2015年全国大学生数学建模竞赛国家一等奖论文D题众筹筑屋规划方案设计模型

1众筹筑屋规划方案设计模型摘要在充分理解题意及合理假设的基础上，通过对问题的深入分析，我们建立了相关核算公式及非线性规划模型解决问题，并利用MATLAB进行计算。针对问题一：通过对附件中国家政策的解读，特别是对增值税的计算中，税率与扣除项的确定问题,分别建立了相应的数学公式,针对方案I，求得相关需要公布的核算数据：成本为92.091610元，收益为86.007310元，容积率为2.27522.28，增值税为81.618310元。针对问题二：为尽量满足参筹者意愿，首先将参筹者对各房型满意比例进行归一化处理，得到各房型套数的需求比例，其次将规划各房型套数归一化处理得建房套数规划比例。然后按最小二乘原则,以两种比例之差的平方和最小为目标函数，以各房型按规定的最低、最高套数和容积率不大于2.28作为约束条件，建立了非线性规划模型。最后运用MATLAB编程计算，得出了各房型建设规划方案（方案Ⅱ）总套数为1947套，各房型套数为：130，195，162，195，227，260，292，194，65，97，130相应一致性目标指数达到84.764510。再利用问题一的方法对上述方案进行全面核算得：容积率为2.22762.28，成本为92.05110元，收益为85.246610元，增值税81.738710元。针对问题三：通过对方案二的核算，得投资回报率为23.49%25%，未达到可执行要求25%，因此在问题二非线性规划的基础上增加回报率约束条件，重新用MATLAB进行计算，得调整后的方案：总套数为2017套，各房型套数为：139，197，135，200，234，275，309，162，89，131，146再次利用问题一的方法对上述调整方案进行全面核算得：回报率为25.01%，容积率为2.27912.28核算结果满足全部要求，可以被执行。上述非线性规划模型科学合理，计算精确可靠，符合建房要求和最大程序满足了众筹者的意愿，具有较高的参考价值。【关键词】回报率容积率非线性规划归一化处理2一、模型背景与问题的重述1.1模型的背景众筹筑屋是互联网时代一种新型的房地产经营模式，由于其建筑设计阶段用大幅低于市场价的优惠吸引用户参与众筹。用户通过众筹筑屋平台对建筑方案提出自己的意见并参与优化设计。因此，正确、及时的核算建房实际成本与收益、容积率和增值税等信息尤为重要。从而不仅为众筹者提供满意的住房条件，而且还能为开发商提供科学的决策依据一。1.2问题重述在建房规划设计中，需考虑诸多因素，如容积率、开发成本、税率、预期收益等。根据国家相关政策，不同房型的容积率、开发成本、开发费用等在核算上要求均不同，结合国家相关条例政策和本题具体要求，建立数学模型分析研究解决下面的问题：问题一根据方案I相关数据计算成本与收益、容积率和增值税等信息。然后对其建立模型对方案I进行全面的核算，帮助其公布相关信息。问题二通过对参筹者进行抽样调查，得到了参筹者对11种房型购买意愿的比例。为了尽量满足参筹者的购买意愿，请你重新设计建设规划方案（称为方案Ⅱ），并对方案II进行核算。问题三一般对于开发商而言，只有投资回报率达到25%以上的众筹项目才会被成功执行。根据问题二所给出的众筹筑屋方案Ⅱ能否被成功执行，需要通过建立相应模型进行具体分析说明。二、问题分析和基本思路2.1问题分析针对问题一，我们做以下几个方面考虑：（1）在成本的计算中，我们要考虑土地成本、转让房地产相关税金、开发成本、开发费用、增值税；（2）计算收益中我们可以采取总盈利减去总成本的方式进行核算；（3）计算容积率时，应该只计算“列入”房型建筑总面积；（4）计算增值税时，根据国务院颁布的《中华人民共和国土地增值税暂行条例》，我国土地增值税实行四级超率累进税率，因此如何确立税率是解决本题的关键。（5）计算增值税时，目前国家对于土地增值税的核算中，普通宅和非普通宅是分开的，（如果是其他类别则按规定将实际发生的成本，按照普通宅和非普通3宅建筑面积比，进行分摊计算）；（6）在计算土地税扣除项目金额时，根据国家规定，凡不能按房地产项目计算分摊利息支出或不能提供金融机构证明的，房地产开发商用按取得土地使用权所支付的金额和房地产开发成本规定计算的金额之和的10%以内计算扣除，对从事房地产开发的纳税人，取得土地使用权所支付的金额和房地产开发成本规定计算的金额之和加计20%扣除。针对问题二：要重新设计建设规划方案（方案II），也要从以下几个方面考虑：（1）计算出容积率、必须要低于国家的最大容积率要求。容积率越大，则居民舒适度越差，容积率越小，居民舒适度越好;（2）调查的满意比例越高，说明该房型越受参筹者接受，此房型就越好参与众筹；（3）我们在设计方案时，其容积率不能超过国家规定的最大容积率；针对问题三：需要在问题二的基础上，多考虑回报率达到25%的问题。2.2建模思路与思路流程图根据问题的题设和要求，我们要解决的是众筹筑屋规划方案设计的问题。规划方案设计问题是一类典型的优化问题。对于规划问题的求解步骤基本是：第一步，找目标函数；第二步，找约束条件；第三步，对规划函数进行求解。对题目仔细地分析后，我们确定规划后的满意比例与各房型建房比例的方差最小即为目标函数。当前满意比例可用进过规划比较容易的得到，难点是各房型比例的表达。我们分析关系，建立了顾客满意比例量化描述建设规划方案模型。当前满意比例和各房型比例描述好了，我们的目标函数也就形成了。约束条件的寻找相对比较容易，不过我们能从题目中得到的明显约束条件很少，可想而知本题有隐含的约束条件需要自己去挖掘。如果约束条件能够起到有效的约束作用，唯一剩下的就是借助计算机对规划模型进行最优求解。此外，为了目标函数和约束条件的顺利表述。我们在正式模型建立之前，做了大量完整而系统的模型准备工作，用量化的语言理清了各部分之间的关系。下面的思路流程图是我们文章结构的一个缩影，它完整而形象的反映了我们文章的建模思路。4图2.2.1建模思路流程图三、基本符号说明与基本假设3.1基本符号说明序号符号符号表示含义1tS土地面积2CS土地出让金3ikZ开发成本4zZ税金比率5ZB总增值税6ZS总收益7W回报率8R容积率9iZ售房款总收入，i=1,2,…,1110iA第i个项目建房套数511iN第i个房型面积（2m）12iS各房型建筑面积13ijX第i个房型j套建房套数14ijM第i个房型j套建房开发成本15ijD第i个房型j套建房的售价16pfSpS普通宅总面积，pf非普通宅总面积17pfLSpLS普通宅所占比，pfS非普通宅所占比18pfBpB普通营业税，pf非普通营业税19cpfScpS普通宅土地出让金，cpf非普通宅土地出让金20zpfZzpZ普通宅扣除额，zpf非普通宅扣除额21epfZepZ普通宅增值额，epf非普通宅增值额3.2基本假设（1）住宅类型属于“其他”的特殊类别，在最终增值税两类核算模式中，其对应开发成本，收入等因素不可忽略，可以按照已有普通宅、非普通宅建筑面积比，分摊后再计算；（2）“列入”是指其对应的子项目房型的建筑面积参与容积率的核算；（3）开发成本为“不允许扣除”表示其对应项目产生的实际成本按规定不能参与增值税核算；（4）参筹者每户只能认购一套住房；（5）房地产开发费用按最大的10%比例扣除；（6）如果其他条例与本文条例有冲突，以本条例的规定为准；（7）假设旧房及建筑物的价格算在，取得土地支付的费用中；（8）假设房地产开发商就是从事房地产开发的纳税人；四、模型的建立和求解4.1问题一64.1.1问题一模型的建立对于问题一，题目中要求公布成本与收益、容积率和增值税。通过对附件2中国家政策文件的解读以及相关资料的查阅，得出了以下几个计算公式：1．成本依据附件2国家政策，建房成本为土地开发成本、取得土地支付的金额cS、土地开发费用fC之和，其中土地开发成本=房型面积iN建房套数iA单位面积开发成本ikZ土地开发费用fC为总土地开发成本与取得土地支付的金额之和的10%，所以建房成本Z111iiikcfiZNAZSC111110%iiikciNAZS2．收益收益ZS=房型面积iN建房套数iA售价iZ-成本Z-土地增值税ZB-转让房款相关税金zZ，按照国家规定与转让房产的有关税金应按照收入的5.65%计算，即111111(15.65%)iziiiZSNADZZBZNADZZBiijiij3．容积率按政策规定，容积率为参与计算的建筑面积与土地面积之比，可表示为：容积率R=81iiitNAS参与容积率核算的总建房面积土地总面积即81iiitNARS4．增值税目前我国土地增值税实行的是四级超率累进税率，并且国家对土地增值税的核算中，普通宅和非普通宅是分开的（如果属于其他类别则按规定将实际发生的成本按照普通宅和非普通宅建筑面积比进行分摊计算），所以增值税ZB=普通房型增值税zpB+非普通房型增值税zpfB即zpzpfZBBB计算土地增值税是以增值额与扣除项目金额的比率大小按相适用的税率累进计算征收的，增值额与扣除项目金额的比率越大，适用的税率越高，缴纳的税款越多。所以，7要先计算出两种房型的税率。税率的确定受到增值额与扣除项目金额的影响，其公式如下：普通宅增值额epZ=普通宅总售价sjpZ+其他宅分摊普通宅总售价sjfpZ-普通宅可扣除金额zpZ即31019epipizpiiZNADlSNADZiijiij非普通宅增值额epfZ=非普通宅总售价sjpfZ+其他宅分摊普通宅总售价sjfpfZ-非普通宅可扣除金额zpfZ即81011111149epfipfizpfiiZNADlSNADNADZiijiij其中：其他分摊到普通宅的比为普通宅的占地总面积与普通宅和非普通住宅的总面积和的比值，得到普通宅分摊比可表达为：313811111114iiPiiiiNADiijLSNADNADNADiijiij同理，可得到非普通宅的分摊比811111143811111114iiPfiiiiNADNADiijLSNADNADNADiijiij根据国家相关规定及本题约束条件，可扣除项目为以下五个方面，即（1）取得土地使用权所支付的金额；（2）房地产开发成本；（3）房地产开发费用；（4）与转让房地产有关的税金；（5）其它扣除项目，如纳税人优惠加计扣除部分。因此，普通宅可扣除金额zpZ为普通宅取得土地支付的金额cpS，加上普通宅开发成本kpZ，加上普通宅土地开发费用fpC，加上普通宅税金pB，加上房地产企业纳税人优惠ypC。其中普通宅土地开发费用为普通宅开发扣除总成本和普通宅取得土地支付的金额之和的10%，房地产企业纳税人优惠为普通宅土地开发费用为普通宅开发扣除总成本和普通宅取得土地支付的金额之和的20%，公式可表达为：zpZcpS+kpZ+fpC+pB+ypC=（kpZ+cpS）130%+pB8同理，可得到非普通宅可扣除金额，公式表达为：zpfZkpfZ+cpfS+pfB+fpfC+ypfC=（kpfZ+cpfS）130%+pfB其中：（1）普通宅的总开发成本kpZ=普通宅可扣除房型面积iN建房套数iA单位面积开发成本ikZ其他在可扣除分摊到普通宅ikZ，即21019kpipiiiZNAZlSNAZiiikik同理可得，非普通宅的总开发成本kpfZ=非普通宅可扣除房型面积iN建房套数iA单位面积开发成本ikZ其他在可扣除分摊到非普通宅ikZ即71039kpfipfiiiZNAZlSNAZiiikik（2）转让房产有关税金按收入的5.65%计算，所以普通宅营业税pB=（普通宅可扣除房型面积iN建房套数iA单位面积开发成本ikZ其他在可扣除分摊到普通宅ikZ）5.65%，即310195.65%pipiiiBNADlSNADiijiij同理，非普通宅营业税pfB=（非普