價(jià)值工程 鍋爐改造方案的數(shù)學(xué)模型

1、摘要： 本文利用 價(jià)值工程 的方法建立了評價(jià) 鍋爐 改造方案的數(shù)學(xué)模型。 價(jià)值工程 的方法是通過功能和費(fèi)用的比值來評價(jià)各個方案，本文中功能系數(shù)的得到采用專家打分法，費(fèi)用系數(shù)采用經(jīng)濟(jì)學(xué)凈現(xiàn)值的方法。并且通過該評價(jià)模型，對現(xiàn)有的 鍋爐 改造設(shè)計(jì)的兩個方案進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)原燃煤方案的費(fèi)用系數(shù)高于新燃油方案的費(fèi)用系數(shù)，而功能系數(shù)卻低于新方案的功能系數(shù)，則原方案的價(jià)值系數(shù)必然低于新方案的價(jià)值系數(shù)；因此對 鍋爐 進(jìn)行改造是必要的。同時也認(rèn)識到在方案優(yōu)選時，不應(yīng)該單純的強(qiáng)調(diào)成本費(fèi)用，應(yīng)兼顧方案功能的大小，這樣才能使方案的優(yōu)選過程更加科學(xué)化、合理化。關(guān)鍵字： 價(jià)值工程 價(jià)值分析 鍋爐 設(shè)計(jì) 凈現(xiàn)值1 概述隨著

2、社會的發(fā)展和進(jìn)步， 鍋爐 房的設(shè)計(jì)和運(yùn)行實(shí)際上是以滿足供暖和工藝要求并促進(jìn)人類居住的舒適性、健康性，保護(hù)地球環(huán)境，對與能源有效利用等基于可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)為原則而取得進(jìn)展的。目前，我國對 鍋爐 房設(shè)計(jì)的評價(jià)主要是以經(jīng)濟(jì)評價(jià)為依據(jù)，隨著我國加入21世紀(jì)議程，把環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展列入國家發(fā)展目標(biāo)的重中之重，過于強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)評價(jià)而忽視了其他評價(jià)的方法已不能正確評價(jià)各種不同方案，從而得不出更加接近實(shí)際的結(jié)論。下面介紹利用 價(jià)值工程 的方法進(jìn)行評價(jià)的一種方法。2 價(jià)值工程 的應(yīng)用方法價(jià)值工程 （Value Engineering）簡稱VE，又叫價(jià)值分析（Value Analysis）簡稱VA。它通過功能分析

3、的方法，以達(dá)到降低成本為目的的一項(xiàng)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)相結(jié)合的現(xiàn)代化管理技術(shù)。價(jià)值工程 是系統(tǒng)工程的一個重要方面，它是正確處理功能與成本的相互關(guān)系，技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的相互關(guān)系，質(zhì)量與成本的相互關(guān)系，企業(yè)于用戶的相互關(guān)系的方法。是一種成效大、收益快的可行的系統(tǒng)分析方法。2.1 價(jià)值工程 的基本原理VE中的“價(jià)值”是作為評價(jià)產(chǎn)品或作業(yè)優(yōu)劣程度，或評價(jià)產(chǎn)品或作業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益大小的尺度提供出來的，即可理解為價(jià)值是費(fèi)用對功能的關(guān)系。這種關(guān)系可以寫成如下的表達(dá)式：V=F/C（1）其中V價(jià)值F功能C費(fèi)用式（1）說明，價(jià)值與功能成正比，與費(fèi)用成反比。功能越高，成本越低則價(jià)值越大。同時，式（1）為評價(jià)產(chǎn)品提供了科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，也為衡

4、量功能與成本是否適當(dāng)，以求發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，做到應(yīng)最低的費(fèi)用實(shí)現(xiàn)必要的功能提供了依據(jù)。2.2 用 價(jià)值工程 進(jìn)行方案選擇列出該工程的基本功能，這些功能基本可以代替該項(xiàng)目的主要特點(diǎn)，而且不同的方案在所列功能下具有可比性。利用經(jīng)濟(jì)學(xué)方法確定方案的成本系數(shù)；另一方面按照功能要求，采用10分制加權(quán)評分法，將方案對基本功能的滿足程度分別評定分?jǐn)?shù)，得出了功能評價(jià)系數(shù)，然后根據(jù)價(jià)值公式，得出價(jià)值系數(shù)，選擇價(jià)值系數(shù)最大的方案為最優(yōu)方案。2.3 成本系數(shù)確定經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法在我國已基本成熟，本章采用在實(shí)際工作中普遍使用的動態(tài)費(fèi)用年值法使經(jīng)濟(jì)評價(jià)定量化（見表441）。方案的動態(tài)費(fèi)用年值計(jì)算公式如下：PC=Ccap+

5、Crun*（1+i）n-1/I*(1+i)n AC=(PC-S)*（1+i）n-1/I*(1+i)n +Cr =（Ccap-S）*（1+i）n-1/I*(1+i)n +Crun+Cr 式中AC總費(fèi)用年值，萬元/年； PC總費(fèi)用現(xiàn)值，萬元； S經(jīng)濟(jì)壽命終了時的價(jià)值，萬元； Crun壽命期內(nèi)每年的等額實(shí)際費(fèi)用消耗，萬元/年； Ccap系統(tǒng)總投資費(fèi)用，萬元； Cr燃燒費(fèi)用年值，萬元/年； I基準(zhǔn)收益率； n壽命期年限，年； 式中ACj第j種方案總費(fèi)用年值，萬元/年。 2.4 功能系數(shù)確定 下面列出了 鍋爐 方案的6種基本功能，它們分別是適用、環(huán)保因素、技術(shù)參數(shù)、運(yùn)行管理、管道布置、安全。 在確定綜合

6、系數(shù)NkN1,N2,Nm,用二元對比倒數(shù)法求出Fj上的模糊子集Nk ，對因素集U= U1,U2,Um中各因素兩兩進(jìn)行比較，就各因素對實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的貢獻(xiàn)大小，按下面規(guī)則賦值：Bij=3/10表示如果以10分制打分Ui是3分，則Uj是10分。由其原理可得Bij =1/ Bji。 于是可以得到m階對比矩陣B=( Bij)m×m。顯然，這個矩陣主對角線皆為1。再用優(yōu)勢積累法（即求“行和”同一行元素之和）求得權(quán)向量為N=B1j，B2j，,Bmj 并對其進(jìn)行歸一化處理。 得到對比矩陣： 18/10 9/48/68/58/5 10/8110/49/69/49/4 4/94/1014/64/54/4 B

7、= 6/86/96/416/47/5 5/84/95/44/615/4 5/84/94/45/74/51 用優(yōu)勢積累法得到適用、環(huán)保因素、技術(shù)參數(shù)、運(yùn)行管理、管道布置、安全。 之間的權(quán)向量： Nk=(8.58,10.75,4.31,6.82，5.24,4.58) 再進(jìn)行歸一化處理：Nk=(0.213，0.267，0.107，0.169，0.130，0.114)。 再對各方案進(jìn)行評分得到功能滿意度：UK 又根據(jù)各方案的功能系數(shù)為：Fj=NkUk 得到功能系數(shù)Fj。按照公式（1），進(jìn)一步計(jì)算出價(jià)值系數(shù)Vj。3. 應(yīng)用實(shí)例 3.1 鍋爐 房方案設(shè)計(jì) 該工程天津某廠的燃煤 鍋爐 改燃?xì)?鍋爐 的項(xiàng)目。

8、該廠是天津的一家合資企業(yè)，建廠時采用的是燃煤 鍋爐 ，但為了響應(yīng)節(jié)能和環(huán)保的要求，2001年決定將其改為燃?xì)?鍋爐 。 原方案： 鍋爐 采用燃煤的 鍋爐 ， 鍋爐 房一座； 鍋爐 ：三臺燃煤 鍋爐 ；儲煤廠一個，灰渣廠一個， 鍋爐 房的主要設(shè)備初投資為2112482元。 新方案： 鍋爐 采用燃?xì)獾?鍋爐 ， 鍋爐 房一座； 鍋爐 ：三臺燃?xì)?鍋爐 ；儲氣罐一個（存儲天然氣）， 鍋爐 房的主要設(shè)備初投資為1661100元。 電價(jià)按0.75元/度計(jì)，煤按256元/噸計(jì)，天然氣按2.00元/標(biāo)立米計(jì)。運(yùn)行時間按每天12小時計(jì)，全年運(yùn)行天數(shù)按300天計(jì)。兩方案的運(yùn)行費(fèi)用如表1所示： 表1 兩方案的運(yùn)行

9、費(fèi)用 方案 用煤量（t/年） 用氣量（萬立方米/年） 用電量（KW） 燃料費(fèi)用年值（萬元/年） 年運(yùn)行費(fèi)用 （萬元） 原方案 8000 0 90 204.8 24.3 新方案 0 250 54 500 14.58 各種方案的能量來自于燃料的燃燒，各種燃料的燃燒所產(chǎn)生的污染物是不同的，它同燃料所含的化學(xué)成份、燃燒機(jī)理和燃燒效率等多種因素有關(guān)，經(jīng)過查詢有關(guān)資料和計(jì)算可以得到各種空調(diào)方案的污染物排放量，具體數(shù)值見表2所示： 表2 各種方案污染物的排放量（mg/m3） NOx SO2 CO 煙塵 原方案 104 40.6 16.5 294.4 新方案 0 0 14.5 199 3.2 各方案

10、的造價(jià)及成本系數(shù) 在各方案費(fèi)用年值計(jì)算中，基準(zhǔn)收益率取12，其中安全收益率為8，風(fēng)險(xiǎn)報(bào)酬率為4。各方案的壽命年限均取20年，經(jīng)濟(jì)壽命終了時的價(jià)值（殘余值S）均為初投資的15。具體計(jì)算如下： 原方案： AC1（Ccap-S）×（1+i）n-1/I*(1+i)n +Crun+Cr （211.25-31.69）×(1+12%)20-1×12×(1+12%)20+204.8+24.3 2026.24（萬元/年） 新方案： AC2（Ccap-S）×（1+i）n-1/I*(1+i)n +Crun+Cr （166.11-24.92）×(1+12%)

11、20-1×12×(1+12%)20+500+14.58 1927.69（萬元/年） 根據(jù)成本系數(shù)計(jì)算公式，得到兩方案的成本系數(shù)如表3所示： 表3兩方案的成本系數(shù) 方案名稱 造價(jià)ACj（萬元/年） 成本系數(shù)Cj=AC/4000 原方案 2026.24 0.5066 新方案 1927.69 0.4819 注：成本系數(shù)C=AC/4000，目的是為了得到的系數(shù)小于1。 3.3 方案功能系數(shù)及優(yōu)選 按照功能要求，采用10分制加權(quán)評分法，將3個方案對6項(xiàng)功能的滿足程度分別評定分?jǐn)?shù)，所得分?jǐn)?shù)和上述的各功能的綜合系數(shù)的成績求和，即得出了功能評價(jià)系數(shù)，然后根據(jù)價(jià)值公式（1），計(jì)算出每個方案對

12、應(yīng)的價(jià)值系數(shù)，選擇價(jià)值系數(shù)最大的方案為最優(yōu)方案。（過程見下表4、表5） 表4方案的功能滿足程度 功能 綜合系數(shù)Nk 原方案U1k 新方案U2k 適用 0.213 9 9 環(huán)保 0.267 6 9 技術(shù)參數(shù) 0.107 8 9 安全 0.169 8 9 運(yùn)行管理 0.130 7 9 管道布置 0.114 7 8 功能系數(shù)Fj  7.435 8.886 表5方案的價(jià)值系數(shù) 方案 功能系數(shù)（Fj） 成本系數(shù)（Cj） 價(jià)值系數(shù)Vj（F/C） 最優(yōu)方案 原方案 7.435 0.5066 14.68  新方案 8.886 0.4819 18.44 按照上述 價(jià)值工程 理論，價(jià)值系數(shù)較大者為較優(yōu)的方案，因此，在考慮了經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會等綜合作用下，該 鍋爐 房的改造新方案比原方案的價(jià)值系數(shù)大，也就是說在設(shè)定的收益率、壽命期內(nèi)等條件，對該鍋路房進(jìn)行改造是有其實(shí)際意義的。 4 結(jié)論 運(yùn)用 價(jià)值工程 的原理，我們比較了兩種 鍋爐 房的改造方案，最終得到了一個較優(yōu)的方