CƠ SỞ TỐI ƯU HÓA THỜI GIAN
VÀ CHI PHÍ TRONG THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG
TS. BÙI TRỌNG CẦU
Bộ môn Xây dựng Cơ sở hạ tầng
Viện Khoa học và Công nghệ XDGT
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Bài báo trình bày những cơ sở lý thuyết để tối ưu hóa thời gian và chi phí trong
thiết kế tổ chức thi công các công trình xây dựng một cách toàn diện từ góc độ của chủ đầu tư
và nhà thầu thi công trong những tình huống khác nhau trên cơ sở phân tích mối quan hệ giữa
chi phí - thời gian xây dựng và lý thuyết sơ đồ mạng lưới.
Summary: This paper presents theoretical bases of optimizing construction duration and
cost in the scheduling of construction projects based on analyses of trade - off relations
between the duration - cost and theory of CPM from viewpoints of both clients and
contractors.
I. MỞ ĐẦU
Khái niệm thời gian xây dựng của một công trình được định nghĩa là thời gian thi công
công trình kể từ lúc bắt đầu khởi công xây dựng công trình tới lúc hoàn thành mọi công việc xây
dựng, lắp đặt máy móc thiết bị, dọn dẹp để có thể - xét về mặt kỹ thuật - đưa công trình vào sử
dụng theo thiết kế. Các chi phí xây dựng được hiểu một cách tổng quát là các chi phí mà chủ
đầu tư hay nhà thầu cần bỏ ra để hoàn thành việc xây dựng công trình [1].
Thời gian và chi phí xây dựng là hai chỉ tiêu rất quan trọng trong xây dựng các công trình.
Chúng luôn là các điều khoản không thể thiếu trong các hợp đồng xây dựng, được cả nhà thầu
và chủ đầu tư rất quan tâm.
Sự khác nhau về thời gian xây dựng cho cùng một công trình là do áp dụng các biện pháp
kỹ thuật và tổ chức thi công khác nhau. Sự khác nhau về thời gian xây dựng sẽ dẫn tới những sự
khác nhau về chi phí xây dựng do giữa thời gian và chi phí xây dựng có mối quan hệ rất chặt
chẽ. Vì vậy, việc xác định thời gian và chi phí xây dựng tối ưu hay “hợp lý nhất” khi xây dựng
một công trình luôn là một vấn đề được cả nhà thầu và chủ đầu tư rất quan tâm. Tuy nhiên, do
khác nhau về quyền lợi trong xây dựng công trình, sự quan tâm tới thời gian và chi phí xây
dựng của chủ đầu tư và nhà thầu thường khác nhau [2].
Bài báo sẽ trình bày cơ sở lý thuyết của tối ưu hóa chi phí và thời gian xây dựng dựa trên
phân tích mối quan hệ giữa chi phí - thời gian xây dựng và lý thuyết sơ đồ mạng lưới cho các
chủ thể khác nhau và các trường hợp khác nhau.
II. KHÁI NIỆM VÀ MÔ HÌNH LÝ THUYẾT CỦA THỜI GIAN VÀ CHI PHÍ
XÂY DỰNG TỐI ƯU
2.1. Theo quan điểm của nhà thầu
Xét về mặt kỹ thuật, thời gian và chi phí xây dựng của một công trình được quyết định bởi
biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công [4], [6]. Để hoàn thành một công trình, thường có nhiều
biện pháp kỹ thuật thi công có thể áp dụng và với một biện pháp kỹ thuật thi công cũng có thể
đưa ra nhiều giải pháp tổ chức thi công khác nhau để hoàn thành công trình với thời gian và chi
phí xây dựng khác nhau. Bằng cách tổ chức thi công sử dụng tối đa các nguồn tài nguyên, tận
dụng tối đa không gian làm việc và thời gian thi công một cách hợp lý cho tất cả các biện pháp
kỹ thuật thi công có thể, ta sẽ xác định được thời gian xây dựng tối thiểu của công trình.
Trong hầu hết các trường hợp, mục tiêu cuối cùng của nhà thầu là hoàn thành công trình
với chất lượng theo thiết kế trong thời gian xây dựng đã được chủ đầu tư ấn định trước (nếu có)
với tổng chi phí thấp nhất. Vì vậy, thời gian và chi phí xây dựng tối ưu đối với nhà thầu chính là
thời gian xây dựng nhỏ hơn hoặc bằng thời gian xây dựng đã được chủ đầu tư ấn định (nếu có)
với tổng chi phí cho việc xây dựng là thấp nhất.
Tổng chi phí cho xây dựng công trình của nhà thầu bao gồm các chi phí cho nguyên vật
liệu, sử dụng máy móc thiết bị thi công, nhân lực, các chi phí phục vụ cho thi công, các chi phí
phục vụ cho nhân công, các chi phí quản lý v.v... và các chi phí cơ hội do kéo dài thời gian xây
dựng.
Một cách ngắn gọn, khi thời gian xây dựng thay đổi sẽ làm tổng chi phí, C, thay đổi và sự
thay đổi này khá phức tạp. Do chi phí xây dựng phụ thuộc vào thời gian xây dựng, T, nghĩa là
một hàm số của biến số thời gian T, ta có:
C = f(T) (1)
Gọi thời gian xây dựng ứng với chi phí nhỏ nhất là Tc, ta có Tc khi giải phương trình sau :
0=
dT
dC (2)
Gọi thời hạn xây dựng chủ đầu tư ấn định phải hoàn thành là Tađ, thời gian xây dựng ứng
với chi phí nhỏ nhất là Tc, thời gian xây dựng tối ưu đối với nhà thầu là Topt, ta có (xem hình 1):
- Nếu Tađ ≥ Tc thì Topt = Tc (3)
- Nếu Tađ < Tc thì Topt = Tađ (4)
Hiển nhiên rằng trong trường hợp (4), nhà thầu buộc phải giảm lãi bằng cách tăng thêm chi
phí so với chi phí nhỏ nhất có thể để rút ngắn thời gian xây dựng theo yêu cầu của chủ đầu tư.
Nếu phần tăng chi phí này quá lớn tới mức giảm quá nhiều lãi hoặc không còn lãi, thậm chí dẫn
tới lỗ thì, trong hầu hết các trường hợp, nhà thầu không thể nhận thầu thi công công trình.
Trong trường hợp chủ đầu tư không ấn định thời gian xây dựng phải hoàn thành thì thời
gian và chi phí xây dựng tối ưu của nhà thầu chính là thời gian ứng với chi phí xây dựng nhỏ
Chi phí Chi phÝ x©y dùng
Chi phÝ
nhá nhÊt
Thêi gian
øng víi
chi phÝ
nhá nhÊt T
c
Thêi gian
x©y dùng
Thêi h¹n
Ên ®Þnh
T
a®
< T
c
Thêi h¹n
Ên ®Þnh
T
a®
> T
c
Hình 1. Thời gian ứng với chi phí nhỏ nhất và thời hạn ấn định
2.2. Theo quan điểm của chủ đầu tư
Có hai trường hợp cần xem xét. Thứ nhất, để phục vụ cho một mục tiêu chính trị quan
trọng và cấp bách nào đó, chủ đầu tư có thể chỉ quan tâm tới việc hoàn thành công trình trong
thời gian sớm nhất mà không quan tâm tới chi phí. Khi đó, nếu gọi thời gian xây dựng tối ưu là
Topt và thời gian xây dựng nhỏ nhất có thể là Tnn, ta có:
Topt = Tnn (5)
Thứ hai, khi chủ đầu tư quan tâm cả hai chỉ tiêu thời gian và chi phí xây dựng, lúc đó luôn
tồn tại hai nhóm nhân tố ảnh hưởng tới hiệu quả của vốn đầu tư liên quan đến việc rút ngắn thời
gian xây dựng:
- Nhóm 1: Nhóm các nhân tố nâng cao hiệu quả của vốn đầu tư nhờ việc rút ngắn thời gian
xây dựng như giảm ứ đọng vốn đầu tư, thu lợi nhuận nhờ đưa công trình vào sử dụng sớm v.v...
- Nhóm 2: Nhóm các nhân tố làm giảm hiệu quả của vốn đầu tư do việc rút ngắn thời gian
xây dựng như các chi phí cần thiết để giảm thời gian xây dựng (chi phí cho nhà thầu làm liên
tục ba ca, thưởng tiến độ v.v...) hoặc chi phí nhập công nghệ thi công mới và đắt hơn để giảm
thời gian xây dựng do công nghệ các nhà thầu đang có không thể rút ngắn thời gian được hơn
v.v...
Mô hình toán học của thời gian xây dựng tối ưu theo quan điểm của chủ đầu tư có thể được
phát biểu một cách tổng quát như sau [1]. Gọi các nhân tố ảnh hưởng của nhóm 1 và nhóm 2 lần
lượt là X1, X2,...Xi,..., Xn và Y1, Y2, ...Yj,...Ym; phần hiệu quả của công trình không phụ thuộc
vào thời gian xây dựng là A, hiệu quả của công trình là F, ta có:
F = f (X1, X2,..,, Xn, Y1, Y2,...,Ym, A) (6)
Vì Xi và Yj phụ thuộc vào thời gian xây dựng, T, tức là một hàm của biến số thời gian xây
dựng, T, ta có:
X1 = g1(T), X2 = g2(T), Xi = gi(T), Xn = gn(T) và
Y1 = h1(T), Y2 = h2(T), Yj = hj(T), Ym = hm(T)
Vì vậy, hàm F có thể viết dưới dạng sau:
F = f {g1(T), g2(T),...,gn(T), h1(T), h2(T),...,hm(T), A} (7)
Trong thực tế, chủ đầu tư có thể yêu cầu tư vấn hay các nhà thầu cung cấp các thời gian thi
công khác nhau ứng với các chi phí xây dựng khác nhau để so sánh các chi phí tăng thêm nhằm
rút ngắn thời gian xây dựng với lợi ích thu được nhờ rút ngắn thời gian xây dựng. Vì vậy có thể
viết ngắn gọn ảnh hưởng của nhóm thứ hai là Y = h(T), ta có:
F = f {g1(T), g2(T),...,gn(T), h(T), A} (8)
Thời hạn và chi phí xây dựng tối ưu đối với chủ đầu tư là thời hạn và chi phí ứng với nó,
hàm F đạt giá trị cực đại. Về mặt lý thuyết, có thể xác định được thời hạn này bằng cách giải
phương trình sau:
0
dt
dF (9 = )
III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TỐI ƯU HÓA THỜI GIAN VÀ CHI PHÍ XÂY DỰNG
Việc tối ưu hóa thời gian và chi phí xây dựng khi thiết kế tổ chức thi công các công trình
dựa trên các phân tích về mối quan hệ giữa chi phí - thời gian xây dựng và lý thuyết sơ đồ mạng
lưới. Các luận điểm dưới đây là cơ sở lý thuyết để tối ưu hóa thời gian và chi phí cho các trường
hợp đã trình bày ở mục trên.
3.1. Luận điểm 1
Khi thiết kế các biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công các công trình xây dựng, người ta
luôn thiết kế các biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công cho các công việc chủ yếu và đánh giá,
lựa chọn phương án hợp lý nhất. Các công việc chủ yếu này sẽ được phối hợp với nhau và với
các công việc phụ trợ theo trình tự công nghệ thi công quy định. Thời gian thi công của các
công việc được xác định căn cứ vào biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công đã lựa chọn. Vì vậy,
có thể giả thiết hết sức hợp lý rằng, phương pháp kỹ thuật – tổ chức thi công cùng với thời gian
thi công của từng công việc riêng biệt được xem là đã “tối ưu” [6].
3.2. Luận điểm 2
Một kế hoạch tiến độ thi công được xây dựng từ các biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công
hợp lý nhất cho từng công việc thành phần không nhất thiết là kế hoạch tốt nhất về mặt thời gian
hay chi phí, hay cả hai. Đây là điều hết sức rõ ràng, đã được chứng minh trong Lý thuyết Quy
hoạch lịch và trong thực tế. Với các biện pháp kỹ thuật và tổ chức hợp lý nhất đã thiết kế cho
từng công việc thành phần, người ta luôn có thể xây dựng nên nhiều kế hoạch tổng tiến độ thi
công khác nhau với thời hạn và chi phí xây dựng công trình khác nhau [5].
3.3. Luận điểm 3
Nghiên cứu các chi phí xây dựng trong mối quan hệ với thời gian xây dựng, có thể chia các
chi phí xây dựng thành các chi phí trực tiếp, các chi phí gián tiếp và các chi phí chung (khác với
khái niệm chi phí chung đang dùng ở Việt Nam hiện nay) [2].
Các chi phí trực tiếp là các chi phí có liên quan trực tiếp tới việc hoàn thành các công việc,
bao gồm các chi phí về vật liệu, nhân công và máy thi công. Từ góc độ của thầu chính khi thiết
kế tổ chức thi công, các chi phí cho thầu phụ cũng được coi là các chi phí trực tiếp. Nói chung,
các chi phí cho vật liệu và thầu phụ được xem là cố định còn các chi phí cho nhân công và máy
thi công là biến đổi hay phụ thuộc vào thời gian xây dựng.
Các chi phí gián tiếp là các chi phí không có liên quan tới việc hoàn thành một công việc
cụ thể nào mà liên quan tới nhiều công việc khác nhau. Đó là các chi phí bắt buộc khi tiến hành
thi công xây lắp công trình, không phụ thuộc vào khối lượng công việc cần hoàn thành như các
chi phí phục vụ thi công, phục vụ nhân công, quản lý trên công trường v.v... Hầu hết các chi phí
này phụ thuộc vào thời gian xây dựng.
Các chi phí chung là các chi phí liên quan tới việc vận hành bộ máy hành chính và quản lý
của công ty mẹ như khấu hao các tài sản cố định, lương, chi phí văn phòng v.v... của bộ máy
gián tiếp trên công ty mẹ. Đây là các chi phí liên quan tới việc thi công tất cả các công trình của
công ty và thường được bỏ qua khi nghiên cứu sự phụ thuộc của chi phí với thời gian xây dựng
một công trình. Ngoài ra, cần phải tính tới lợi nhuận kế họach và khoản lãi phải trả cho vốn vay
để thi công công trình.
Việc nghiên cứu, phân tích mối quan hệ giữa chi phí và thời gian xây dựng sẽ làm rõ ảnh
hưởng của việc thay đổi thời gian xây dựng tới chi phí và do đó cho phép người thiết kế đưa ra
các quyết định đúng đắn. Mối quan hệ giữa các thành phần chi phí này với thời gian xây dựng
được thể hiện khái quát trên hình 2 và được giải thích kỹ hơn ở các mục sau.
Chi phí Tæng chi phÝ
Chi phÝ
nhá nhÊt
Thêi gian øng víi
chi phÝ nhá nhÊt
Thêi gian
x©y dùng
Chi phÝ c¬ héi
Chi phÝ gi¸n tiÕp
Chi phÝ trùc tiÕp
Hình 2. Mối quan hệ của các thành phần chi phí với thời gian