周期计划方案设计论文

摘要：近年来，随着改革开放的不断推进，我国的社会经济随之迅猛发展，科学技术水平也在日益提高，从而促进了我国各个行业的不断进步。其中建筑行业是我国经济发展的主要推动力，其发展也十分迅速，对我国经济的进一步提升具有十分重要的作用。今天小编给大家找来了《周期计划方案设计论文(精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。

周期计划方案设计论文 篇1：

基于LCCA的桥梁工程方案比选流程再造

摘要：在方案设计及比选时只考虑建设成本已不是最科学的方法，桥梁的维护成本在漫长的维护周期中其总和将远远超过建设成本，方案比选时只考虑建设成本的做法缺乏长期考虑。本文分析了传统桥梁方案比选流程中存在的弊端，结合LCCA方法对桥梁工程方案比选流程进行再造并结合案例进行分析。

关键词：

桥梁工程；全生命周期造价分析；流程再造；案例分析

文献标识码： A

我国的政府投资项目数量众多，投资额巨大，在传统的造价管理模式中存在投资控制与监管方面的问题，只注重初始投资控制，忽视运营维护阶段成本控制，造成后期运营维护成本失控等情况发生。在政府投资项目中，桥梁工程占很大的一部分比例，中国现有各类水陆桥梁约合50万座，根据不完全统计每年开工建设的桥梁约为1万余座，因此如何控制桥梁的全生命周期造价显得尤为重要。目前，我国桥梁工程方案比选采用的是全过程造价管理模式，在桥梁方案规划、设计和方案比选阶段只以建设成本为最佳方案来进行选择，而不考虑或者没有全面考虑运营维护成本，如此往往造成桥梁的维护成本增加以及维护困难等情况，造成政府未来预算负担加重。从长远角度考虑，在桥梁工程中采用全生命周期造价分析方法是一种更为合理、科学和节约资源的造价分析方法。本文旨在结合LCCA方法对现有桥梁方案比选流程进行分析和再造，并以某桥梁工程为例进行分析。

1LCCA概念和桥梁LCC的构成

全生命周期造价分析（LCCA，Life Cycle Cost Analysis）是社会所广泛认同和接受的经济属性评价工具[1]，其定义为：为了估算一个项目或者产品的全生命周期造价而采用的一系列工具和技术，是工程设计的一种指导思想，可以用于设计方案的必选，可以用于计算整个项目的建设期和运营服务期的成本[2]。以桥梁而言，桥梁的全生命周期造价即为从决策、设计、建造到废弃拆除期间发生的所有成本。

桥梁的生命周期成本构成国内外皆有研究，随着经济发展和研究的深入逐渐变得更加全面，并且由起初的显性成本渐渐开始注重潜在成本的研究，例如桥梁维护造成的时间延误成本以及环境成本和社会成本等[3]。但由于潜在成本计算较困难，所以目前的计算一般只以显性成本为主。根据成本发生的次数、周期及可预测性，桥梁全生命周期成本可以划分为：一次性成本、固定成本、定期发生成本、可预测不定期发生成本、不可预测不定期发生成本[4]。

其中，一次性成本为桥梁新建及报废处置成本；固定成本为桥梁的维护管理单位为了维护管理桥梁所支出的日常维护成本，如道路清扫、栏杆修复等成本；定期发生成本则是维护桥梁正常运作的周期性成本，如周期性检测成本，周期性构件替换成本等；不定期发生成本则根据其可预测性分为可预测成本及不可预测成本，可预测不定期发生成本为如因自然氧化、腐蚀等因素所造成的维修成本，不可预测成本如因地震、山洪等自然不可抗力造成的维修成本。其中由于不可预测成本无法得知其发生时间与金额，所以不纳入全生命周期成本分析中；可预测不定期发生成本则需参照类似工程的历史数据进行计算。

2现阶段桥梁方案比选流程及缺点探析

如图1所示，现阶段的桥梁工程方案比选总体分为三个阶段：方案设计、初步设计、施工图设计。三个阶段的方案设计和比选均遵循全过程造价管理模式，即以建设成本核算为核心，重点核算预算是否超出概算，概算是否超出估算，在桥梁方案设计时重点考虑建设成本，未能充分考虑运营维护成本。

现阶段桥梁工程方案设计和比选时更多地从选址、桥梁类型、桥梁的可施工性等方面考虑，我国桥梁目前采用的设计比选流程以及管理办法加剧了桥梁工程的病害问题，使得桥梁未来养护成本加剧。我国方案设计人员和决策人员片面地追求建设成本而忽视了桥梁耐久性、可维护性的改善，造成桥梁结构使用寿命缩短，后期维护成本增加，最终导致后期维护成本远远超出期初建设成本。

3基于LCCA的桥梁工程方案比选流程再造

全生命周期成本分析法强调在设计阶段要同时对建设方案和维护方案进行设计，要求在方案设计和比选时在保证工程质量的基础上以桥梁全生命周期成本为分析核心，相比国内目前采用的全过程造价核算模式更为节省成本。

3.1桥梁方案LCCA影响因子分析

桥梁全生命周期造价分析有助于决策者对桥梁进行整体规划预算，有利于整体造价控制。在全生命周期造价分析时，须确定以下影响因子：桥梁分析年限、折现率、桥梁各项成本发生时间、LCC计算方法。

桥梁的分析年限有三个参考值：桥梁的设计使用年限、桥梁的结构使用年限以及桥梁的预测剩余使用年限。设计使用年限定义为设计者依照委托者需要，根据桥梁设计规范的法令规定，为设计阶段中所明确预期与要求的桥梁使用年限。结构使用年限为桥梁从完工安置后，在所预想环境影响与常态性维护管理下，到达其结构状态已经无法满足最小需求之期间值[5]。

桥梁的预测剩余使用年限等于设计年限减去已使用年限。桥梁的分析年限的确定取决于决策者的分析立场以及桥梁的类型，对于新建桥梁的分析年限一般选择设计使用年限或者结构使用年限；对于现有桥梁一般选择预测剩余使用年限。

折现率的确定须综合考虑利息率、风险贴现率、资金回收率、汇率和通货膨胀率來进行确定。我国建筑行业的社会折现率一般根据建设部定期发布的《建设项目经济评价方法与参数》中的规定执行。我国在进行项目经济评价中采用的社会折现率目前固定为8%，与美国一样在全国范围采用固定的折现率，那是因为美国地区发展较均衡，人力资源市场化配置能力强，而我国东、中、西部经济发展很不平衡，人力资源分布也不均衡、配置能力弱，在全国均实行统一的社会折现率则不太符合当地经济发展水平。折现率的取值在LCC计算过程中更适合采用和学习英国的做法，英国在长期一段时间的项目投资经济评价以及成本核算中采用的也是固定的折现率——为6%，2003年开始英国政府对社会折现率进行了调整，调整为根据项目的生命周期来确定折现率，具体为：折现率为35%（时间跨度为0到30年）；社会折现率为30%（时间跨度为31到75年）；社会折现率为25%（时间跨度为76到125年）；社会折现率为20%（时间跨度为126到200年）。

桥梁成本项目众多，除了初始建设成本外，维护成本是主要的计算对象，主要包括：伸缩缝替换成本、涂装防锈成本、可预测不定期发生成本、支承替换成本、桥面维护成本等，此外还必须明确各项成本发生的时间，而此类成本发生的具体时间及金额往往很难预测，因此就需要根據已完工程数据进行核算，核算过程中需要根据工程所在地以及已完工程所在地以及发生时间进行成本时间调整和所在地调整。

全生命周期成本计算方法包括净现值法和年值法。净现值法是将各年的成本折现以现值来表示，该方法是目前世界各国进行全生命周期造价分析所普遍采用的方法。年值法是将在分析年限中发生的所有成本均摊到各个年限的方法。应用净现值法要求提前确定桥梁的分析年限，而且在桥梁方案比选时诸多方案的分析年限必须一致否则不具有可比性，而年值法不受此限制。

3.2基于LCCA的桥梁工程方案比选流程再造

桥梁工程的维护周期很长，在如此漫长的维护周期中会产生一系列运营维护成本，在设计阶段进行方案比选时采用全生命周期造价分析方法进行分析和比选是更为科学合理的方法，结合当前理论对方案设计和比选流程进行再造，如图2所示。

3.2.1方案创建

结合桥梁技术特征及规范和全生命周期造价目标进行桥梁方案设计。在方案设计阶段可以采用设计招标的形式选择两到三个候选方案，鼓励设计人员采用全生命周期造价管理的理念进行设计，鼓励设计人员采用以下有效措施进行方案设计和优化：改善或替换设计材质，以降低维修次数，降低未来运营维护成本[6]；尽量采用国产材料和设备，避免采用完全依赖进口的材料和设备，减少维护成本；采用节能材料，节省运营维护阶段所需动力成本。

3.2.2桥梁劣化值、维修时间及维修费用预测

桥梁整体状态指标CI（Condition Index）是一个评价桥梁整体性能可靠性的指标，桥梁整体状态根据桥梁的整体性能进行打分，分值区间为[0，100]分，100分表示桥梁的最优状态，0分表示桥梁处于最差状态，国内桥梁该指标的评分可以依据桥梁各个构件性能状态进行评分，确定一个桥梁性能状态指标CI的最小值，该最小值为桥梁劣化的最低容忍值。

桥梁每次维修的时间及相应的维修费用预测是计算桥梁全生命周期成本的必要参数，桥梁劣化值、维修时间及维修费用均须结合桥梁资料数据库进行预测。桥梁资料数据库主要用于存储国内已完桥梁工程的历史数据，该数据库具体存储以下几类数据：桥梁基本资料，如结构类型、使用年限、初始造价等；桥梁地理资料，桥梁的建设位置，周边地理环境等；检测资料，桥梁的检测次数、检测时间、检测频率等；桥梁成本数据，包含桥梁的建设成本、一次性成本、固定成本、定期发生成本、可预测不定期发生成本、不可预测不定期发生成本等数据。

3.2.3建立公共的假设和参数

公共假设和参数具体包括：桥梁分析年限、社会折现率、成本发生时间及金额大小、分析方法、桥梁维修程度、桥梁劣化值。还应分析输入参数的不确定性，预测造价核算风险，其中社会折现率的确定尤为重要，折现率直接决定各项目成本折现后净现值数额的大小。折现率定的过高则对未来成本折减过多，过高的固定折现率对于远期效益好而建设成本高的项目在成本现值比选上是不利的，有些项目虽然建设成本偏高但是高建设成本带来的可能是高工程质量以及相对更低的运营维护成本，但是运营维护成本发生在未来的运营维护期，需要进行折现后计算，在高折现率的粗暴折扣下高建设成本低运营维护成本的方案往往丧失了其优势。因此，西方很多国家提出对于桥梁、公路等此类长期工程建议采用递减折现率，即按各个工程寿命周期段制定逐步递减的折现率。

3.2.4选择成本分析模型

目前国内外计算桥梁全生命周期成本造价存在诸多模型，这些计算模型均引入现值计算方法，将未来发生的各项成本折现到某一时点进行汇总计算，其原理可以公式（1）表示，

LCC=∑Tt=0Ct（1+d）t（1）

其中，Ct：表示一次性成本、固定成本、定期发生成本、可预测不定期发生成本等；T：桥梁生命周期； t：各项成本发生的时间。

成本模型的选择可以借助软件辅助完成，目前国外已经有类似的软件，具体做法是：将各种成本模型输入数据库，依据所提供的成本数据特征进行模型选择，对于不同成本质量数据具体模型有：模糊集、神经网络和蒙特卡罗估价模型[7]。

3.2.5汇总计算各成本项目及费用并汇总得出各方案LCC

计算各项全生命周期成本的现值，包括一次性成本、固定成本、定期发生成本、可预测不定期发生成本、不可预测不定期发生成本。由于桥梁的设计使用年限很长，我国桥梁设计使用年限为100年至120年，如果各个方案每年维护成本较为均衡，则可将这些桥梁视为无限寿命工程，在工程经济学中，一般将寿命超过50年以上工程的视为无限寿命工程，则此时可采用无限寿命工程费用折现法进行计算，费用现值PC=C0+A/i，其中C0为桥梁建设成本，A为桥梁各年均衡维护成本。

3.2.6识别高额成本项及原因做进一步分析

分析各个方案的成本构成，罗列成本比例高的几个成本项目并进行风险分析和优化，在条件允许的情况下画出少数成本低额帕累托分布图，对高额成本进行敏感性分析，确定高额成本项目并计算其发生概率。

3.2.7方案优选和优化

在保证桥梁安全及使用功能的前提条件下，一般以全生命周期造价最低的方案为优选方案，为了确保所选出的方案为真正的最优方案，不能以未进行优化的全生命周期造价最低的方案为最优方案。在桥梁方案优化时应同时考虑桥梁的可施工性、可维护性，在优化阶段借助BIM软件进行施工和维护模拟是一种较为高效、准确的方法。

4案例分析

4.1目标方案创建

某桥梁单位欲于该市西南部建一座长约210 m长的桥梁，决策者计划采用普通钢筋混凝土桥梁（以下简称RC桥梁）或钢结构桥梁两种方案进行设计，本案例将采用全生命周期造价分析法进行分析和比选。

为比较桥梁使用RC材料和钢材之生命周期成本差异，将桥梁使用RC结构设为方案一，钢结构设为方案二。

4.2利用桥梁资料数据库确定维修等级

桥梁维修等级根据桥梁整体状态指标CI进行判定，设定维修等级如下：D 级（CI 為60～70）；C 级（CI 为70～80）；B 级（CI 为80～90）；A 级（CI 为90～100）。结合桥梁资料数据中已完工工程数据确定新建桥梁维修等级如表1所示：

4.3建立公共的假设和参数

4.3.1折现率

根据建设部发布的《公路建设项目经济评价方法与参数（2010版）》的规定，社会折现率定为8%，供工程项目在进行经济评价时使用。

4.3.2分析年限

我国桥梁的设计使用年限一般为100～120年之间，实际使用年限一般要短于设计使用年限，为使分析更具有实际意义，本案例取75年作为分析年限。

4.3.3基期

基期取桥梁竣工当年的时间，为2008年。

4.4全生命周期造价计算——RC方案

4.4.1单次及定期发生成本

单次及定期发生成本如表2所示。

4.4.2可预测不定期发生成本

根据类似已完工程数据进行分析，得出桥梁第一次可预期大修时间为第37年，第二次可预期大修时间为第48年，第三次可预期大修时间为第62年。第一次可预期大修时间为第37年，起始维修等级为B级，须维修到A级；第二次可预期大修时间为第48年，起始维修等级为D级，须维修到B级；第三次可预期大修时间为第62年，起始维修等级为D级，须维修到B级。查询已完工程数据库得到已完工程的维修等级如表3所示：

则第一次可预测不定期发生成本=（6，000，000+5，000，000+8，000，000）/3=6，333，333元，第二次可预测不定期发生成本=（10，000，000+8，000，000+15，000，000）/3=11，000，000元，第三次可预测不定期发生成本=（10，000，000+11，000，000+13，000，000+16，000，000）/3=16，666，667元。

4.4.3全生命周期造价汇总计算

将所有现金流量依据公式（1）进行折现汇总，得到桥梁全生命周期造价，如表4所示。

4.5全生命周期造价计算——钢结构方案

钢结构方案的全生命周期造价计算过程同RC方案，本文不再赘述，直接给出结果，经过计算钢结构方案折现完的全生命周期造价LCC=70490798元，未折现的全生命周期造价LCC=141854132元。

4.6RC方案全生命周期造价构成分析

在RC方案的全生命周期造价中初始成本最高，其次为可预测不定期发生成本，并且建设成本的高低会影响运营维护期间的成本，在桥梁方案设计阶段应尽量采用可持续性强、维修和替换较为方便的材料和设备，尽量避免采用进口材料和设备。

桥梁全生命周期造价计算的两种结果：104，779，308元和52，832，685元，前者为未进行折现的累计静态全生命周期造价，后者为利用折现率进行折现汇总后的累计动态全生命周期造价，二者差额巨大，其差额的大小主要取决于折现率的高低，因此在进行动态全生命周期造价计算时应准确确定折现率，否则计算结果将存在极大的不确定性。

4.7方案比选及优化分析

由于RC方案的全生命周期造价无论是折现或为折现均为最低，所以RC方案为最优方案，且RC方案的运营维护成本中伸缩缝替换成本和可预测不定期发生成本分别列第一名和第二名，在进行运营维护成本优化时应从该两项成本入手，减少伸缩缝替换频率和单次替换成本，降低可预测不定期发生成本数额。

5结语

全生命周期造价分析法是一种科学的成本分析方法，在国外各个领域已经得到广泛的应用。我国国土面积大，地形复杂，每年在桥梁建设上投入大量的资金，桥梁耐久性差、使用寿命短、维修次数频繁、维护成本高等问题使得国内外许多学者对传统的设计理念以及造价管理模式提出了质疑，而早在上个世纪90年代全生命周期造价分析法已经被正式写入一些国家交通基础设施相关规范和手册中，我国在该领域的研究和应用还任重而道远。

参考文献：

[1]

刘沐宇，王铖铖，吴志强，等.桥梁生命周期环境影响评价与成本分析集成方法[J].武汉理工大学学报，2013，35（11）：11-13.

[2]Fuller Sieglinde K， Petersen Stephen R. NIST Handbook 135： Life cycle costing manual for the federal energy management program[M].Washington： U.S. Government Printing Office，1996.

[3]柳春光，郝二通，张士博，等.LCCA方法在桥梁工程的应用的研究综述[J].中外公路，2014，34（6）：79-84.

[4]黄荣尧，许铠麟.桥梁全生命周期造价评估方法与结构使用年限之建立[R].财团法人台湾营建研究院报告. 台湾：中国台湾地区建筑出版社，2003.

[5]LANAGAN R，NORMAN G，MEADOWS J， et al.Life cycle costing￣theory and practice[M]. 10th ed. London： Blackwell Science Ltd，1989.

[6]黄建瓯，张俊丽.全生命周期造价管理在建筑设计中的应用[J].建筑经济，2016，37（2）：51-54.

[7]Mohammed Kishk， Assem Al￣Hajj. An integrated environment for life cycle costings in construction[J].Construction information Digital Library，2003（6）：15-16.

（責任编辑：曾晶）

Reconstruction of Bridge Engineering Scheme Based on LCCA

HUANG Jianou1*，LUO Yuhui2，LUO Fang3

（1. School of Civil Engineering，Putian University，Putian351100，China；

2.School of Economics， Renmin University of China，Beijing100000，China；

3. Institute of Aerospace Materials and Technology，China Aerospace Science & Industry Corp，Beijing100000，China）

Only considering the cost is not the most scientific method in program design and comparison. Maintenance costs of the bridge will far exceed its construction costs in maintenance period. Program comparison that only considers the cost of construction lacks of long￣term considerations. This paper firstly analyzes the shortcomings of the traditional bridge program selection process， secondly LCCA method was adopted to reconstruct the process of bridge engineering plan comparison and analysis， and finally a case is exemplified.

Key words：

bridge project； life cycle cost analysis； process reengineering； case analysis

作者：黄建瓯罗玉辉罗方

周期计划方案设计论文 篇2：

建筑方案设计过程中的设计原则及要点分析

摘要：近年来，随着改革开放的不断推进，我国的社会经济随之迅猛发展，科学技术水平也在日益提高，从而促进了我国各个行业的不断进步。其中建筑行业是我国经济发展的主要推动力，其发展也十分迅速，对我国经济的进一步提升具有十分重要的作用。在建筑行业中，建筑方案设计是其中非常重要的一个环节，不仅关系着建筑的实用性以及美观性，对建筑的安全性也具有直接的影响，因此本文将对建筑方案设计过程中的设计原则及要点进行分析。

关键词：建筑方案设计；设计原则；设计要点；分析研究

随着我国现代化进程的不断加快，当前建筑行业对于我国的发展有着十分重要的意义。就我国目前的情况来看，由于经济的迅猛发展，人们的生活水平越来越高，并且对于生活的舒适度也越来越重视，这在很大程度上推动了我国建筑行业的进一步发展。在建筑行业中，建筑方案为施工的基础，并且对于施工的方法、进度有着决定性的作用，因此在进行方案设计时，设计者应该遵循一定的设计原则，从而保证建筑的实用性以及安全性，使建筑更好的为人们服务。

一、建筑方案设计过程中的设计原则

（一）体现建筑整体风格

近年来随着经济全球化进程的不断加快，以及信息技术的不断创新和普及，人们的生活方式以及生活思维发生很大的变化，越来越重视自己精神层面的需求，这就使得人们对于建筑的要求越来越高。因此为了满足人们对于建筑的要求，建筑方案的设计者就需要在设计过程中融入人性的思想元素，以及现代化的科技元素，从而使建筑环境趋于人性化和科技化，以此来满足人们的实际需求。此外，在设计过程中建筑方案还应该体现出建筑的整体风格，以此来对建筑的细节部分进行不断的修改与完善，从而充分体现出建筑工程独特的文化底蕴，满足人们的精神需求。

（二）坚持抓大放小、自顶向上原则

在建筑工程中，建筑方案设计是整个工程项目的基础环节，并且对顺利施工具有决定性的作用，由此可见建筑方案设计在整个建筑工程中占有十分重要的地位。因此，设计者在设计建筑方案时就应该严格遵守相关规定，并始终遵循“抓大放小、自顶向上”的设计原则，从宏观角度全面分析建筑方案的各种设计因素，从而及时发现问题、快速解决问题。此外在设计过程中，还应该加强各个职能部门之间的交流与合作，从而进一步确保设计问题可以得到妥善的解决，为建筑方案设计提供有效保障。

（三）专业技术人员发挥主导作用

在建筑方案设计的完善过程中，由于一些因素的影响经常会出现各种各样的问题，从而导致设计方案难以得到有效的优化。在这些影响因素中，非专业因素的影响最为严重，因此为了有效保证建筑方案设计的合理性以及科学性，建筑设计者就应该积极听取多方意见，并以严谨、负责的态度对待这项工作，从而使建筑方案进一步完善。此外除了非专业因素，专业因素对于建筑方案设计的优化也具有一定的影响。在一些特殊情况下，为了确保建筑方案设计的专业性，我们就需要通过专业的技术手段对建筑方案设计进行分析，从而使其更加合理，为日后的顺利施工提供保障。与此同时，相关的建筑部门还应该为建筑方案的设计者提供充足的设计空间，从而使建筑方案更具创新性，为人们的日常生活增添色彩。

二、建筑方案设计过程中的设计要点

（一）分析图底关系

在开始设计建筑方案之前，设计者需要考虑、分析的内容十分广泛，以此来使建筑方案具有独特性以及创新性。比如在分析图底关系的时候，设计者可以把建筑中的房间设计、公共区域设计作为设计要素，然后对区域设计进行具体的分析研究，从而解决设计过程中出现的各种矛盾，以此来使设计方案更加合理化。此外设计者还应该明确分析建筑方位对于图底关系的重要性，从而使各个方位的出入口可以与外部环境进行有效连接，以此来更好的确定区域位置，为建筑方案接下来的设计打下良好的基础。

（二）设计建筑总平面

在实际的设计过程中，设计者需要通过设计建筑的平面图来确定建筑的一些具体内容，例如建筑出入口与建筑外部环境的连接问题，为此设计者可以通过分析人、车和建筑三者之间的关系，确定建筑方案中主、次入口的具体地点。此外，设计者还应该根据设计计划书，对建筑周围的道路情况以及交通情况进行具体分析，以此来进一步判断建筑入口选择的合理性，从而使建筑更好的服务于人们。与此同时，设计者还应该明确建筑物与周边环境的关系，从而使建筑平面设计与周围相协调。

（三）设计建筑功能区

随着我國经济的快速发展，人们的生活水平越来越高，并且人们对于建筑的要求也越来越高，因此在现代的建筑方案设计中，功能区的设计成为十分重要的一个环节，因为这直接关系到人们的生活质量。在现代建筑中有多个功能区，大致可以分为管理区、使用区以及后勤区，这样的具体划分可以进一步体现建筑的功能性，从而充分发挥建筑的功能作用。在进行功能区的设计时，对于功能复杂的建筑物设计者需要将这些功能区进行科学、合理的整理，并且分别进行具有针对性的设计，同时在设计过程中，设计师还应该注重各个功能区之间有效连接，以此来精准把握设计的整体性。由此可见，划分建筑的功能区对于设计方案具有十分重要的作用，不仅可以使功能区满足人们的需求，还可以进一步确保建筑方案设计的功能性和整体性。

（四）设计房间布局

在一个建筑物中会有很多个房间，因此在进行功能区划分时，设计者首先就需要明确各个房间之间的关联，然后整理房间的位置关系，从而使房间布局更加合理。在进行划分时，设计者应该对房间的上下关系进行透彻分析，避免因设计不合理为后续施工带来不必要的麻烦，从而影响施工进度。

三、结语

综上所述，建筑方案设计是整个建筑工程中的首要环节，并且对于施工的顺利进行具有决定性作用，由此可见，建筑方案设计对建筑工程来说十分重要。因此，相关单位必须要对建筑方案设计加以重视，并且设计者也应该严格遵循设计原则，准确把握设计要点，从而使建筑方案设计更加合理，为建筑行业持续、稳定的发展提供有力支撑。

【参考文献】

[1]任红莲.建筑方案设计过程中的设计原则及要点分析[J].山西建筑，2016（07）：19-20.

[2]郭云鹏. 绿色建筑全生命周期中的BIM技术应用策略研究[D].哈尔滨工业大学，2013.

[3]胡昌炎.房屋建筑设计的基本原则及设计要点分析[J].科技与企业，2015（09）：92.

作者简介：戴翔宇（1987-），男，内蒙古赤峰人，大学本科学历，中国建筑东北设计研究院有限公司，助理建筑师。专业：城市规划。

王纯（1989-），男，吉林省梅河口市人，大学本科学历，中国建筑东北设计研究院有限公司。专业：建筑学。

作者：戴翔宇 王纯

周期计划方案设计论文 篇3：

机载电子硬件研制实验教学设计与探索

[摘 要] 针对学生在“航空电子系统设计技术”课程学习中存在的重设计技术轻过程控制问题，按照新工科理念，用一个完整的设计、管理工程实验，展示了整个设计生命周期过程全貌。将机载电子硬件研制中的计划过程、设计过程、支持过程、适航审查等知识点融入研制实验、划分角色，依据学生的兴趣与专业方向分配不同的实验任务，教师引领完成实验内容并进行点评。通过实验解决了设计保证方法抽象不易理解的问题，提升了学生学习兴趣。实验教学也促进了学生构建全面的系统工程思维。

[关键词] 过程保证;机载电子硬件;适航

[基金项目] 2020年度中国民航大学教育教学改革与研究项目“‘航空电子系统设计技术’行业特色课程教材建设”（2020-C2-36）

[作者简介] 田 毅（1983—），男，陕西汉中人，硕士，中国民航大学安全科学与工程学院副研究员，主要从事飞行器适航技术、机载电子硬件适航审定研究。

一、引言

随着航空电子系统设计的日趋复杂和高度集成化，尤其是机载软件和复杂电子硬件的大量使用，使得设计的产品仅通过穷举测试难以发现问题、剔除设计缺陷，无法恰当地向审查机构表明适航符合性。为了保证复杂机载电子产品满足适航要求，航空工业界提出基于过程控制的设计保证方法。该方法依据功能项的研制保证等级提出过程控制目标，通过相应的技术和管理手段保证产品符合相应的目标，以满足产品的适航要求。

航空电子系统设计与适航符合性方法相关课程，主要是面向航空器适航审定工程专业机载系统与设备适航审定方向硕士研究生及安全科学与工程专业本科生开设，内容涉及当前先进的航空电子系统研制的各个方面，包括了机载系统研制、综合模块化航电系统、机载软件、机载电子硬件、航空数据总线的适航要求及设计技术。而基于过程控制的设计保证方法是整个课程的重要内容，要求学生能够站在系统工程的角度理解系统、设备和部件的研制，授课难点在于知识面广、知识抽象、需要平衡理论与实践、知识更新快、学生背景知识差异大[1]。学生在学习中容易关注课程中提到的需求分析、系统分析、方案设计、集成、试验等技术内容，而忽视了对于计划、需求管理、构型管理、质量管理、数据管理、审核、决策分析等过程控制管理的理解，错误地认为过程控制可有可无。另外，学生对于适航审定过程，仅通过面授学习难以深刻理解其工作过程。

教研团队通过开发机载电子硬件研制实验，面向工程和适航审查中的实际问题进行工程驱动式教学，通过适航符合性资料编写、硬件开发、硬件验证、模拟审查等实践内容，使学生体验基于过程控制的设计保证方法，促进学生对于知识的掌握。

二、授課要点分析

对于机载电子硬件而言，航空无线电技术委员会（RTCA）的DO-254标准（《机载电子硬件设计保证指南》）是审查机构通过咨询通告公开接受的基于过程控制的设计保证方法[2] （P12）。按照该标准的定义，硬件设计生命周期过程包括硬件计划过程、硬件设计过程和支持过程[3]。计划过程主要是定义硬件设计活动和支持过程活动;设计过程包括需求捕获、概念设计、详细设计、设计实现和试生产五个阶段，在实际中按照不同开发模型，各个阶段可迭代;支持过程保证产生硬件设计生命周期数据的正确性及可控性，包括确认与验证（V&V）、构型管理、过程保证和审定联络。另外，按照审定机构的审查实践[4]，将硬件审查分为四个介入阶段（SOI），包括硬件计划评审（SOI#1）、硬件设计评审（SOI#2）、硬件验证评审（SOI#3）、最终评审（SOI#4）。

典型机载电子硬件设计生命周期活动教学知识点包括：（1）面向全设计生命周期过程的配置管理（构型标识、基线管理、问题报告、更改控制、发布、恢复、数据保持、未授权更改的保护、介质选择、更新和复制），质量保证（评审、现场检查、审核）;（2）计划过程（定义硬件设计生命周期、转换准则、开发与验证环境，计划评审、SOI#1审查）;（3）需求捕获过程（需求编制与管理、需求确认）;（4）概念设计过程（硬件架构的表达、设计评审、分析）;（5）详细设计过程（设计数据的实现，硬件编码验证和SOI#2评审）;（6）设计实现过程（位流文件生成，硬件调试和测试，SOI#3评审）;（7）试生产（生成制造数据，符合性声明，SOI#4评审）。

针对上述知识点，提出实验教学课程开发思路：以完整体现整个硬件设计生命周期过程的案例为主线，穿插资料编写、模拟审查等内容，充分利用实验室资源开展代码设计、验证实施，使学生直观认识基于过程控制的设计保证方法及设计技术的使用。

三、实验教学内容设计

实验教学内容应该以现有实验条件为基础，涵盖主要的硬件生命周期过程，并较为全面地展现出整个适航取证环节。课程选定航空数据总线接口模块电路为实验对象，设计一个可复用的知识产品（IP）软核，研制保证等级（DAL）按照A级设计。实验对象主要功能是实现速率为115200bps的RS232接口到100kbps的ARINC429接口的数据收发转换电路。

航空数据总线接口模块电路研制实验主要的实验项如图1所示。实验内容以硬件研制生命周期为主线，包括关键数据编制、需求管理、编码、确认与验证、构型管理、过程保证、设计追溯以及适航审查等内容，将相关的知识点融入实验中。

四、实验教学开展

（一）教学方法

实验依据各硬件研制生命周期过程模块化设置。教师预先完成整个实验，并形成演示案例。依据每个研制过程阶段设计一次授课内容，并根据学生情况拓展或整合实验。在每次教学中，首先，教师对本次实验相关研制阶段基础理论、适航要求、工具使用进行讲解，演示实验内容;其次，学生按照分组完成实验，编制阶段性资料;再次，学生对当前研制阶段工作进行汇报，教师组织开展转阶段评审及模拟适航审查;最后，教师对本次实验进行总结点评。

（二）实验准备

教师在实验前，应该做好实验准备工作，包括准备好相关文档模板、实验条件、实验演示案例。由于整个硬件设计生命周期过程涉及多种任务，借鉴当前工业实际，引入角色扮演模式[5]，并且在开展实验前，考虑学生意愿，依据学生背景知识，对学生进行分组。典型的角色分工如表1所示。

（三）实验教学执行

依据课程内容设计，学生在实验体验中将实践整个生命周期过程的关键活动、课程引入目前行业内主流的设计、验证工具，使用工业界及适航审查员工作中实际使用的检查单，提供标准的问题报告、更改控制流程，力求做到实践不脱离实际。

1.计划过程实验。计划过程实验是编制计划，描述在硬件审定、设计、确认、验证、过程保证和构型管理中所采用的程序、方法和标准。教师按照DO-254标准要求编制需求、设计、确认、验证及归档等实施标准样例，以及设计、确认、构型管理、过程保证等计划文档样例，学生可以按照需要对这些样例进行使用和拓展。实验中，学生按照硬件验证计划模板、硬件合格审定计划模板编制计划内容，并进行评审。计划编制完毕后，教师组织开展计划过程转阶段评审，并模拟审查人员开展SOI#1审查。

2.设计过程实验。设计过程按照计划过程的规划开展设计工作，生成设计数据及最终的产品。实验实施中，学生利用SVN配置管理工具对计划过程中的资料实施构型管理，利用质量过程检查单对实验中的各个过程进行独立检查和审核。下面对各子实验进行说明。（1）需求捕获实验是编制需求文档。学生通过阅读ARINC429、EIA-RS232标准，获取转换电路的功能需求;依据实验开发板，获取接口需求和时钟需求;结合测量设备，获取可测试性需求。需求文档形成后要独立实施需求确认工作，并形成确认规程和结果文档。当需求捕获完毕后，教师组织开展转阶段评审。（2）概念设计实验是在設计文档中定义高层级设计概念，包括基于FPGA设计电路、分解子功能、定义子模块的功能、定义模块间内部接口、描述每一模块的实现（状态机或原理图）和实现策略选取（IP或专用资源）。该过程主要生成概念设计数据，产生大量的衍生需求，需要对衍生需求进行确认。概念设计完毕后，教师组织开展转阶段评审。（3）详细设计实验是按照设计文档进一步实现设计，包括描述和解释内部架构、原理图实现、使用硬件描述语言（HDL）编写代码，建立需求、设计文件和原理图/编码的追溯性。学生在该实验中主要编写HDL代码，可能产生衍生需求，需要对衍生需求进行确认;开展独立的验证，使用HDL Designer编码工具对HDL代码进行代码规则检查，使用QuestaSim仿真工具对设计进行功能仿真、元素分析，对不能覆盖的代码进行解析。仿真分析完毕后，教师组织开展详细设计过程转阶段评审，并模拟审查人员开展SOI#2审查。（4）设计实现实验是对编码生成可加载的位流文件开展测试，建立需求、验证规程和验证结果的追溯性。学生在该实验中的主要工作包括使用Quartus Prime设计工具对HDL代码进行综合、设置约束条件（管脚和时序）、布局布线，生成可加载的位流文件;开展独立的验证，使用QuestaSim仿真工具进行时序仿真，使用Questa CDC时序检查工具进行跨时钟域分析，通过搭建实验平台进行实物测试。测试完毕后，教师组织开展设计实现过程转阶段评审，并模拟审查人员开展SOI#3审查。（5）试生产主要是检查准备制造数据、测试设备和常规的资源，使用实现和验证过程的输出，将产品转入生产。由于实验设计对象是IP软核，实验不涉及实际生产活动，而是引导学生基于模板开展完结资料的编写和整理。生成的资料包括硬件完结综述、构型索引。文件资料编制完毕后，由教师组织开展评审，并模拟审查人员开展SOI#4审查。

（四）实验教学效果

目前在研究生课程中抽取其中关键的计划、需求、设计实现部分进行初步实践，完成3组15人的教学。学生在实验过程中学习了电子设计技术、工具使用、过程保证方法及适航符合性资料编写相关的知识，在完成实验后，对机载电子硬件的研制有了更加深入的了解，并且充分感受到过程保证方法对于消除系统功能失效，提高飞机安全性的重要作用。该实验教学得到学生的认可，完成了实验教学目的。

五、总结

机载电子系统设计日趋复杂，对于设计过程的恰当控制可以有效消除设计错误和缺陷。为了扭转学生对于机载设计工作的偏见，对课程教学内容和形式进行设计，在课程中引入实验教学。通过教师引导让学生进行角色扮演，按照标准的设计过程设定实验内容，在实践中体验过程保证方法，从而加深对该方法的认识。实践表明，该实验能够使得学生全面认识机载电子硬件研制过程，提高了学习效率，更加符合航空工业对人员的招聘需求。

参考文献

[1]田毅，史春蕾，张帆.面向适航的《机载软硬件设计与验证》课程开发与实践[J].教育教学论坛，2019（8）：145-147.

[2]田莉蓉，袁晓军，刘文，等.民用机载电子硬件开发实践[M].上海：上海交通大学出版社，2019.

[3]RTCA DO-254， Design Assurance Guidance for Airborne Electronic Hardware[S]. RTCA Inc，2000.

[4]田毅，史春蕾.欧美机载电子硬件适航审定研究[J].民航学报，2019，3（4）：49-51+48.

[5]辜萍萍.软件测试课程实验教学体系设计与实践[J].实验室研究与探索，2019，38（7）：180-184.

Design and Exploration of Experimental Teaching for Airborne Electronic Hardware Development

TIAN Yi， SHI Chun-lei， ZHAO Chang-xiao， REN Sheng， WANG Ke-nian

（College of Safety Science and Engineering， Civil Aviation University of China，

Tianjin 300300， China）

Key words： process assurance; airborne electronic hardware; airworthiness

作者：田毅 史春蕾 赵长啸 任升 汪克念