所謂方案優(yōu)化設(shè)計(jì),就是在原設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上,結(jié)合新工藝和設(shè)備的使用,新材料的投入,進(jìn)行局部設(shè)計(jì)的改變,不僅使技術(shù)更可行,更加滿足功能要求,還能節(jié)約材料,使工程造價(jià)明顯降低。往往同一建設(shè)項(xiàng)目,同一單項(xiàng)、單位工程,可以有不同的設(shè)計(jì)方案,從而形成不同的工程造價(jià),因此要通過方案優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行選擇,使之真正達(dá)到以最優(yōu)的設(shè)計(jì)、最經(jīng)濟(jì)的投資,建造最好的工程項(xiàng)目的目的。本文僅針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)工程造價(jià)產(chǎn)生的影響進(jìn)行探討。
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,不同方案的選擇及不同建筑材料的選用對(duì)工程造價(jià)會(huì)有較大影響, 像基礎(chǔ)類型選用、進(jìn)深與開間的確定、層高與層數(shù)的確定、結(jié)構(gòu)形式選擇等都存在著技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析問題。據(jù)統(tǒng)計(jì),在滿足同樣功能的條件下,技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì),可降低工程造價(jià)10%左右,有的可達(dá)20%.建筑結(jié)構(gòu)由基礎(chǔ)、柱、墻體、梁、樓板、屋面板等部分組成,各部分占工程總造價(jià)的比例不盡相同,結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化時(shí)對(duì)工程造價(jià)的影響也就不一樣,因此在方案優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)我們所考慮的重點(diǎn)要有所側(cè)重。下面就主要結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行舉例說明:
1)基礎(chǔ):基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的造價(jià)與工程所在地的地質(zhì)條件密切相關(guān),其工期約占整個(gè)建筑物主體工程的25%-30%,造價(jià)約占總造價(jià)的10%-20%,基礎(chǔ)工程的重要性顯而易見。所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視地質(zhì)勘察報(bào)告的交底工作,選擇合理的基礎(chǔ)型式,控制基礎(chǔ)的截面尺寸與埋深。如兩座相臨的住宅樓工程,根據(jù)地質(zhì)勘探資料,設(shè)計(jì)基礎(chǔ)承載力及埋深相同,地面以上部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也相同,均為6層磚混結(jié)構(gòu),建筑面積3236m2;地面以下部分選用兩種基礎(chǔ)形式,1# 樓過于考慮安全性,設(shè)計(jì)選用了鋼筋砼條形基礎(chǔ),C20砼澆筑, M10水泥砂漿、MU10磚砌筑,基礎(chǔ)總造價(jià)為16.13萬元。在2#樓設(shè)計(jì)中,將基礎(chǔ)改為毛石條形基礎(chǔ),用MU20毛石、M10水泥砂漿砌,基礎(chǔ)總造價(jià)為10.35萬元。通過對(duì)比,基礎(chǔ)建筑面積造價(jià),1# 樓為49.86元/m2,2#樓僅為31.98元/m2。在兩樓樓型、結(jié)構(gòu)及使用功能相同的情況,地質(zhì)條件滿足安全使用的前提下,只將鋼筋砼條形基礎(chǔ)改為毛石條形基礎(chǔ),基礎(chǔ)部分的造價(jià)減少了35.88%。這對(duì)整座住宅樓工程造價(jià)的控制起到了積極作用。
2)柱網(wǎng)布局與柱子:柱網(wǎng)布局是確定柱子的行距(跨度)和間距(每行柱子相鄰兩柱間的距離)的依據(jù)。一般來講,柱網(wǎng)尺寸在6-12m之間,柱距小則傳力路線短,上部結(jié)構(gòu)節(jié)省材料,但可能基礎(chǔ)費(fèi)用高,因而柱網(wǎng)布局是否合理,對(duì)工程的結(jié)構(gòu)造價(jià)有很大的影響。此外,柱子截面形狀及大小的選擇也對(duì)工程造價(jià)有著直接的影響。下面就柱子截面大小實(shí)例說明它對(duì)工程造價(jià)影響的程度。
某四層廠房根據(jù)工藝要求,在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用現(xiàn)澆鋼筋砼框架結(jié)構(gòu),初始設(shè)計(jì)方案為:框架邊柱截面750mm×750mm,中柱截面750mm×1000mm; 框架梁截面統(tǒng)一為450mm×1900mm,受力主筋均采用Ⅱ級(jí)鋼筋。初始設(shè)計(jì)方案的主要消耗材料為: 框架梁混凝土130.82m3,梁受力主筋15179.4kg;框架柱受力主筋3654.2kg。初始方案的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總造價(jià)為19.12萬元。優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),以框架結(jié)構(gòu)尺寸和框架柱截面尺寸為常量,把框架梁截面高度尺寸為變量,并以模數(shù)50mm為步距進(jìn)行變化。當(dāng)框架梁截面高度變化時(shí),框架梁自重及梁、柱配筋均相應(yīng)變化,結(jié)構(gòu)總造價(jià)也相應(yīng)變化。經(jīng)過分析,求得該四層廠房結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的主要參數(shù)為:框架邊柱截面750mm×750mm ,中柱截面750mm×1000mm,框架梁截面統(tǒng)一為450mm×1600mm。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的主要消耗材料為:框架梁砼110.16m3(比初始方案減少20.66m3),梁受力主筋17185kg(比初始方案增加2005.6kg);框架柱受力主筋4482kg(比初始方案增加827.8kg)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總造價(jià)為185823元。對(duì)比分析初始方案與最佳方案,該框架結(jié)構(gòu)總造價(jià)由19.12萬元下降到18.58萬元,僅主體結(jié)構(gòu)節(jié)省投資2.9%,經(jīng)濟(jì)效果比較顯著。
如果我們對(duì)柱子鋼筋連接方式進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì),有時(shí)也能節(jié)省大量資金。某綜合樓設(shè)計(jì)時(shí),柱子鋼筋采用電渣壓力焊接技術(shù),從而可比搭接方法節(jié)省10%還要多的主筋,僅此一項(xiàng)可節(jié)省數(shù)十萬元之巨。
3)梁:矩形截面梁是最普通的受彎構(gòu)件,在設(shè)計(jì)時(shí)常被使用,但材料利用率很低。一是因?yàn)榭拷泻洼S的材料應(yīng)力較低;二是梁的彎矩沿梁長是變化的。由于等截面梁大部分區(qū)段應(yīng)力低,材料得不到很好利用,只有在軸心受力時(shí),材料利用率才可提高。因此,設(shè)計(jì)時(shí)可采用平面桁架代替矩形梁,平面桁架相當(dāng)于掏空的梁,將梁中多余的材料掏去,這樣既經(jīng)濟(jì),自重又可減輕。它還可發(fā)展為空間網(wǎng)架,材料的利用率就能大幅提高。某超大跨度工業(yè)廠房,設(shè)計(jì)時(shí)用桁架外形的設(shè)計(jì)代替矩形截面梁,經(jīng)濟(jì)上取得相當(dāng)好的結(jié)果。
4)砼及鋼筋的選用:除了要滿足結(jié)構(gòu)的需求外,應(yīng)力求方便施工,盡量減少砼標(biāo)號(hào)與鋼筋型號(hào)的種類。有的工程梁、板、柱采用不同的標(biāo)號(hào),使施工難度加大,浪費(fèi)了材料,加大了采購成本。鋼管砼結(jié)構(gòu)是將砼填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的一種新型結(jié)構(gòu),它將兩種材料有機(jī)地結(jié)合,可借助內(nèi)填砼增強(qiáng)鋼管壁的穩(wěn)定性,借助鋼管對(duì)核心砼的套箍作用,使核心砼處于三向受壓狀態(tài),從而具有更高的抗壓強(qiáng)度和抗變形能力。鋼管砼與鋼結(jié)構(gòu)相比,在自重相近和承載力相同條件下,可節(jié)約鋼材近50%,并節(jié)約大量的焊接工作量。與普通砼相比,在保持鋼材用量相近和承載力相同條件下,構(gòu)件截面面積可減少約50%,材料用量和構(gòu)件自重相應(yīng)減少約50%。實(shí)踐證明在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),使用這些新工藝設(shè)備可大大降低工程造價(jià)。
方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),要把握好技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系,既要反對(duì)片面強(qiáng)調(diào)節(jié)約,忽視技術(shù)上的合理要求的做法,又要反對(duì)設(shè)計(jì)保守浪費(fèi),只重技術(shù),輕經(jīng)濟(jì)的思想。
根據(jù)現(xiàn)階段的情況,若要推行優(yōu)化設(shè)計(jì),筆者有如下建議:
1、加大行政監(jiān)督和加快設(shè)計(jì)監(jiān)理工作。優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的推行,政府主管部門首先要重視,通過行政手段來保證優(yōu)化工作的實(shí)施,加大對(duì)設(shè)計(jì)市場的管理力度,建立和完善相應(yīng)法律法規(guī),規(guī)范設(shè)計(jì)市場。其次建立設(shè)計(jì)監(jiān)理制度已成為形勢所迫,業(yè)主所需。目前還沒有客觀公正的“第三方”來監(jiān)理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)行,所以通過設(shè)計(jì)監(jiān)理的方式可以打破設(shè)計(jì)單位自己“控制”自己的單一局面。
2、建立必要的設(shè)計(jì)競爭機(jī)制。為保證設(shè)計(jì)市場的公平競爭,設(shè)計(jì)經(jīng)營也應(yīng)采用招標(biāo)投標(biāo),并頒布相應(yīng)的法規(guī)條例。各地可以成立合法的設(shè)計(jì)招標(biāo)代理機(jī)構(gòu),符合條件的項(xiàng)目必須招標(biāo)。招標(biāo)時(shí)對(duì)投標(biāo)單位的資質(zhì)、信譽(yù)、技術(shù)等方面進(jìn)行必要的資格審查,設(shè)立健全的評(píng)標(biāo)機(jī)構(gòu),運(yùn)用價(jià)值工程等手段對(duì)備選方案進(jìn)行優(yōu)化選擇。設(shè)計(jì)單位為提高自身競爭能力,在內(nèi)部管理上應(yīng)把設(shè)計(jì)質(zhì)量同個(gè)人效益掛鉤,促使設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)觀念,把技術(shù)與經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一起來,改變以前設(shè)計(jì)過程不算帳,設(shè)計(jì)完了概算見分曉的現(xiàn)象。
3、推廣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的形成,來源于大量成熟的、行之有效的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科技成果,是科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的必要途徑。優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,不僅優(yōu)化了設(shè)計(jì),減少設(shè)計(jì)的盲目性,還將大大提高設(shè)計(jì)速度,有效降低項(xiàng)目的全壽命費(fèi)用。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中可以對(duì)一些重要的部位采取設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)限額制度,對(duì)一些設(shè)計(jì)部位使用“宜”或“不宜”等引導(dǎo)性語言提示設(shè)計(jì)人員對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化,鼓勵(lì)他們?cè)谠O(shè)計(jì)中大膽使用新工藝和新材料。
綜上所述,結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程, 它真正體現(xiàn)了事前控制的思想,能起到事半功倍的效果,達(dá)到花小錢辦大事的目的。只要我們嚴(yán)格遵守“經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、合理”的原則,認(rèn)清優(yōu)化設(shè)計(jì)在造價(jià)控制中的重要性, 確定合理目標(biāo),積極創(chuàng)造適宜條件,主動(dòng)采用科學(xué)的控制方法,就一定能搞好設(shè)計(jì)階段的造價(jià)控制。