1.影響工程材料與設備經濟性的要素
工程材料包括結構用材、水暖電管材與線材、通訊設備器材以及建築裝修材料等,工程設備包括給排水設備、暖通空調係統設備、消防係統設備、智能化係統設備和電氣係統設備等。影響工程材料與設備經濟性的要素包括以下幾個方麵:
1)材料的選用
工程材料品種繁多,一個工程部品可選用不同的材料,但在形式、強度、耐久性和可加工性等性能上差異較大,價格也相差懸殊。可見,工程材料的選用,直接影響建築物或構築物的堅固性、實用性、耐久性和經濟性。設計師應在對各種工程材料性能充分了解的基礎上,結合工程及部品在安全性、耐久性、美觀性等需求,正確選擇和使用工程材料。
裝飾材料磚牆勾縫水泥砂漿豆石水刷石白石子水刷石剁假石麵磚大理石造價指標(%)221001552032539644232資料來源:袁建新,1997:P312)材料的用量
材料用量在很大程度上影響到工程造價的高低。江蘇省建設廳的一項測算資料表明,多層建築工程造價中,材料費的比例為58%~64%,高層建築的該比例為62%~66%;材料費每增減10%或材料價格指數變化幅度為10%時,對多層建築造價的影響為6.1%~6.6%,對高層建築工程造價的影響為6.4%~6.8%(江蘇省建設廳,2002:P208)。因此,在工程設計實踐中,如何降低工程材料的耗用量是影響工程經濟性的一個重要工作。在前文中闡述工程構造和結構設計經濟性時,也特別強調了這一點。
3)設備的匹配性
工程設備一般附屬於建築物或構築物,所以一方麵它必須能夠為建築物的使用提供足夠的生活或生產服務保證,另一方麵它應與建築、結構及生產工藝設備相協調。此外,工程設備在工程總投資中占有較大的比重,給出的土建、給排水、電氣、通風空調和智能係統等設備工程在工程總投資比例的統計數據。為此,建築設備專業工程設計和設備選用既要滿足建築物使用者居住、學習或工作的舒適性、安全性、衛生和健康等方麵的需求,又要考慮建築與結構的協調性,同時還要考量其經濟性。在實踐中,工程設備專業設計需要與建築、結構等專業的設計進行密切配合,進行綜合設計,以求達到理想效果,使得建築物能夠高效、經濟地發揮為生產或生活服務的作用。
建築類型住宅辦公醫院賓館土建86.88%~94.03%68.50%~75.16%53.73%~89.98%52.55%~79.03%給排水2.02%~5.15%3.16%~5.78%2.45%~8.26%2.61%~15.06%。
建築類型住宅辦公醫院賓館電氣3.95%~7.97%4.64%~8.56%2.34%~10.43%3.78%~9.53%通風空調6.66%~14.07%4.11%~25.90%4.74%~23.58%智能係統2.96~8.46%1.13%~4.83%4.10%~10.64%資料來源:根據《江蘇省建築工程造價估算指標》中典型工程造價數據整理(江蘇省建設廳,2002:P25~120)4)能耗與低碳。
在10.1.4節中曾闡述過建築與能源消耗與碳排放之間的關係,那是從宏觀角度強調了采用節能保溫材料和低碳材料的社會效益和環境效益。從微觀角度看,在設計中考慮節能設計、采用節能保溫工程材料和節能設備也能保證建築物全壽命周期成本的最小化。
例如,以夏熱冬冷地區節能率為50%的保溫節能住宅為例,測算出每平方米建築麵積的年節約采暖耗電量16.31kW·h、節約製冷耗電量10.93kW·h(過程略),按峰值電價0.55元、穀值電價0.30元、家庭用電時段3∶7比例計算出加權電價為0.38元,年節省電費為10.35元/m2。節能技術使用生命期一般均在25年以上,以20年計算期、5%折現率計算,節省費用的現值為129元/m2。建築保溫節能構造門窗、屋頂和外牆等,經測算外牆保溫構造的貢獻率大約在50%,所以外牆保溫節省能耗費用現值大約在65元/m2。夏熱冬冷地區常用的幾種外牆保溫構造做法的造價指標,與能耗節省相對比,可見節能材料使用有較好的經濟效益,這裏的分析尚沒有考慮預期的能源價格上漲趨勢。對於空調使用頻率較高的一些公共建築和工業建築,其效益更為顯著。
外牆保溫節能技術外牆麵磚工藝每平方米,牆體外保溫造價(元)折算為每平方米建築麵積
外牆保溫造價指標(元)現場噴塗聚氨酯硬質泡沫塑料保溫節能體係9765加氣混凝土自保溫節能體係3926NK601W聚苯顆粒複合材料外保溫體係5335EIFS聚苯板薄抹灰外保溫節能體係4832注:住宅工程外牆麵積與建築麵積比約為1∶1.55)維護與更新。
由於不同種類的材料與設備,或同一種材料與設備不同品種或品牌在配方、配件和生產工藝上不同,使得不同材料與設備在性能上有較大差異。這種差異在建築物使用過程中就反映在維護、維修和更新的周期與費用上的差別。例如,內牆裝飾材料種類很多,如油漆塗料類、壁紙等裱糊類、大理石等石材類、釉麵磚類、大白漿等刷漿類和塑料貼麵板等飾麵板類等,各類材料在耐久性、美觀性、易清潔性、防水性和價格上都不相同。在設計中,需要根據工程性能的要求、維護費用和需要更新的周期合理進行選擇。如飯店、娛樂場所等建築中,室內裝修的更新周期為2~3年,所以選擇的裝修材料主要考慮美觀、耐髒、易清潔等要求,耐久性要求較低,可選擇裱糊類的低廉材料;寫字樓和高級賓館的大堂等建築裝修的更新期一般要在10年以上,要求高度的美觀性和保持常新狀態,所以通常采用大理石等石材作為裝修材料。
2.工程材料選用的經濟性策略
根據上述對影響材料經濟因素的分析,工程材料選擇可采取以下的經濟性策略:
1)了解工程性能要求,熟悉材料基本特征,選擇最適宜的材料
工程不同部品的性能要求各不相同,有些部品要求較高的強度、有些部品需要在較長的使用期內保持穩定性;對材料的要求也各不相同,有些需要較高的強度、有些需要在惡劣環境中保持較強的穩定性、有些需要很好的美觀性、有些需要特殊的表現形式等;不同的工程相同部品也會因使用的要求不同,性能的要求也不相同;建築物使用者對工程部品性能需要也有著差異。
因此,並不是材料強度越高、耐久性越長就越好,也不是材料價格低就越經濟。從全壽命周期費用最小化目標出發,應是那些與工程及其部品所處的環境、性能要求和使用者要求相適宜的材料才是最經濟的。在工程設計中,設計師要熟悉各類不同工程材料的基本特征,在充分了解工程性能要求的基礎上,選擇最適宜的材料是保證工程設計經濟性的重要策略。例如,工程結構件要長期承受荷載,需要工程材料具有較高的強度和耐久性;同時由於結構件占據的空間很大程度上影響著建築物的空間效率和建築物的自重,所以要減少結構體積就要選用高彈性模量的材料。通常,密度小、強度高的材料是比較理想的結構材料。
2)就地取材,盡量選用當地材料
一般商品運輸中,運輸費占貨價的30%左右。工程材料通常密度較高,材料費中運費比例更大。如砂、石等地方材料,價格不高,但運費卻占了1/2以上。因此,在工程設計前,設計師應當了解當地的材料供應情況,盡量做到就地取材,可以有效地節約材料運費,除低工程造價。此外,材料運輸過程中運輸工具會大量消耗能源,盡量采用地材,減少材料的運距,可以降低碳排放,取得較好的環境與社會效益。
3)掌握現代建築新技術和新材料,從設計源頭節省材料
現代建築技術的發展和各類新型材料的誕生,為節省工程材料提供了更大的空間。在工程設計中,設計師應了解和掌握建築技術與材料的最近發展,將一些成熟的新技術和新材料應用到工程設計中去,真正在設計源頭上節省材料、減少資源消耗,並提高工程產出效益。以結構設計為例,現代材料技術的發展大大改進了傳統的磚石結構、粗梁胖柱的鋼筋混凝土結構形式,新型的高效輕質牆體、輕鋼結構、薄殼屋蓋、拉索結構等都大大減輕了結構的自重,擴大了使用空間。例如,近年發展起來的大空間膜結構就是節約結構用材的一種典型。它是一種預應力空間整體結構,將結構與建築圍護部分融為一體,最大限度地發揮了材料的承載能力,構造出無柱的無限靈活的大空間,並創造了一種飄逸又剛勁有力的自然形態美建築外觀。
4)貫徹生態建築設計理念,節約能源與資源
現代生態建築設計理論將生態建築歸納為注重效益、崇尚自然、尊重科學等三個基本特征。高效益作為生態建築基本特征之一,它貫穿於設計、選材、運營直至壽命終結的全過程,表現在節約土地、節約原材料、節約能源、以可再生能源取代不可再生能源以及資源的循環再利用等多個方麵。用德國建築師英恩霍文的話說,就是“用較少的投入取得較大的成果,用較少的資源消耗來獲得更大的使用價值”。本書在有關工程設計經濟性問題的各章節也一直強調這樣的理念。
例如,有些建築設計中,利用立體綠化將植物作為建築外圍護體係的有機部分,並構成一種有效的節能措施。據測算,建築外牆綠化後,可使冬季熱量損失減少30%,夏季建築外表麵溫度比鄰近街道環境溫度降低5℃。德國建築師英恩霍文設計的埃森辦公樓,選用圓形平麵,以減少熱流失、優化光照,並降低了上部的風壓;采用雙層玻璃,以加強建築的自然通風和保溫性能。經測試,自然通風可達70%,節能可達30%(楊昌鳴、莊惟敏,2003:P97)。可見,工程設計中采用上述類似的這些被動式設計策略,不會過多地增加建設投資,但可以取得很好的節約能源和資源的效果。