第二章工程设计施工方案技术经济分析.docx
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第二章工程设计施工方案技术经济分析
第二章 工程设计、施工方案技术经济分析
A
B
C
初始投资〔万元〕
4000
3000
3500
维护费用〔万元/年〕
30
80
50
使用年限〔年〕
70
50
60
经专家组确定的评价指标体系为：
①初始投资；②年维护费用；③使用年限；④结构体系；⑤墙体材料；⑥面积系数；⑦窗户类型。
各指标的重要程度系数依次为5、3、2、4、3、6、1。
各专家对指标打分的算术平均值如表2-12所示。
表2-12 各设计方案的评价指标得分
A
B
C
初始投资
8
10
9
年维护费用
10
8
9
使用年限
10
8
9
结构体系
10
6
8
墙体材料
6
7
7
面积系数
10
5
6
窗户类型
8
7
8
问题：
1.〔略〕〔最小年费用法〕
2.如果按上述7个指标组成的指标体系对A、B、C三个设计方案进行综合评审，确定各指标的权重，并用综合评分法选择最正确设计方案。
〔计算结果均保存三位小数〕
3.〔略〕〔价值工程法〕
问题2
解：
1.计算各指标的权重
各指标重要程度的系数之和为5+3+2+4+3+6+1=24
初始投资的权重：
5/24=0.208
年维护费用的权重：
3/24=0.125
使用年限的权重：
2/24=0.083
结构体系的权重：
4/24=0.167
墙体材料的权重：
3/24=0.125
面积系数的权重：
6/24=0.250
窗户类型的权重：
1/24=0.042
2.计算各方案的综合得分
A方案
8×0.208+10×0.125+10×0.083+10×0.167+6×0.125+10×0.250+8×0.042=9.000
B方案
10×0.208+8×0.125+8×0.083+6×0.167+7×0.125+5×0.250+7×0.042=7.165
C方案
9×0.208+9×0.125+9×0.083+8×0.167+7×0.125+6×0.250+8×0.042=7.791
结论：
A方案的综合得分最高，应选择A方案为最正确设计方案。
2022真题
某智能大楼的一套设备系统有A、B、C三种采购方案，其有关数据，见表2.1。
表2.1设备系统各采购方案数据
工程方案ABC
购置费和安装费〔万元〕520600 700
年度使用费〔万元/年〕656055
使用年限〔年〕161820
大修周期〔年〕81010
大修费〔万元/次〕100100110
残值〔万元〕172025
问题：
1.拟采用加权评分法选择采购方案，对购置费和安装费、年度使用费、使用年限三个指标进行打分评价，打分规那么为：
购置费和安装费最低的方案得10分，每增加10万元扣0.1分；年度使用费最低的方案得10分，每增加1万元扣0.1分；使用年限最长的方案得10分，每减少1年扣0.5分；以上三指标的权重依次为0.5、0.4和0.1。
应选择哪种采购方案较合理？
权重
A
B
C
0.5
10
10-〔600-520〕×0.1=9.2
10-〔700-520〕×0.1=8.2
0.4
10-〔65-55〕×0.1=9
10-〔60-55〕×0.1=9.5
10
0.1
10-〔20-16〕×0.5=8
10-〔20-18〕×0.5=9
10
综合得分
10×0.5+9×0.4+8×0.1=9.4
9.2×0.5+9.5×0.4+9×0.1=9.3
8.2×0.5+10×0.4+10×0.1=9.1
本章知识点详解二
1.最小费用法〔最大收益法〕的应用
2.计算前提：
如各方案的产出价值相同，或方案能满足同样的需要但其产出价值难以用价值形态计量时，采用最小费用法进行方案的比拟选择。
3.计算方式包括静态和动态法。
静态即不考虑资金时间价值，动态那么需折现计算。
动态常用指标包括现值和年值，具体表达为：
4.评价原那么：
费用最小〔或收益最大〕的方案最优
5.说明：
使用最小费用法应注意两个问题：
〔1〕被比拟方案应具有相同的产出价值，或能满足同样的需要；
〔2〕费用现值，要求被比拟方案具有相同的计算期。
要求：
熟练绘制现金流量图及进行现金折现计算
附：
资金等值计算公式
公式名称
项
欲求项
系数符号
公式
1.一次支付终值公式
P,i,n
F
〔F/P,i,n〕，一次支付终值系数
F=P〔1+i〕n
2.一次支付现值公式
F,i,n
P
〔P/F,i,n〕，一次支付现值系数
P=F〔1+i〕-n
3.等额资金终值公式
A,i,n
F
〔F/A,i,n〕，年金终值系数
F=A
4.等额资金偿债基金公式
F,i.n
A
〔A/F,i,n〕，偿债基金系数
A=F
5.等额资金回收公式
P,i,n
A
〔A/P,i,n〕，资金回收系数
A=P
6.等额资金现值公式
A,i,n
P
〔P/A,i,n〕，等额系列现值系数
P=A
A
B
C
初始投资〔万元〕
4000
3000
3500
维护费用〔万元／年〕
30
80
50
使用年限
70
50
60
问题：
1.如不考虑其他评审要素，使用最小年费用法选择最正确设计方案〔折现率按10%考虑〕
【正确答案】
计算个方案的寿命期年费用
A方案：
4000×〔A／P,10%,70〕+30=4000×0.1×1.170／〔1.170-1〕+30=430.51万元
B方案：
3000×〔A／P,10%,50〕+80=3000×0.1×1.150／〔1.150-1〕+80=382.58万元
C方案：
3500×〔A／P,10%,60〕+50=3500×0.1×1.160／〔1.160-1〕+50=401.15万元
结论：
B方案的寿命期年费用最小，应选择B方案为最正确设计方案。
A方案的现金流量图：
A方案
【案例八】〔静态〕〔P60〕
背景：
某工程混凝土总需要量为5000m3，混凝土工程施工有两种方案可供选择：
方案A为现场制作，方案B为购置商品混凝土。
商品混凝土平均单价为410元/m3，现场制作混凝土的单价计算公式为：
式中：
C——现场制作混凝土的单价〔元/m3〕；
C1——现场搅拌站一次性投资〔元〕，本案例C1为200000元；
C2——搅拌站设备装置的租金和维修费〔与工期有关的费用〕，本案例C2为15000元/月；
C3——在现场搅拌混凝土所需费用〔与混凝土数量有关的费用〕，本案例C3为320元/m3；
Q——现场制作混凝土的数量；
T——工期〔月〕
问题1：
1.假设混凝土浇筑工期不同时，A、B两个方案哪一个较经济？
2.当混凝土浇筑工期为12个月时，现场制作混凝土的数量最少为多少立方米才比购置商品混凝土经济？
3.假设该工程的一根9.9m长的现浇钢筋混凝土梁可采用三种设计方案，其断面尺寸均满足强度要求。
该三种方案分别采用A、B、C三种不同的现场制作混凝土，有关数据见表2-17。
经测算，现场制作混凝土所需费用如下：
A种混凝土为220元/m3，B种混凝土为230元/m3，C种混凝土为225元/m3。
另外，梁侧模21.4元/m2，梁底模24.8元/m2；钢筋制作、绑扎为3390元/t。
试选择一种最经济的方案。
问题1：
【正确答案】
在混凝土总需要量Q固定时，随着工期T的增加，现场制作混凝土的单价将增加。
故本问题的实质是求得当现场制作混凝土的单价等于商品混凝土的平均单价时的临界工期T：
200000/5000+15000×T/15000+320=410
T=16.67〔月〕
〔1〕当工期等于临界工期时，现场制作混凝土与购置商品混凝土同样经济；
〔2〕当工期小于临界工期时，现场制作混凝土比购置商品混凝土经济；
〔3〕当工期大于临界工期时，现场制作混凝土不如购置商品混凝土经济。
问题2：
【正确答案】
在工期T固定时，随着混凝土总需要量Q的增加，现场制作混凝土的单价将减少。
故本问题的实质是求得当现场制作混凝土的单价等于商品混凝土的平均单价时的混凝土总需要量的临界值，即C=410，T=12，求Q。
200000/x+15000×12/x+320=410
X=4222.22〔m3〕
〔1〕当总需要量等于临界值时，现场制作混凝土与购置商品混凝土同样经济；
〔2〕当总需要量大于临界值时，现场制作混凝土比购置商品混凝土经济；
〔3〕当总需要量小于临界值时，现场制作混凝土不如购置商品混凝土经济。
问题3：
【正确答案】
表2-17各方案根底数据表
方案
断面尺寸〔mm〕
钢筋〔kg/m3〕
混凝土种类
一
300×900
95
A
二
500×600
80
B
三
300×800
105
C
表2-18三种方案费用计算表
方案一
方案二
方案三
混凝土
工程量〔m3〕
2.673〔2.673=9.9×0.3×0.9〕
2.970
2.376
单价〔元/m3〕
220
230
225
费用小计〔元〕
588.06
683.10
534.60
钢筋
工程量〔kg〕
253.94〔253.94=2.673×95〕
237.60
249.48
单价〔元/kg〕
3.39
费用小计〔元〕
860.86
805.46
845.74
梁侧
模板
工程量〔m2〕
17.82〔17.82=9.9×0.9×2〕
11.88
15.84
单价〔元/m2〕
21.4
费用小计〔元〕
381.35
254.23
338.98
方案一
方案二
方案三
梁底
模板
工程量〔m2〕
2.97〔2.97=9.9×0.3〕
4.95
2.97
单价〔元/m2〕
24.8
费用小计〔元〕
73.66
122.76
73.66
费用合计〔元〕
1903.93〔1903.93=588.06+860.86+381.35+73.66〕
1865.55
1792.98
由表2-18的计算结果可知，第三种方案的费用最低，为最经济的方案。
【案例九】〔静态〕〔P63〕
背景：
某机械化施工公司承包了某工程的土方施工任务，坑深为-4.0m，土方工程量为9800m3，平均运土距离为8km，合同工期为10天。
该公司现有WY50、WY75、WY100液压挖掘机各4台、2台、1台及5t、8t、15t自卸汽车10台、20台、10台，其主要参数见表2-19和表2-20。
表2-19 挖掘机主要参数
型 号
WY50
WY75
WY100
斗容量〔m3〕
0.50
0.75
1.00
台班产量〔m3〕
401
549
692
台班单价〔元/台班〕
880
1060
1420
表2-20 自卸汽车主要参数
载重能力
5t
8t
15t
运距8km时台班产量〔m3〕
28
45
68
台班单价〔元/台班〕
318
458
726
问题1：
假设挖掘机和自卸汽车按表中型号只能各取一种，且数量没有限制，如何组合最经济？
相应的每立方米土方的挖运直接费为多少？
问题2：
假设该工程只允许白天一班施工，且每天安排的挖掘机和自卸汽车的型号、数量不变，需安排几台何种型号的挖掘机和几台何种型号的自卸汽车？
〔不考虑土方回填和人工清底〕
问题3：
按上述安排的挖掘机和自卸汽车的型号和数量，每立方米土方的挖运直接费为多少？
答案：
1.三种型号挖掘机每立方米土方的挖土直接费分别为：
WY50挖掘机的挖土直接费为：
880/401=2.19〔元/m3〕
WY75挖掘机的挖土直接费为：
1060/549=1.93〔元/m3〕
WY100挖掘机的挖土直接费为：
1420/692=2.05〔元/m3〕
取单价为1.93元/m3的WY75挖掘机。
2.三种型号自卸汽车每立方米土方的运土直接费分别为：
5t自卸汽车的运土直接费为：
318/28=11.36〔元/m3〕
8t自卸汽车的运土直接费为：
458/45=10.18〔元/m3〕
15t自卸汽车的运土直接费为：
726/68=10.68〔元/m3〕
取单价为10.18元/m3的8t自卸汽车。
相应的每立方米土方的挖运直接费为：
3.1.93+10.18=12.11〔元/m3〕
问题2：
假设该工程只允许白天一班施工，且每天安排的挖掘机和自卸汽车的型号、数量不变，需安排几台何种型号的挖掘机和几台何种型号的自卸汽车？
〔不考虑土方回填和人工清底〕
解：
每天需WY75挖掘机的数量为：
9800/〔549×10〕=1.79〔台〕。
取每天安排WY75挖掘机2台。
按问题1的组合，为使挖掘机不出现因等待自卸汽车而降效，每天需要的挖掘机和自卸汽车的台数比例为：
549/45=12.2，
那么每天应安排8t自卸汽车2×12.2=24.4〔台〕。
由于该公司目前仅有20台8t自卸汽车，故超出局部〔24.4-20〕台只能另选其他型号自卸汽车。
由于已选定每天安排2台WY75挖掘机，那么挖完该工程土方的天数为：
9800/〔549×2〕=8.93〔d〕≈9〔d〕
因此，20台8t自卸汽车每天不能运完的土方量为：
9800/9-45×20=189m3
为每天运完以上土方量，可选择以下四种15t和5t自卸汽车的组合：
1.3台15t自卸汽车
运土量为：
68×3=204m3>189m3，
相应的费用为：
726×3=2178元；
2.2台15t自卸汽车和2台5t自卸汽车
运土量为：
〔68+28〕×2=192m3>189m3
相应的费用为：
〔726+318〕×2=2088元；
3.1台15t自卸汽车和5台5t自卸汽车
运土量为：
68+28×5=208m3>189m3，
相应的费用为：
726+318×5=2316元；
4.7台5t自卸汽车
运土量为：
28×7=196m3>189m3
相应的费用为：
318×7=2226元。
在上述四种组合中，第二种组合费用最低，故应另外再安排2台15t自卸汽车和2台5t自卸汽车。
综上所述，为完成该工程的土方施工任务，每天需安排WY75挖掘机2台，8t汽车20台，15t自卸汽车和5t自卸汽车各2台。
问题3：
按上述安排的挖掘机和自卸汽车的型号和数量，每立方米土方的挖运直接费为多少？
n
10
15
20
25
30
35
40
45
50
〔P/A，6%，n〕
7.3601
9.7122
11.4699
12.7834
13.7648
14.4982
15.0463
15.4558
15.7619
〔P/F，6%，n〕
0.5584
0.4173
0.3118
0.2330
0.1741
0.1301
0.0972
0.0727
0.0543
问题：
1.试计算方案A、B的初始投资费用、年运行费用、每次大修费用。
2.绘制方案B的全寿命周期费用现金流量图，并计算其费用现值。
3.在建设单位拟采用方案B后，有关专家提出一个新的方案C，即供暖热源采用地下水源热泵，室内供热为集中空调〔同时也用于夏季制冷〕。
其初始工程投资为280元/m2；每年地下水资源费用为10元／m2，每年用电及维护管理等费用45元／m2；大修周期10年，每次大修费15元／m2，使用寿命为50年，不计残值。
该方案应考虑室内有效使用面积增加和冬期供暖、夏季制冷使用舒适度带来的效益〔按每年6元/m2计算〕。
初始投资和每年运行费用、大修费用及效益均按60%为采暖，40%为制冷计算，试在方案B、C中选择较经济的方案。
分析要点：
本案例是典型的设计方案的技术经济分析问题。
三种建筑采暖方案拥有不同的初始投资、年运行费用和大修费用，需要在考虑资金时间价值的情况下利用技术经济分析的费用现值或费用年值方法选择费用最低的方案。
这类问题要求能够根据题意正确识别并计算每一种方案的初始投资、年运行费用和每次大修费用；要求能够正确确定每一个方案在全寿命周期内的每一笔现金流量，例如能够正确确定寿命周期内需要进行的大修理次数和大修理发生的时间点；要求能够理解不同方案的功能差异，方案评价计算中能够根据题意正确考虑不同方案的不同功能所带来的折算效益。
答案：
问题1:
解：
〔1〕方案A初始投资费用、年运行费用、每次大修费用：
初始投资费用：
WA=60×8650+110×8650=147.05〔万元〕
年运行费用：
WA'=28×8650+5×8650=28.545〔万元〕
每次大修费用：
16×8650=13.84〔万元〕
〔2〕方案B初始投资费用、年运行费用、每次大修费用：
初始投资费用：
WB=60×8650+130×8650=164.35〔万元〕
年运行费用：
WB’=28×8650+〔6-2〕×8650=27.68〔万元〕
每次大修费用：
16×8650=13.84〔万元〕
问题2
解：
〔1〕方案B的全寿命周期费用现金流量图：
〔2〕方案B的费用现值：
PB=27.68×〔P/A，6%，50〕+13.84×〔P/F，6%，15〕+13.84×〔P/F，6%，30〕+13.84×〔P/F，6%，45〕+164.35
=27.68×15.7619+13.84×0.4173+13.84×0.1741+13.84×0.0727+164.35=609.83〔万元〕
问题3：
解：
〔1〕方案C初始投资费用、年运行费用、每次大修费用：
初始投资费用：
WC=280×8650×60%=145.32〔万元〕
年运行费用：
WC’=〔10×8650+45×8650-6×8650〕×60%=25.431〔万元〕
每次大修费用：
15×8650×60%=7.785〔万元〕
〔2〕方案C的费用现值：
PC=25.431×〔P/A，6%，50〕+7.785×〔P/F，6%，10〕+7.785×〔P/F，6%，20〕+7.785×〔P/F，6%，30〕+7.785×〔P/F，6%，40〕+145.32
=25.431×15.7619+7.785×0.5584+7.785×0.3118+7.785×0.1741+7.785×0.0972+145.32
=555.03〔万元〕
〔3〕方案选择
因为费用现值PC＜PB，所以选择方案C。
【案例十六】〔静态、动态〕〔P84〕〔最大收益法〕
背景：
某建设单位通过招标与某施工单位签订了施工合同，该合同中局部条款如下：
1.合同总价为5880万元，其中根底工程1600万元，上部结构工程2880万元，装饰装修工程1400万元；
2.合同工期为15个月，其中根底工程工期为4个月，上部结构工程工期为9个月，装饰装修工程工期为5个月；上部结构工程与装饰装修工程工期搭接3个月；
3.工期提前奖为30万元/月，误期损害赔偿金为50万元/月，均在最后1个月结算时一次性结清；
4.每月工程款于次月初提交工程款支付申请表，经工程师审核后于第3个月末支付。
施工企业在签订合同后，经企业管理层和工程管理层分析和计算，根底工程和上部结构工程均可压缩工期1个月，但需分别在相应分部工程开始前增加技术措施费25万元和40万元。
假定月利率按1%考虑，各分部工程每月完成的工作量相同且能及时收到工程款。
问题：
1.假设不考虑资金的时间价值，施工单位应选择什么施工方案组织施工？
说明理由。
2.从施工单位的角度绘制只加快根底工程施工方案的现金流量图。
3.假设按合同工期组织施工，该施工单位工程款的现值为多少？
〔以开工日为折现点〕
4.假设考虑资金的时间价值，该施工单位应选择什么施工方案组织施工？
说明理由。
表2-27 现值系数表
n
2
3
4
5
8
9
10
13
〔P/A，1%，n〕
1.970
2.941
3.902
4.853
7.625
8.566
9.471
12.134
〔P/F，1%，n〕
0.980
0.971
0.961
0.951
0.923
0.914
0.905
0.879
问题1：
假设不考虑资金的时间价值，施工单位应选择什么施工方案组织施工？
说明理由。
【正确答案】
假设不考虑资金时间价值，施工单位应选择只加快根底工程的施工方案。
因为根底工程加快1个月，增加的措施费为25万元，小于工期提前奖30万元/月，而上部结构工程加快1个月增加的措施费为40万元，大于工期提前奖30万元/月。
问题2：
从施工单位的角度绘制只加快根底工程施工方案的现金流量图。
【正确答案】
根底工程月收益：
A1=1600/3=533.33万元/月
上部结构工程月收益：
A2=2880/9=320万元/月
装饰装修工程月收益：
A3=1400/5=280万元/月
问题3：
假设按合同工期组织施工，该施工单位工程款的现值为多少？
〔以开工日为折现点〕
【正确答案】
根底工程月收益：
A1=1600/4=400万元/月
上部结构工程月收益：
A2=2880/9=320万元/月
装饰装修工程月收益：
A3=1400/5=280万元/月
问题4：
假设考虑资金的时间价值，该施工单位应选择什么施工方案组织施工？
说明理由。
【正确答案】
除按合同工期组织施工之外，该施工单位还有以下三种加快进度的施工方案可供选择：
〔1〕只加快根底工程施工进度，〔2〕只加快上部结构工程施工进度，〔3〕根底工程和上部结构工程均加快施工进度。
〔1〕只加快根底工程施工方案的现金流现值〔即按图2-10计算〕
根底工程月收益：
A1=1600/3=533.33万元/月
上部结构工程月收益：
A2=2880/9=320万元/月
装饰装修工程月收益：
A3=1400/5=280万元/月
2022真题
某智能大楼的一套设备系统有A、B、C三种采购方案，其有关数据，见表2.1。
表2.1设备系统各采购方案数据
工程方案
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