给水工程设计方案经济比选

安晓晶

　　【摘要】 给水工程设计过程中通过方案经济比选能达到降低投资和运行成本，从而达到降低供水价格的目的，因此方案比选在给水工程设计中具有重要的意义。常用的方案比选方法有差额内部收益率法、现值比较法包括净现值法、净现值率法、费用现值比较法。在给水工程设计中，经常采用费用现值比较法，对工程计算期内费用现值或年费用现值进行比较，选择现值较小的方案为实施方案。在进行方案比选时，应遵循效益与费用的计算口径对应一致的原则，保证方案间基本条件的可比性。
　　【关键词】 方案 比选 现值 投资 费用 运行成本

1 引言

　　方案比选是寻求合理的技术经济方案的必要手段，也是控制项目投资、降低运行成本的重要途径。工程寿命期内的费用，由建设期初期投资和经营期运行成本组成。建设期投资少，但运行成本高的方案，不一定寿命期内的总费用低；同样建设期投资多，但运行成本低的方案，也不一定是最经济的方案。经济比选按货币的时间价值采用动态比选，综合考虑方案初期投资和经营期运行成本，确定方案的经济可比性，从而选出费用最低的方案。
　　设计方案比选是采用技术经济分析方法，对不同的设计方案进行比较和选择，使技术先进、价格合理的方案成为最后的人选方案。在给水工程项目设计（包括可行性研究）过程中，各项主要经济和技术决策（如总体方案、厂站规模、近远期结合、管道输送方式、管道走向、工艺流程、厂址选择、厂区布置、主要设备选型以及资金筹措等）均应根据实际情况提出各种可能的方案进行筛选，对筛选出的方案进行动态的经济计算，结合其它因素详细论证比较、做出抉择。给水工程设计方案经济比选，不仅比较工程建设期投资、同时应考虑水厂投产后的长期运行费用，通过全面的分析，作出最经济的选择即选择费用（考虑初期投资和运行成本）最低的方案为实施方案。

2 给水工程设计方案经济比选步骤

　　工程设计方案比选可对某些工程局部进行对比，如对处理构筑物池型的选择，净水工艺的选用；亦可进行全面对比，如对整个工程方案进行对比等。
　　首先根据工程的情况，确定对比方案的范围和内容，各方案的作用应是相同的，即各方案应具有可比性；
　　其次列出对比方案所有可能实行的技术方案。即不能漏掉实际可能的技术方案，又不能把技术上不能成立或技术上尚未过关的方案列出来作为备选方案，避免选出的方案不是最优方案或选出的最优方案在实际上无法实施或兑现；
　　再次对每个技术方案的优缺点进行详细的分析，并根据口径对应一致的原则，对各方案的效益及费用包括初期投资和运营费用进行细致全面的计算，分析计算得愈细致、愈透彻、愈全面，对每个技术方案的评价就准确；
　　最后根据各方案的投资和运行费用数据，选择合适的计算方法，对备选方案进行排队分析，选出最优方案。

3 方案比选的常用方法

　　按照不同方案所含的全部因素（包括效益和费用两个方面）进行方案比选时，根据不同的情况和具体条件，通过若干从不同方面说明方案技术经济效果的指标，对完成同一任务的几个技术方案进行计算、分析和比较，从中选出最优的方案。当前工程设计中比较常用的比选方法有以下几种：
3.1 差额内部收益率法
　　是两个方案各年净现金流量差额的现值之和等于零时的折现率与财务基准收益率（财务评价时）或社会折现率（国民经济评价时）进行对比，当△FIRR≥i_c或△EIRR≥i_s时，以投资大的方案为优，反之则以投资小的方案为优。
　　多个方案进行比较时，要先按投资大小由小到大排序，再依次就相邻方案两两比较，从中选出最优方案。
3.2 现值比较法
　　现值比较法是把方案寿命期内的一切收益和费用按行业基准收益率或社会折现率折算成单一的一笔现值来比较方案的优劣。按现值比较法使用的条件可分为净现值法、费用现值比较法和净现值率法。
3.2.1 净现值法
　　分别计算各方案的净现值进行比较，以净现值大的方案为优；或计算两方案的差额净现值，当差额净现值≥0时，投资大的方案为优，反之，投资小的方案为优。
　　
　　式中　NPV（i）——按折现率i计算的现值；
　　　　　S——年销售收入；
　　　　　I——年全部投资（包括固定资产投资和流动资金）；
　　　　　C′——年经营费用；
　　　　　S_v——计算期末回收固定资产余值；
　　　　　W——计算期末回收流动资金；
　　　　　i——要求达到的折现率，财务分析时用行业基准收益率，国民经济分析时用社会折现率；
　　　　　P／F，i，t——第t年的折现系数。
　　当采用差额净现值，可分别计算方案的现值，再加以比较；也可直接计算两方案的每年的净现金流量的差值的现值进行比较。
3.2.2 净现值率法
　　净现值率（NPVR）是净现值与投资现值之比，净现值率较大的方案为优。
　　计算式为：NPVR＝NPV／IP
　　式中　IP——方案的全部投资的现值；
　　　　　NPV——净现值；
　　　　　NPVR——净现值率。
3.2.3 费用现值比较法
　　当效益相同或效益基本相同，但难以具体估算效益（在对局部方案进行比较时，通常认为达到相同目的的不同方案，其效益是相同的）的方案进行比较时，对方案的费用现值进行比较，可采用费用现值比较和年费用比较。
　　（1）费用现值比较：计算各比较方案的费用现值（PC）并进行比较，以费用现值较低的方案为优。
　　表达式为：
　　（2）年费用比较：计算各比较方案的等额年费用（AC）并进行对比，以费用较低的方案为优。
　　表达式为：
　　　　　或：　AC=PC(A/P,i,n)

4 给水工程设计方案比选的适用方法

　　在给水工程设计中，一般对项目的近远期结合、取水点位置、管道输送方式及工艺流程等进行比较选择。在方案比选时，当某一局部的不同方案的作用和结果相同时，可采用局部方案进行比选；当某几个局部组合才能起到相同的作用和获得同样的结果时，要将局部组合作为一个完整方案进行比选；这样，才能遵循效益和费用的计算口径一致。
　　如当水厂的水源为地表水，需采用水泵提升时，若水源水位或取水量变化幅度较大时，取水可采用定速泵或调频变速泵两种方案。使用定速泵设备投资低，运行耗电量大、费用高；使用调速泵则设备投资高，而运行耗电量小、运行费用低；对泵型的选择，应根据设备投资、运行费用进行动态比选；当取水点位置不同时，原水的水位就能不同，对输水和后续的处理工艺、配水都可能产生影响，因此不宜仅对取水点位置进行比选，而应当由取水工程、净水工程、配水工程组成一个完整的方案进行比选；当净水厂位置和高程确定时，由取水工程和输水工程就构成一个完整的方案；而因厂平面土方等问题需对净水厂高程方案也进行比选时，可能需由取水工程、输水工程净水工程（包括配水泵房）构成一个完整的方案。
　　因为一定规模的给水工程不同方案的收益是相同的，所以给水工程方案的动态经济比选常选用现值比较法。即可选用费用现值比较法及年费用比较法。

5 设计方案经济比选实例

　　现将湛江市供水工程的方案比选进行简单的介绍。
5.1 工程简介
　　湛江市供水工程总规模为50万m³／d，分为二期建设，每期各为25万m3／d。工程包括取水、输水、净水和配水。（一）取水工程：水源选择在鹤地水库，取水口可设在水库电站尾水渠首或水库内。取水口和取水暗渠按50万m³／d规模一次建成，取水厂一期工程按25万m³／d设计。（二）输水工程：一期工程敷设一条长度约61公里的输水管道。（三）净水厂一期工程按25万m³／d建设，净水厂位置已选定。工程投资拟采用地方政府投资和日本海外协力基金贷款，贷款年利率为2.1％。
5.2 工程方案的选择和比选
5.2.1 取水口位置的选择
　　本工程的总规模为50万m³／d，考虑到取水工程属永久设施、不易扩建等特点，取水土建工程均按50万m³／d一次建成，设备安装则分两期实施，第一期工程设备能力为25万m³／d。
　　（1）取水口的位置方案及工程量
　　库内取水方案：取水点的位置在青年运河渠道的渠首附近，主要工程量包括：200m引水渠的局部加深和衬砌、取水井一座、取水隧洞170m、取水厂一座（包括：加氯间、取水泵房等）。
库外取水方案：取水点的位置则在发电站的尾水池内。主要工程量包括：取水口和取水厂（包括：加氯间、取水泵房等）各一座。
　　（2）取水口位置的比较
　　除了对取水的水质、可靠性进行对比外，对库内取水和库外取水的电耗和工程投资进行比较。
　　·电耗比较
　　电站尾水渠水面标高为32.586m。
　　鹤地水库多年年平均水位为37.76m。
　　库内取水水位比库外取水水位高5.174m。与库外取水相比，库内取水方案可以充分利用水库水位，取水水泵所需扬程低，从而降低电耗。
　　按电度电价0.688元／KWh计算，不同供水量时，库内取水比库外取水（以水位差5.174m计）所节约电费如下表：

年电费比较表　　 表1 序号 取水规模
（万ｍ³／d） 年取水量
(亿m³) 库内取水比库外取水节约电费(万元／年) 1 25 0.798 178 2 50 1.597 308

　　·工程技术经济比较
　　根据已确定的取水厂位置，分别对库内、库外取水的主要生产构筑物造价进行比较。结果库内取水较库外取水造价多178.9万元，然而从表1看出当取水量25万m³／d时，库内取水比库外取水仅一年就节约电费178万元。显然，库内取水比库外取水更经济。
5.2.2 输水管管径比较
　　（1）取水厂水泵扬程、供电方式及工程投资的比较
　　·水泵扬程
　　采用DN1800输水管道时，取水泵的扬程为41米；采用DN1600输水管道时，取水泵的扬程为73米。
　　·供电方式
　　采用DN1800输水管道时，取水泵配套电机的功率为800KW，一期工程取水厂设备容量为2632KW、计算负荷仅为1563KW；二期工程全部投产时，取水厂设备总容量为4274KW 、计算负荷为3036KW，可不采用110KV供电，用10KV电源供电。
采用DN1600输水管道时，取水泵配套电机的功率为1400KW，一期工程取水厂设备容量为4432KW、计算负荷为2643KW；二期工程全部投产时，取水厂设备总容量为7274KW、计算负荷为5196KW，考虑全部工程的用电负荷必须用110KV供电，取水厂需建110KV变电站一座。
　　·工程投资
　　采用DN1600方案时，因需建110KV变电站一座，所以，取水厂工程投资额较DN1800方案高3141.11万元。
　　（2）DN1800与DN1600输水管道投资比较
　　采用DN1800方案的工程投资为44525.51万元，其中人民币为30064.27万元；而采用DN1600方案的工程投资为37288.37万元，其中人民币为25286.21万元；两方案相比较，采用DN1800方案较DN1600方案工程投资增加7237.14万元，而国内配套人民币仅增加4778.06万元。
　　（3）取水工程及输水管道综合经济比较
　　我们主要从工程投资、年经营成本、动态比选等方面进行分析。详细内容参见表2。
　　·工程投资比较
　　采用DN1800方案时，取水厂及输水管道的工程总投资为50689.23万元，采用DN1600方案时，取水厂及输水管道的工程总投资为46593.20万元，即采用DN1800方案较DN16000方案，取水厂及输水管道的工程总投资增加4096.03万元。
　　·年经营成本比较
　　采用DN1600方案时，供水规模25万m³／d时，取水厂及输水管道的年经营成本为3300.10万元；DN1800方案时，该成本为2648.85万元，即DN1800方案较DN1600方案年经营成本低651.25万元。
　　·动态分析
　　本工程投产第一年取水量按总规模的40％计算，第二年按70％计算，第三年达到设计规模。以此为依据进行动态比较，其中国内投资（包括建设期投资及运行费用）的折现率按8％，贷款按2.1％计算。详细计算见表2。

DN1800与DN1600工程方案投资比较　表2 序号 工程项目 (1)输水管道
DN1600 (2)输水管道
DN1800 差值
(2) —(1) 1 取水厂(土建50万m↑3／) 工程投资(万元) 9304.83 6163.72 －3141.11 其中外币(百万日元) 510.87 489.37 —21.50 　 相当于人民币(万元) 4257.25 4078.06 —179.20 　 配套人民币(万元) 5047.58 2085.67 —2961.91 2 输水管道(60.5Km) 工程投资(万元) 37288.37 44525.51 7237.14 　 其中外币(百万日元) 1440.26 1735.35 295.09 　 相当于人民币(万元) 12002.16 14461.24 2459.08 　 配套人民币(万元) 25286.21 30064.27 4778.06 3 取水厂及输水管道工程投资合计(万元) 46593.20 50689.23 4096.03 　 其中外币(百万日元) 1951.13 2224.72 273.59 　 相当于人民币(万元) 16259.41 18539.29 2279.88 　 配套人民币(万元) 30333.79 32149.94 1816.15 4 取水厂及输水管道年经营成本(万元／年) 3300.10 2648.85 -651.25 5 取水厂及输水管道，工程投资外币折现率
2.1％，内币折现率8％折现值(万元) 43469.23 47344.97 3875.74 6 取水厂及输水管道，年经营费用及还款利息
按折现率8％折现，15年的折现值(万元) 23563.27 17551.74 -6011.53 7 取水厂及输水管道15年综合费用(万元)
(5) ＋(6) 67032.50 64896.71 -2135.79

　　经计算当采用DN1800方案时，取水及输水管道15年费用现值较DN1600方案低2135.79万元，故采用DN1800输水管道更为经济。
通过以上分析可知：采用DN1800输水管虽然管道铺设造价较高，但可使取水泵的扬程和经常运行费用大为降低，从动态分析，综合费用低。并使工作压力降低、提高供水安全度。因此应选用DN1800管径的输水管。

6 方案比选应注意的问题

　　在进行方案比选时，各备选方案的实施或运行相关的全部效益和费用应计算准确。不可缺项、漏项、也不可重复计算；应遵循效益与费用的计算口径对应一致的原则，注意各个方案间基本条件的可比性，如估算指标、工程规模、计算期等，方案比较中的关键环节，是使各备选择方案的条件等同化，把不可比因素化为可比因素；项目排队和方案比选应注意在某些情况下，使用不同评价指标导致相反结论的可能性，根据方案的实际情况，选用适当的比较方法和指标。
　　工程项目方案比选可在各个阶段、各个工程层次进行局部对比，亦可用全面因素进行全面对比，但应注意保持各方案的可比性。
　　在进行方案比选时，应独立、客观地完成各方案的比选，不可主观地扩大或缩小方案的效益和费用，使最经济的备选方案落选，造成方案比选的失败。

7 结束语

　　方案比选在工程设计中起着重要的作用，能够降低工程造价和减少运行成本。在给水工程中，使用费用现值比较或年费用现值法，将工程建设期投资和运行费用引入货币时间价值理论，以可比较的现值的表示，对不同方案的现值进行的比较，选择现值最低的即最经济的方案为实施方案。在我们的设计中应充分应用方案经济比选，使我们的设计更经济、更合理。

　　致谢 本文在完成过程中，得到俞惠文教授级高级工程师的悉心指教，在此表示衷心的感谢！

参考文献
　　［1］《技术经济学》陶树人编著
　　［2］《投资项目经济咨询评估指南》中国国际工程咨询公司编著
　　［3］“湛江市50万m³／d供水工程（一期）方案设计”