成本造价与建筑生产效率的关系分析与对比

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摘 要：在土建施工建筑中，建筑成本造价与建筑生产效率之间存在关联性规则关系，需要分析建筑成本造价与建筑生产效率的关系。本文提出一种基于建筑成本量化评估和生产效率分离控制的数学模型，通过分析成本造价与生产效率关系，优化施工现场的成本管理和加强施工现场的安全管理，提高建筑施工的效率。首先分析大型土木建设施工的成本控制和建筑生产效率的关系模型，然后采用建筑成本量化评估和生产效率分离控制方法进行数学模型构建，实现成本造价和建筑生产效率关系的分析对比，指导有效工程施工管理和造价分析。实验结果表明，该模型能准确实现工程造价成本预测，降低工程成本，提高生产效率，具有优越性能。

关键词：成本造价；建筑；生产效率；模型

中图分类号：F283 文献标识码：A 文章编号：1672-2442（2015）06-0016-06

Analysis and Comparison of the Relationship between Cost and Construction Production Efficiency

Fu Yuan

（Wuhan University of Technology， Institute of China， Wuhan 430223，China）

Abstract：In civil construction， there seems to be some kind of rule of relevancy connecting its cost and production efficiency， therefore， it"s necessary to analyze the relationship between them. In this article， the author puts forward a kind of mathematical model based on quantitative evaluation on construction costs and separation control of production efficiency， by analyzing the relationship between cost and production efficiency， it tries to optimize and strengthen the cost and safety management of construction site， and thereafter improve the efficiency of the construction. First analyze the relationship model of the cost control of large-scale civil construction and the construction production efficiency， then through adopting construction cost quantitative evaluation and production efficiency separation control method to build a mathematical model， with that to realize the analytical comparison of the relationship between the cost and building production efficiency， hence guide the effective construction management and engineering cost analysis. The experimental results show that the model can accurately realize the prediction of project cost， reduce the project cost， and eventually improve the production efficiency， therefore having superior performance.

Keywords：cost；construction；production efficiency；model

引言

大型建筑施工中的工程造价的控制与管理，就是在投资决策、设计、建设项目发包、建设项目实施等阶段对建筑工程的开销和成本进行准确评估。在土木建设施工工程的施工中，工程造价和成本控制管理关系着整个土木建设施工工程的效率，需要对施工中的建筑成本进行合理规划设计，实现对人力、物力、财力的合理调剂，减少成本开销，提高工程的经济效益和社会效益，进而提高建筑生产的效率。在大型土木建筑施工中，工程造价管理贯穿于项目施工的各个环节。影响施工工程工程造价的因素很多，比如项目设计规划、土地开发费用的投入、材料费和人工费等，因此需要对成本造价进行有效的数学模型规划设计，对施工现场进行高效严格的管理，进而提高施工建设质量，防止工程材料浪费[1]。

工程造价是指进行某项工程建设所花费的全部费用，其核心内容是投资估算、设计概算、修正概算、施工图预算、工程结算、竣工决算等等。大型土木施工中的工程造价预测，其核心是预测算法的设计和实现，在土建施工建筑中，建筑成本造价与建筑生产效率之间存在关联性规则关系，需要分析建筑成本造价与建筑生产效率的关系，建立成本造价与建筑生产效率的关系分析与对比模型，制定安全、经济、运行管理方便的施工方案和规划，提高生产效率[2-4]。土木建设工程的工程造价控制及成本控制是一门系统性交叉性学科，为了实现土木建设工程的工程造价成本控制，提高生产效率，减少工程施工企业的不必要的成本浪费，实现施工有计划、管理有目标、质量有保障，研究建筑成本造价与建筑生产效率之间的关系模型甚有必要，因此要建立成本造价与建筑生产效率的关系分析与对比模型，通过构建工程成本造价数学模型，实现施工作业管理、建筑材料管理、施工质量管理。由于成本造价与建筑生产效率关系密切，对大型建筑工程造价预测和生产效率关系的研究受到了广大建筑经济专家的重视[5]。传统方法中，文献[5]采用经验模态分解和刚度退化结合的模型分析方法进行成本造价与建筑生产效率的关系分析与对比，算法构成复杂，应用价值不大。文献[6]采用自适应博弈算法，分析低层 RC 框架建筑的成本造价与建筑生产效率关系模型，实现对工程造价的准确预测，但该模型没有把影响工程造价的人工费、机械费、材料费等不定因素纳入考虑范围，导致模型对成本造价和生产效率的关系预测不准。

为了提高成本造价的可用预测性，进而提高工程施工的生产效率，本文提出一种基于建筑成本量化评估和生产效率分离控制的数学模型，通过分析成本造价与生产效率之间的关系，从而优化施工现场的成本管理、加强施工现场的安全管理，提高建筑施工的效率。论文首先分析大型土木建设施工的成本控制和建筑生产效率的关系模型，然后采用建筑成本量化评估和生产效率分离控制方法进行数学模型构建，实现成本造价和建筑生产效率关系的分析对比，进而进行有效管理和造价分析，降低工程成本，提高建筑的效率和生存周期。

1 土建工程施工的成本控制和建筑生产效率的关系模型

1.1土建工程施工的成本控制制约参数模型构建

研究土建工程施工的成本控制和生产效率的关系模型，设计成本造价的预测算法，需要首先分析土建工程施工的成本控制制约参数模型。对土建工程施工工程的预算估计模型进行构建，根本上是对一组开销序列进行估计预报的过程。由于土木工程建筑的成本造价影响因子复杂，需要进行成本关系参数模型构建，成本控制和生产效率的约束条件主要包括土木工程建筑物的主体结构、附属结构、地基等等[7-9]。首先根据《建设工程预算定额》按合理价格进行建筑耗材分配，本文纳入工程中的交叉影响因素，构成一阶微分方程组，对应计算人工费与机械费，通过计算人工费和机械费，得到土木工程建筑成本控制系统描述如下。

[2ξT（t）Wx（t-d1（t））-x（t-h1）-t-h1t-d1（t）x（s）ds=0] ①

[2ξT（t）Kx（t）-x（t-d1（t））-t-d1（t）tx（s）ds=0] ②

[2ξT（t）Mx（t-d1（t））-x（t-d（t））-t-d（t）t-d1（t）x（s）ds=0] ③

[2ξT（t）Lx（t-d（t））-x（t-h）-t-ht-d（t）x（s）ds=0] ④

其中，[ξT（t）]表示工程施工过程中的全局效率，[K]表示建筑材料费用，[d1（t）]表示大型建筑工程不定开销费，根据自适应回归理论，得到大型建筑工程项目的土木工程施工过程中的材料建筑开销的工程线数效率状态方程为：

[b20（t；λ）=12（1-λt）（1-t）3b21（t；λ）=12[1+（λ+3）t-3（λ+1）t2+4λt3-2λt4]b22（t；λ）=12（1-λ+λt）t3] ⑤

为了保证建筑施工的效率和质量，基于性能的维护策略，在最优成本约束下，构建可靠指标进行生产效率关系的对比分析，得到土木建筑工程造价控制变化为含参数[λ]的2阶混合函数，表示为：

[S.t.Qi≥Qth Ei≥EthCi≤CthQjk≥0，Ejk≥0，Cjk≥0j=1Njxjk=1，∀i，1≤k≤M，1≤j≤Nj] ⑥

通过对建筑工程施工的成本造价控制，构建工程造价的贡献权重和生存期评估方程；通过对成本造价的基本要素的分析，把握施工现场管理的内部规律。本文采用Lyapunov稳定性理论进行数学建模，通过上述分析，形成土建工程施工的成本控制制约参数模型构建，为进行成本造价控制及生产效率关系分配提供准确的模型参量基础。

1.2成本造价与建筑生产效率约束函数构建

在上述进行土建工程施工的成本控制制约参数模型构建的基础上，进行成本造价与建筑生产效率约束函数构建，通过求得约束函数的最值，实现对成本造价和建筑生产效率的优化分析。建筑施工是劳动密集型产业，现场的材料设施设备比较混杂，人员组成复杂，相关的制约因素较多，因此在约束关系模型构建中，把建筑施工的成本控制映射为一个无向图，无向图的矢量表示为[va]，[vb]和[vc]，点[va]，[vb]和[vc]的负载容量表示为：

[l（va）=l（ba）+l（ca）] ⑦

[l（vb）=l（ab）+l（cb）] ⑧

[l（vc）=l（ac）+l（bc）] ⑨

由于土木建筑中的的伸缩缝费工费料，造价高，成本不可控制，为了提高生产效率，这里令[l（eav）=l（ebv）=l（ecv）]，有[l（vv）=3l（eav）/2]。给出建筑应力拟合模型，把恒荷载作为质量点加在梁上，分析得到节点的累积滞回能表示为：

[fk=fk-1-1n，1≤k

综合考虑最大塑性位移的影响以及累积耗能的作用，得到荷载作用下建筑物的破坏应力模型为：

[i=maxjP（Y|λj）P（Y|λj）>P（Y|λT）（j=1，2，3，…，C）] ⑪

为了使得最大化建筑工程施工生产效益以及最小化成本负载出现最佳匹配，要确定工程施工中的成本造价控制决策变量：a.成本控制配送中心的选定，其相应的变量定义为[Zii=1，2，…，8]；b.市场建筑材料的消耗成本，定义为[Wkii=1，2，…，6；k=1，2，…，6]；c.建筑材料的运输成本，（从选定的物流配送中心到客户），定义为[Xiji=1，2，…，6；j=1，2，…，8]。为了保证建筑体的强度和质量，通过上述成本控制参数模型的构建，基于性能的维护策略构建土木工程成本控制的计算模型，进而得到成本造价与建筑生产效率约束函数：

[EST1（vi，pq）=maxvj∈prnt（vi）{p_available（q），EFT（vj，pm）+k∙C（vj，vi）}] ⑫

其中，为了实现成本造价与建筑生产效率的最优化匹配，采用基于主成分分析的PCA分析方法，对影响建筑成本的一些冗余信息进行清除过滤，使得训练具有更好的推广能力，降低模型的复杂度，即使目标函数取得最大值为：

[ Z1=Bw∈Wqw-a∈Axata（xa）+βva]，[ ∀ vmin≤va≤vmax] ⑬

在上述成本造价与建筑生产效率约束函数构建的基础上，为了提高生产效率，还要考虑土木建筑施工过程中的现场管理因素。在土木建筑施工现场管理过程中，由于管理的程序复杂，现场不确定因素较多，需要进行现场约束和监督，确保对施工过程中人员、材料、设备和工序的掌握，施工现场管理一定要克服只抓进度和质量而不计成本和工程造价开销的做法，要加大施工现场机械设施设备的现场调度效率，通过对设施设备的优化管理，提高生产效率。

2 成本造价与建筑生产效率的关系分析模型设计实现

在上述进行成本造价与建筑生产效率约束函数构建的基础上，分析建筑成本造价与建筑生产效率之间存在的关联性规则关系，通过分析建筑成本造价与建筑生产效率的关系，建立成本造价与建筑生产效率的关系分析与对比模型，通过构建工程成本造价数学模型，实现统筹规划，节约开支。传统方法中，采用经验模态分解和刚度退化结合的模型分析方法进行成本造价与建筑生产效率的关系分析与对比，算法构成复杂，应用价值不大。针对传统方法的弊端，本文提出一种基于建筑成本量化评估和生产效率分离控制的数学模型，通过分析成本造价与生产效率关系，从而优化施工现场的成本管理、加强施工现场的安全管理，提高建筑施工的效率。

在施工成本控制中，需要建立有效的土建工程施工项目施工现场管理系统，进行成本造价约束，提高生产效率，土木建筑成本控制决策也是一个非常复杂的过程，由于建设开发商需要根据材料费用决定是否进行生产效率优化，即市场只对A材料有需求，当满足下不等式时：

[p2-ρ2A2≤p1-ρ1A1-Q（1-δ）] ⑭

建筑成本控制需求取决于此OD对w路径上的最小材料费用，此时建筑工程施工现场工程规模为B时候的生产效率满足：

[δ∙（p1-ρ1A1）≤p2-ρ2A2≤p1-ρ1A1-Q（1-δ）] ⑮

由于建筑成本控制信息不可能提供完全精确的材料和市场成本信息，对此，需要对上述不等式进行建筑成本预测开支分解，分别为：

[p1-p2+ρ2A2-ρ1A11-δ≤v≤Q] ⑯

[p2-ρ2A2δ≤v≤p1-p2+ρ2A2-ρ1A11-δ] 17

其中，[δwak]是‘0-1’变量，[δwak=1]表示路段a在OD对w间的路径k上。

通过上述处理，为了提高施工项目的可控性和经济性，要通过合理科学的现场监督和督促制度，贯彻制度和落实责任制，提高工人的生产积极性和责任感。通过构建成本造价控制模型，从而实现时时处处精打细算，避免不必要的开支，提高生产效率。本文采用基于建筑成本量化评估和生产效率分离控制的数学模型，模型构建描述如下。

求解建筑工程成本序列矩阵[S]特征值[λ]，一并求解与对结构弹塑性最大层间位移的预测的特征值[λ]，分析对应的特征向量[U]，将土木工程的成本控制问题转化为一个数学建模分析问题：

[t-σty（s）f（y（s））TR1EETR2y（s）f（y（s））ds] 18

把土木工程成本数据序列看作如下状态项：

[t-σtyT（s）R1y（s）+fT（y（s））R2f（y（s））ds] 19

根据累计方差的贡献程度，选择主成分的个数，只有当土木工程成本造价约束的累计贡献率达到一定量时，与之对应的m个主成分才可以作为建筑设计中的“质量—效率—成本”数据，此时得到工程成本控制函数的主成分的个数为m，由此确定的主成分值为后续进行的土木工程成本造价约束与工程强度关系模型的训练输入，进行成本造价与生产效率控制模型改进设计，在土木工程成本增长指数时间序列预测中，通过求得时间序列非线性SVM-PCA特征，得到土木工程的质量水平、效率和成本控制量化指标。为了降低模型的复杂度，采用降维处理方法，在空间矩阵中[Xm]为中心点，得到生产效率状态系数的最近邻点[Xk]，两点之间的距离表示欧氏距离，为：

[minω，h，ζl，ζ*l=12ωTω+ci=1l（ζl+ζ*l）] 20

式中，[ζl]和[ζ*l]为累计贡献率，[ξ]为生产效率促进因子，[ω]为不敏感损失函数，通过最优成本控制，提高工程质量，在成本造价与建筑生产效率约束函数中寻找性能约束目标函数的边界条件，为：

[A=B40+1-λ4B41，B=3+λ4B41+B42+3+λ4B43，C=1-λ4B43+B44] 21

其中[B4i（i=0，1，...，4）]为4次约束横向基，[V0]、[V]和[Vn]表示用于建筑成本投资预算总额/万元，通过上述模型设计，以寿命周期成本现值最小化为目标函数，对成本控制进行能量补给评估，采用生产效率分离控制方法，得到成本造价与生产效率约束的优化的目标函数表达式为：

[2p1-2p2+ρ2A2-ρ1A1-c1+c2+cr1-δ-Q=0] 22

[ρ1（p1-p2-c1+c2+cr）1-δ-μ1A1=0] 23

通过上述设计，实现了土建工程施工的成本控制和生产效率的关系对比分析，这对降低大型土木建筑工程建设成本和提高建设质量具有重要意义。

3 数值实验仿真分析及性能对比

为了验证本文设计的土木建筑成本造价与生产效率关系分析模型在降低工程造价成本、提高造价预测性能和提高生产效率方面的性能，需进行仿真实验。仿真实验中，建筑成本影响的相关参数为：[Q]=200，[c1]=30，[c2]=10，[cr]=2，[μ1=μ2=]0.01，[ρ1=ρ2=]0.01，[δ=0.8]。本实验根据建筑环境和建筑设施需要分为10个建设工程子集，因为各生产工程相互独立，可将全局生产优化转化为对各单项工程的局部优化。成本控制中，招标投标开支的影响因子为0.13，土木建筑的选址影响因子为0.23，政府相关税费的影响因子为0.27，实时市场耗材价格等交叉影响因子对工程造价的贡献权重分别为[α=47]、[β=27]、[γ=17]，根据上述仿真环境和参数设定，进行成本造价和生产效率关系仿真分析，测试建筑生产的全局效率和成本消耗，分析相互关系，求得最优配比，降低工程开销。为了对比算法性能，采用本文方法和传统方法，得到建筑成本造价和生产效率关系如图1所示。

图1建筑成本造价和生产效率关系

从图1可见，采用本文模型，能保证在较高的生产效率下降低成本造价，降低工程开销，为了定量分析算法性能，采用本文算法和传统方法对各生产组别对应工程的质量水平、效率水平和单位成本的量化数据进行分析，得到工程造价预测结果最优解集见表1。

分析上述结果可见，采用本文模型，能准确实现工程造价成本预测和生产效率分析对比，达到最优解集，降低工程成本，提高生产效率，展示了本文模型的优越性能。

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