（中關(guān)村人居環(huán)境工程與材料研究院，北京 100083）

0 引言

傳統(tǒng)鋼混結(jié)構(gòu)與磚混結(jié)構(gòu)房屋是我國的主流房屋體系，從2011年開始我國新建建筑面積每年超過25億m2，幾乎是全部發(fā)達國家年新建建筑面積的總和[1]。但與此同時，建筑質(zhì)量低、壽命短、耗資耗能超高，是我國整個建筑行業(yè)的現(xiàn)狀。

鋼結(jié)構(gòu)房屋是使用鋼材構(gòu)成建筑結(jié)構(gòu)的科技含量較高的一種房屋體系，在發(fā)達國家中應用十分廣泛，相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)房屋優(yōu)勢顯著，主要表現(xiàn)在自重輕、工業(yè)化程度高、干法施工、施工速度快且不受季節(jié)限制、抗震性能好、節(jié)能效率高、材料環(huán)保、回收利用率高等方面。其在國內(nèi)目前應用并不廣泛的原因主要在于其造價較高。

對于建筑來說，其作為一個產(chǎn)品從設計籌劃階段到建成投入使用，直至拆除，在其整個生命周期內(nèi)，并非只有建造成本。美國Veterans Affairs機構(gòu)統(tǒng)計，建筑的運營及維護成本能達到建造成本的7.7倍，建筑的全生命周期成本才是決策者真正應該考慮的成本因素[2]。

在新農(nóng)村建設全面推進的背景下和鋼產(chǎn)量持續(xù)過剩的現(xiàn)狀下，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)房屋不僅可以提升建筑質(zhì)量，降低建筑耗能耗資水平，更能緩解鋼鐵企業(yè)產(chǎn)能過剩的矛盾，拉動內(nèi)需的同時帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動住宅產(chǎn)業(yè)化的進程。

本文通過對農(nóng)村地區(qū)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅和磚混結(jié)構(gòu)住宅全生命周期成本的對比分析，希望給決策者提供更科學的成本參考。

1 住宅建筑全生命周期成本分析方法

全生命周期成本（Life Cycle Cost, LCC）指項目從前期準備、設計實施到竣工后的運營和維護，直至拆除回收，即從項目生命開始到生命結(jié)束的整個存在的時間范圍內(nèi)，所花費的成本和。

與此相關(guān)的定義還有全生命周期成本分析（LCCA）、全生命周期成本評價（LCA）、全生命周期成本管理等，這些理論從全生命周期的角度考慮，目標是分析、控制整個生命周期內(nèi)的成本，以求全生命周期成本最優(yōu)方案，可以作為實現(xiàn)建設項目全生命周期總成本最小化的方法貫穿于整個項目服務期內(nèi)，是可審計跟蹤的工程成本管理系統(tǒng)[3]。

1.1 全生命周期成本分析通用模型

通用的全生命周期成本公式可以表示為：

全生命周期成本計算中有兩個參數(shù)非常重要，分別是生命周期和折現(xiàn)率。生命周期一般指分析目標從設計、生產(chǎn)、使用直至壽命終結(jié)整個階段所經(jīng)歷的總共時間。在全生命周期成本分析中，不同階段的費用不能靜態(tài)評價，因為資金有其時間價值，需要引入折現(xiàn)率將項目遠期發(fā)生的成本轉(zhuǎn)化為現(xiàn)值，一般來說，折現(xiàn)率是按國民經(jīng)濟的社會折現(xiàn)率來取值[4]。

1.2 國內(nèi)住宅全生命周期成本分析重要參數(shù)確定

由于研究房屋成本是經(jīng)濟方面的考量，故本文選用房屋的經(jīng)濟生命為生命周期。有研究指出，20世紀60年代建設的住宅經(jīng)濟生命約25.6年，至2005年已達到56.3年，隨著近年建筑質(zhì)量的逐步提升，經(jīng)濟生命也會大幅增長[5]。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)住宅相比，輕鋼結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)秀的荷載及抗外力的能力，理論上其生命一般可到90年以上。但本研究中需要在同一生命周期參數(shù)下進行分析，鑒于實際使用情況，國內(nèi)普通住宅一般不會延續(xù)過長年限，且中國法規(guī)規(guī)定，建筑使用超過50年以后就要進行檢測、維修或加固，通過相關(guān)部門審批合格以后才能繼續(xù)正常投入使用，故本研究中以50年作為生命周期參數(shù)。

政府文件《建設項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)》最新版規(guī)定，我國目前有政府參與的建設項目社會折現(xiàn)率一般取值8%。但住宅生命周期達幾十年之久，用固定折現(xiàn)率來估計收益期較長的建設項目誤差較大。國外開始研究用遞減折現(xiàn)率的方法來更精確地預估全生命周期成本，但目前還未有成熟的動態(tài)折現(xiàn)率估計方法。國內(nèi)目前為了使計算結(jié)果更精確，對長期收益項目的折現(xiàn)率一般在社會折現(xiàn)率基礎上稍微下調(diào)，取值6%[6]。

1.3 國內(nèi)住宅建筑全生命周期成本分析模型

結(jié)合國內(nèi)房地產(chǎn)項目建設的特點，將國內(nèi)住宅的生命周期劃分為以下幾個階段：準備階段、建造階段、運營維護階段、拆除回收階段。建筑全生命周期內(nèi)，其成本在各生命階段均有發(fā)生。

根據(jù)國內(nèi)建筑使用習慣，運營維護階段的運營費用為年度周期發(fā)生，維護費用為非年度周期發(fā)生。此處引入折現(xiàn)率參數(shù)，使用動態(tài)估算模型將兩類費用的現(xiàn)值分別用不同數(shù)學方法進行折現(xiàn)換算。其全生命周期成本數(shù)學模型為：

式中：

Cp—準備階段成本；

Cb—建造階段成本；

Cm1—運營成本（年度周期發(fā)生成本包括能源、清潔等）；

Cm2—維護成本（非年度周期發(fā)生的周期替換、維修成本）；

Cs—拆除回收階段成本；

S—殘值；

PVj—年度周期成本的折現(xiàn)因子，計算方法為

PVk—非年度周期成本的折現(xiàn)因子，計算方法為

PV—期末折現(xiàn)因子，計算方法為PV=(1+r)-T；

T—生命周期；

n—非年度周期發(fā)生成本發(fā)生的次數(shù)；

f—非年度周期發(fā)生成本發(fā)生的周期；

r—折現(xiàn)率。

其中，建造階段成本根據(jù)項目工程的建設周期不同，還需考慮資金在建設期內(nèi)的利息，將建造投入資金轉(zhuǎn)化為建造初期的現(xiàn)值，來計算全生命周期成本。

2 兩種結(jié)構(gòu)體系住宅全生命周期成本對比分析

本文選取的樣本案例，需要盡量保證全生命周期過程各階段中都在相同地理位置、氣候水平、使用習慣等條件下進行分析對比。本文中磚混結(jié)構(gòu)與輕鋼結(jié)構(gòu)案例均選擇安徽某鄉(xiāng)村同等水平條件下的住宅。

2.1 農(nóng)村磚混結(jié)構(gòu)住宅全生命周期成本分析

磚混結(jié)構(gòu)目標案例選取安徽省某新農(nóng)村建設示范區(qū)塊由正規(guī)大型建筑公司承包設計建造的美麗鄉(xiāng)村示范工程中的某一戶型，見圖1。此示范工程在建造單位資質(zhì)、設計能力、施工監(jiān)理規(guī)范性、標準達標度、節(jié)地節(jié)材水平、政策法規(guī)符合度等方面處于國內(nèi)同類農(nóng)村房屋建設領先水平。

圖1 磚混結(jié)構(gòu)農(nóng)宅案例效果圖

此戶型為3層帶曬臺雙拼型農(nóng)宅，建筑面積466.36m2，工期6個月。交付狀況為毛坯，配基本管線、給排水管道、照明、基本插座及門窗。

1）準備階段成本

假設兩種體系房屋在同一地區(qū)、同一地塊上進行建造使用，對于兩種體系房屋共同發(fā)生的與成本差異無關(guān)項不進行詳細統(tǒng)計計算。由經(jīng)驗數(shù)據(jù)，假設磚混結(jié)構(gòu)前期準備成本Cp1(1)與輕鋼結(jié)構(gòu)前期準備成本Cp1(2)都為300元每建筑平米（以下計算過程如無特別說明，m2均為建筑面積），即：

此案例設計費用標準如下：規(guī)劃設計費用12元每建筑平米；施工圖設計費用19元每建筑平米。設計階段成本Cp2(1)為31元/m2。

以上，得出磚混案例準備階段成本Cp(1)為

2）建造階段成本

本文使用分部分項清單計價法對磚混案例進行估價，建造階段費用由清單（略）得出。磚混案例的建造費用為484373.87元。

由于輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點是竣工時已包含基本裝修，磚混案例工程竣工時為毛坯狀態(tài)，未包含裝修，考慮到兩者成本對比的平等性，故在此處將磚混住宅的裝修費用也計入建造成本中。裝修的標準設定為低于等于輕鋼案例室內(nèi)裝修標準，工期設為主體工程竣工交付后1個月內(nèi)完成。

按輕鋼案例裝修標準，以當?shù)刈畹蛨髢r下浮20%取值，得到466.36建筑平米磚混案例的裝修費用為186544元。

綜上，磚混案例建造費用670917.87元，即磚混案例建造階段費用Cb0(1)為1438.63元/m2。

假設案例工程在建造初期一次性付款，年利率6%，建造期6個月，裝修期1個月，共計7個月。磚混案例建設期利息Cb4(1)計算如下：

式中：

r—建造階段年利率；

k1—磚混案例建造階段計息次數(shù)。

磚混案例建造階段成本Cb(1)為：

3）運營維護成本

基于同一使用者相同的使用習慣和要求，在運營維護階段，兩種結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)生的成本差異項僅為由于結(jié)構(gòu)不同而造成的空調(diào)制冷采暖能耗差異及維護成本差異。本文假設只因使用者活動而與房屋結(jié)構(gòu)無關(guān)的能耗成本、物業(yè)成本以及垃圾處理成本都是相同的。

依據(jù)安徽省當?shù)匚飿I(yè)管理收費2016年新標準，農(nóng)村磚混結(jié)構(gòu)住宅每年物業(yè)管理費用Cm11(1)為4.8元/m2。

根據(jù)案例當?shù)剞r(nóng)村地區(qū)調(diào)查所得數(shù)據(jù)，磚混結(jié)構(gòu)住宅每年除采暖制冷能耗之外的能耗費用Cm13(1)約5元/m2。

磚混案例圍護結(jié)構(gòu)組成主要如下：單玻普通鋁合金窗戶；外墻結(jié)構(gòu)為240mm厚實心磚加內(nèi)外表面20mm厚水泥砂漿；平屋面結(jié)合坡屋面。其圍護結(jié)構(gòu)綜合傳熱系數(shù)約2.23W/(m2·K)。

根據(jù)現(xiàn)行《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》（JGJ134-2010）[7]中提供的對建筑能耗的估算方法，建筑耗熱量可由以下公式表示：

式中：

qB—建筑耗熱量（W/m2）;

qT—單位時間單位建筑面積圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量；

qN—單位時間單位建筑面積空氣滲透耗熱量；

qH—單位時間單位建筑面積建筑內(nèi)部得熱量，冬季取3.8W/m2，夏季取-3.8W/m2。

其中，

式中：

tn—室外平均氣溫；

te—室內(nèi)計算溫度；

δi—圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的修正系數(shù)；

Ki—圍護結(jié)構(gòu)綜合傳熱系數(shù)；

Fi—圍護結(jié)構(gòu)面積；

Ai—建筑面積。

式中：

C—空氣比熱容，取0.28Wh/(kgK);

ρ—空氣密度(kg/m3)，計算方法為

N—換氣次數(shù)，住宅取0.51/h；

V—換氣體積(m3)，住宅按0.6倍建筑體積計算。

國家氣象局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，安徽省冬季室外平均氣溫5℃，夏季室外平均氣溫30℃。此處住宅冬季室內(nèi)計算溫度取較低的18℃，夏季室內(nèi)計算溫度取較高的25℃。由式（3）、式（4）、式（5）計算可得，本案例夏季每小時建筑傳熱量11.15W/m2，每小時空氣滲透熱量2.99W/m2，夏季建筑耗能每小時17.94W/m2；冬季每小時建筑傳熱量28.99W/m2，每小時空氣滲透熱量8.25W/m2，冬季建筑耗能每小時33.44W/m2。取冬夏兩季都為90天，總計夏季耗能38.8kWh/m2，冬季能耗72.2kWh/m2，得出全年采暖制冷能耗111kWh/m2，結(jié)合安徽省階梯計價第一檔電價0.5653元/kWh，磚混案例每年制冷采暖能耗費用Cm12(1)為62.7元/m2。

以上可得出磚混案例每年運營費用Cm1(1)為以上三部分之和72.5元/m2。

根據(jù)式（2）計算磚混案例全生命周期運營成本現(xiàn)值CM1(1)如下：

案例住宅為建設在農(nóng)村地區(qū)的獨立房屋，在無意外或自然災害的正常使用情況下，一般針對住宅結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身發(fā)生的維護活動為修繕防水、更換瓦片、加固地基、墻面補漆、門窗修繕及替換等。根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一般磚混結(jié)構(gòu)農(nóng)村獨棟住宅的房屋構(gòu)件維護行為可認為發(fā)生周期為15年一次，均攤每次維護活動的費用Cm2(1)約150元/m2。

由于是非年度周期發(fā)生的成本，根據(jù)式（2）折算其維護成本的現(xiàn)值CM2(1)如下：

得到磚混案例全生命周期運營維護階段成本為運營和維護兩部分成本費用的現(xiàn)值和1242.6元/m2。

4）回收階段成本

磚混結(jié)構(gòu)住宅拆除階段會有大量不可回收利用的混凝土磚塊等建筑垃圾產(chǎn)生，垃圾清理和運輸費用發(fā)生較多。一般磚混結(jié)構(gòu)房屋拆除階段拆除費用、垃圾清理費用、運輸費用等總計費用可按建造成本的10%來估算，此處使用建造成本的現(xiàn)值估算拆除成本，不再進行折現(xiàn)換算。

磚混案例拆除回收階段成本Cs(1)為：

Cs(1)=Cb(1)╳10%=1489.74╳=149(元/m2)

5）殘值

磚混結(jié)構(gòu)房屋拆除后，可回收的部分很少，基本為一些金屬構(gòu)件，殘值由金屬構(gòu)件價值經(jīng)過折舊計算得到。通常房屋使用年限超過20年后，折舊率取值不大于5%，此處假設折舊率5%。

此處回收構(gòu)件價格由材料現(xiàn)價進行估算，不再進行折現(xiàn)換算。由建造期費用清單獲得金屬扶手、鋁合金窗的價格，估算磚混案例的殘值S(1)為2.08元/m2。

6）小結(jié)

根據(jù)以上計算，可得到磚混農(nóng)宅的全生命周期成本LCC(1)為

LCC(1)=331+1489.74+1242.6+149-2.08=3210.26(元/m2)

2.2 輕鋼結(jié)構(gòu)住宅全生命周期成本分析

為獲得全面、精準的數(shù)據(jù)，本文選取國內(nèi)某領先新型房屋設計建造公司的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅樣板案例，此案例設計成熟，且有實際應用，其材料及施工相關(guān)價格較詳盡準確，見圖2。

圖2 輕鋼結(jié)構(gòu)住宅案例效果圖

此戶型為2層獨棟輕鋼結(jié)構(gòu)住宅，占地面積115.1m2，建筑面積207.58m2，工期2個月。由于輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的裝配化程度高，工程交付時配基本管線、基本插座及門窗，并含基本裝修，使用前無需做太多裝修改動。

1）準備階段成本

前文已假設輕鋼與磚混結(jié)構(gòu)住宅前期準備成本一樣，即輕鋼案例前期準備成本Cp1(2)為300元/m2。

此輕鋼案例設計成本Cp2(2)為40元/m2。

綜上，得出輕鋼案例準備階段成本Cp(2)為：

Cp(2)=Cp1(2)+Cp2(2)=300+40=340(元/m2)

2）建造成本

按照輕鋼案例建造階段費用（以安徽省當?shù)夭牧稀⑽锪骷叭斯r格水平調(diào)整后）的清單表（略）計算建造期成本。輕鋼案例的建造費用417860 元，即建造階段費用Cb0(2)為2013元/m2。

輕鋼案例工期2個月，同樣假設工程在建造初期一次性付款，年利率為6%，輕鋼案例建設期利息Cb4(2)計算如下：

式中：

k2—輕鋼案例建造階段計息次數(shù)。

輕鋼案例建造階段成本Cb(2)為：

Cb(2)=Cb0(2)+Cb4(2)=2013+20.18=2033.18 (元/m2)

3）運營維護成本

輕鋼案例取與磚混案例同樣的物業(yè)管理水平和除采暖制冷外日常能耗水平。每年的物業(yè)管理費用Cm11(2)為4.8元/m2；每年除采暖制冷能耗外的能耗費用Cm13(2)為5元/m2。

輕鋼案例圍護結(jié)構(gòu)組成有：斷橋鋁鋼化雙玻外窗、輕鋼結(jié)構(gòu)墻體、結(jié)構(gòu)復合屋面等。計算圍護結(jié)構(gòu)綜合傳熱系數(shù)約0.5W/(m2·K)。

根據(jù)式（3）、式（4）、式（5），取與磚混案例同樣的采暖制冷溫度指標，計算得輕鋼案例每年制冷采暖能耗費用Cm12(2)為23.5元/m2。

以上可得出輕鋼案例每年的運營費用Cm1(2)為以上三部分之和33.3元/m2。

由式（2）計算其全生命周期運營成本現(xiàn)值CM1(2)如下：

獨棟輕鋼結(jié)構(gòu)住宅在實際使用中，無意外或自然災害的情況下，除了防水層、門窗修繕外，還有定期實施防腐維護。根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一般國內(nèi)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的維護行為可認為發(fā)生周期為10年一次，均攤每次維護活動的費用Cm2(2)約80元/m2。

由于是非年度周期發(fā)生的成本，根據(jù)式（2）折算輕鋼案例維護成本的現(xiàn)值CM2(2)如下：

根據(jù)以上分析，可得到輕鋼案例運營維護階段成本為運營和維護兩部分成本費用的現(xiàn)值和617.3元/m2。

4）拆除階段成本

輕鋼結(jié)構(gòu)房屋采用裝配式施工，拆除方便，回收利用率90%以上，拆除階段幾乎無廢棄物，幾乎無需垃圾處理費。一般認為輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的拆除費用約為建造費用的4%。

此處用建造費用的現(xiàn)值來估算拆除費用，不進行折現(xiàn)換算。輕鋼案例拆除回收階段成本Cs(2)為：

Cs(2)=Cb(2)×4%=2033.18×4%=81.3 (元/m2)

5）殘值

輕鋼結(jié)構(gòu)房屋拆除后，所有的鋼結(jié)構(gòu)、吊頂、保溫材料、門窗、龍骨等都可再次利用。此處取與前文同樣的折舊率5%，由建造期費用清單中提取可回收利用部件及材料的現(xiàn)值為201311.8元。對輕鋼案例的殘值S(2)計算如下：

6）小結(jié)

據(jù)上分析，可得輕鋼案例的全生命周期成本LCC(2)為

LCC(2)=340+2033.18+617.3+81.3-48.5=3023.28 (元/m2)

2.3 兩種結(jié)構(gòu)住宅全生命周期成本對比

對磚混結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)兩個住宅案例全生命周期各階段成本對比分析見表1。

表1 兩案例住宅全生命周期成本分析對比表

根據(jù)表1，可得到以下結(jié)論：

1）輕鋼案例全生命周期成本比磚混結(jié)構(gòu)更優(yōu)，磚混案例全生命周期成本比輕鋼高187元/m2，約為輕鋼案例全生命周期成本的6%。

2）輕鋼案例建造階段成本占全生命周期成本的67.3%，其后期運營維護成本較低；磚混案例建造階段成本占全生命周期成本的46.4%，其后期運營維護費用較高。

兩個案例的全生命周期成本差異主要發(fā)生在建造階段和運營維護階段，其中最大差異發(fā)生在運營階段中的能耗水平上。由于采暖制冷能耗水平的差異，磚混案例比輕鋼案例運營成本高了598元/m2，磚混案例制冷采暖能耗約為輕鋼結(jié)構(gòu)的2.67倍。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅比磚混結(jié)構(gòu)節(jié)能63%，是一種更為節(jié)能的房屋結(jié)構(gòu)。

3）輕鋼案例拆除階段成本只占全生命周期成本的1.1%，而磚混案例此階段成本占其全生命周期成本的4.6%，輕鋼結(jié)構(gòu)拆除階段成本比磚混結(jié)構(gòu)約低77%，可回收利用部分殘值約為磚混結(jié)構(gòu)的23倍，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅比磚混結(jié)構(gòu)更節(jié)約資源。

4）兩類住宅建造階段成本是全生命周期成本中的大比重項，與發(fā)達國家全生命周期成本研究中運營階段成本遠比建造階段成本高的結(jié)論相悖。分析原因是相較于發(fā)達國家?guī)缀趺磕甓紩Ψ课葸M行嚴格檢測和修繕的維護習慣，我國目前過于輕視對建筑的維護工作，這也導致了我國房屋使用壽命明顯低于發(fā)達國家。

5）隨著技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展，市場需求增加，規(guī)?；⑴炕a(chǎn)會使輕鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)材料、構(gòu)件成本進一步下降，屆時輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的建造成本會更低。以發(fā)展的眼光看，隨著輕鋼結(jié)構(gòu)更廣范圍的建造使用，其成本優(yōu)勢會更強。

3 結(jié)語

綜上所述，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅比磚混結(jié)構(gòu)全生命周期成本更優(yōu)，更節(jié)約能源，更節(jié)約資源，有廣闊的壓縮成本空間，是代替?zhèn)鹘y(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)化方案之一。

本研究還有一些不足之處：

1）根據(jù)清單法估算建造成本存在一定的誤差，我國在建造工程成本管理方面工作并不完善，所取得的數(shù)據(jù)不可避免有一些是由建設單位估算而來的。

2）對住宅運營維護階段的能耗成本分析采用的是較簡單的估算方法，精確度不夠。

3）對住宅的折現(xiàn)率取定值6%，事實上折現(xiàn)率是由國民經(jīng)濟發(fā)展水平確定的，每年的折現(xiàn)率取值都不應該相同，定值折現(xiàn)率會降低全生命周期成本估算的精確性。但動態(tài)折現(xiàn)率會導致模型過于復雜，且動態(tài)折現(xiàn)率本身的預測模型在經(jīng)濟學中也并未得到解決。

4）研究只分析了一個地區(qū)、兩個案例住宅的全生命周期成本，雖一定程度上可體現(xiàn)出輕鋼結(jié)構(gòu)與磚混結(jié)構(gòu)住宅經(jīng)濟性上的差異，但樣本量太小，結(jié)論較片面，普適度不足。