論結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)工程造價(jià)的影響

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所謂方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，就是在原設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合新工藝和設(shè)備的使用，新材料的投入，進(jìn)行局部設(shè)計(jì)的改變，不僅使技術(shù)更可行，更加滿足功能要求，還能節(jié)約材料，使工程造價(jià)明顯降低。往往同一建設(shè)項(xiàng)目，同一單項(xiàng)、單位工程，可以有不同的設(shè)計(jì)方案，從而形成不同的工程造價(jià)，因此要通過方案優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行選擇，使之真正達(dá)到以最優(yōu)的設(shè)計(jì)、最經(jīng)濟(jì)的投資，建造最好的工程項(xiàng)目的目的。本文僅針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)工程造價(jià)產(chǎn)生的影響進(jìn)行探討。

　　在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不同方案的選擇及不同建筑材料的選用對(duì)工程造價(jià)會(huì)有較大影響， 像基礎(chǔ)類型選用、進(jìn)深與開間的確定、層高與層數(shù)的確定、結(jié)構(gòu)形式選擇等都存在著技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在滿足同樣功能的條件下，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)，可降低工程造價(jià)10%左右，有的可達(dá)20%.建筑結(jié)構(gòu)由基礎(chǔ)、柱、墻體、梁、樓板、屋面板等部分組成，各部分占工程總造價(jià)的比例不盡相同，結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化時(shí)對(duì)工程造價(jià)的影響也就不一樣，因此在方案優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)我們所考慮的重點(diǎn)要有所側(cè)重。下面就主要結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行舉例說明：

　　1）基礎(chǔ)：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的造價(jià)與工程所在地的地質(zhì)條件密切相關(guān)，其工期約占整個(gè)建筑物主體工程的25%-30%，造價(jià)約占總造價(jià)的10％-20％，基礎(chǔ)工程的重要性顯而易見。所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視地質(zhì)勘察報(bào)告的交底工作，選擇合理的基礎(chǔ)型式，控制基礎(chǔ)的截面尺寸與埋深。如兩座相臨的住宅樓工程，根據(jù)地質(zhì)勘探資料，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)承載力及埋深相同，地面以上部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也相同，均為6層磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積3236m²；地面以下部分選用兩種基礎(chǔ)形式，1# 樓過于考慮安全性，設(shè)計(jì)選用了鋼筋砼條形基礎(chǔ)，C20砼澆筑， M10水泥砂漿、MU10磚砌筑，基礎(chǔ)總造價(jià)為16.13萬元。在2#樓設(shè)計(jì)中，將基礎(chǔ)改為毛石條形基礎(chǔ)，用MU20毛石、M10水泥砂漿砌，基礎(chǔ)總造價(jià)為10.35萬元。通過對(duì)比，基礎(chǔ)建筑面積造價(jià)，1# 樓為49.86元/m²，2#樓僅為31.98元/m²。在兩樓樓型、結(jié)構(gòu)及使用功能相同的情況，地質(zhì)條件滿足安全使用的前提下，只將鋼筋砼條形基礎(chǔ)改為毛石條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)部分的造價(jià)減少了35.88%。這對(duì)整座住宅樓工程造價(jià)的控制起到了積極作用。

　　2）柱網(wǎng)布局與柱子：柱網(wǎng)布局是確定柱子的行距（跨度）和間距（每行柱子相鄰兩柱間的距離）的依據(jù)。一般來講，柱網(wǎng)尺寸在6-12m之間，柱距小則傳力路線短，上部結(jié)構(gòu)節(jié)省材料，但可能基礎(chǔ)費(fèi)用高，因而柱網(wǎng)布局是否合理，對(duì)工程的結(jié)構(gòu)造價(jià)有很大的影響。此外，柱子截面形狀及大小的選擇也對(duì)工程造價(jià)有著直接的影響。下面就柱子截面大小實(shí)例說明它對(duì)工程造價(jià)影響的程度。

　　某四層廠房根據(jù)工藝要求，在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用現(xiàn)澆鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，初始設(shè)計(jì)方案為：框架邊柱截面750mm×750mm，中柱截面750mm×1000mm； 框架梁截面統(tǒng)一為450mm×1900mm，受力主筋均采用Ⅱ級(jí)鋼筋。初始設(shè)計(jì)方案的主要消耗材料為： 框架梁混凝土130.82m³，梁受力主筋15179.4kg；框架柱受力主筋3654.2kg。初始方案的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總造價(jià)為19.12萬元。優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，以框架結(jié)構(gòu)尺寸和框架柱截面尺寸為常量，把框架梁截面高度尺寸為變量，并以模數(shù)50mm為步距進(jìn)行變化。當(dāng)框架梁截面高度變化時(shí)，框架梁自重及梁、柱配筋均相應(yīng)變化，結(jié)構(gòu)總造價(jià)也相應(yīng)變化。經(jīng)過分析，求得該四層廠房結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的主要參數(shù)為：框架邊柱截面750mm×750mm ，中柱截面750mm×1000mm，框架梁截面統(tǒng)一為450mm×1600mm。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的主要消耗材料為：框架梁砼110.16m³（比初始方案減少20.66m³），梁受力主筋17185kg（比初始方案增加2005.6kg）；框架柱受力主筋4482kg（比初始方案增加827.8kg）優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總造價(jià)為185823元。對(duì)比分析初始方案與最佳方案，該框架結(jié)構(gòu)總造價(jià)由19.12萬元下降到18.58萬元，僅主體結(jié)構(gòu)節(jié)省投資2.9%，經(jīng)濟(jì)效果比較顯著。

　　如果我們對(duì)柱子鋼筋連接方式進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，有時(shí)也能節(jié)省大量資金。某綜合樓設(shè)計(jì)時(shí)，柱子鋼筋采用電渣壓力焊接技術(shù)，從而可比搭接方法節(jié)省10％還要多的主筋，僅此一項(xiàng)可節(jié)省數(shù)十萬元之巨。

　　3）梁：矩形截面梁是最普通的受彎構(gòu)件，在設(shè)計(jì)時(shí)常被使用，但材料利用率很低。一是因?yàn)榭拷泻洼S的材料應(yīng)力較低；二是梁的彎矩沿梁長是變化的。由于等截面梁大部分區(qū)段應(yīng)力低，材料得不到很好利用，只有在軸心受力時(shí)，材料利用率才可提高。因此，設(shè)計(jì)時(shí)可采用平面桁架代替矩形梁，平面桁架相當(dāng)于掏空的梁，將梁中多余的材料掏去，這樣既經(jīng)濟(jì)，自重又可減輕。它還可發(fā)展為空間網(wǎng)架，材料的利用率就能大幅提高。某超大跨度工業(yè)廠房，設(shè)計(jì)時(shí)用桁架外形的設(shè)計(jì)代替矩形截面梁，經(jīng)濟(jì)上取得相當(dāng)好的結(jié)果。

　　4）砼及鋼筋的選用：除了要滿足結(jié)構(gòu)的需求外，應(yīng)力求方便施工，盡量減少砼標(biāo)號(hào)與鋼筋型號(hào)的種類。有的工程梁、板、柱采用不同的標(biāo)號(hào)，使施工難度加大，浪費(fèi)了材料，加大了采購成本。鋼管砼結(jié)構(gòu)是將砼填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的一種新型結(jié)構(gòu)，它將兩種材料有機(jī)地結(jié)合，可借助內(nèi)填砼增強(qiáng)鋼管壁的穩(wěn)定性，借助鋼管對(duì)核心砼的套箍作用，使核心砼處于三向受壓狀態(tài)，從而具有更高的抗壓強(qiáng)度和抗變形能力。鋼管砼與鋼結(jié)構(gòu)相比，在自重相近和承載力相同條件下，可節(jié)約鋼材近50%，并節(jié)約大量的焊接工作量。與普通砼相比，在保持鋼材用量相近和承載力相同條件下，構(gòu)件截面面積可減少約50%，材料用量和構(gòu)件自重相應(yīng)減少約50%。實(shí)踐證明在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，使用這些新工藝設(shè)備可大大降低工程造價(jià)。

　　方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，要把握好技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系，既要反對(duì)片面強(qiáng)調(diào)節(jié)約，忽視技術(shù)上的合理要求的做法，又要反對(duì)設(shè)計(jì)保守浪費(fèi)，只重技術(shù)，輕經(jīng)濟(jì)的思想。

　　根據(jù)現(xiàn)階段的情況，若要推行優(yōu)化設(shè)計(jì)，筆者有如下建議：

　　1、加大行政監(jiān)督和加快設(shè)計(jì)監(jiān)理工作。優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的推行，政府主管部門首先要重視，通過行政手段來保證優(yōu)化工作的實(shí)施，加大對(duì)設(shè)計(jì)市場(chǎng)的管理力度，建立和完善相應(yīng)法律法規(guī)，規(guī)范設(shè)計(jì)市場(chǎng)。其次建立設(shè)計(jì)監(jiān)理制度已成為形勢(shì)所迫，業(yè)主所需。目前還沒有客觀公正的“第三方”來監(jiān)理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)行，所以通過設(shè)計(jì)監(jiān)理的方式可以打破設(shè)計(jì)單位自己“控制”自己的單一局面。

　　2、建立必要的設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。為保證設(shè)計(jì)市場(chǎng)的公平競(jìng)爭(zhēng)，設(shè)計(jì)經(jīng)營也應(yīng)采用招標(biāo)投標(biāo)，并頒布相應(yīng)的法規(guī)條例。各地可以成立合法的設(shè)計(jì)招標(biāo)代理機(jī)構(gòu)，符合條件的項(xiàng)目必須招標(biāo)。招標(biāo)時(shí)對(duì)投標(biāo)單位的資質(zhì)、信譽(yù)、技術(shù)等方面進(jìn)行必要的資格審查，設(shè)立健全的評(píng)標(biāo)機(jī)構(gòu)，運(yùn)用價(jià)值工程等手段對(duì)備選方案進(jìn)行優(yōu)化選擇。設(shè)計(jì)單位為提高自身競(jìng)爭(zhēng)能力，在內(nèi)部管理上應(yīng)把設(shè)計(jì)質(zhì)量同個(gè)人效益掛鉤，促使設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)觀念，把技術(shù)與經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一起來，改變以前設(shè)計(jì)過程不算帳，設(shè)計(jì)完了概算見分曉的現(xiàn)象。

　　3、推廣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的形成，來源于大量成熟的、行之有效的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科技成果，是科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的必要途徑。優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，不僅優(yōu)化了設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)的盲目性，還將大大提高設(shè)計(jì)速度，有效降低項(xiàng)目的全壽命費(fèi)用。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中可以對(duì)一些重要的部位采取設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)限額制度，對(duì)一些設(shè)計(jì)部位使用“宜”或“不宜”等引導(dǎo)性語言提示設(shè)計(jì)人員對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，鼓勵(lì)他們?cè)谠O(shè)計(jì)中大膽使用新工藝和新材料。

　　綜上所述，結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程， 它真正體現(xiàn)了事前控制的思想，能起到事半功倍的效果，達(dá)到花小錢辦大事的目的。只要我們嚴(yán)格遵守“經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、合理”的原則，認(rèn)清優(yōu)化設(shè)計(jì)在造價(jià)控制中的重要性， 確定合理目標(biāo)，積極創(chuàng)造適宜條件，主動(dòng)采用科學(xué)的控制方法，就一定能搞好設(shè)計(jì)階段的造價(jià)控制。