正文 第52章 主要專業工程設計的經濟性2(2 / 3)

(3)建築部品兼容性和通用性標準明確了一種產品在生產或服務的係統中,為了能和其他產品一起工作(物理上或功能上)所必須具備的特性。采用標準化的建築材料、結構件、工程設備等經濟性體現在:①標準部品將使得供應商之間有效地競爭,降低了部品費用,同時也節省了大量的質量檢測費用;②標準部品可減少工程設計的工作量,提高設計效率;③標準部品可加快建造過程的速度,提高施工生產勞動效率;④對於標準的工程設備(如智能化設備、水電設備等),當技術發展後,用戶還可以方便地升級模塊,從而大大降低整個係統的過時風險;⑤建築生產過程中所使用的周轉性的設施(如施工機械、腳手、模板、支撐等)標準化,將使得這些設備和工具可以重複多次在許多工程中使用,提高其利用率和使用率。

(4)采用通用的技術標準和部品更有利於工程社會福利性的保證。建築技術關係到生態、環境、人類健康和安全等社會因素,建築技術的標準化是提高健康、環境質量和安全等社會福利的管理手段。最低的建築設計和建造質量標準保證了人類活動的建築安全性,最高的環境負因子(如排放噪聲、汙水、粉塵等)標準保證了人類居住和生活的健康水平。

3)可施工性

在工程實踐中,許多設計者僅僅出於設計的方便,而忽略工程施工的要求,或者在設計決策時采用了不適當的假設而沒有對未來的施工方法進行最優分析,造成後續施工過程的複雜性和難度,提高了工程施工費用,同時也可能降低了工程質量和可靠性。例如,基礎設計時設計許多單個基礎,基礎形狀複雜,底部標高不統一,加大了施工中的開挖、支模、回填的工作量和工作時間;鋼筋過密,混凝土澆築困難;梁柱尺寸變化太多,不便於施工;混凝土標號、鋼筋型號多,不便於現場組織和管理;狹小平麵內布置結構件,沒有考慮施工工作麵的需要;在外牆外保溫層上設計麵磚裝飾,麵磚難以粘貼,且牢固性很低;設計輕型多支柱結構、寬斷麵結構、側麵連接部件等,造成安裝部件多、接口多,施工困難且不利於建築物防火。

20世紀80年代,美國建築工業學會提出了“可施工性(可建造性)”(Constructability)的研究問題,致力於解決在工程設計中如何改善施工的便利性,以提高工程的質量和可靠性、減少勞動消耗、提高勞動效率、降低工程的措施性費用,從而降低工程的造價。國外文獻資料顯示,實施可施工性研究,可節省工程成本6%~10%,減少作業時間8.7%~43.3%(周和生、尹貽林,2010:P76)。實際上,上述列舉的一些常見的不利於施工的設計問題是完全通過合理的設計方案得以解決的,關鍵是設計者是否把可施工性作為設計活動的一部分並貫穿於設計全過程。設計師在設計時應充分考慮施工的難易程度,以及當前的工藝水平能否實現設計的預想或計算分析時假定的理想性能。設計師不能假定結構是以非常好的施工質量完成的,而應立足於目前普遍和正常的施工水平。在一般情況下,設計應使施工者能夠采用成熟和方便的工藝與方法,這對於降低施工費用和保證工程質量都是十分有益的。

美國建築工業學會研究報告《可施工性概念文件》中提出了在設計構型時要考慮的五個可施工性要素:①簡單。避免不必要的複雜性,這既不符合任何一方的利益,而且明顯增加了不滿意產品的可能性。②靈活性。設計應該規定要求的結果,但不應限製現場施工人員提出替代方法或革新途徑的可能性。③施工順序。設計應從設施平麵布置和間距仔細考慮,避免限製施工時隻能采取一種施工安裝順序。④替代方案或備選方案。特別是特殊材料的使用方麵,應考慮替代材料的備選方案,避免施工過程中因材料代換的施工程序性過程,而影響工期,並需要為修改設計而花費更多的支出。⑤勞動力技能與可用性。設計時要充分考慮目前的勞動力技能水平及數量是否能滿足工程產品的要求,無論是技術水平的不足還是可用性的缺乏都會對工程施工的質量和工期帶來重要的影響。

4)可維護性

目前,建築物可維護性或可維修性(Maintainability)問題在實踐中並沒得到應有的重視,設計中考慮不充分,相關的研究報道也罕見。而在其他領域,如電氣設備、機械、發電機組,可維護性和可靠性等並列成為設計產品的性能要求。根據建築工程的特點,本書將工程可維護性設計定義為:在工程重點部位、部件和設備管線等提供或預留必要的觀察、檢測、維護和維修條件和維修與調整空間,易損部件在質量合格前提下應具有維修、調整和修複性能及備品、備件的儲存場所。可維修性良好的建築物,應是能在最短的時間、以最低限度的資源(人力與技術水平、備件、維修設備和工具等)和最省的費用,檢測工程結構和設施是否處於良好的運營狀態,或者經過維護或維修使產品恢複到良好狀態。

在工程維護實踐中存在著許多維護性較差的問題,例如:由於一般工程結構件都是隱蔽性的,工程檢測中需要打開外表的裝飾麵層進行檢測;大多數高聳民用建築,考慮美觀等要求,也未預留維護人員進行觀察和維護的攀登設施;一些重點部位或部件受其他構件的屏蔽,而無法直接觀察或檢測;有些設計雖留有檢修孔,但隻是按規範要求的距離進行了設置,並沒有考慮觀察和維護的便利性;有些工程設計采用的材料或裝飾麵層,需要經常性的清潔和維護;有些工程設計的構造及采用的材料不易進行清潔和維護等。顯然,工程可維護性差,會大大增加檢測費用和檢測時間,也不易進行定期地目測觀察和檢查。以上海金茂大廈為例,其玻璃幕牆有0.8萬平方米,兩架擦窗機連續工作一年才能把所有的玻璃擦一遍,而且由於建築外形凹凸起伏太大,簷部又挑出很多,有的地方達3米以上,清潔玻璃異常困難。

工程具有良好的可維修性,一方麵可以極大地減少檢測和維修時間,降低檢測和維修費用,也避免對建築物外表進行剝離和重新修補所花費的費用;另一方麵可以提高維修效率,減少對工程運營和正常使用的影響;第三方麵便於對建築物進行定期的日常觀察,以利於及時發現建築物存在的安全隱患,並進行維修加固,保證工程適用性並延長其耐久性。建築物全壽命期的維修費用總和一般會超過建築物初期的造價,例如:上海部分高層建築全壽命期維修費是建設費用的3.17倍,美國某高層建築在設計壽命期限內使用維修費是建設費的2.43倍,原西德住宅在80年壽命期限內維修費是建設費的1.3~1.4倍,原東德大板住宅在80年壽命期內維修費是建設費的2.6倍(王曉鳴,1994:P5)。在設計中考慮建築物的可維修性,預留可維修條件和空間,幾乎無需增加費用或者隻需極少的費用,就可以為未來使用期間維護提供極大的便利性,節約全壽命周期費用。

隨著工程可維修性理論發展,建築可維修性將與可靠性等並列成為重要的工程性能標準,它既是工程可靠性的必要補充,又是保證工程適用性的重要措施和工程保修決策的依據,並作為評判工程設計優劣的一個尺度。工程維護性指導手冊也將納入到工程設計文件中,包括各部件的檢測和維護周期、維護級別、維護標準、維護安全規則、維護工具和備件等。工程設計中除了考慮工程在使用過程中的清潔、檢測、維護、維修的方便性外,還需要考慮可維護性監測、可維護性數據采集等,已在大型工程結構健康檢測中得到采用的現代傳感技術也將得到更廣泛的應用,最大程度地提高工程維護的高效性和便利性。住宅一類可標準化、產業化生產的建築產品,可維護性成為重要設計準則,工程設計將強調結構的簡單性、部品的可互換性(係列化、通用化、標準化)等,如正在試點運用中的中國支撐體住宅體係。

【例12.3】某高校新建校區2個組團10幢框架結構學生公寓工程的設計概算單位麵積造價高於同類工程的20%多,表明設計方案存在著明顯不合理之處。為此,對該設計方案組織了價值工程活動。價值工程小組由非參與本工程設計的建築、結構、水電、裝修專業的專業技術人員各1人,工程造價專業2人,校宿舍管理科2人,後勤服務科1人,學生代表2人組成。由一家谘詢機構負責活動全過程的引導工作。

價值小組將學生公寓的功能劃分為安全性功能、適用性功能和美觀性功能等,將其所確定的功能重要性係數按各部件發揮作用的程度分解到各主要部品中。各主要部品根據所含主要結構件按設計概算重新進行了分配概算造價,並計算出成本係數。

工程部品主要結構件功能係數成本係數價值係數基礎工程土方、基礎0.1010.0811.247主體框架鋼筋混凝土梁和柱0.3570.2861.248牆體牆砌體0.0960.0851.129流通空間走廊、樓梯、門廳樓地麵0.0110.1990.055居住空間居室內樓地麵0.1340.1121.196衛生空間衛生間樓地麵0.0550.0212.619水電工程給排水管道、強弱電線路、衛生潔具0.0110.0410.268門窗門窗框、門窗扇0.0630.0531.189屋頂屋蓋與防水0.0330.0510.647保溫與隔熱牆體保溫、屋頂隔熱0.0880.0322.750裝飾內外牆麵和天棚裝飾0.0510.0391.308從中可看出,流通空間、衛生空間、水電工程、屋頂、保溫與隔熱等部品價值係數偏離1較大。價值小組結合設計方案,進行分析找出了問題,並提出了若幹建議:

(1)流通空間:設計師為了追求工程的美觀,每個組團的宿舍之間設置了鋼結構連通走廊。學生代表認為這樣的鋼結構連通走廊並不能發揮多大使用功能,宿舍管理人員也提出連通走廊不利於宿舍管理,即使建成,將來最大的可能也是關閉停用。因此價值小組建議取消該連接走廊。經造價人員核算,僅此項就可節省造價近16%。另外,建築師認為樓內走廊的寬度和一樓門廳麵積比規範的要求要高,考慮到現在每間宿舍隻住4人,人流量較小,可減少尺寸。

(2)衛生空間:學生代表認為每個宿舍獨立的衛生間麵積太小,特別同宿舍學生集體行動的概率較大,衛生間使用極不方便。宿舍管理人員認為獨立衛生間由學生自行負責打掃,髒、亂、差現象普遍,對室內空氣質量影響也很大。價值小組建議,改變原設計采用近年來流行的學生宿舍獨立衛生間構造做法,采用公共衛生間構造,但不同於過去的一層樓設一個衛生間,每層設三個衛生間,既便於學生使用,也可在總麵積不變的情況下極大程度地提高利用效率,消除學生使用衛生間的擁擠感,同時也利於統一的清潔和管理。

(3)水電工程:經造價人員分析,水電工程與同類工程相比造價較高的原因是設計師采用了進口衛生潔具。價值小組認為,從工程的性質來看,隻要采用國產品牌潔具就可以滿足使用要求。同時,如采用公共衛生間構造,可減少衛生潔具的數量,同時也大量減少上下水管道數量。經測算,此項可節省造價3%左右。

(4)屋頂工程:經分析,主要是采用了高等級的防水構造和坡屋頂,考慮普通等級防水工程壽命較短,平屋頂隔熱效果較差,考慮到工程使用的性質和特點,建議保持現行的設計構造。

(5)保溫和隔熱工程:目前方案隻是在屋頂設置了保溫隔熱層和外牆麵做了保溫砂漿。價值小組認為,考慮到未來學生宿舍可能會增加空調設施,應按目前冬冷夏熱地區的節能設計外牆內保溫構造。估計造價將增加3%左右。

3.工程結構選型的經濟性策略

1)不同結構選型的經濟性比較

對同一建築物來說,采用不同的結構型式,耗用的人工和材料有很大差異。列出了不同結構類型之間的單位建築麵積工料消耗指標。框架結構消耗指標顯著高於磚混結構,而隨著框架結構複雜程度的提高,除木材外,其他各類消耗指標也明顯增加。不同結構類型之間的工料消耗指標與造價指標對比。

建築類型結構型式造價指標。

(%)每平方米主要工料消耗指標人工(工日)鋼材(kg)木材(m3)水泥(kg)民用建築多層磚混1004.2226.380.011179.49多層框架1093.8143.960.009200.00高層(14層以下)1253.8553.190.014206.85高層(15~25層)1774.8383.460.013290.00工業建築單層排架廠房1005.3745.170.010245.33多層排架廠房955.1655.540.008257.54資料來源:根據江蘇省建築工程造價估算指標整理(江蘇省建設廳,2002:P7、P11)工程采用什麼樣的結構類型對施工工藝與施工工期也會產生較大的影響。一般情況下,磚混結構由於可采用的施工工藝限製,機械化程度較低,所以與現澆結構、裝配式結構相比,其施工周期要長。對於現澆結構,隨著建築物或構築物體型複雜程度的增加,構件變化就越多,施工過程的規律性較差,施工難度使施工技術措施更為複雜,費用提高,工期也隨之延長,施工管理費用也將增加。當采用裝配式構件的結構類型時,由於預製構件較規範化,施工過程中的規律性強,施工工期也大大縮短。