設(shè)計成本規(guī)劃管理系統(tǒng)在環(huán)境設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用

鄭毅

摘要：環(huán)境藝術(shù)規(guī)劃設(shè)計是多元化的系統(tǒng)工程，受所在環(huán)境、投資總額的限制，還有美學(xué)價值和功能實現(xiàn)等諸多要求。如何實現(xiàn)設(shè)計項目經(jīng)濟、功能和藝術(shù)美的融合，本系統(tǒng)提供了一個科學(xué)適用的方法。本系統(tǒng)依照價值工程相關(guān)原理，通過對影響成本的各要素分析，建立線性規(guī)劃模型進行規(guī)劃求解，找出最佳參數(shù)指導(dǎo)設(shè)計；實現(xiàn)設(shè)計方案的藝術(shù)美、功能強、經(jīng)濟可行等諸要素科學(xué)的平衡統(tǒng)一；是經(jīng)濟學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、高等數(shù)學(xué)等多元知識體系及現(xiàn)代計算機技術(shù)與環(huán)境設(shè)計理論的精巧結(jié)合；廣泛適用于環(huán)境設(shè)計方案優(yōu)化調(diào)整、環(huán)藝仿真教學(xué)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境設(shè)計；成本規(guī)劃系統(tǒng)開發(fā)；項目評估選優(yōu)；仿真教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1400 （2021） 11-0062-04

基金項目：2019年湖北第二師范學(xué)院校級教學(xué)研究項目（設(shè)計成本規(guī)劃管理系統(tǒng)在環(huán)境設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用X2019031）

Application of Design Cost Planning Management System in Environmental Design Teaching

ZHENG Yi（Hubei University of Education， Wuhan 430205， China）

Abstract： Environmental art planning and design is a diversified system engineering， limited by the environment， the total amount of investment， and many requirements such as aesthetic value and functional realization. This system provides a scientific and applicable method on how to realize the integration of economy， function and artistic beauty of design project. This system establishes a linear programming model to solve the programming， finds out the best parameters to guide the design according to the principle of value engineering， through the analysis of the factors that affect the cost； It realizes the design of the artistic beauty， strong function， economic feasibility and other elements of scientific balance and unity； It is a delicate combination of multiple knowledge systems such as economics， statistics， advanced mathematics， modern computer technology and environmental design theory. It can be widely applied in environment design scheme optimization and adjustment， environment art simulation teaching.

Key words： environmental design； cost planning system development； optimization of project evaluation； simulation of teaching

1 前言

1.1 經(jīng)濟價值方面的合理性是項目評價要素

環(huán)境藝術(shù)設(shè)計是以實用為前提，美學(xué)原理為依據(jù)，所在環(huán)境為基礎(chǔ)，通過技術(shù)來再現(xiàn)的藝術(shù)。它服務(wù)于人們生活、工作的物質(zhì)需求，同時藝術(shù)美可以滿足人們的精神需求，是功能實現(xiàn)和藝術(shù)美的融合。只有當(dāng)使用目的通過功能得以實現(xiàn)后，其藝術(shù)美才能充分體現(xiàn)。因此再美的方案不被采納只能是一個用來欣賞的概念。

實際上每個投資方對其項目投資是有預(yù)期構(gòu)想和投資限額的，這就是期望值。一個項目美學(xué)價值和功能實現(xiàn)的前提是投資建設(shè)，大家對設(shè)計方案優(yōu)劣的判斷，前期往往只關(guān)注視覺效果以及功能要求，而忽略設(shè)計方案有關(guān)經(jīng)濟方面的合理性。通常是方案設(shè)計接近尾聲，有了施工方案時才進行工程預(yù)算。如果偏離了總體投資規(guī)模再來反復(fù)修改設(shè)計方案，定會造成人力和時間的浪費。如果在設(shè)計初期就有一個參照值，將會產(chǎn)生事半功倍的效果。

在這方面其他專業(yè)的同行們也做了許多有益的嘗試，如建筑設(shè)計院和一些大規(guī)模標志性的項目使用的BIM。市場上也有各式各樣簡易的預(yù)算軟件，都只能通過反復(fù)調(diào)整設(shè)計要素來進行設(shè)計方案選優(yōu)，無法事先進行投資總額和功能需求的優(yōu)化，得出相應(yīng)設(shè)計要素的最佳配置。

1.2 實現(xiàn)藝術(shù)美、功能美、經(jīng)濟可行諸要素科學(xué)的統(tǒng)一

環(huán)境藝術(shù)規(guī)劃設(shè)計是多元化的系統(tǒng)工程，受項目所在環(huán)境約束、投資總額的限制、主體功能的要求、設(shè)計風(fēng)格、工藝要求、材料市場價格、后續(xù)維護成本等等諸多因素影響。如果能有一種科學(xué)的分析系統(tǒng)與設(shè)計并行，將會節(jié)省更多時間，使設(shè)計的方案更加科學(xué)合理，這便是本項目研究的意義與價值所在。

如何實現(xiàn)設(shè)計項目經(jīng)濟、功能和藝術(shù)美的融合，通過設(shè)計方案來優(yōu)化成本意義重大。一方面不能不計成本盲目追求設(shè)計效果，另一方面要避免成本不合理導(dǎo)致品質(zhì)下降。設(shè)計成本規(guī)劃管理系統(tǒng)能夠?qū)τ绊懗杀镜母饕蛩丶跋嗷リP(guān)系、相關(guān)功能進行分析求解，得出最佳方案來指導(dǎo)設(shè)計。這是利用最低設(shè)計成本，完成設(shè)計項目必要功能的有效科學(xué)評價體系及優(yōu)化管理方法。它以設(shè)計項目成本計算分析為重點，通過本模塊計算找到一個設(shè)計項目投資成本最低時的各要素配置，來指導(dǎo)設(shè)計優(yōu)化調(diào)整方案。

2 環(huán)境設(shè)計成本規(guī)劃系統(tǒng)編制

本項目以環(huán)境藝術(shù)設(shè)計行業(yè)時尚潮流為引導(dǎo)，以大量市場信息為基礎(chǔ)，根據(jù)投資方的各項需求，用EXCEL建立一個設(shè)計成本規(guī)劃系統(tǒng)模塊，用以找到一個同時諸多要求和條件的極限值。該系統(tǒng)依照價值工程相關(guān)原理，對設(shè)計相關(guān)因素進行科學(xué)分析，找出各自變量、因變量及之間關(guān)系，列出目標函數(shù)關(guān)系式：minf（x1， x2， x3， x4，……xn），及相互之間的約束條件。建立線性規(guī)劃模型，通過模型規(guī)劃求解，找到最佳設(shè)計參數(shù)，從而科學(xué)地指導(dǎo)設(shè)計，使設(shè)計方案藝術(shù)美、功能美、經(jīng)濟可行諸要素科學(xué)的平衡統(tǒng)一。

本文以景觀規(guī)劃設(shè)計為例，使用的規(guī)劃求解模塊以解決規(guī)劃設(shè)計方案選優(yōu)及管理科學(xué)實際應(yīng)用問題。

2.1 問題的提出

某市擬用地20萬平方米，每畝20萬元，使用年限25年，投資6000萬元，建設(shè)一個城市主題公園項目。投資方根據(jù)周邊環(huán)境提出在建筑及林木覆蓋率大于75%的前提下，各建筑及花草樹木用地占總面積的比例要求如下：

中小型常綠樹種用地>=4%

大型闊葉樹種用地>=3%

多年生灌木用地>=5%

草本花草用地>=20%

常綠草坪用地>=50%

車道、小道路用地>=5%

小橋、亭臺、樓閣等建筑物用地>=2%

2.2 問題的分析

該系統(tǒng)依照價值工程相關(guān)原理，對設(shè)計相關(guān)因素進行科學(xué)分析，找出各常量、自變量、因變量及之間關(guān)系，如表1。

2.3 搭建變量求解經(jīng)濟模型

設(shè)常數(shù)和變量：

建筑及林木覆蓋面積為Y1，其常量單位覆蓋面積分別為a1，a2……a7；

用地面積為Y2，其常量單位用地面積分別為b1，b2……b7；

每個項目的年平均成本分別為Y1，Y2……Y7；

項目的自變量分別為X1，X2……。

經(jīng)分析常數(shù)和變量之間的關(guān)系式：

y1=a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6+a7x7

y2=b1x1+b2x2+b3x3+b4x4+b5x5+b6x6+b 7x7

y=c1+e1+d1/10

建立目標函數(shù)關(guān)系式：

minf（x，y）=y1x1+y2x2+y3x3+y4x4+y5x5+y6x 6+y7x7

2.3 輸入約束條件和目標函數(shù)

規(guī)劃模型自動計算求解找到項目綜合成本最低，且滿足各項約束條件時的最佳配置數(shù)量：中小型常綠樹種植數(shù)量為16010棵；大型闊葉樹種植數(shù)量為8804棵；多年生灌木植數(shù)量為10000棵；種植草本花草60903平方米；種植常綠草坪100000平方米；鋪設(shè)車道、小道路用地10000平方米；小橋、亭臺、樓閣等建筑物用地3334平方米。

有了總體成本最小時配置的參照，再根據(jù)實際在模型的數(shù)量行作少量調(diào)整，便可得到最佳方案。

3 環(huán)境設(shè)計成本規(guī)劃系統(tǒng)的應(yīng)用價值

1）用于環(huán)境設(shè)計方案優(yōu)化。在設(shè)計初期根據(jù)方案的功能需求、審美需求、投資總額等多條件約束，項目設(shè)計各要素的配置、市場行情多變量求解，優(yōu)化出最佳方案參數(shù)來指導(dǎo)設(shè)計。在設(shè)計過程中方便與投資方的溝通，各要素的配置選擇調(diào)整方案，計算項目投資成本，使得復(fù)雜的溝通調(diào)整過程變得高效、便捷、簡單、明了，且運行成本低、操作簡單、實用性強。

2）用于環(huán)境設(shè)計仿真教學(xué)。以校內(nèi)操作實驗室為依托，通過人機互動的窗口供學(xué)生模擬演示項目設(shè)計方案調(diào)整修改、評估優(yōu)化的過程。增加情景教學(xué)內(nèi)容，由學(xué)生對設(shè)計方案現(xiàn)場操作，使大家在掌握設(shè)計基本原理的基礎(chǔ)上對設(shè)計方案進行分析對比，找出各方案優(yōu)劣差異及產(chǎn)生的原因，為日后專業(yè)實踐積累經(jīng)驗，提高學(xué)生的市場競爭和工程經(jīng)濟意識。讓學(xué)生通過本模型仿真練習(xí)，解決學(xué)習(xí)和實踐相脫離的難題，既節(jié)省了寶貴時間和大量教學(xué)經(jīng)費，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和老師的教學(xué)質(zhì)量，打造新一代技術(shù)型、實用型人才。

3）將本模塊嵌入成本自動跟蹤分析管理系統(tǒng)使用，即可形成一個集設(shè)計、施工、管理為一體的數(shù)字化管理工具，也可用于中小企業(yè)的實際施工管理。推廣應(yīng)用將大大提高設(shè)計乃至整個工程的質(zhì)量和效率，具有很高的實用價值。

4 結(jié)束語

設(shè)計成本規(guī)劃管理系統(tǒng)是經(jīng)濟學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、高等數(shù)學(xué)等多元知識體系及現(xiàn)代計算機技術(shù)與環(huán)境設(shè)計理論的精巧結(jié)合，是根據(jù)環(huán)境設(shè)計的特點、應(yīng)用價值工程原理、采用計算機應(yīng)用技術(shù)編制的，對環(huán)境設(shè)計方案進行選項優(yōu)化、評估、調(diào)整簡單適用的系統(tǒng)，在環(huán)境設(shè)計實踐和教學(xué)中有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1] Excel2019統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理與分析[M]. 機械工業(yè)出版社，2020，3.

[2] Excel圖表與表格實戰(zhàn)技巧精粹[M]. 清華大學(xué)出版社，2020，1.

[3] Python*優(yōu)化算法實戰(zhàn)[M]. 北京大學(xué)出版社，2020，10.

[4] Access2013數(shù)據(jù)庫應(yīng)用案例課堂[M]. 清華大學(xué)出版社，2016，6.

[5] 基于BIM的SketchUp2018建筑與室內(nèi)設(shè)計[M]. 機械工業(yè)出版社，2019，7.