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岩土研究院

建筑结构优化设计以及造价影响的关联分析

640 2020-12-07 17:42:53

摘要:优化建筑结构设计是有效控制工程造价的重要手段,工程造价的控制,贯穿于整个工程建设的全过程。当投资的项目一经确定,设计就是决定工程造价的关键。优选设计方案需要考虑到该项目的经济与可行,才是确保工程造价合理的前提保障,也是关键所在。针对不同的地质情况,以最优造价为目的,优化建筑结构设计,选择合理的结构类型,才能达到经济实用的目的。

关键词:建筑结构设计;优化设计;造价


通过分析我国现行建筑工程造价的构成,可以看出占最大比例的是建筑安装工程费。然而,建筑安装工程费的多少却取决于设计阶段,即设计时应用的技术含量及对工程造价的设计优化状况。通过结构优化设计,减少不必要的经济损耗,是建筑结构发展的必然趋势。

在工程建设过程中的三大阶段,主要包括了对于项目的设计、决策以及实施。而项目关键的投资控制在设计与决策者两方面,当项目投资的决策做出之后,设计就成为整个工程的关键所在。对于建筑进行设计主要目的在于建筑结构设计方案的实现,而优化设计,在整个工程造价中起到了至关重要的作用。


1、建筑结构设计对造价的影响要素

1.1、建筑结构设计方案直接影响投资

相对于整个建设工程来讲,设计所需费用仅仅不到1%,但是正是因为这不到1%的设计费用影响高达65%之上的投资。在对单项工程所需花费进行计算的时候,对于建筑使用的材料以及结构方案的选择都有着不同程度的影响。例如在建筑结构的设计当中对于基础类型的选用以及对于建筑的结构形式选择以及规范上都存在技术方面的经济分析问题。


1.2、设计方案对于经常性费用有着一定的影响

对于建筑项目建设一次性投资中,建筑结构设计有一定的影响,另外对于使用阶段的经常的使用费用也有着影响,例如维修、照明能源、清洁等方面。而经常性使用的费用与一次性的投资费用是成反比的。但是通过设计人员的精心设计与努力,只要找寻到两者之间最佳的结合点,才能够确保建设使用最低的费用。


1.3、设计质量对于投资有着间接的影响

在建筑工程质量事故的影响当中,设计占据的比例为第一,大约20%。为数不少的建筑产品由于设计不够合理,会影响到产品的正常使用;对于设计图纸深度要求过低,考虑项目功能的不够全面,工艺要求不甚了解就出来的设计图,往往在施工时会产生矛盾,而导致停工、返工现象严重,甚至是给建筑带来安全隐患或者是质量方面的缺陷,从而造成不必要的投资浪费,而将工程造价提高。


2、基于投资控制视角的建筑结构设计管控措施

本文基于投资控制视角,提出建筑结构设计阶段的管控措施。

2.1、推行限额设计

限额设计是建设项目投资控制的一项关键措施。确定合理的限额设计目标非常重要。目标过高难以实现,目标过低会失去限额设计的意义。初步设计的限额设计目标是在初步设计开始前,根据批准的可行性研究报告及其投资估算确定的;同样,施工图设计的限额设计目标是在施工图设计开始前,根据批准的初步设计文件及其投资概算确定的。在整个设计过程中,设计人员应与造价管理人员密切配合,做到技术与经济的统一。设计人员要以投资有效控制为出发点,进行方案论证和比较,不断优化设计;造价管理人员要做好协同,及时为设计人员提供有关信息,力求使设计方案所要求的投资控制在预订目标之内。


2.2、发挥设计监理体制的有效作用

构建设计监理体系是设计优化的重要保障。设计监理主要是以投资限额为控制目标,按投资方提供的“设计依据与基础资料”,重点做好以下工作:

1)抓好初步设计阶段的项目设计方案,进行施工工艺及技术、主要设备及材料等审查工作,实现投资控制目标。

2)抓好施工图设计阶段质量监控及预算控制,审查项目设计的功能、布局、施工技术可行性、工程造价经济性等,及时纠正设计偏差。

3)严控不合理的设计变更,确保按图施工。


2.3、运用价值工程分析法

价值工程(Value Engineering,VE),着眼于寿命周期成本,降低生产成本及使用成本,是提升经济效益的管理方法。价值工程侧重于功能分析,以满足应用者“功能需要”为目的。通过功能分析能客观判定项目功能,找出实现“满足功能”的理想方案。价值工程分析需进行多方协作,运用各方面知识及经验,发挥集体智慧,最终找出提升产品价值的可行方案。


3、优化设计降低建筑工程造价,提高投资效益

(1)对于建筑结构设计来说,需要最大程度的满足建筑的空间高度、内部平面、里面等等的使用功能以及对于建筑外观的审美要求。例如:一幢好的建筑物从它的设计之初到真正的施工完成,需要考虑的因素多种多样。有构件的布置、有结构体系的选择、也有材料的选取等等,都会不同程度的影响工程造价。

(2)随着时代的发展,当代建筑的不规则性、复杂化已经越来越明显,因此在结构设计应当尽量的做到使建筑体型产生规则的结构效应。使传力、刚度中心尽量接近或重合,结构就基本具备了规则的条件。结构传力途径需要直接而简单,否则在空间关系的复杂部位就会有多次转换的结构构件出现,但是如此工程造价就会提高,在安全方面也容易出现问题。多种多样的结构传力,支撑构件也可以考虑到传力途径是否合理进行相应的变换。对于传力途径的选择最直接、最简单,不但可以将中间传力的结构构件省去,更多的是能够将结构的安全风险降至最低,最终使得结构受力更加明确,而且工程造价也相对经济。

(3)应充分 理解和灵活运用规范条文。现在地下结构的设计越来越重要,更要讲究合理与经济。例如:在允许的条件下,同一设计方案既可以选择人工挖孔桩,也可以选CFG桩地基处理,通过对设计人员提供的前期的设计材料测算,人工挖孔桩比CFG桩每平方米便宜100元左右。当然对于建筑方案中,涉及到了不同的抗震区域的时候,也需要针对实际情况,采用抗震最合适的等级来调整建筑结构方案。

(4)对于建筑物的造价来讲,地面之上的结 构形式也 有一定程 度的影 响。例如:某一砼框架厂房,在满足工艺、功能要求的前提下,层高由13.3 m降到12 m,通过测算得知他的结构单方造价大约下调1.9%~2.2%,同时由于层高的降低而带来其他采暖,通风、照明等一系列造价的下降。因此考虑到建筑物各种各样的类型、建成之后的功能、使用途径等等,不同的优化结构方案解决措施的提出,再通过各种优化方案之间的比较、择优,才能够确保建筑物结构的安全,又能够节约工程造价。


4、新技术、材料的应用直接影响造价

4.1、新技术的应用

自适应被动控制技术是近十多年来得到广泛研究和应用的一项新技术,在日本等经济发达国家被广泛采用。对高层结构而言,这种技术具有很大的优势。其主导思想是将建筑物的基础与主体之间用一种特殊的橡胶垫即所谓的隔震垫隔开,使基础和主体结构之间的刚性连接变成柔性连结,在地震等灾害荷载作用下,由于橡胶垫对变形的适应性,使得结构抗震能力显著提高,一旦发生地震,可大大减轻地震力对上部主体结构的影响。因此,整个结构受力构件的配筋及截面尺寸都可以减小,抗震设计级别可以降低,从而降低工程造价。

除自适应被动控制技术外,还有一些其它的新技术,也会起到降低造价的目的。特别是一些新的施工工艺、施工方法,对节约造价意义十分明显。设计者如果能够结合施工进行设计,会取得明显的效果。


4.2、新材料的应用

保温隔热是我国北方民用建筑结构设计必须考虑的制约因素,由于北方冬季温度较低,室内与室外温差较大,材料的保温性能直接影响建筑的工程造价。以广泛采用的砖混结构为例,由于砖混结构的保温性能不好,设计时必须增加墙体厚度,以达到保温隔热的目的。如果采用空心砖或具有更好隔热性能的建材,对减少墙体厚度、降低工程造价,会起到积极的作用。


4.3、其它因素

除上述提到的各种影响因素和技术外,其它一些因素也将对造价产生影响,如层高设计,国外商用建筑大多采用高层高设计,而民用住宅则采用低层高设计,特别是人口密度相对较集中的地区,这一设计理念就更加明显。以新加坡为例,商用建筑的层高多数在5m以上,而民用住宅的层高则低许多,在满足建筑功能的前提下,适当降低层高,会大大降低工程造价。有资料表明,层高每下降10 cm,工程造价降低1%左右,墙体材料可节约10%左右。因此,对民用建筑在国家标准允许范围内降低层高,也将起到降低工程造价的目的。


5、结语

从优化工程造价角度分析,民用建筑结构的设计是一个较大的系统工程,涉及结构、材料、新技术及装修设计等诸多方面。因此,只有对工程设计及工程造价进行优化设计,选择合理的设计方案,才能达到降低工程造价的目的。