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价值工程锅炉改造方案的数学模型

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2020年6月23日
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摘要: 本文利用 价值工程 的方法建立了评价 锅炉 改造方案的数学模型。 价值工程 的方法是经过功能和费用的比值来评价各个方案, 本文中功能系数的得到采用专家打分法, 费用系数采用经济学净现值的方法。而且经过该评价模型, 对现有的 锅炉 改造设计的两个方案进行了比较, 发现原燃煤方案的费用系数高于新燃油方案的费用系数, 而功能系数却低于新方案的功能系数, 则原方案的价值系数必然低于新方案的价值系数; 因此对 锅炉 进行改造是必要的。同时也认识到在方案优选时, 不应该单纯的强调成本费用, 应兼顾方案功能的大小, 这样才能使方案的优选过程更加科学化、 合理化。
关键字: 价值工程 价值分析 锅炉 设计 净现值
1 概述
随着社会的发展和进步, 锅炉 房的设计和运行实际上是以满足供暖和工艺要求并促进人类居住的舒适性、 健康性, 保护地球环境, 对与能源有效利用等基于可持续发展的观点为原则而取得进展的。
当前, 中国对 锅炉 房设计的评价主要是以经济评价为依据, 随着中国加入《21世纪议程》, 把环境保护和可持续发展列入国家发展目标的重中之重, 过于强调经济评价而忽视了其它评价的方法已不能正确评价各种不同方案, 从而得不出更加接近实际的结论。下面介绍利用 价值工程 的方法进行评价的一种方法。
2 价值工程 的应用方法
价值工程 ( Value Engineering) 简称VE, 又叫价值分析( Value Analysis) 简称VA。它经过功能分析的方法, 以达到降低成本为目的的一项技术与经济相结合的现代化管理技术。
价值工程 是系统工程的一个重要方面, 它是正确处理功能与成本的相互关系, 技术与经济的相互关系, 质量与成本的相互关系, 企业于用户的相互关系的方法。是一种成效大、 收益快的可行的系统分析方法。
2.1 价值工程 的基本原理
2.1.1 VE中价值的含义
VE中的”价值”是作为评价产品或作业优劣程度, 或评价产品或作业的经济效益大小的尺度提供出来的, 即可理解为价值是费用对功能的关系。这种关系能够写成如下的表示式:
V=F/C( 1)
其中V—价值
F—功能
C—费用
式( 1) 说明, 价值与功能成正比, 与费用成反比。功能越高, 成本越低则价值越大。同时, 式( 1) 为评价产品提供了科学的标准, 也为衡量功能与成本是否适当, 以求发现问题, 解决问题, 做到应最低的费用实现必要的功能提供了依据。
2.2 用 价值工程 进行方案选择
2.2.1 功能定义
列出该工程的基本功能, 这些功能基本能够代替该项目的主要特点, 而且不同的方案在所列功能下具有可比性。
2.2.2 方案优选
利用经济学方法确定方案的成本系数; 另一方面按照功能要求, 采用10分制加权评分法, 将方案对基本功能的满足程度分别评定分数, 得出了功能评价系数, 然后根据价值公式, 得出价值系数, 选择价值系数最大的方案为最优方案。
2.3 成本系数确定
经济评价方法在中国已基本成熟, 本章采用在实际工作中普遍使用的动态费用年值法使经济评价定量化( 见表4－4－1) 。方案的动态费用年值计算公式如下:
PC=Ccap+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——总费用年值, 万元/年;
PC——总费用现值, 万元;
S——经济寿命终了时的价值, 万元;
Crun——寿命期内每年的等额实际费用消耗, 万元/年;
Ccap——系统总投资费用, 万元;
Cr——燃烧费用年值, 万元/年;
I——基准收益率;
n——寿命期年限, 年;
式中ACj——第j种方案总费用年值, 万元/年。
2.4 功能系数确定
下面列出了 锅炉 方案的6种基本功能, 它们分别是适用、 环保因素、 技术参数、 运行管理、 管道布置、 安全。
在确定综合系数Nk＝{N1,N2,```,Nm},用二元对比倒数法求出Fj上的模糊子集Nk , 对因素集U={ U1,U2,````,Um}中各因素两两进行比较, 就各因素对实现目标的贡献大小, 按下面规则赋值: Bij=3/10表示如果以10分制打分Ui是3分, 则Uj是10分。由其原理可得Bij =1/ Bji。
于是能够得到m阶对比矩阵B=( Bij)m×m。显然, 这个矩阵主对角线皆为1。再用优势积累法( 即求”行和”——同一行元素之和) 求得权向量为N={∑B1j, ∑B2j, ````,∑Bmj }并对其进行归一化处理。
得到对比矩阵:
　　　　1　　8/10 9/4　8/6　8/5　8/5
　　　　10/8　1　10/4　9/6　9/4　9/4
　　　　4/9　4/10　1　4/6　4/5　4/4
B= 　　6/8　6/9　6/4　1　　6/4　7/5
　　　　5/8　4/9　5/4　4/6　1　　5/4
　　　　5/8　4/9　4/4　5/7　4/5　1
用优势积累法得到适用、 环保因素、 技术参数、 运行管理、 管道布置、 安全。
之间的权向量:
Nk=(8.58,10.75,4.31,6.82, 5.24,4.58)
再进行归一化处理: Nk=(0.213, 0.267, 0.107, 0.169, 0.130, 0.114)。
再对各方案进行评分得到功能满意度: UK
又根据各方案的功能系数为: Fj=∑NkUk
得到功能系数Fj。按照公式( 1) , 进一步计算出价值系数Vj。
3. 应用实例
3.1 锅炉 房方案设计
3.1.1工程概况和方案:
该工程天津某厂的燃煤 锅炉 改燃气 锅炉 的项目。该厂是天津的一家合资企业, 建厂时采用的是燃煤 锅炉 , 但为了响应节能和环保的要求, 决定将其改为燃气 锅炉 。
原方案:
锅炉 采用燃煤的 锅炉 , 锅炉 房一座; 锅炉 : 三台燃煤 锅炉 ; 储煤厂一个, 灰渣厂一个, 锅炉 房的主要设备初投资为2112482元。
新方案:
锅炉 采用燃气的 锅炉 , 锅炉 房一座; 锅炉 : 三台燃气 锅炉 ; 储气罐一个( 存储天然气) , 锅炉 房的主要设备初投资为1661100元。
3.1.2运行费用比较
电价按0.75元/度计, 煤按256元/吨计, 天然气按2.00元/标立米计。运行时间按每天12小时计, 全年运行天数按300天计。两方案的运行费用如表1所示:
表1 两方案的运行费用
方案
用煤量( t/年)
用气量( 万立方米/年)
用电量( KW)
燃料费用年值( 万元/年)
年运行费用
( 万元)
原方案
8000
0
90
204.8
24.3
新方案
0
250
54
500
14.58
3.1.3两个方案的污染物排放:
各种方案的能量来自于燃料的燃烧, 各种燃料的燃烧所产生的污染物是不同的, 它同燃料所含的化学成份、 燃烧机理和燃烧效率等多种因素有关, 经过查询有关资料和计算能够得到各种空调方案的污染物排放量, 具体数值见表2所示:
表2 各种方案污染物的排放量( mg/m3)

NOx
SO2
CO
烟尘
原方案
104
40.6
16.5
294.4
新方案
0
0
14.5
199
3.2 各方案的造价及成本系数
3.2.1 各方案的造价
在各方案费用年值计算中, 基准收益率取12％, 其中安全收益率为8％, 风险报酬率为4％。各方案的寿命年限均取20年, 经济寿命终了时的价值( 残余值S) 均为初投资的15％。具体计算如下:
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( 万元/年)
新方案:
AC2＝( Ccap-S) ×[( 1+i) n-1]/I*(1+i)n +Crun+Cr
＝( 166.11-24.92) ×[(1+12%)20-1]×12％×(1+12%)20+500+14.58
＝1927.69( 万元/年)
3.2.2 各方案的成本系数
根据成本系数计算公式, 得到两方案的成本系数如表3所示:
表3两方案的成本系数
方案名称
造价ACj( 万元/年)
成本系数Cj=AC/4000
原方案
2026.24
0.5066
新方案
1927.69
0.4819
注: 成本系数C=AC/4000, 目的是为了得到的系数小于1。
3.3 方案功能系数及优选
按照功能要求, 采用10分制加权评分法, 将3个方案对6项功能的满足程度分别评定分数, 所得分数和上述的各功能的综合系数的成绩求和, 即得出了功能评价系数, 然后根据价值公式( 1) , 计算出每个方案对应的价值系数, 选择价值系数最大的方案为最优方案。( 过程见下表4、 表5)
表4方案的功能满足程度
功能
综合系数Nk
原方案U1k
新方案U2k
适用
0.213
9
9
环保
0.267
6
9
技术参数
0.107
8
9
安全
0.169
8
9
运行管理
0.130
7
9
管道布置
0.114
7
8
功能系数Fj

7.435
8.886
表5方案的价值系数
方案
功能系数( Fj)
成本系数( Cj)
价值系数Vj( F/C)
最优方案
原方案
7.435
0.5066
14.68

新方案
8.886
0.4819
18.44
▲
按照上述 价值工程 理论, 价值系数较大者为较优的方案, 因此, 在考虑了经济、 环境、 社会等综合作用下, 该 锅炉 房的改造新方案比原方案的价值系数大, 也就是说在设定的收益率、 寿命期内等条件, 对该锅路房进行改造是有其实际意义的。
4 结论
运用 价值工程 的原理, 我们比较了两种 锅炉 房的改造方案, 最终得到了一个较优的方案。同时, 也认识到在设计阶段运用 价值工程 控制工程造价, 并不是片面地认为工程造价越低越好, 而是要把工程的功能和造价两个方面综合起来进行分析。在本例中, 当得出方案的单位成本为最低时, 还不能断然决定它就是最优方案, 还应看它对7种功能的满足程度, 即价值系数如何。如果价值系数不是最大, 也不能列为最优方案。满足必要功能的前提、 消除不必要功能的费用, 是 价值工程 的要求, 也是工程造价控制本身的要求。