基于價(jià)值工程的再生保溫混凝土經(jīng)濟(jì)分析

冀彩云, 劉元珍, 武智榮

(1. 山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 教務(wù)處， 山西 晉中 030619； 2. 太原理工大學(xué) 土木工程學(xué)院， 山西 太原 030024)

再生保溫混凝土技術(shù)解決了廢棄混凝土的堆放及再生混凝土保溫效果差兩大難題，在提高資源利用率的同時(shí)兼具良好的保溫隔熱效果，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑理念，具有重要的研究?jī)r(jià)值。自從李珠等[1]基于“綠色建筑”及“節(jié)能減排”理念制得了?；⒅樵偕鼗炷烈詠?lái)，相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者對(duì)再生保溫混凝土進(jìn)行了大量的研究，許家文等[2]改變?cè)偕止橇先〈?，發(fā)現(xiàn)取代率為30%時(shí)再生保溫混凝土抗壓及抗折強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)；趙林等[3]研究了再生保溫混凝土的微觀形貌；王文婧等[4]研究了再生粗骨料的物理性能對(duì)再生保溫混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響；郭耀東[5]將試驗(yàn)與模擬相結(jié)合，研究了再生保溫混凝土的傳熱機(jī)理。不過(guò)這些研究?jī)H局限于對(duì)再生保溫混凝土物理力學(xué)性能方面的研究，而從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度對(duì)再生保溫混凝土進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研及經(jīng)濟(jì)合理性評(píng)價(jià)的文獻(xiàn)還不多見(jiàn)。再生保溫混凝土具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)與否決定了其是否可以被大規(guī)模推廣應(yīng)用，因此對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析意義重大。

鑒于此，本文基于價(jià)值工程理論，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)層次分析法計(jì)算出建筑功能的綜合權(quán)重及得分，再結(jié)合定性分析及定量計(jì)算，構(gòu)建了完整的適用于再生保溫混凝土的綜合評(píng)價(jià)體系。然后對(duì)晉城市鳳凰城小區(qū)19號(hào)樓進(jìn)行實(shí)例研究[6]，分析應(yīng)用了普通混凝土、保溫混凝土、再生保溫混凝土技術(shù)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)在此工程中各自經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢(shì)與不足之處，期望能為混凝土的優(yōu)選提供相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性理論依據(jù)，同時(shí)對(duì)再生保溫混凝土的進(jìn)一步市場(chǎng)開拓起到一定的參考作用。

1 相關(guān)理論基礎(chǔ)

1.1 價(jià)值工程基本理論

價(jià)值工程(Value Engineering，VE)，是將經(jīng)濟(jì)與技術(shù)相結(jié)合，綜合考慮研究對(duì)象的價(jià)值與功能，尋求對(duì)象最優(yōu)價(jià)值的一種優(yōu)化管理技術(shù)[7]。它以客戶需求為價(jià)值導(dǎo)向，通過(guò)定量分析方法來(lái)實(shí)現(xiàn)研究對(duì)象的必要功能，力爭(zhēng)以最低的增量成本獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益[8]。價(jià)值工程理論具有可靠的操作性及強(qiáng)大的系統(tǒng)性，將其應(yīng)用于再生保溫混凝土的投資決策中，對(duì)推廣再生保溫混凝土的應(yīng)用意義重大。價(jià)值工程中，“價(jià)值”的含義為研究對(duì)象的比較價(jià)值，這種對(duì)比關(guān)系可用V=F/C表示，其中V為價(jià)值系數(shù)，F(xiàn)為功能系數(shù)，C為研究對(duì)象的成本系數(shù)。

價(jià)值工程的基本實(shí)施步驟主要分為三個(gè)階段，依次為對(duì)研究對(duì)象的功能進(jìn)行分析、制定相應(yīng)的研究方案、對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，即針對(duì)再生保溫混凝土的綜合功能及項(xiàng)目綜合成本提出、分析和解決問(wèn)題的過(guò)程。根據(jù)再生保溫混凝土在建筑設(shè)計(jì)、建造及使用過(guò)程中的特點(diǎn)，本文從建筑的基本功能、用戶所需的必要功能及社會(huì)必要功能三個(gè)方面出發(fā)，對(duì)建筑的綜合功能進(jìn)行分析與歸納，得到如圖1所示的綜合功能系統(tǒng)。

圖1 綜合功能系統(tǒng)

1.2 網(wǎng)絡(luò)層次分析法基本理論

網(wǎng)絡(luò)層次分析法(Analytic Networks Process, ANP)，解決了層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)只能分析計(jì)算相同層毫無(wú)關(guān)聯(lián)指標(biāo)的問(wèn)題， 是一種有效處理評(píng)價(jià)系統(tǒng)內(nèi)部各指標(biāo)之間相互影響關(guān)系的決策手段[9]。與AHP相比，ANP綜合考慮了各元素、各準(zhǔn)則、各元素集之間的交互關(guān)系，更適用于再生保溫混凝土的投資決策評(píng)價(jià)。網(wǎng)絡(luò)層次分析法將指標(biāo)體系元素分為控制層和網(wǎng)絡(luò)層兩部分，其中控制層包括問(wèn)題目標(biāo)及決策準(zhǔn)則，各決策準(zhǔn)則之間相互獨(dú)立且由目標(biāo)問(wèn)題支配；網(wǎng)絡(luò)層包括由控制層支配的各元素，各元素之間相互影響、相互依存[10]。圖2是一個(gè)典型的網(wǎng)絡(luò)層次分析法結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 網(wǎng)絡(luò)層次分析法結(jié)構(gòu)

由于網(wǎng)絡(luò)層次分析法中超級(jí)矩陣、極限矩陣等的計(jì)算方法比較繁瑣，為了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)層次分析法的計(jì)算過(guò)程以及實(shí)現(xiàn)其理論計(jì)算過(guò)程的程序化，本文利用超級(jí)決策(Super Decision，SD)建模軟件計(jì)算再生保溫混凝土綠色建筑綜合功能評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

1.3 再生保溫混凝土綠色建筑

再生保溫混凝土綠色建筑是指采用再生保溫混凝土作為建筑原料，在全壽命周期內(nèi)最大限度節(jié)約資源、減少污染，并且提供健康、舒適使用空間的建筑。相較于采用保溫混凝土及普通混凝土技術(shù)的建筑，再生保溫混凝土建筑可靠性能更強(qiáng)，綠色性能更佳，可靠性能主要體現(xiàn)在安全性、耐久性、適用性三方面；綠色性能主要體現(xiàn)在節(jié)地性、節(jié)材性、節(jié)能性、環(huán)保性四方面。

首先對(duì)再生保溫混凝土綠色建筑的可靠性能展開闡述。采用再生保溫混凝土技術(shù)的建筑，其保溫節(jié)能系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程已被澆筑成一個(gè)整體，由此避免了采用傳統(tǒng)粘貼、懸掛等施工方式的保溫構(gòu)件掉落、易燃等問(wèn)題的發(fā)生，因此安全性及耐久性更強(qiáng)。另外作為再生保溫混凝土原料之一的?；⒅?，它的空腔結(jié)構(gòu)可以在室外溫度發(fā)生變化時(shí)吸收或釋放熱量來(lái)調(diào)整室內(nèi)溫度，由此起到保溫隔熱效果，提高再生保溫混凝土綠色建筑的適用性。

接下來(lái)闡述再生保溫混凝土綠色建筑的綠色性能。由于再生保溫混凝土的制備不涉及粘土材料，并利用廢棄混凝土作為再生骨料，對(duì)節(jié)約土地資源以及保護(hù)環(huán)境有著積極的推動(dòng)作用，因此再生保溫混凝土建筑有著較佳的節(jié)地性、節(jié)材性。再生保溫混凝土建筑采用的內(nèi)外全保溫形式還減弱了熱橋效應(yīng)，節(jié)約了建筑能耗損失。此外，再生保溫混凝土為無(wú)毒無(wú)害型無(wú)機(jī)環(huán)保材料，在高溫下也不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境、損害人體健康的有毒氣體，環(huán)保性能較好。

2 綠色建筑價(jià)值工程評(píng)價(jià)模型構(gòu)件

2.1 各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及得分確定

本文在建筑行業(yè)中有關(guān)專家打分的基礎(chǔ)上，通過(guò)專家問(wèn)卷調(diào)查法收集數(shù)據(jù)[11]，然后采用基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法的超級(jí)決策軟件來(lái)計(jì)算綠色建筑綜合功能各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。基于各方主體的利益相關(guān)性原則，本文選擇實(shí)際購(gòu)買者、建設(shè)單位、開發(fā)商、設(shè)計(jì)單位以及教育機(jī)構(gòu)作為此次專家問(wèn)卷調(diào)查的主要對(duì)象。此次調(diào)查共發(fā)放專家調(diào)查問(wèn)卷50份，回收50份，回收率100%，其中有48份有效的專家調(diào)查問(wèn)卷。通過(guò)對(duì)專家調(diào)查問(wèn)卷信息的整理與分析，為確定各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重提供原始數(shù)據(jù)。

接下來(lái)借助超級(jí)決策軟件計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，其操作步驟依次為：分解問(wèn)題、建立各元素及各元素組之間的聯(lián)系、構(gòu)造成對(duì)比較矩陣并進(jìn)行計(jì)算分析。并且超級(jí)決策軟件會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，若一致性系數(shù)小于0.1則表明矩陣通過(guò)一致性檢驗(yàn)，最終得到的各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重如表1所示。

確定了各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體權(quán)重值后還需計(jì)算各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體得分。本文均采用1分制評(píng)分法來(lái)定量分析綠色建筑綜合功能的各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，依據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)相應(yīng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)采用普通混凝土NC、保溫混凝土TIC、再生保溫混凝土RATIC的建筑進(jìn)行打分，計(jì)算出各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際得分率后，依據(jù)實(shí)際得分率求得各級(jí)指標(biāo)的具體分值，如表2所示。

表2 各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體得分

結(jié)合各指標(biāo)的權(quán)重值及具體得分，依據(jù)式(1)可計(jì)算出采用三種類型混凝土技術(shù)住宅的功能系數(shù)分別為0.675，0.864，0.899，故就建筑的安全性、綠色性、環(huán)境友好性等綜合功能而言，采用再生保溫混凝土技術(shù)的建筑比較有優(yōu)勢(shì)。

(1)

2.2 壽命周期成本分析

綠色建筑的全壽命周期成本是指建筑項(xiàng)目在規(guī)劃建設(shè)、使用維護(hù)及報(bào)廢拆除整個(gè)過(guò)程中所需要的全部成本[12]。綠色建筑項(xiàng)目的全壽命周期成本包括經(jīng)濟(jì)意義上的顯性成本及社會(huì)、環(huán)境意義上的隱性成本，這些成本具體分為壽命周期經(jīng)濟(jì)成本、壽命周期環(huán)境成本以及壽命周期社會(huì)成本。一個(gè)典型的全壽命周期成本構(gòu)成體系如圖3所示。

圖3 全壽命周期成本構(gòu)成體系

單位面積下綠色建筑的全壽命周期成本按式(2)計(jì)算。

LCC=C1+C2+C3

(2)

式中：LCC為綠色建筑的全壽命周期成本；C1為綠色建筑的建設(shè)階段成本；C2為綠色建筑的能耗成本；C3為綠色建筑所承擔(dān)的社會(huì)環(huán)境成本。

2.3 功能價(jià)值分析

功能價(jià)值分析的步驟為先計(jì)算出功能系數(shù)F與成本系數(shù)C，然后由F與C求得價(jià)值系數(shù)V，最后依據(jù)價(jià)值系數(shù)V來(lái)選擇出最優(yōu)方案。

(1)按式(1)計(jì)算出建筑的功能系數(shù)。

(2)由式(3)計(jì)算建筑的成本系數(shù)。

LCC(T)=C1(T)+C2(T)+C3(T)

(3)

式中：LCC(T)為單位面積下第T種評(píng)價(jià)對(duì)象的成本。

(3)由式(4)計(jì)算建筑的價(jià)值系數(shù)。

(4)

式中：V(T)為單位面積下第T種評(píng)價(jià)對(duì)象的價(jià)值系數(shù)。

3 案例研究

3.1 項(xiàng)目概況

本綠色示范工程為山西省晉城市銘基鳳凰城小區(qū)19#樓，圖4為此建筑的效果圖。該樓為采用?；⒅楸鼗炷良夹g(shù)的剪力墻結(jié)構(gòu)，其中外墻、內(nèi)墻、樓板均采用了玻化微珠保溫混凝土技術(shù)，僅基礎(chǔ)及樓梯采用了現(xiàn)澆混凝土技術(shù)。該樓并未采用再生保溫混凝土技術(shù)，本研究以銘基鳳凰城小區(qū)19#樓為例，在利用Dest-h熱環(huán)境模擬軟件建模時(shí)需要調(diào)整該樓圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)分別為普通混凝土、保溫混凝土、再生保溫混凝土，以此建立采用三種混凝土技術(shù)建筑的能耗分析模型來(lái)展開分析。

圖4 銘基鳳凰城小區(qū)19#樓效果圖

該建筑物長(zhǎng)、寬、高分別為40.3，16.5，54.8 m，總建筑面積為6938.91 m2，其中地下建筑面積為550.04 m2，地上建筑面積為6388.87 m2，并且保溫層厚度不在建筑面積的考慮范圍之內(nèi)。本示范項(xiàng)目屬于二類高層建筑，地上部分共計(jì)12層，耐火等級(jí)為二級(jí)；地下部分一層，耐火等級(jí)為一級(jí)。另外經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得出該樓各圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)均未超過(guò)規(guī)范規(guī)定的限值，故該建筑在節(jié)能方面滿足規(guī)范要求。

3.2 全壽命周期成本計(jì)算

3.2.1 建設(shè)階段成本計(jì)算

本案例依據(jù)GB 50500-2013《建設(shè)工程工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范》以及具體原材料的市場(chǎng)價(jià)格，并結(jié)合相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)工程圖紙，借助廣聯(lián)達(dá)系列軟件[13]分別計(jì)算出采用普通混凝土、保溫混凝土、再生保溫混凝土技術(shù)建筑的建設(shè)成本。

通過(guò)廣聯(lián)達(dá)計(jì)價(jià)軟件可得出19#住宅樓的圍護(hù)結(jié)構(gòu)共使用3122.51 m3玻化微珠保溫混凝土，該樓的總建筑面積為6938.91 m2，故單位面積建筑所用保溫混凝土量為0.45 m3；另外該樓共使用277.55 t鋼筋，故單位面積建筑所用鋼筋量為40 kg，相比于普通混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)節(jié)約5 kg/m2的鋼筋用量，這是因?yàn)椴捎帽鼗炷良夹g(shù)后減輕了建筑總重量，減小了結(jié)構(gòu)的水平剪力。然后依據(jù)原材料的市場(chǎng)價(jià)格并結(jié)合三種混凝土的具體配合比，參照GB 50500-2013《建設(shè)工程工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范》計(jì)算出三種混凝土體系的建造費(fèi)用。由于制備保溫混凝土需添加外加劑，因此保溫混凝土的單位面積造價(jià)高于普通混凝土；另外再生骨料的制備工藝比較復(fù)雜，再生骨料需要由廢棄混凝土經(jīng)拆除、運(yùn)輸、破碎、篩選、沖洗等一系列工藝制成，因此再生保溫混凝土的單位面積造價(jià)最高。三種混凝土的具體配合比見(jiàn)表3，三種混凝土體系的費(fèi)用匯總表見(jiàn)表4。

表3 三種混凝土的配合比 kg/m3

表4 三種混凝土體系的建設(shè)成本 元

3.2.2 能耗成本計(jì)算

依據(jù)19#住宅樓的相關(guān)工程圖紙，在Dest-h熱環(huán)境模擬軟件中輸入具體的地理信息參數(shù)、結(jié)構(gòu)信息參數(shù)、環(huán)境信息參數(shù)[14]，并結(jié)合實(shí)測(cè)的?；⒅樽愿魺狍w系圍護(hù)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)值建立起該樓的能耗分析模型，然后利用Dest-h軟件對(duì)采用普通混凝土、保溫混凝土、再生保溫混凝土技術(shù)建筑的全年冷熱負(fù)荷指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。

最終計(jì)算出采用保溫混凝土及再生保溫混凝土技術(shù)的建筑冷熱負(fù)荷指標(biāo)為46.65 kW·h/m2，相比于采用普通混凝土技術(shù)建筑的106.73 kW·h/ m2，節(jié)能率達(dá)到56.29%。并且由式(5)計(jì)算單位建筑面積的能耗成本。

(5)

式中：Q為建筑的冷熱負(fù)荷指標(biāo)；D為電費(fèi)單價(jià)，取D=0.6元/(kW·h)；i為計(jì)息周期利率，取i=0.03；n為建筑使用壽命，取n=50年；j為電費(fèi)上漲系數(shù)，取j=1%。

由上式可得，采用普通混凝土技術(shù)的建筑能耗成本為2709.37 元/m2,采用保溫混凝土及再生保溫混凝土技術(shù)的建筑能耗成本為1184.10 元/m2，說(shuō)明采用保溫混凝土及再生保溫混凝土技術(shù)的建筑節(jié)能效果更好。

3.2.3 社會(huì)環(huán)境成本計(jì)算

依據(jù)文獻(xiàn)[15]整理計(jì)算出各環(huán)境影響因素的影響潛力及社會(huì)支付意愿，然后由式(6)分別計(jì)算采用三種類型混凝土技術(shù)的建筑單位面積下的社會(huì)環(huán)境成本。三種混凝土體系單位面積下的社會(huì)環(huán)境成本見(jiàn)表5。

表5 三種混凝土體系的社會(huì)環(huán)境成本

C3=GWB

(6)

式中：G為影響潛力；W為社會(huì)支付意愿；B為單位面積住宅所用的混凝土量。

單位面積下建筑的全壽命周期成本由建設(shè)階段成本、能耗成本、社會(huì)環(huán)境成本這三個(gè)方面構(gòu)成，表6為三種類型混凝土全壽命周期成本的匯總。

表6 三種混凝土體系的壽命周期成本 元/m2

由表6可得，單位面積下采用普通混凝土、保溫混凝土、再生保溫混凝土技術(shù)建筑的全壽命周期成本分別為4489.91，3130.45，3160.42元/m2。以全壽命周期成本為出發(fā)點(diǎn)來(lái)研究資本的增值額，并考慮住宅的使用壽命為50年，采用普通混凝土技術(shù)的建筑單位面積成本最高，雖然相較于保溫混凝土，再生保溫混凝土的全壽命周期成本略高，但再生保溫混凝土的成本勢(shì)必會(huì)隨著研究和技術(shù)的不斷成熟而降低。

3.3 價(jià)值指數(shù)計(jì)算

本文采用相對(duì)值法來(lái)評(píng)估19#住宅的綜合功能價(jià)值，該方法由建筑的功能指數(shù)與全壽命周期成本指數(shù)計(jì)算出相應(yīng)的價(jià)值指數(shù)，以此來(lái)分析建筑功能與成本的匹配度。

根據(jù)公式“第T個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的功能指數(shù)FI(T)=第T個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的功能指數(shù)/所有評(píng)價(jià)對(duì)象的功能評(píng)價(jià)值之和”，可計(jì)算出采用普通混凝土、保溫混凝土、再生保溫混凝土技術(shù)建筑的功能指數(shù)分別為0.277，0.354，0.369。

然后依據(jù)公式“第T個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的壽命周期成本CI(T)=第T個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的壽命周期成本/所有對(duì)象的壽命周期成本之和”，計(jì)算出三種混凝土體系的全壽命周期成本指數(shù)分別為0.416，0.290，0.293。

求得建筑的功能指數(shù)與成本指數(shù)后，由V=F/C計(jì)算出三種混凝土體系的價(jià)值指數(shù)分別為0.666，1.221，1.259。

4 結(jié) 論

(1)基于價(jià)值工程理論，采用專家問(wèn)卷調(diào)查法收集數(shù)據(jù)，借助基于ANP的SD軟件來(lái)計(jì)算綠色建筑綜合功能各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，并通過(guò)全壽命周期成本理論構(gòu)建了完整的綠色建筑價(jià)值工程評(píng)價(jià)模型。然后結(jié)合工程實(shí)例，驗(yàn)證了該模型在經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)中的可操作性及實(shí)用性。

(2)利用1分制評(píng)分法求得各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的得分，并結(jié)合權(quán)重計(jì)算出采用普通混凝土、保溫混凝土、再生保溫混凝土技術(shù)作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑功能系數(shù)分別為0.675，0.864，0.899，因此在安全性以及綠色環(huán)保性等方面，采用再生保溫混凝土技術(shù)的建筑優(yōu)勢(shì)比較明顯。

(3)基于構(gòu)建完成的評(píng)價(jià)模型，通過(guò)V=F/C計(jì)算出采用普通混凝土、保溫混凝土、再生保溫混凝土技術(shù)建筑的價(jià)值指數(shù)分別為0.666，1.221，1.259。因此采用再生保溫混凝土技術(shù)建筑的價(jià)值指數(shù)最高，說(shuō)明其綜合經(jīng)濟(jì)效益更好，更適合被推廣應(yīng)用。