摘要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目施工線程的嚴(yán)格控制，提高施工建設(shè)質(zhì)量，基于造價(jià)約束構(gòu)建高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估模型。利用造價(jià)約束參量的模板匹配方法，評(píng)定高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量，計(jì)算高層建筑的綜合性能。根據(jù)層次分析法的基本原理，得出各層次的指標(biāo)權(quán)重，對(duì)工程造價(jià)的預(yù)測(cè)約束參量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)歸一化處理，完成基于造價(jià)約束的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估模型的設(shè)計(jì)。

Abstract： In order to achieve strict control over the construction thread of the project and improve the quality of construction， a steel structure consumption evaluation model for high-rise buildings is constructed based on cost constraints. Using the template matching method of cost-constrained parameters， the steel structure of high-rise buildings is assessed and the overall performance of high-rise buildings is calculated. According to the basic principle of the analytic hierarchy process， the index weights of each level are obtained， and the standardized normalized processing parameters of the project cost are calculated. The design of the steel structure usage evaluation model for high-rise buildings based on cost constraints is completed.

關(guān)鍵詞：高層建筑;工程造價(jià);建筑結(jié)構(gòu);指標(biāo)函數(shù)

Key words： high-rise building;engineering cost;building structure;index function

中圖分類號(hào)：TU723.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）17-0046-03

0? 引言

在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑質(zhì)量和工程造價(jià)會(huì)隨著建筑的增加產(chǎn)生制約關(guān)系，而在高層結(jié)構(gòu)規(guī)劃中，建筑的質(zhì)量與工程造價(jià)相互約束，這兩者之間的關(guān)系，會(huì)隨著其中一項(xiàng)的變化而復(fù)雜化。為了實(shí)現(xiàn)以最低造價(jià)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)建筑質(zhì)量效益，基于造價(jià)約束構(gòu)建高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估模型。傳統(tǒng)的評(píng)估模型在造價(jià)成本的計(jì)算上缺乏可靠性和精準(zhǔn)性，會(huì)直接影響建筑質(zhì)量與工程造價(jià)之間的最佳配比，同時(shí)還會(huì)影響建筑本身的質(zhì)量和強(qiáng)度。目前，大部分城市建筑采用鋼筋混凝土作為基本建筑材料，所以需要嚴(yán)格要求鋼結(jié)構(gòu)的成本控制與建筑質(zhì)量之間的配比關(guān)系[1]。

在建筑的過(guò)程中，工程造價(jià)是影響建筑成本控制和建筑質(zhì)量的重要因素。在大型建筑工程項(xiàng)目管理中，影響項(xiàng)目質(zhì)量與進(jìn)度的關(guān)鍵因素就是工程造價(jià)。此次，利用造價(jià)約束參量的模板匹配方法進(jìn)行參數(shù)信息的融合。在根據(jù)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估，分別對(duì)執(zhí)行工程結(jié)算、竣工結(jié)算進(jìn)行工程造價(jià)的預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目施工線程的嚴(yán)格控制，提高施工建設(shè)質(zhì)量，避免工程浪費(fèi)的目標(biāo)。

1? 基于造價(jià)約束的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估模型設(shè)計(jì)

1.1 評(píng)定高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量的綜合效益

鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料都是相同的，土質(zhì)為黏土，結(jié)構(gòu)造價(jià)主要包括地基基礎(chǔ)處理費(fèi)用和地下室以及上部結(jié)構(gòu)的造價(jià)。由于結(jié)構(gòu)造價(jià)對(duì)工程總體成本的影響較大，就需要向工程投入更多的事物和資金，這也是開(kāi)發(fā)商關(guān)心的問(wèn)題，每個(gè)高層建筑采用的結(jié)構(gòu)體系是不同的，有的會(huì)采用輕質(zhì)材料，上部結(jié)構(gòu)重量輕，基礎(chǔ)受力較小，因此，需要與鋼結(jié)構(gòu)體系相比較，基礎(chǔ)受力較大。就需要按照層次分析法，評(píng)估高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量的綜合效益。

為了評(píng)定高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量的綜合效益，將以舒適型住宅為例，計(jì)算步驟如下所示：

第一步，計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)、鋼砼結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)的性能指標(biāo)[2]。假設(shè)三種結(jié)構(gòu)住宅的評(píng)定項(xiàng)目相同，也就是說(shuō)環(huán)境及綠化相同，且都按100分計(jì)算。

第二步，計(jì)算成本比指數(shù)，根據(jù)公式（1）計(jì)算三種結(jié)構(gòu)的性能成本指數(shù)，計(jì)算公式如下所示：

其中f表示計(jì)算成本比指數(shù)，bmax表示總得分指數(shù)，bmin表示總性能指數(shù)。應(yīng)用公式（1）計(jì)算住宅的綜合性能，評(píng)定高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量的綜合益。

在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，要適當(dāng)布置梁格體系，充分發(fā)揮鋼管混凝土和鋼管這兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)占有很大的優(yōu)越性，不僅具有圓鋼管混凝土的優(yōu)點(diǎn)，還有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，特別是在高層建筑中，主要用于新型的全裝配宅體系的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，還有其他結(jié)構(gòu)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，第一，具有較好的承載能力，抗震性能較好，可以增強(qiáng)住宅的安全性。第二，防腐防火性能好，可以提高住宅的耐久性。在工程造價(jià)上，有更客觀的經(jīng)濟(jì)效益。第三，鋼結(jié)構(gòu)的延展性較好，在鋼結(jié)構(gòu)受到動(dòng)力沖擊荷載被破壞時(shí)，能夠吸收較多的能量，從而降低和減少脆性破壞。尤其是在高烈度地震區(qū)，使用鋼結(jié)構(gòu)更為有利。鋼結(jié)構(gòu)體系施工周期短，可大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短投資資金的占用周期，從而提高資金的投資收益。

1.2 建立評(píng)估指標(biāo)

首先，應(yīng)根據(jù)高層建筑性能評(píng)定體系各因子之間的隸屬關(guān)系，以及完善的層次結(jié)構(gòu)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，也就是將各因素分層次的建立一個(gè)完善的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。這樣就能夠了解各因子的位置關(guān)系。因?qū)ι唐纷≌M(jìn)行評(píng)定時(shí)，需要考慮較多的因素，故應(yīng)分清主次，從住宅性能出發(fā)，選取起決定作用的因素來(lái)建立評(píng)價(jià)體系。

其次，根據(jù)建筑的高度和層數(shù)劃分指標(biāo)體系，分為高層住宅、多層住宅和低層住宅。全裝配方鋼管混凝土住宅結(jié)構(gòu)體系由承重結(jié)構(gòu)和維護(hù)結(jié)構(gòu)組成，承重結(jié)構(gòu)體系采用框架體系和框架—支撐體系，鋼結(jié)構(gòu)對(duì)核心輕混凝土產(chǎn)生緊箍力，使得混凝土三項(xiàng)受壓，在一定程度上會(huì)延緩混凝土微裂縫的擴(kuò)展，這樣抗壓強(qiáng)度就會(huì)得到明顯的提升。鋼管本身可以作為耐側(cè)壓模板，不但可以減少施工工序，還能縮短建設(shè)工期。

全裝配的理念就是將全部構(gòu)件按照需求在工廠預(yù)制，然后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝施工，全裝配化制造可以有效避免高層建筑的缺點(diǎn)，加快施工的速度，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。鋼結(jié)構(gòu)是最符合全裝配合化施工的結(jié)構(gòu)體系，只需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)連接就可以形成全鋼結(jié)構(gòu)。對(duì)于鋼管混凝土的計(jì)算，本文提出等效鋼柱計(jì)算理論，該方法將鋼管混凝土視為統(tǒng)一的一種組合材料，只需要在不改變鋼管橫截面面積的情況下，將填充混凝土作為對(duì)鋼管混凝土的屈服強(qiáng)度的提高，一次來(lái)?yè)Q算求得等效鋼管的性質(zhì)，換算公式如下所示;

其中z表示軸心受壓構(gòu)件的承載力，y表示軸心受壓構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值，Ns表示系數(shù)，Ns為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，一般工業(yè)與民用建筑的安全等級(jí)取二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為20年。

最后，根據(jù)一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)和三級(jí)指標(biāo)對(duì)高層建筑住宅功能層次進(jìn)行分析，具體含義如下所示，一級(jí)指標(biāo)指影響住宅第一級(jí)影響因素，主要包括住宅的適用性和耐久性。二級(jí)指標(biāo)指下級(jí)影響和控制指標(biāo)。三級(jí)指標(biāo)指滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求和施工質(zhì)量等[3]。

根據(jù)指標(biāo)，建立各層次指標(biāo)權(quán)重。首先要根據(jù)判斷矩陣，計(jì)算權(quán)重值是判定上層元素是否與本層產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的主要依據(jù)，在計(jì)算時(shí)，會(huì)受其他元素的影響，所以需要反復(fù)計(jì)算，保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，要依據(jù)層次分析法的基本原理，求出上層元素的最大特征值，最終根據(jù)單排序結(jié)果，計(jì)算出各層次的指標(biāo)權(quán)重[4]。計(jì)算判斷矩陣的最大特征根公式如下所示：

其中βmax判斷舉證的最大特征根，n表示判斷矩陣的階數(shù)，A為判斷矩陣，AW表示判斷矩陣的特征向量。根據(jù)公式（3），對(duì)一級(jí)和二級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣進(jìn)行一致性的指標(biāo)計(jì)算。需要注意的是，在計(jì)算的過(guò)程中，要根據(jù)住宅建設(shè)目的，選擇評(píng)估層次。在對(duì)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估時(shí)，需要了解各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重值并不是固定的，要根據(jù)住宅的種類和建設(shè)的目的，選擇不同層級(jí)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)[6]。在對(duì)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量經(jīng)濟(jì)分析的同時(shí)，還研究影響鋼結(jié)構(gòu)用量的主要因素，對(duì)其進(jìn)行分析，在研究的工程中，還要調(diào)整鋼材價(jià)格。對(duì)多層次的鋼結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行分析對(duì)比，保證鋼結(jié)構(gòu)住宅的造價(jià)符合工程的約束標(biāo)準(zhǔn)。

首先，確定層次分析法中各級(jí)指標(biāo)權(quán)重值，接著依照住宅性能測(cè)評(píng)指標(biāo)體系進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)體系主要分為兩類，一類為定量指標(biāo)，是需要按照數(shù)值的大小，評(píng)定對(duì)象優(yōu)劣狀況;另一類是定性指標(biāo)，是不可以按照計(jì)算數(shù)值大小評(píng)價(jià)對(duì)象優(yōu)劣狀況的。為了保證測(cè)評(píng)結(jié)果的公正性，就需要采用定量指標(biāo)，對(duì)住宅進(jìn)行經(jīng)濟(jì)行評(píng)定。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析時(shí)，還需要對(duì)多層磚混結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

1.3 實(shí)現(xiàn)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估

在大型的建筑項(xiàng)目中，影響工程造價(jià)的因素較多。本身各約束參量之間就存在關(guān)聯(lián)性，在進(jìn)行造價(jià)控制約束參量分析的過(guò)程中，需要衡量整個(gè)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量的成本和造價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。首先，根據(jù)各參數(shù)特征值，分析整個(gè)工程的造價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并得出成分信息特征進(jìn)行整個(gè)工程造價(jià)的預(yù)測(cè)。其次，對(duì)于約束條件下的建筑工程，要根據(jù)造價(jià)指標(biāo)函數(shù)，建立準(zhǔn)確的造價(jià)模型[7]。因此，需要對(duì)建筑成本的費(fèi)用投入指標(biāo)構(gòu)建非線性指標(biāo)函數(shù)，將得到的兩個(gè)指標(biāo)相結(jié)合，得到最優(yōu)用量指標(biāo)函數(shù)表達(dá)式，為公式

其中z表示鋼結(jié)構(gòu)投入指標(biāo)，xα表示鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸費(fèi)用，Yα表示造價(jià)指標(biāo)，在進(jìn)行計(jì)算后得到非線性最優(yōu)指標(biāo)函數(shù)，根據(jù)最優(yōu)評(píng)估結(jié)果的原則，構(gòu)建高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估模型[8]。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估模型流程如圖1所示。

根據(jù)圖1所示，基于造價(jià)約束的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估模型的分析，假設(shè)工程項(xiàng)目的參考?xì)v史數(shù)據(jù)為{xi}i=1，根據(jù)人工費(fèi)和機(jī)械費(fèi)等不確定因素，進(jìn)行信息融合，另外，要統(tǒng)一工程造價(jià)的預(yù)測(cè)約束參量，并得出項(xiàng)目的造價(jià)預(yù)測(cè)模型，描述公式如下所示：

其中v為工程項(xiàng)目中所用開(kāi)銷(xiāo)，i為工程項(xiàng)目的材料費(fèi)用，xi為評(píng)估模型對(duì)工程造價(jià)的影響因子[9]。應(yīng)用公式（3）計(jì)算工程造價(jià)開(kāi)銷(xiāo)的差距陣，為公式（6）：

其中c為差距陣，依據(jù)工程在施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)情況，進(jìn)行多維度影響因素的控制，構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估模型為公式（7）：

其中f（k）表示影響鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估的因子，k表示工程造價(jià)，運(yùn)用公式（7）進(jìn)行外部環(huán)境、資產(chǎn)回報(bào)等因素的影響計(jì)算后，再針對(duì)工程造價(jià)的主要變量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用評(píng)估模型對(duì)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量進(jìn)行評(píng)估，得出預(yù)測(cè)結(jié)果[10]。至此，完成基于造價(jià)約束的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估模型的設(shè)計(jì)。

2? 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

為了對(duì)本文提出的基于造價(jià)約束的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估模型進(jìn)行分析與驗(yàn)證，依托硬件平臺(tái)pentium Dual-Core，2.6GHz，運(yùn)用數(shù)據(jù)分析方法，以及l(fā)ab編程工具，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用量實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)估。將項(xiàng)目工程測(cè)試集分為五組，高層建筑造價(jià)財(cái)政投入的影響因子取值0.46，建筑環(huán)境與設(shè)施的關(guān)聯(lián)性約束因子取值0.36，采用本文設(shè)計(jì)的模型和傳統(tǒng)的評(píng)估模型進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，各項(xiàng)工程參數(shù)范圍如表2所示通過(guò)分析表2可知，參數(shù)1和參數(shù)5的工程造價(jià)成本出現(xiàn)了較大的波動(dòng)，這是由于受到工程造價(jià)不確定因素的影響。兩種模型的測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

3? 結(jié)束語(yǔ)

為了提高工程造價(jià)評(píng)估的可行性，基于造價(jià)約束構(gòu)建高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用量評(píng)估模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此模型能夠較精準(zhǔn)預(yù)測(cè)工程的造價(jià)，質(zhì)量效益不變的情況下，使得造價(jià)最低，節(jié)約工程成本。

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作者簡(jiǎn)介：鄒亞峰（1987-），男，河南平頂山人，助教，碩士研究生，研究方向?yàn)楣こ坦芾?、工程造價(jià)。