1 绪论
1.1 问题的提出与研究意义
1.1.1 研究背景
随着我国经济水平和物流行业的飞速发展，国家和地方不断加快高速公路的建设，同时也成为社会经济发展的重要支撑和动力。《2018 年交通运输行业发展统计公报》显示，截止 2018 年，高速公路里程 14.26 万公里，高速公路车道里程 63.33 万公里[1]。建设高速公路可以吸引投资，促进经济社会发展，特别是加快第三产业发展，逐渐成为地方社会经济发展不可或缺的基础设施。
我国从上世纪八十年代开始建设高速公路，限于经济发展的需要，当时建设高速公路目标主要是速度、安全、通行能力等，对于景观和环境影响考虑不多。九十年代，高速公路的建设向山区发展，随着 GIS 等新技术的出现，越来越多的考虑生态环境因素，出现了生态高速公路的概念。
目前，我国高速公路依然处于发展阶段，还有较大的建设需求。
1.1.2 问题的提出
高速公路是指能适应年平均昼夜小客车交通量为 25000 辆以上、专供汽车分道高速行驶、并全部控制出入的公路[2]。高速公路可满足 120 公里/小时以上行车速度，4 个及以上车道，一般为水泥或沥青混凝土路面；设置立体交叉、分隔带、标线标志和齐备的信号等。
高速公路的优点；一是能承担的交通流量大，推动物流及资源配置，促进经济协调发展；二是提升通行的安全舒适度；三是减少能源消耗，促进工程技术创新。
高速公路的缺点：一是投资大，建设工期长，建设工期一般为四年以上；二是环境影响大，占用土地资源多，平均每公里占地 50 亩上，对沿线生态环境造成一定影响。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 价值工程理论研究现状
价值工程(Value Engineering，VE)是以提高产品或作业价值为目的，通过有组织的创造性工作，寻求用最低的寿命周期成本，可靠地实现使用者所需功能的一种管理技术[3]。
1947 年，麦尔斯在题为《价值分析程序》的报告中首次提出了“价值工程”的概念，随后在欧美国家广泛的使用和发展。Wilhelm G.F（1956）将价值工程理论运用于军用船舶制造业，取得了较好的经济效益[4]。欧洲各领域专家和学者对价值工程的计算、标准等进行了多方面的研究，对具体应用中的难点提出了相应的解决方法。Roy Baton（2000）研究了在非静态环境中运用价值工程理论和方法，并提出解决问题的最佳方案[5]。目前，在国外工程领域，已成熟的将价值工程理论运用到降低各阶段成本[6]。近年来，价值工程逐步应用于施工节能减排、新型材料研发和绿色建筑等新兴研究领域中 [7]。Kumpanon Arpakorn（2004）对价值工程应用于建筑领域进行研究，通过运用价值工程方法分析，节省材料、降低建设成本的同时提高建筑性能[8]。David Baker+Partners 建筑事务所（2010）使用价值工程理论来论证所设计的 Paseo 中心项目使用很多环保和节能建筑材料，使建筑物具有环保性能的同时，降低了建设和使用成本，获得了 “杰出经济适用房设计奖”[9]。
1979 年，我国引进价值工程理论和方法，近些年，国内工程领域也在工程投资方案、工程设计方案、施工技术方案的比选，控制投资成本等方面运用价值工程研究。马德林（2013）结合阳泉西环高速公路项目初步设计的特点，根据价值工程的理论，开展了技术经济的综合比选，认为利用价值工程的理论能够有效地识别重点，为初步设计阶段的方案选择提供了量化分析的方法 [10]。孙继德等（2001）对比分析了效益价值管理和价值工程，论述了工程项目运用价值工程取得的较大效益和重大意义[11]。李杰（2003）在其研究中，从施工成本角度出发，运用价值工程方法，对其各个组成部分进行分析，提高各部分的价值，降低各部分的成本，从而增加项目整体价值[12]。张磊（2013）在其研究中阐述了作为经济和技术相结合学科的价值工程，对价值工程的基本方法和原理进行了介绍，然后结合石油工程项目的特点，对其在石油工程项目设计中的应用进行了详细的分析[13]。段秀峰（2012）在研究中阐述了企业必须保证工期、质量的前提下，尽可能的降低工程成本，提高建设管理水平，实现最大的效益 [14]。
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2 功能评价研究
2.1 价值工程的基本原理
2.1.1 价值工程的特点
作为一种管理方法和技术的价值工程，具有以下特点：
（1）价值工程的目标是提高产品或作业的价值，以最低的全寿命周期成本实现对象必须具备的功能。全寿命周期成本由生产成本和使用维护成本组成。生产成本包括设计、生产、销售等费用，是购买产品的费用；使用维护成本包括维修、管理、报废等费用，是使用过程中的费用。在一定程度上，使用和生产成本存在此消彼长的矛盾关系。功能需求提升，加大生产成本，使用成本随着降低；反过来，对功能的需求降低，降低生产成本，使用成本就会增加。
（2）价值工程的核心是功能分析。功能是产品或作业能满足某种需求的属性。例如，建筑物基础的功能是承受各类荷载，住宅的功能是提供生活居住的空间，等等。作业的目的是取得使用者期望的功能，组成、材质等是实现功能的手段。目的是关键的，手段有很多种选择。因此，价值工程是分析功能的基础上研究组成、材质等。
（3）价值工程是将研究对象的价值、成本和功能看做一个整体，不是孤立的分析，既考虑生产者也考虑使用者的利益，保证研究对象功能的同时，使产品总体价值最高。
（4）价值工程要不断开拓思路，创造新功能产品，简化结构，节约能耗、材料，不断提升研究对象的技术经济效益。
（5）价值工程研究需要将功能量化为可以和成本进行相比的量化值。
（6）价值工程是以团队的力量开展的有组织、有规划的生产活动。要求组织管理、设计、制造、供销等有经验的各专业人员组成一个结构合理的团体。博采众长，发挥各类人员的专长和能力进行产品设计，以提高产品的价值。
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2.2功能评价
3 高速公路全寿命周期成本研究............................191.2.1 价值工程理论研究现状
价值工程(Value Engineering，VE)是以提高产品或作业价值为目的，通过有组织的创造性工作，寻求用最低的寿命周期成本，可靠地实现使用者所需功能的一种管理技术[3]。
1947 年，麦尔斯在题为《价值分析程序》的报告中首次提出了“价值工程”的概念，随后在欧美国家广泛的使用和发展。Wilhelm G.F（1956）将价值工程理论运用于军用船舶制造业，取得了较好的经济效益[4]。欧洲各领域专家和学者对价值工程的计算、标准等进行了多方面的研究，对具体应用中的难点提出了相应的解决方法。Roy Baton（2000）研究了在非静态环境中运用价值工程理论和方法，并提出解决问题的最佳方案[5]。目前，在国外工程领域，已成熟的将价值工程理论运用到降低各阶段成本[6]。近年来，价值工程逐步应用于施工节能减排、新型材料研发和绿色建筑等新兴研究领域中 [7]。Kumpanon Arpakorn（2004）对价值工程应用于建筑领域进行研究，通过运用价值工程方法分析，节省材料、降低建设成本的同时提高建筑性能[8]。David Baker+Partners 建筑事务所（2010）使用价值工程理论来论证所设计的 Paseo 中心项目使用很多环保和节能建筑材料，使建筑物具有环保性能的同时，降低了建设和使用成本，获得了 “杰出经济适用房设计奖”[9]。
1979 年，我国引进价值工程理论和方法，近些年，国内工程领域也在工程投资方案、工程设计方案、施工技术方案的比选，控制投资成本等方面运用价值工程研究。马德林（2013）结合阳泉西环高速公路项目初步设计的特点，根据价值工程的理论，开展了技术经济的综合比选，认为利用价值工程的理论能够有效地识别重点，为初步设计阶段的方案选择提供了量化分析的方法 [10]。孙继德等（2001）对比分析了效益价值管理和价值工程，论述了工程项目运用价值工程取得的较大效益和重大意义[11]。李杰（2003）在其研究中，从施工成本角度出发，运用价值工程方法，对其各个组成部分进行分析，提高各部分的价值，降低各部分的成本，从而增加项目整体价值[12]。张磊（2013）在其研究中阐述了作为经济和技术相结合学科的价值工程，对价值工程的基本方法和原理进行了介绍，然后结合石油工程项目的特点，对其在石油工程项目设计中的应用进行了详细的分析[13]。段秀峰（2012）在研究中阐述了企业必须保证工期、质量的前提下，尽可能的降低工程成本，提高建设管理水平，实现最大的效益 [14]。
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2 功能评价研究
2.1 价值工程的基本原理
2.1.1 价值工程的特点
作为一种管理方法和技术的价值工程，具有以下特点：
（1）价值工程的目标是提高产品或作业的价值，以最低的全寿命周期成本实现对象必须具备的功能。全寿命周期成本由生产成本和使用维护成本组成。生产成本包括设计、生产、销售等费用，是购买产品的费用；使用维护成本包括维修、管理、报废等费用，是使用过程中的费用。在一定程度上，使用和生产成本存在此消彼长的矛盾关系。功能需求提升，加大生产成本，使用成本随着降低；反过来，对功能的需求降低，降低生产成本，使用成本就会增加。
（2）价值工程的核心是功能分析。功能是产品或作业能满足某种需求的属性。例如，建筑物基础的功能是承受各类荷载，住宅的功能是提供生活居住的空间，等等。作业的目的是取得使用者期望的功能，组成、材质等是实现功能的手段。目的是关键的，手段有很多种选择。因此，价值工程是分析功能的基础上研究组成、材质等。
（3）价值工程是将研究对象的价值、成本和功能看做一个整体，不是孤立的分析，既考虑生产者也考虑使用者的利益，保证研究对象功能的同时，使产品总体价值最高。
（4）价值工程要不断开拓思路，创造新功能产品，简化结构，节约能耗、材料，不断提升研究对象的技术经济效益。
（5）价值工程研究需要将功能量化为可以和成本进行相比的量化值。
（6）价值工程是以团队的力量开展的有组织、有规划的生产活动。要求组织管理、设计、制造、供销等有经验的各专业人员组成一个结构合理的团体。博采众长，发挥各类人员的专长和能力进行产品设计，以提高产品的价值。
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2.2功能评价
方案功能系数是计算价值系数的关键，确定功能权重是计算功能系数的关键，直接决定着功能系数的结果和最后的判断。确定功能权重的方法有熵权法、多目标距离最大法等客观赋权法和强制评分法、层次分析法等主观赋权法。客观赋权法根据客观数据进行计算，过程复杂，结果容易被个别数据误导。主观赋权法中的环比评分法和强制评分法计算方法简单，但基本依靠专家水平，主观性较大。层次分析法定性和定量相结合，普遍采用在确定权重中，相对计算过程复杂，但有较强的可操作性。
层次分析法（AHP）是一个定量与定性结合的系统分析方法，将复杂的研究对象分解成各个构成部分，再将各部分按照隶属关系或特征分类，形成有序递进的层次结构，进行两两之间相互比较得出各因素的相对重要程度，最后，综合各专家的主观判断得到所有因素的相对重要程度排序。
在解决多目标、多标准的复杂管理问题时，层次分析法相对有效，具有简捷、综合性强、思路清晰、利于普及推广等特点。层次分析法目前已广泛应用于投资决策、航天航空、工程建设等领域，是决策科学化的一大进步。
运用层次分析法分析问题，一般分为 4 个步骤：首先，建立层次结构模型；然后，构造判断矩阵；其次，单层次排序；最后，层次总排序。在每个单层次排序中需要进行一致性检验。
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在解决多目标、多标准的复杂管理问题时，层次分析法相对有效，具有简捷、综合性强、思路清晰、利于普及推广等特点。层次分析法目前已广泛应用于投资决策、航天航空、工程建设等领域，是决策科学化的一大进步。
运用层次分析法分析问题，一般分为 4 个步骤：首先，建立层次结构模型；然后，构造判断矩阵；其次，单层次排序；最后，层次总排序。在每个单层次排序中需要进行一致性检验。
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3.1 相关概念 ........................19
3.2 高速公路全寿命周期成本构成 ...............19
4 实证研究........................................... 26
4.1 JH 高速公路工程概况 .......................... 26
4.2 建立指标体系 ....................... 27
5 结论和展望...............................47
5.1 结论 ..............................47
5.2 展望 ................. 48
4 实证研究
4.1 JH 高速公路工程概况
（1）项目简介
JH 高速公路是 G7 京新高速的一部分。京新高速公路是国家高速公路网的重要组成部分，起点为北京，终点为新疆乌鲁木齐，途径河北、内蒙古等 5 省区。
JH 高速公路所在地区是国家重点扶贫地区，近年经济发展加速、城镇化加快，发展潜力较大，同时能源需求大幅上涨，该项目是经济发达地区通往能源区的又一重要通道，便捷的将煤炭、石油等资源运到北京、华北等地区，将经济发达地区的产品快捷的运输到西部，为该地区社会经济发展提供了有力的支持，对促进公路沿线社会发展、民族团结，提升当地人民生活水平等具有重大的意义。
（2）技术指标
按照全国公路自然区划图，JH 高速公路位于行政自然区划Ⅶ区。主要技术指标、路基指标、路面结构见表 4.1-4.3。
4.1 JH 高速公路工程概况
（1）项目简介
JH 高速公路是 G7 京新高速的一部分。京新高速公路是国家高速公路网的重要组成部分，起点为北京，终点为新疆乌鲁木齐，途径河北、内蒙古等 5 省区。
JH 高速公路所在地区是国家重点扶贫地区，近年经济发展加速、城镇化加快，发展潜力较大，同时能源需求大幅上涨，该项目是经济发达地区通往能源区的又一重要通道，便捷的将煤炭、石油等资源运到北京、华北等地区，将经济发达地区的产品快捷的运输到西部，为该地区社会经济发展提供了有力的支持，对促进公路沿线社会发展、民族团结，提升当地人民生活水平等具有重大的意义。
（2）技术指标
按照全国公路自然区划图，JH 高速公路位于行政自然区划Ⅶ区。主要技术指标、路基指标、路面结构见表 4.1-4.3。
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5 结论和展望
5.1 结论
随着我国经济水平和物流行业的快速发展，高速公路的建设和投入也不断增多。工程投资方案的评价和比选是个很复杂的过程，决定了巨大的投资而且直接影响着建成后高速公路的使用。
本文运用价值工程对 JH 高速公路两个投资方案为进行比选，以可行性研究报告中两个投资方案为研究对象，分析两个方案的特点和主要区别，经过筛选后选取影响投资方案优劣的指标，构建了 JH 高速公路的评价指标体系。通过采用层次分析法-熵权法对指标的权重进行更为客观的综合计算，最后用价值工程方法对两个投资方案进行综合性地评价和比选。
主要研究的工作和结论如下：
（1）应用价值工程对高速公路进行投资方案选择可行
高速公路投资方案的选择是在达到和满足高速公路通行、服务、环保等功能的前提下，实现最低的全寿命周期成本，最大化高速公路建设的价值。价值工程是以最低的成本实现所需的功能。高速公路投资方案选择与价值工程目标是一致的。应用价值工程对高速公路进行投资方案选择是可行的。
（2）建立高速公路投资方案的指标体系
依据高速公路投资方案优选的特点，结合 JH 高速公路实际情况，建立了 JH高速公路投资方案功能评价指标体系，该体系主要分为 “技术指标”、“施工指标”等四个一级评价指标，并对四个一级评价指标进行细分，建立“国民经济评价指标”、“路线”等 15 个二级功能评价指标体系。
（3）实证研究选择最优方案
以 JH 高速公路投资方案为例，运用价值工程建立的高速公路选择方法，对两个备选方案进行选择，构造基于层次分析法的判断矩阵，寻找相关专家和从业人员对备选方案的功能打分，求得指标的层析分析法权重，然后运用熵权法根据汇总的专家对各指标功能打分计算权重，采用加权方法综合两种结果计算各指标的最终权重，将功能得分和对应的权重相乘，各功能分值加权求和算出各方案的总功能得分，归一化处理，得到两个方案的功能系数。按照高速公路全寿命周期成本理论和规范计算出成本系数，最后得出各方案的价值系数，
（3）实证研究选择最优方案
以 JH 高速公路投资方案为例，运用价值工程建立的高速公路选择方法，对两个备选方案进行选择，构造基于层次分析法的判断矩阵，寻找相关专家和从业人员对备选方案的功能打分，求得指标的层析分析法权重，然后运用熵权法根据汇总的专家对各指标功能打分计算权重，采用加权方法综合两种结果计算各指标的最终权重，将功能得分和对应的权重相乘，各功能分值加权求和算出各方案的总功能得分，归一化处理，得到两个方案的功能系数。按照高速公路全寿命周期成本理论和规范计算出成本系数，最后得出各方案的价值系数，
A 方案价值系数大于 B 方案，且大于 1，即为最终选择的方案。同时也印证了利用基于层次分析法-熵权法的价值工程优选高速公路方案的科学合理性。
参考文献（略）
参考文献（略）