外墻外保溫節(jié)能體系全壽命周期成本估算

□文/李海濤 袁永博

外墻外保溫節(jié)能體系全壽命周期成本估算

□文/李海濤 袁永博

本文引入全壽命周期成本的概念，在傳統(tǒng)的成本計(jì)算模型基礎(chǔ)上，建立起基于未確知數(shù)理論的外墻外保溫全壽命周期成本模型，為外墻外保溫體系能效的評(píng)價(jià)提供合理的依據(jù)。

外墻外保溫；全壽命周期成本；未確知數(shù)理論

一、引言

隨著未來城市住宅、交通工具、生活用品、城市基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)施等方面需求的持續(xù)增長(zhǎng)，能源的供求矛盾也愈加突出，人們的節(jié)能意識(shí)也將自覺增強(qiáng)，節(jié)能建筑的需求也將持續(xù)的增加。有專家指出，我國(guó)建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、采暖空調(diào)、照明器具、家用電器等相關(guān)方面的節(jié)能技術(shù)均具有巨大的潛力。

與傳統(tǒng)建筑相比，節(jié)能建筑采用大量的環(huán)保材料和節(jié)能技術(shù)，其初始建造成本更高，而其運(yùn)行成本、能源消耗和對(duì)環(huán)境的破壞更低，因此有必要從節(jié)能環(huán)保視角，對(duì)節(jié)能建筑從項(xiàng)目的構(gòu)思、策劃、土地獲取、設(shè)計(jì)到建造、使用、維護(hù)、翻修，直至拆除的整個(gè)壽命周期內(nèi)所發(fā)生的全部費(fèi)用（即全壽命周期成本，Life Cycle Cost，簡(jiǎn)稱LCC）進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

外墻外保溫節(jié)能體系是目前國(guó)內(nèi)大力推廣的節(jié)能技術(shù)。外墻外保溫節(jié)能體系的初始建造成本比未采用節(jié)能措施的外墻的成本要高出許多，所以在評(píng)價(jià)該體系時(shí)，較高的初始建造成本更容易引起人們的重視，而忽略了外墻外保溫節(jié)能體系在使用過程中的運(yùn)行費(fèi)、維護(hù)管理費(fèi)等。由于采用節(jié)能技術(shù)，外墻外保溫節(jié)能體系能源利用效率提高，在未來的運(yùn)營(yíng)維護(hù)期可大大降低成本。

二、全壽命周期成本

1、全壽命周期成本的定義與分類。全壽命周期成本（LCC）是指在一定時(shí)期內(nèi)擁有、運(yùn)行、維護(hù)、修理和處置建筑物或建設(shè)項(xiàng)目系統(tǒng)所發(fā)生的全部成本的貼現(xiàn)值的總和。全壽命周期成本可以分為初始化成本和未來成本兩類，初始化成本指占用建筑物/設(shè)施之前所發(fā)生的全部成本/費(fèi)用；未來成本指占用建筑物/設(shè)施之后所發(fā)生的全部成本/費(fèi)用。（圖1）

圖1 全壽命周期成本分類

2、全壽命周期成本計(jì)算模型。一個(gè)項(xiàng)目的全生命周期成本是通過把每種成本的現(xiàn)值加起來，并且減去如轉(zhuǎn)售價(jià)值等現(xiàn)金流入的現(xiàn)值。其基本模型如下：

其中，C0表示初始化建設(shè)成本（即建設(shè)投資或工程造價(jià)，包括征地成本、設(shè)計(jì)成本、建筑成本等）；O表示運(yùn)營(yíng)成本（年度成本包括能源成本、清潔成本等）；M表示維護(hù)成本（年度成本和替換、修繕成本）；S表示殘值；PVsum表示現(xiàn)值和；T為生命周期；t為時(shí)間變量；r為折現(xiàn)率；PV表示折現(xiàn)系數(shù)。

三、基于未確知數(shù)理論的外墻外保溫全壽命周期成本估算

國(guó)外對(duì)生命周期成本的估算主要分為初始建設(shè)成本的計(jì)算以及未來運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本的計(jì)算。由于國(guó)外對(duì)已完工程造價(jià)整理、分析基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)庫的建立比較完善，初始建設(shè)成本的計(jì)算方法基本上都是在此基礎(chǔ)上的估算。而未來運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本的計(jì)算相對(duì)比較困難和復(fù)雜，因此本文引入未確知數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理，將外墻外保溫節(jié)能技術(shù)的運(yùn)營(yíng)維修費(fèi)用定性估算結(jié)果表述為具有主觀可信度估計(jì)的判斷區(qū)間，從而能夠確切地、合理地表述外墻外保溫節(jié)能技術(shù)的全壽命周期成本。

1、未確知數(shù)理論。1990年王光遠(yuǎn)教授在哈爾濱建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)上發(fā)表了一篇《論未確知信息及其數(shù)學(xué)處理》的論文，揭開了未確知數(shù)學(xué)的第一頁。此后在王光遠(yuǎn)教授的指導(dǎo)下，劉開第、吳和琴等建立了未確知數(shù)學(xué)理論。它所表達(dá)的是由于條件限制、認(rèn)識(shí)不清及所掌握的數(shù)據(jù)資料尚不足以確定事物的真實(shí)狀態(tài)和數(shù)量關(guān)系而帶來的純主觀認(rèn)識(shí)上的不確定性，可用區(qū)間數(shù)型“未確知數(shù)”表示。定義如下：對(duì)任意閉區(qū)間［a，b］，a=x1＜x2＜…＜xn= b，若函數(shù)φ（x）滿足：

則稱和φ（x）構(gòu)成一個(gè)n階未確知數(shù)A，記作［［a，b］，φ（x）］，稱α、［a，b］和φ（x）分別為該未確知數(shù)的總可信度、取值區(qū)間和可信度分布函數(shù)。

顯然，用未確知數(shù)描述不確定性更加精細(xì)且符合實(shí)際，其所表達(dá)的模式是：估算值是一個(gè)判斷區(qū)間，對(duì)判斷區(qū)間有一個(gè)類似概率的可信度估計(jì)。這種表達(dá)模式正好可以用來描述由于信息不全、條件制約等因素影響下的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表達(dá)，即區(qū)間［a，b］，a=x1＜x2＜…＜xn=b是統(tǒng)計(jì)對(duì)象的變化范圍，a為該區(qū)間對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)概率（可視其為可信度）。

2、外墻外保溫節(jié)能體系全生命周期成本計(jì)算步驟。外墻外保溫節(jié)能體系的全壽命周期成本也可簡(jiǎn)要的分為兩部分：初始化建設(shè)成本和未來運(yùn)營(yíng)維修成本。對(duì)于外墻外保溫節(jié)能體系的初始化建設(shè)成本可由傳統(tǒng)的定額計(jì)價(jià)法得到，因此外墻外保溫節(jié)能體系全生命周期成本計(jì)算的重點(diǎn)是運(yùn)用未確知數(shù)理論計(jì)算未來運(yùn)營(yíng)維修成本。基于未確知數(shù)理論的運(yùn)營(yíng)維修成本計(jì)算步驟如下：

近日，“我國(guó)季風(fēng)區(qū)湖泊生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期演變機(jī)理與生態(tài)安全”項(xiàng)目課題組揭示了藍(lán)藻水華發(fā)生和消退過程中稀有浮游生物（豐度小于萬分之一的低豐度物種）的動(dòng)態(tài)和重要作用。

（1）確定定性估算對(duì)象。建設(shè)工程建設(shè)期之后的運(yùn)營(yíng)成本包括運(yùn)行成本、日常維護(hù)和修理成本及殘值。對(duì)這三個(gè)部分分別進(jìn)行專家定性的未確知數(shù)估算。根據(jù)專家定性估算中主觀認(rèn)識(shí)的不確定性及回答模式為定性估算是判斷區(qū)間的特點(diǎn)，可對(duì)判斷區(qū)間有一個(gè)類似概率的主觀可信度估計(jì)。為了更有效、準(zhǔn)確地運(yùn)用未確知數(shù)，我們將專家判斷在區(qū)間內(nèi)的各個(gè)取值點(diǎn)上予以分解。

（2）未來運(yùn)營(yíng)維修成本用未確知數(shù)的表達(dá)。收集井巷工程專家們對(duì)估算對(duì)象運(yùn)營(yíng)費(fèi)用定性估算的判斷區(qū)間和總可信度，以及總可信度在判斷區(qū)間內(nèi)各個(gè)取值點(diǎn)上的分解值。假定對(duì)某項(xiàng)費(fèi)用有兩個(gè)專家X和Y（n個(gè)專家則給出n個(gè)），則得出該項(xiàng)費(fèi)用的兩個(gè)未確知數(shù)，表示為：

（3）運(yùn)營(yíng)期費(fèi)用的折現(xiàn)。計(jì)算過程中需要將運(yùn)營(yíng)期各項(xiàng)費(fèi)用折算成現(xiàn)值。對(duì)構(gòu)成運(yùn)營(yíng)費(fèi)的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、小修費(fèi)用、大修費(fèi)用和殘值選取合適的折現(xiàn)系數(shù)進(jìn)行折現(xiàn)，以便于運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的估算。應(yīng)用各項(xiàng)費(fèi)用的折現(xiàn)系數(shù)，得出各個(gè)專家的未確知數(shù)估算值。

（4）計(jì)算各項(xiàng)費(fèi)用的定性估算值取值區(qū)間。按照未確知數(shù)的加法運(yùn)算，將不同專家對(duì)各項(xiàng)費(fèi)用的未確知數(shù)行兩兩相加（n個(gè)數(shù)就進(jìn)行n個(gè)兩兩相加），然后將未確知數(shù)加法運(yùn)算所得費(fèi)用的和除以專家數(shù)n（把n看作一個(gè)未確知數(shù)），獲得可能值帶邊商矩陣及可信度帶邊積矩陣，也即得到各項(xiàng)費(fèi)用的定性估算值取值區(qū)間。

（5）運(yùn)營(yíng)期費(fèi)用估算。通過對(duì)運(yùn)營(yíng)期各項(xiàng)費(fèi)用最可能取值區(qū)間及其總可信度總結(jié)可得其運(yùn)營(yíng)期費(fèi)用，即將所得各項(xiàng)費(fèi)用的最可能區(qū)間，運(yùn)用區(qū)間數(shù)加法運(yùn)算計(jì)算而得。

3、外墻外保溫節(jié)能體系全生命周期成本估算實(shí)例。選取大連市節(jié)能達(dá)到50%的外墻外保溫體系300mm厚頁巖空心磚外掛EPS板兩面抹灰的外墻外保溫節(jié)能體系進(jìn)行全壽命周期成本分析，研究壽命周期為40年。

（2）現(xiàn)采集相應(yīng)技術(shù)專家對(duì)該樓外墻外保溫的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用（注：運(yùn)營(yíng)費(fèi)用為該樓采暖費(fèi)用）、日常維護(hù)費(fèi)用、大修費(fèi)用及殘值的預(yù)測(cè)估算數(shù)據(jù)（統(tǒng)一取折現(xiàn)率為i= 8%），見表1。（表1）

并請(qǐng)專家將總可信度在取值區(qū)間內(nèi)各取值點(diǎn)上分解，得運(yùn)營(yíng)費(fèi)用以未確知數(shù)表達(dá)的專家估算值，表示如下：

表1 專家預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)

應(yīng)用上述折現(xiàn)公式，得到運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的專家估算現(xiàn)值分別為：

（4）依據(jù)未確知數(shù)運(yùn)算法則，計(jì)算得運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的取值區(qū)間及其可信度。

A1和A2可能值帶邊和矩陣：

A1和A2可信度帶邊積矩陣：

也即：

（5）同理，按照上述計(jì)算方法，可得到日常維護(hù)費(fèi)用、大修費(fèi)用和殘值的取值區(qū)間及其可信度。為簡(jiǎn)明起見，將上述費(fèi)用列于表，見表2。（表2）

（6）全壽命周期成本估算

LCC=C0+A+B+C-S=121.74+［17.89，41.74］+［2.98，5.37］+［1.6，2.0］-［0.08，0.14］=［144.13，170.71］（元/m2）

四、結(jié)論

1、運(yùn)用全壽命周期成本分析能夠科學(xué)合理地評(píng)價(jià)外墻外保溫體系的能效，為外墻外保溫體系方案的選擇提供有效的依據(jù)，并將為外墻外保溫節(jié)能體系的應(yīng)用與推廣起到積極的作用。

2、基于未確知數(shù)理論的費(fèi)用估算專家預(yù)測(cè)方法有其合理性和有效性，將未確知數(shù)學(xué)理論應(yīng)用于全壽命周期成本估算，可適合表達(dá)定性專家預(yù)測(cè)方法中的不確定性，更加合理估算全壽命周期成本。

（作者單位：大連理工大學(xué)）

表2 運(yùn)營(yíng)維護(hù)期費(fèi)用

[1]Tim Mearig.Li fe Cycle Cost Analysis Handbook[M].Department of Education&Ear ly Development，1999.

[2]劉開第，吳和琴等.未確知數(shù)學(xué)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，1997.

[3]秦敏.礦山井巷工程全生命周期造價(jià)管理[D].西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.

F293.3

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