变换方法可以参考（1）式和（2）式。

正功效型指标 (+) ： （1）负功效型指标 （2）

在相关计算公式中，cij 表示各二级指标对应的评分结果，xij 为实际采集的原始评价数据（如满意度、弯曲半径等均属于此类直接观测值），maxxj 代表第 j 类指标中的最大值，minxj 则为其最小值。此外，若出现 maxxj ⩽ minxj的特殊情况，则统一将cij 赋值为1。

2.2 造价指标无量纲化处理

在公路工程建设过程中，工程造价分为三个主要阶段：施工阶段、运营阶段和后期治理阶段。施工阶段的造价主要体现在项目的总概算中，这个概算是根据项目的设计方案来估算的。在营运与保养期，成本包括例行的检查与维修，定期的修理，以及定期维修的开支。在道路到达设计年限后，将转入处理阶段，需要对道路的拆除与清除成本进行核算，并对剩余设施的残值进行经济评价。

2.3 路线设计方案

在制定高速公路路线时，要综合考虑各种因素，如功能需求、区域经济发展、建设成本和生态环境等。根据该工程拟定的方案 A,B,C 三种方案，分别从技术和经济两方面进行了比较和分析。这一段要穿越既有线和国道，要使各个交通节点顺利地连接起来，下面是各个方案的详细内容。计划 AA 这条线路的起点跨越了志留纪下统的石牛组，岩性主要为灰、泥页岩互层，岩石破碎，节理、裂隙发育，表土层厚 2-5 米。该线路紧邻 110kV 高压线塔和居民区，在建设过程中必须严格控制爆破振动对周围设施的影响。全线长7.251 公里，坡度为 4.0% ，桥梁与隧道的比例较小，总体投资较低。计划 B 穿越志留系下统和二叠系下统衔接段，灰岩具有良好的完整性，可实现渣土就地资源化，符合绿色建造理念。该工程以桥的形式穿越铁路和高速公路，其横断面的净净空符合规范要求，其纵断面线形指标良好。该方案全长 7.5km，相比于其它方案，隧道总长度降低了 15% 左右，隧道占 42%，虽然结构比重大，但由于材料回收与施工组织的优化，造价在三种方案中是最低的。计划C 该方案以原方案A 为主线，再分线布置，总长度比 A 短 73m，纵坡最大值为 3.8%。这条铁路在铁路以东 45 公尺的地方，铺设 1.6km，然后再跨越一座 80 公尺的天桥，穿越住宅区，接著又接连越过铁路、国道和高速公路。项目中桥隧比高达 68% ，虽然线形较为顺畅，但对周边风景名胜、水上乐园等景观敏感地段的影响更大，项目成本也比 B 方案提高了23%，其经济性也比较差。经综合比较，B 方案在工程技术指标、生态保护和投资控制等各方面都比较平衡，具有很好的可执行性。

2.4 不同方案对比分析

本文以高速公路起点为例，分别对三种备选路径方案进行了计算和分析，得到了各项功能参数和费用指标，具体资料详见表1。

表1 不同方案价值功能对比分析

经统计与分析，三条线路之 A 值为 1.1739,C 值为 0.9088,B 线为 3.7158。通过比较可以看出，B 线在性价比上具有明显的优势，显示了它在功能的实现和费用的投入上达到了最好的配合，综合性能也是最好的。在技术上，B 方案采取了桥上跨越铁路和立交桥的立体结构，使施工组织得到了极大的简化，减少了项目的实施难度。

2.4.1 价值功能在公路路线设计方案比选的应用优势

在传统公路选线方案的比选工作中，决策往往较多依赖专家经验开展主观定性评价，容易受到个人主观因素的干扰，很难在技术指标、生态环境与建设成本之间实现有效平衡。与之不同的是，基于价值功能的比选方法会搭建功能函数与造价函数，把路线方案的使用性能、服务效果以及全生命周期成本等关键要素转化为可量化的指标，从而明显增强了决策的科学性与客观性。

拿某实际项目来说，B 方案的价值系数达到3.7158，远优于A 方案的1.1739和 C 方案的 0.9088。这一结果清晰体现出该方案在技术可行性、生态适应性与经济合理性上的综合优势，不仅为方案的优先选择提供了明确、可信的数据依据，还能有效避免因经验主导而产生的决策偏差。

2.4.2 公路路线设计方案比选的全寿命周期考量

基于价值功能的公路路线方案比选，打破了传统方案仅聚焦施工期一次性投入的局限，将考量视角拓展到项目全寿命周期。在该方法构建造价函数的过程中，会系统纳入运营阶段的养护开支、服役期满后的拆除费用及残值回收等要素，进而实现对“建设—运营—维护”全过程的成本统筹与动态管控。

以某高速公路项目为实例，在对 A、B、C 三个路线方案开展优选工作时，工作人员不仅评估了各方案的施工概算，还对运营期间的日常巡检费用、周期性维修费用，以及设计使用年限到期后的拆除与残值处理成本进行了量化分析。虽然 B 方案在隧道工程占比上不占优势，但通过实施弃渣就地资源化利用、优化施工流程等举措，既有效压缩了建设成本，又大幅减轻了后期养护压力；与此同时，该线路的布局主动避开生态敏感区与人口密集区，减少了未来可能因环境治理或社会协调产生的潜在支出。这种覆盖全周期的经济性评估，让方案选择更贴合项目长期运行的实际需求。最终，B 方案在综合成本效益方面显著优于另外两个方案，为实现项目全生命周期效益最大化筑牢了基础。

整体来看，B 方案不仅满足了高速公路的功能需求，更充分彰显了价值工程的核心理念，在保障线路性能的同时，实现了投入与产出的合理匹配。

结束语

本项目针对某高速公路起点段路线选择中的模糊、难以定量等问题，结合价值工程理论，建立定量评估体系，得到如下结论：（1）在路径规划阶段，通过提高项目的功能效用与投资分配的协同作用，可以显著提高项目的总体价值。(2) 采用无量纲化的方法，构建功能和造价函数，并通过对价值工程的定量分析，构建一套科学可行的路径方案优选机制，提高决策的客观性和合理性。

参考文献：

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