价值工程中技术措施项目稳健设计方案的创建外文翻译资料

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价值工程中技术措施项目稳健设计方案的创建

Sungwoo Moon，m.asce1；崔恩琦，s.m.asce2；和Soonheon Hong，aff.m.asce3

摘要：施工过程中技术措施项目主要用来保护永久性建筑结构不受自然环境危害。当技术措施项目暴露在自然环境中时，其应该有效抵御存在于建筑工地的外部因素变化。本文的目的是提供一种方法用于技术措施项目稳健设计方案在价值工程（VE）中的实现。通过共同努力，将发明问题解决理论（TRIZ）与稳健设计结合，提出了解决问题的原则。在这种方法中，设计参数计划以减少外部因素对技术措施项目的预期设计功能的冲击为目的；因此，技术措施项目的一个新的选择是其能够更稳健的承受周围的现场条件。一个以挡土墙及其相关技术措施项目为对象进行的一项案例研究表明，稳健设计方案的创建可以通过解决问题的原则与外部因素相整合来实现设计。 DOI：10.1061 /（ASCE）CO.1943-7862.0001057。

copy;土木工程师2015年美国社会。

关键词：技术措施项目;价值工程;发明问题解决（TRIZ）理论;稳固的设计;设计方案;

设计参数;外部因素;信噪比;矩阵评价;价值的提升;项目规划和设计。

引言

技术措施项目是一种临时性的结构，支持永久性建筑施工。在施工作业期间，临时搭建的结构为工人和设备提供工作空间，保护永久结构免受自然环境的危害。例如，挡土墙可以由内部的设计参数如H型钢桩，嵌板，横撑，支柱，锚固等，来保持开挖面免受外部因素如地下水，土压，土壤性质等的干扰。这里，设计参数是一个控制变量，设计人员可以在正常情况下进行选择和控制（Dehnad1989）。临时建筑建主要用于施工作业期间的一次性使用。 然而，由于大多数建设项目在自然环境中进行，任何建设预算的实质部分通常是分配给技术措施项目的安装。

施工场地外部因素的变化对技术措施项目性能有明显的影响。例如，降雨可以增加或降低地下水深度。当偶然荷载被放置在附近的建筑场地时，土压力会有所不同。虽然土壤测试提供了土壤条件的信息，但是土壤性质也包含不确定性。因此，设计人员应规划设计技术措施项目的设计参数，以最有效地抵御影响工地的环境变化。换句话说，这些设计参数应当使临时建筑最适合抵抗外在变化因素。

在价值工程（VE）中，专家评审设计参数时是基于他们与专业相关的深入知识和施工经验来操作的。在设计审查过程中，外部因素的识别是为了了解其对设计功能的影响程度。对设计参数进行评估，以确定是否这些参数有充分准备，以应付所确定的外部因素所带来的挑战。随后，专家们提供设计方案可以替换原来的设计参数，并更有效地适应具体的现场情况。新的设计方案因此可使技术措施项目最有效的抵御外界因素的影响。

在当前VE研究领域认为设计功能和性能是提高设计价值的一种方法（Mao等.2009年; Lee等.2010; Chen等.2010）。 Mao等（2009）主张应用解决问题的原则来产生创新的想法。一个有组织的方法往往用来帮助创意产生于VE研讨会。 Moon等（2012）和Yang等（2014年）建议利用解决问题的原则来做设计功能的结构化分析和替代解决方案。然而，这项研究没有采取考虑到环境的变化在构思设计方案方面的影响。为了使技术措施项目足够坚固以承受环境变化，VE专家们应该考虑建筑施工现场的外部因素对设计方案的影响。

稳健的设计可以帮助现场准备能够承受剧烈外部因素的设计方案。稳健设计是一种设计方法，通过最小化其对产品的敏感度来降低产品的性能变化（Dehnad 1989）。稳健的设计可以使设计对周围环境中的噪声因子不太敏感，对此承包商或最终用户很少有控制或根本没有控制。稳健设计是一种使最终产品在不同类型的噪声因子中保持一致的方法，即环境干扰（Taguchi.1986）。在他的书中，Taguchi表示，产品设计应该考虑设计参数比环境变化更稳健。如卡纳等（2012）认为，一个产品的设计可以被优化到对质量，生产率，和成本有一个参数的控制。

自从首次推出，稳健的设计对质量改进和产品创新做出了贡献（1997 Fogliatto;竹和2007年细川; Maitra撰文等。2013年）。许多研究人员还采用Taguchi法在他们的研究中进行决策（Rangavajhala2009）和流程优化（Sibalija等。2011年）。在施工中，Kwon and Lin（2003）结合Taguchi法为有限元开发了一个稳健的损伤估计技术（FE）分析模型。他们用这种技术来预测在建筑结构中发生裂纹的位置。在估计损失时，正交阵列被用来测量的主要影响参数的有限元模型。

考虑到优化设计参数抵抗外部因素的能力，稳健设计可以帮助解决技术措施项目的不确定性设计。在此背景下，Juang等（2014年）在设计一个粘土基坑开挖的技术措施项目时采用了稳健的设计框架。他们认为，稳健的设计框架通过设计参数的调整，可以最小化岩土工程的不确定性因子。这些研究人员通过选择一套合适的设计参数，设计了支撑式的挖掘技术措施项目，得出了令人满意的设计方案。其结果是，强大的设计框架，使系统具有足够的稳健性，能够承受最大壁挠度这一外部噪声因子的变化。

稳健设计方法也可以与发明问题解决理论（TRIZ）相整合。 TRIZ是一个解决问题的方法，有助于创新构思的产生（Altshuller 1998）。Apte和Mann（2001）综述了这种技术的集成稳健设计,并认为在TRIZ方法产生的想法可以转化为稳健并且现实有效的成果。Sun等人（2010）指出，TRIZ的技术缺陷在于不能够解决参数优化问题。因此，研究人员Taguchi应用实验设计方法，通过参数优化以实现其预期的产品功能。 在努力改进装配工艺，Jou等（2013年）建立了TRIZ与外部因素的共同作用对装配过程的均匀性产生负面影响的矛盾表。VE与会专家参已经确定了影响产品装配过程中使用稳健设计方法的质量的最佳的参数集。

当建筑物结构暴露在恶劣的自然环境中时，稳健设计也可以是有效的工具。通过采用VE里面的稳健的设计理念，设计参数可规划以最小化的外部因素影响技术措施项目的预期设计功能。在此背景下，本文提出了在VE中创建技术措施项目稳健设计方案的方法。通过共同努力，将发明问题解决理论（TRIZ）与稳健设计结合，提出了解决问题的原则。 TRIZ提供了解决问题的原则，而稳健设计提供了选择的设计参数选项最好的方法。这一努力最终导致稳健设计方案在施工工地可以最大限度地减少外部因素的影响。

稳健设计概述

稳健设计的目的是提供一种产品，它对于环境变化具有弹性和耐性（Taguchi 1986）。在稳健设计中，外部因素是通常被称为噪声因子，并且被认为是无法控制的，因为它们在天然存在于环境之中。另一方面，设计参数被认为是是可控的，因为设计人员可以使用他们的自由裁量权规划参数。凭借稳健的设计，设计师分析了影响对设计功能的外部因素，并尝试规划设计参数可以最大限度地减少质量损失。

稳健设计的主要任务是提供一个系统，可以有效抵御环境变化。由于环境变化大多无法控制，所以该产品建设的方式是坚固到以承受这些变化。即设计者应选择设计参数，可以克服确定的环境变化下所带来的挑战。优化设计参数可以通过评估外部因素的影响来选择不同程度的变化。预期系统的设计参数具有最高的稳健性和最低的干扰性的特征。发送到系统的信号输入会影响系统的性能输出（图1）。

外部因素

（环境变化）

性能改进

稳健设计

技术措施项目设计功能

设计参数

（可控制的）

图1.稳健设计流程图

稳健设计采用了损失函数来表示这种关联性信噪（SN）。关于稳健设计，Taguchi（1986）指出，系统外部因素的稳健性可以使用一个SN比测量。这个比率表示系统响应于在建筑外部因素的变化时稳健性的程度。 SN比可以表示为平均值（mu;）除以方差（sigma;2），并表示输入的信号对于输出的性能的影响。在稳健设计中，具有最高SN的选项比通常被选择为最稳健的环境变化。

当希望有最大的性能输出时，损失函数应该越大越好（Park和Antony 2008）。在这项研究中，损耗函数被假定为具有的越大越好的特性，因为如果技术措施项目执行其最大容量它是可取的。当损失函数具有越大越好的特性时，将SN比率可表示为一个对数函数。（1）（Park和Antony 2008）

其中n =试验次数；mu;=每一个测试中的观测值。

解决问题的原则

设计选择方案可分为不同的特性进行改进。在TRIZ中，这些分类被称为解决问题原则，它们展现出的原始设计如何能遵循一定的设计模式进行改进。在这种方法中，设计师可以解决设计冲突中出现的问题，并在一个临时建筑设计审查时采取更好的设计方案。

概念生成问题的解决原则

设计功能可以通过解决驻留在预定系统中的问题来实现。设计评审员可以通过应用解决问题的原则来克服这些问题。Altshuller（1998）提出42条解决问题的原则可用于概念生成，包括分割，提取，局部质量，不对称，整合，多功能，嵌套等，仅举几例。例如，提高设计值系统可以被划分为多个子系统; 一部分不必要的设计功能可削减掉以降低成本，一个功能可以用于多个目的，而不是一个单一的目的。

在VE中，解决问题的原则可以帮助克服思维定势并为想法的产生不同的选项。设计评审可以使用这些原则作为一个检查清单，拓展他们自己的视野，想出创意。 这就说明解决问题的原则，可以作为一个指导，探索设计改进的机会。

在这项研究中，对以前研究中的设计方案的特点进行了分析，特别是在临时建筑领域，要理解如何让解决问题的原则适用于想法的产生。这一分析的目的是解释这些原则是如何通过一个临时建筑的设计进行改进。

表1：关于价值工程问题的解决原则问题的描述

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