X项目结构优化设计对工程造价影响的研究_于海波[1].docx

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1、 (工 程 硕 士 ） X 项目结构优化设计对工程造价 影响的研究 RESEARCH ON THE INFLUENCE OF Structure OPTIMIZATION Design OF THE PROJECT COST OF PROJECT X 于 海 波 2015 年 10 月 国内图书分类号： F270 . 7 国际图书分类号 ： 65 8 . 115 学校代码： 10213 密级： 公开 工 程 硕 士 学 位 论 文 X 项目结构优化设计对工程造价影响的研 究 硕 士 研 究 生 ： 于 海 波 导 师 ： 张 守 健 教 授 申 请 学 位 ：工 程 硕士 学 科： 项目 管理

2、 所 在 单 位 ： 中 国天 辰工 程有 限公 司 黑龙 江分 公司 答 辩 日 期 ： 2015 年 10 月 授予学位单位：哈 尔滨 工业 大学 Classified Index: F270.7 U.D.C: 658.115 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON THE INFLUENCE OF Structure OPTIMIZATION Design OF THE PROJECT COST OF PROJECT X Candidate: Yu Haibo Supervisor: Prof. Zhan

3、g Shoujian Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Project Management Affiliation ： Heilongjiang branch China Tianchen Engineering Corporation Date of Defense: October, 2015 Degree-Offering-Institution: Harbin Institute of Technology 摘 要 在工程项目的建设过程中， 造价是决定其是否可行的关键性指标。 工程 造 价的控制

4、贯穿每一个工程项目的建设全过程。 包括了项目的投资决策阶段、 设 计阶段、 招标阶段以及建设实施阶段。 其中， 在设计阶段对项目的造价进 行控 制， 具有至关重要的决定性作用。 研宄结果表明， 虽然项目设计阶段的 费用大 约占到整个项目造价的 1% 不到， 但其对整个项目造价的影响可达到 75 % 以上。 正是由于如此， 工程项目设计优化与造价控制成为当前实务界与 学界研宄的热 点。 本文首先介绍了工程项目造价控制的理论基础，包括工程造价的基本含 义、 工程造价的特点、 工程造价控制的理论， 为全文的研宄奠定了基础。 然 后， 介 绍了结构优化设计的概念， 分析了工程造价与建筑结构优化设计的关

5、 系。 在上 述分析的基础上， 论文以 X 项目作为研宄对象， 根据优化后的结构 方案， 采用 ANSYS 有限元分析软件，通过 PKPM 结构软件分析合理的结构 构件尺寸并建立 初始的结构计算模型， 设计变量采用框架梁、 柱的截面尺寸， 约束条件采用结 构的承载能力、 层间位移角， 以消耗的钢筋及混凝土总价最 小为目标， 对结构 构件进行优化分析。 优化结果表明， 通过结构的优化设计， 工程消耗的钢筋和 混凝土总价比优化前节约了 8. 37 %。 结合优化结果， 论文 提出了构建完善的设 计管理机制、 基于招投标实现设计方案优选、 建立设计 质量激励机制和健全设 计造价控制责任制等具体实施措

6、施。 本文的研宄成果有利于更好的认识结构设计优化对建筑工程项目造价的 影 响， 期望对控制造价能够起到一定的参考和借鉴作用。 关键词： 结构优化设计； 工程项目； 造价控制 Abstract In the process of construction, the construction of the project, the number of its cost, are the key indicators to determine whether it is feasible. Because of this, it is necessary to control the cost of

7、 the project.Including the project investment decision-making stage, design stage, the construction stage and construction stage.Among them, in the design phase of the project cost control, has a crucial decisive role.Research results show that although the project design phase of the cost may only

8、account for 1% of the entire project cost is less than, but the overall project cost may reach more than 75 %. Therefore, in the engineering project cost control, the design phase of the optimization, is very important. Because of this, the design optimization and cost control of engineering project

9、s have become a hot research field in the current practice and academic circles. This paper firstly introduces the basic theory of the project cost control, including the basic meaning of the construction cost, the construction of the project cost, the basic theory of the project cost control, which

10、 is a solid theoretical foundation for the full text. Then, this paper analyzes the engineering cost control and optimization method in the design phase of the project, and studies the basic method of engineering cost control in design stage, especially the application of the method of limit design

11、in the design phase of cost control.On the basis of the above analysis, X projects substation projects as the object of study, on the basis of the concept, using the software of finite element analysis ANSYS, using the PKPM analysis of reasonable size and components of the structure optimization des

12、ign, the initial model is established, the design variables are the section size of beam and column , the constraint conditions are the structure bearing capacity, inter story displacement angle, to be consumed by the reinforcement and concrete price minimum as the goal, on the structure of optimiza

13、tion analysis and optimization results were obtained.Based on the idea, the total cost of the steel and concrete is more than 8. 37 %.At the end of this paper, some concrete paths are proposed to control the cost of the structure design, which includes several aspects, such as improving the design m

14、anagement mechanism, optimizing the design scheme, establishing the design quality incentive mechanism, improving the design cost control responsibility system.lt is hoped that this study will be better for us to understand the impact of structural design optimization on the construction project cos

15、t, and better control the cost can play a certain reference and reference. Keywords: structural design optimization, engineering project, cost control 目 录 m w . I Abstract. II 第 1 章 绪 论 . 1 1. 1 研宄背景及意义 . 1 1. 2 国内外研宄现状 . 2 1. 2 . 1 国外研宄现状 . 2 1.2.2 国内研宄现状 . 3 1.2.3 国内外研宄现状的评述 . 4 1.3 研宄内容与方法 . 5 1.

16、3.1 研宄内容 . 5 1.3.2 研宄方法 . 6 第 2 章工程造价控制相关理论及其与结构优化设计的关系 . 7 2. 1 工程造价的含义 . 7 2. 2 工程造价的特点 . 7 2. 3 工程造价控制理论 . 8 2.3.1 工程造价控制目标 . 8 2.3.2 工程造价控制原则 . 8 2.4 工程造价与结构优化设计 . 9 2.4.1 结构优化设计的概念 . 9 2.4.2 工程造价与结构优化设计的关系 . 10 2.5 本章小结 . 10 第 3 章 X 项目结构设计对工程造价的影响 . 11 3.1 X 项目概况及项目实际设计情况 . 11 3.1.1 X 项目工程概况 .

17、11 3.1.2 项目实际设计情况 . 13 3.2 X 项目结构设计中造价控制存在的问题 . 14 3.2.1 造价控制意识方面存在的问题 . 14 3.2.2 造价管理方法方面存在的问题 . 15 3.2.3 造价管理监督制度方面存在的问题 . 16 3.3 X 项目结构设计中导致造价失控的原因分析 . 17 3. 3 . 1 业主方层面的原因 . 17 3. 3 . 2 项目设计单位层面的原因 . 17 3 .4 影响工程造价的结构优化设计要素 . 17 3. 4 . 1 结构方案优化对工程造价的影响 . 17 3. 4 . 2 结构构件及材料的优化对工程造价的影响 . 18 3. 5

18、本章小结 . 19 第 4 章 X 项目结构优化设计及造价控制途径 . 20 4. 1 结构优化设计模型的构建 . 20 4. 2 X 项目结构优化设计过程 . 21 4. 2 . 1 优化目标的确立 . 21 4. 2 . 2 结构方案的优化 . 21 4. 2 . 3 结构构件的优化 . 23 4. 3 工程项目设计阶段控制造价的路径 . 28 4. 3 . 1 构建科学的设计管理机制 . 28 4 . 3 . 2 在设计方案筛选环节引入招投标机制 . 29 4. 3 . 3 建立并完善造价控制责任制 . 30 4. 3 . 4 着重把握设计概算编制工作 . 30 4. 3 . 5 实行项

19、目设计监理制度 . 30 4. 3 . 6 鼓励标准设计 . 32 4. 4 本章小结 . 32 全吉 i 仑 . 33 参考文献 . 34 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 . 38 39 个人简历 . 40 第 1 章 绪 论 1.1 研究背景及意义 中国经济健康稳步发展为建筑行业创造有利条件。 建筑领域中， 工程造 价 一直都是关注的热点， 长期以来， 建设项目的参与各方对工程造价没有足 够的 重视， 导致了工程造价成本得不到有效控制。 在建筑工程中， 怎样科学 合理的 分配资金， 争取建设项目经济价值与社会价值最大化是现阶段摆在工 程建设各 方的首要问题。 建设项目工程造价管

20、理方面， 项目投资控制在施工图设计阶段一直都没 有 得到应有的关注， 人们都将主要精力集中于具体实施阶段的项目投资与工 程造 价控制， 花费相当的人力、 物力及财力开展建筑安装造价的审查与计算 工作， 极少去关注怎样实现对投入资金的合理控制及优化配置。 国内外现有 调查统计 数据显示， 初步设计阶段影响工程投资额的可能性在 20 % 左右， 施 工图设计阶 段的影响可能性为 30 % 75 %, 真正进入项目施工阶段，对于工程 投资额的影响可 能性降低至 5% 25 %, 由此不难看出， 对于一个建设项目而 言， 投资受初步设计 阶段的影响最为显着，实施阶段的影响最低，一般仅为 20 % 左右

21、，换言之，在项 目 具 体 施 工 阶 段 ， 借 助 一 系 列 成 本 控 制 措 施 对 于 投 资 额 的 影 响 一 般 不 会 超 出 20 %。导致这一状况的主要原因在于，在项目设计 图纸完成之后，通常都毫无例 外的会依图执行， 这也是项目施工惯例， 对于 施工方而言， 没有对设计图纸进 行随意变更的权利， 并且一般也缺乏足够的 时间与精力来进行图纸优化。 我国 建筑设计相对保守， 有的图纸仅仅是凭借 主观经验完成， 并未进行方案对比， 并且过于关注设计费因素， 对于概预算 控制这一关键点由于与设计单位利益并 未直接挂钩， 常常被忽视甚至违背， 无法得到有效控制。 对于一个建设项

22、目而言， 自筹建起至竣工验收并正式交付使用止， 所涉 及 的所有费用都属于工程造价范畴。 对工程造价进行严格控制极为必要， 一 方面， 可以有效避免超出投资预算状况的出现； 另一方面， 能促进项目参与 各方加强 管理， 使人力、 物力、 财力等有限的资源得到充分利用。 对于建筑成本控制而言， 建筑结构设计师没有对造价予以足够的重视， 从 而影响到成本控制方对于项目造价的控制， 而只能按照结构设计方的想法 开展 概算预算工作， 始终是对项目造价进行事后控制， 并没有掌握建筑结构 设计造价主动控制权。 正是由于建筑结构设计对工程造价的影响没有受到应 有 的关注和重视， 最终导致我国建设项目成本控制

23、实践中， 建筑结构造价控 制主 要集中于项目实施的环节。 从本质上讲 ，工 程设计与工程造价属于一项整体性工作的两个重要方面，二 者应当是互相配合、 相辅相成的关系， 然而建筑成本控制实践过程中， 二 者却 好似两条平行线， 各司其职， 互不关注， 建筑设计方只负责设计， 并不 过问工 程造价相关事宜， 导致建设资金无谓的浪费。 对于这一现实问题， 应 当强化建 设项目设计阶段设计方与造价控制方之间的沟通与联系， 双方有效 配合， 在项 目投资额度内， 践行 “ 经济化 ” 、 “ 节俭化 ” 以及 “ 适用性 ” 的 设计原则， 引 导设计人员注重设计成本控制； 其次， 设计方案优化， 对备

24、选 设计方案的技术 是否可行、 功能是否实用、 经济是否合理以及实施是否安全 进行充分论证。 设 计优化是一种极为关键的经济控制方式， 通过引入新工艺、 采用新材料以及设 计的局部变更等都会给工程造价带来或大或小的影响。 相 关研宄结果表明， 对 于一项建筑项目而言， 其空间平面、 层数、 层高、 结构 构件的截面尺寸、 材料 的等级等相关因素， 都会对工程整体造价带来一定程 度的影响。 综上所述 ，对 于建设项目而言 ，科 学合理的造价是结构设计的重要前提， 建 筑结构设计应在确保满足相关规范要求的基础之上， 严格践行承载标准及 正常 使用等标准， 确保最后设计出的建筑能够满足项目建设方的要

25、求。 建筑 结构设 计的本质在于： 接近实际应力与合理的工程成本， 借助有效方法确保 合理的建 筑结构设计， 尽量将建筑设计人员设计构思充分准确的反映出来， 同时还要注 重建筑设计的功能性， 确保建筑与结构双重目标的切实实现。 1.2 国内外研究现状 现阶段有关建筑工程造价控制及建筑结构设计的研宄己经相对成熟， 并 取 得阶段性进展， 其中以美国、 英国以及日本等国的相关研宄最为先进和完 善， 我国有关工程造价控制以及建筑结构设计的理论研宄还十分有限， 存在 一 定 差距。 1.2 .1 国外研究现状 国外， 特别是经济发展水平较高的资本主义国家， 有关工程造价控制的 研 宄起步较早， 现如今

26、， 国外有关工程造价控制的观点大致可以划分为美国 工程造价控制体系、 英联邦工程造价控制体系以及日本工程造价控制体系等 三 大比较具有代表性的派系。 早在上世纪六十年代初期， 国外学者首先开始了有关建筑结构设计优化 控 制课题的研宄， 比较就有代表性的有： Kamal 等针 对 建筑结构相 关 构件造价进 行 分析 ， 在此 基 础之上对建 筑 结 构 设计 优 化的目标进 行 归纳总结 ： 尽 可能将建筑 结 构重量控制 在 最低限度 ， 并 且 还要 对 建筑造价及 空 间结构尺寸 予 以有效控制 ， 建筑结构造 价 控制效 果 在一 定 程度 上 取决于其中 所 涉及到的构 件 数量 ，

27、 一般 而 言 ， 所涉及 的 构件 数 量越 多 ， 造价 控 制效果就越 明 显 1 。 Lgnaciot 等提 出 ， 建筑 功 能与建 筑 造价是 建 筑结构 的 两大关 键 内容 ， 在 建 筑 结 构设 计 过 程 中应 予 以全 面 考量 ， 在空 间 及 成 本既 定 的基 础 之上 尽 可 能 实 现 最优 化 结构设计 2 。 Li 等的研 究 确定建筑结 构 造价最优为基 准 ， 借助有限 元 分析法对数种 建 筑 结 构 设计 方 案 进 行了 对 比分 析 ， 将 最 优造 价 的 建 筑结 构 设计 方 案确 定 为 项 目 最 终方案 3 。 上世纪七十年代末八十

28、年代初， 英国与美国工程造价领域率先提出全生 命 周期造价管理理念； 之后， 英国皇家测量师协会在己有的理论研究成果基 础之 上开展深入研宄， 并最终形成一整套较为成熟的现代工程造价控制理论 及方法 4 。 Riederer 等 选 择 一 栋 3 跨 6 层 的 建 筑 结构 进 行 分 析 ， 并 构 建 对应 的 结 构 计 算 模 型 ， 在 保 证 最优 造 价的 基 础之 上 将建 筑 结 构 设计 进 行优 化 的相 关 设 计 参 数 确 定 下来 ， 并 界 定了 有 关设 计 参数 优 化范 围 、 造 价可 靠 性标 准 指标 变 化 规 律 ， 从而 可 以为建筑造 价

29、 优化设计提 供 参考和借鉴 5 。 1.2 .2 国内研究现状 现阶段， 我国有关建筑结构设计的工程造价控制方法比较常见的主要有： (1 ) 价值工程评价；（ 2) 限额设计；（ 3) 标准化设计；（ 4) 设计招投标及 设 计监理制度；（ 5) 设计质量奖惩制度。 我国有关结构优化设计与工程造价关系的研宄比较具有代表性的有： 代兵、 南晓飞等提出， 建筑施工图纸设计环节的最重要的内容就是项目 成 本 控 制 ， 因 此 主 张应 将 业主 及 设计 方 对建 筑 设 计 阶段 工 程造 价 控制 予 以 足 够 的 关注 和 重视 6 。 张晓婷 、 刘燕主张将全面造价管理技术方法引入 建

30、 筑结构设计环节 。 同 时 总 结 出建筑 结 构设 计 造价 控 制的四 个 主要 内 容 ， 即 全过程 造 价控 制 、 全 要 素 造 价控 制 、 全风险造 价 控制以及全 团 队造价控制 7 。 张斐主张应分别从建筑选址 、 建筑规划 、 建筑面 积 、 具体层高 、 建筑 结 构 以 及 结构构 件 确定 等 角度 对 设计方 案 进行 对 比分 析 ， 筛选 出 最先 进 、 最 合 理 的 方案 ， 并对其进行 进 一步优化 8 。 钱向 欣 、 金 向 丹 指 出 ， 对 于 建 筑结构设计 环 节的造价控 制 而 言 ， 一 方面 ， 可 以采 取 设计招投标 、 限额

31、设计以 及 提升人员素 质 等常规措施 ， 另一方面 ， 可 以 根据 实 际情况采取 全 过程设计一 建 造承包模式 9 。 邱志平等的研宄将工程领域存在的随机不确定性 和 认知不确定性分为 随 机 性 、 模糊性 和 非概 率 凸性 ， 分别从 可 靠性 和 稳健 性 分析与 设 计角 度 出发 ， 详 细 介 绍 了工程 结 构不 确 定性 优 化设计 技 术理 论 及工 程 应用 。 理 论方 法 部 分 主 要 针 对 单 一不确 定 性和 混 合不 确 定性的 工 程实 际 ， 介 绍 了不确 定 性设 计 基 本 原 理 与 适 用 范围 ， 同 时系 统 地总 结 了不确 定

32、性多 学 科优 化 设计技 术 ； 工 程 应 用 部分 实 践 了 各种设 计 模型 及 算法 的 工程实 现 方法 ， 包括 作 者科研 项 目 中 的 典 型结构 件 等 ； 最 后对工程结 构 不确定性优 化 设计技术未 来 的前景作了 简 单的 展 望 1 。 王栋的研究系统地阐述一种简单实用且行之有效的结构优化新算法， 即 广 义 “ 渐进节点移动法 ”（ Generalized Evolutionary Node Shift Method)。 该方 法可以应用于结构静力学和动力学领域的多种优化设计问题， 特别是结构的 形 状优 化 设计问题 。 结 构性能约束 条 件包括变形 、

33、 应力 、 弯矩 、 局部稳定 、 固 有 振动 频 率以及总体 质 量等 。 该优 化 算法以设计 变 量灵敏度分 析 与计算 为 基础 ， 通过 逐 渐改进结构 的 模型设计 ， 使 结构性能逐 渐 满足约束条 件 ， 设 计 达到 最 优 状态 1 1 。 吕秋玲 以 我国现有建 筑 的常见结构形 式 为基 础 ， 从 优化 设 计的分类和 方 法 、 设 计 变量 、 建 立有 限 元分 析 模型以 及 钢筋 混 凝土 框 架结构 的 优化 设 计 等 方 面 ， 对钢 筋 混凝土框架 结 构的优化设 计 进行了详细 的 分析 、 阐述 和 深入 探 讨 12。 1.2 .3 国内外研

34、究现状的评述 综合上述研宄现状， 可以发现国内外关于结构设计以及结构设计优化的 相 关研宄成果己经较为丰富， 而且很多的研究成果己经在实践之中得到了应 用 ， 并 且被证明具 有 非常重要的 经 济价值 1 3 。 经过大 量 的文献检索与 分析 ， 可 以发 现 ， 国 外学 者 在结构优化设 计 方面 ， 更 多 的 是考虑 结 构优 化 设计 的 方法 ， 尤 其是 考 虑如 何 建立起 建 设项 目 结构 设 计 优 化 的 标准与 方 法 ， 或 者建 立 相关的 优 化模 型 。 其 研 宄是试 图 通过 当 前 的 研 宄 尝 试 ， 以找到 一 种更 为 符合 各 种建筑 结 构设 计 实际 情 况的 、 通 用的 优 化 方 法 ， 从 而使 得 自身的研宄 成 果能够具备 更 高的价值 1 4 _ 1 7 。 。 而从国内当前的研宄情况来看 ， 介绍国外的结构 设 计相关理论与成功 经 验 在 研 究初期 是 主要 的 成果 。 而从近 年 来看 ， 越来 越 多的研 究 成果 开 始将 重 心 指 向 我 国的建 筑 结构 设 计实 践 之中 ， 通 过运 用 一些 先 进的模 型 与优 化 方法 ， 实 现 结构 设 计优化的目的