高原地區(qū)屋面防水涂層經(jīng)濟性分析

王廷福，羅盛，鄧安仲，李勝波

（陸軍勤務(wù)學(xué)院 國家救災(zāi)應(yīng)急裝備工程技術(shù)研究中心，重慶 401311）

0 前言

建筑屋面防水工程是建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，防水材料的性能很大程度上決定了整個屋面防水工程的質(zhì)量。高原地區(qū)地理氣候環(huán)境具有晝夜溫差大、低溫明顯、凍融循環(huán)頻繁、光線輻射強的特點，對建筑物的耐久性具有較大的影響。直接裸露于外界的屋面防水涂層是發(fā)生滲漏的重災(zāi)區(qū)，如何針對特殊的高原氣候環(huán)境選擇適應(yīng)性強、耐久性好的防水材料是工程防水實踐的首要問題，眾多學(xué)者從技術(shù)性的角度研究了防水材料的性能。王全杰等[1]通過在聚氨酯涂料中添加有機抗老化助劑和無機納米材料，提高了聚氨酯涂料抗老化性能，有助于降低強紫外線對涂層的光化降解。趙燕飛[2]從控制施工質(zhì)量方面，分析了高寒地區(qū)屋面防水細(xì)部構(gòu)造設(shè)計與施工的重要性，并列舉了具體工程實施的步驟。王會波等[3]分析了溫度變化對高原地區(qū)屋面防水工程的影響以及屋面工程滲漏特點，提出了不同的防水形式，建議采用倒置式屋面等技術(shù)措施減少溫度變形對屋面防水系統(tǒng)的破壞作用。當(dāng)前高原地區(qū)屋面防水工程更多的是從完善材料的性能、提高施工技術(shù)的方面進行研究分析，涉及成本效益方面的研究極少。建筑工程的目標(biāo)是在保證質(zhì)量的前提下，達(dá)到經(jīng)濟性、耐久性、環(huán)保性等方面的綜合平衡?；谇叭藢Ψ浪苛霞夹g(shù)性能的研究，本文著重從經(jīng)濟成本效益的角度，分析各種防水涂料的全壽命周期成本及年費用值，為高原地區(qū)屋面防水工程涂料選擇提供參考。

技術(shù)性指標(biāo)分析是防水涂層選用的先決條件，適應(yīng)高原地理氣候環(huán)境、滿足一定使用年限的防水涂料才能成為備選方案。不同的環(huán)境對防水層的使用年限有不同的影響，明確各種防水涂料在高原地區(qū)的使用年限是進行經(jīng)濟性分析的基礎(chǔ)。而高原地區(qū)因其施工環(huán)境惡劣，防水造價明顯高于內(nèi)陸地區(qū)，其造價調(diào)整幅度也會影響到經(jīng)濟性分析結(jié)果。

1 高原環(huán)境對防水工程的影響

1.1 高原地區(qū)防水涂料的選擇

青藏地區(qū)屬于典型的高原高寒環(huán)境，海拔高，年均氣溫低，夏季氣候溫和，冬季嚴(yán)寒干燥，全年凍融循環(huán)頻繁，達(dá)150多次。春冬季雨雪頻繁，日照差大，年輻射總量是內(nèi)陸地區(qū)的3倍。通過梳理高原地區(qū)的地理氣候環(huán)境，可以總結(jié)為該地區(qū)低溫明顯、溫差驟變、凍融循環(huán)頻繁、光老化作用強、鹽漬化嚴(yán)重。高原地區(qū)使用的防水涂料，應(yīng)具備良好的耐低溫性、耐老化性和較強的抗拉抗裂性。

根據(jù)GB 50345—2012《屋面工程技術(shù)規(guī)范》，將可將防水涂料分為3類：高聚物改性瀝青防水涂料、聚合物水泥防水涂料以及合成高分子防水涂料。高聚物改性瀝青防水涂料主要包括氯丁膠瀝青防水涂料、再生膠瀝青防水涂料、SBS改性瀝青防水涂料、APP改性瀝青防水涂料、水性聚氯乙烯（PVC）改性瀝青防水涂料、噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料；聚合物水泥防水涂料以JS復(fù)合防水涂料最為常見；合成高分子防水涂料主要是聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料、環(huán)氧樹脂防水涂料、硅橡膠防水涂料。

不同類型防水涂料適用于不同的防水部位，用于屋面的防水涂料基本力學(xué)性能應(yīng)符合屋面防水質(zhì)量規(guī)范。通過物理指標(biāo)的對比，選擇適用于高原屋面防水涂料的有SBS改性瀝青防水涂料、噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料、Ⅰ型JS復(fù)合防水涂料、Ⅰ型單組分聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料、硅橡膠防水涂料等6種防水涂料作為研究對象。

1.2 高原環(huán)境對防水層使用年限的影響

不同的防水涂料都具有不同的使用年限與維修間隔時間，評估涂層使用壽命是經(jīng)濟性分析的基礎(chǔ)。為準(zhǔn)確評估防水涂層的使用壽命，在根據(jù)各材料使用年限標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，進行實地調(diào)研，預(yù)估各種防水涂料在高原地區(qū)的使用壽命。

影響防水涂層耐久性的因素有使用環(huán)境、設(shè)計厚度、施工技術(shù)、屋面構(gòu)造等，為準(zhǔn)確進行經(jīng)濟性分析，剔除多變量對研究結(jié)果的影響，以Ⅰ級屋面防水為例，各防水涂料的使用厚度遵從防水等級標(biāo)準(zhǔn)的最低要求，考究各防水涂層的使用壽命及維修間隔時間。劉涼冰[4]通過加速老化試驗，對聚氨酯斷裂伸長率隨老化時間的變化規(guī)律進行了研究，建立了相關(guān)模型，對聚氨酯材料進行了壽命預(yù)測，估計涂層在25℃下的使用壽命為21年。葛洋洋等[5]結(jié)合北京地區(qū)工程現(xiàn)場反饋情況，在不考慮服役環(huán)境發(fā)生巨大變化的情況下，SBS改性瀝青防水層具有20年以上的服役壽命。丙烯酸酯防水涂料、硅橡膠防水涂料的設(shè)計年限為20年，噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料設(shè)計年限為15年。

通過實地調(diào)研，對西藏地區(qū)不同防水涂料的使用情況進行走訪調(diào)查，使用壽命及維修時間如表1所示。

表1 高原地區(qū)屋面防水涂料壽命對比

1.3 高原環(huán)境對建造成本的影響

高原地區(qū)施工環(huán)境惡劣、交通運輸不便，隨著海拔高度的增加，含氧量減少，人的體能、機械效能降低明顯，使工程造價的費用增加[6]。西藏地區(qū)幅員遼闊，海拔起伏變化大，如果同樣套用省會城市的定額，肯定不符合實際情況，眾多學(xué)者從不同角度確定調(diào)整定額系數(shù)。詹木子豪[6]、趙群萍[7]通過對高海拔機械性能、人工降效問題的分析，人工單價調(diào)整系數(shù)為海拔3000 m以上每增加100 m，調(diào)整系數(shù)增加0.05；海拔4000 m以上每增加100 m，調(diào)整系數(shù)增加0.15。李明強[8]通過測算，根據(jù)不同海拔高度確定西藏地區(qū)機械定額調(diào)整系數(shù)。綜上，可得西藏高原地區(qū)定額系數(shù)調(diào)整，如表2所示。

表2 西藏高原地區(qū)定額系數(shù)調(diào)整

2 構(gòu)建高原地區(qū)屋面防水成本分析模型

當(dāng)前，我國常用的工程經(jīng)濟成本分析方法主要有動態(tài)經(jīng)濟分析方法和靜態(tài)經(jīng)濟分析法2類，兩者的區(qū)別主要體現(xiàn)在是否考慮了資金的時間價值。過去相當(dāng)長的時期內(nèi)，我國一般都是采用靜態(tài)分析方法，現(xiàn)階段對項目進行經(jīng)濟分析是以動態(tài)分析為主、靜態(tài)分析為輔。具體到高原屋面防水工程經(jīng)濟性分析來說，就是運用資金時間價值的動態(tài)分析方法，比較不同防水涂料之間的經(jīng)濟性，為最后決策提供依據(jù)[9]。

2.1 經(jīng)濟評價方法

工程經(jīng)濟學(xué)中，按收益費用將經(jīng)濟評價分為凈值法和費用值法，根據(jù)折現(xiàn)時間，又可以將凈值法分為凈現(xiàn)值（NPV）和凈年值（NAV）；將費用值法分為費用現(xiàn)值（PC）和年費用值（AC）。凈現(xiàn)值指在計算期n年內(nèi)，每年年末的現(xiàn)金流入和現(xiàn)金流出之差都按標(biāo)準(zhǔn)折現(xiàn)率折算到基準(zhǔn)點的現(xiàn)值之和；凈年值法是將全部現(xiàn)金流入和全部現(xiàn)金流出都折算為年值。費用現(xiàn)值法是在比較壽命相同方案時，將各方案的所有成本折算成現(xiàn)值進行比較；年費用值法是當(dāng)各方案壽命各不相同時，計算各方案每年時所支出費用。

與創(chuàng)造經(jīng)濟收益的項目不同，屋面防水涂層的經(jīng)濟效益不是體現(xiàn)在具體的資金收入上，其價值主要是在建筑的全壽命期內(nèi)以最低費用完成防滲漏的目標(biāo)，從這點上說費用值法更優(yōu)于凈值法。每種防水涂層的使用壽命與維修間隔時間不同，使用年值法進行分析可以使不同防水涂料具有時間上的可比性，得到的年費用值是真實可靠的。所以本文采取年費用法對備選的防水涂料方案進行經(jīng)濟評價。

2.2 防水層壽命周期成本

壽命周期成本是指建筑物或建筑物體系在一段時間內(nèi)的建設(shè)、運行、維護和拆除后折現(xiàn)的貨幣成本，具體到防水涂層上來說，就是確定屋面防水涂層在建筑使用壽命期內(nèi)，從建成、維護、重修到拆除的總費用。

依據(jù)全壽命周期成本的理念，防水涂層壽命周期成本可以分為建設(shè)成本和維護成本2類。在我國建設(shè)工程造價中，建設(shè)成本包括直接費和間接費，直接費由人工費、材料費和機械器具使用費構(gòu)成；間接費由管理費、稅金、規(guī)費等構(gòu)成，其費用總額是由工程總造價乘以費率得出。本文所討論的屋面防水涂層建設(shè)成本只計算直接費用，即人工費、材料費、機械器具使用費。維護費用無具體明確的參考依據(jù)，其成本受到建筑地點、涂層破壞程度、檢修深度等多因素的影響，市場上無明確的指導(dǎo)價格。本文通過具體調(diào)研西藏各地區(qū)維修費用，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行可靠性分析與數(shù)理統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，確定各涂層方案的維修費用，保證數(shù)據(jù)的可靠性和真實性。

2.3 涂層成本經(jīng)濟分析模型

在建立全壽命周期的經(jīng)濟成本分析模型前，需明確建筑物設(shè)計使用年限，且評估各防水涂層的合理使用年限，即各防水涂層使用壽命和維護間隔時間。假設(shè)防水涂層的建設(shè)成本與重建成本相同，維修成本不受物價變動因素影響保持不變，各成本都能在準(zhǔn)確評估基礎(chǔ)上得出具體數(shù)值。在建筑物設(shè)計使用壽命到期后，各防水涂層因為重建而未達(dá)到其使用年限，為保證各方案的在對比上的一致性，在建筑壽命期后，未達(dá)使用年限的防水涂層留有一定的殘值，殘值為剩余使用年限的建設(shè)成本，即剩余使用壽命與年平均建設(shè)成本的乘積。綜上，以年費用值為經(jīng)濟指標(biāo)，得出式（1）經(jīng)濟成本分析模型：

式中：AC——防水涂層在建筑全壽命期內(nèi)的年費用值；

N——建筑設(shè)計使用年限；

n1——各防水涂層使用年限；

n2——各防水涂層維護間隔時間；

I1——防水涂層建設(shè)成本；

I2——防水涂層維護成本；

（P/F，i，jn1）——復(fù)利現(xiàn)值因子；

（A/P，i，N）——資金回收因子。

3 高原地區(qū)屋面防水涂層經(jīng)濟分析

通過查閱西藏地區(qū)工程建設(shè)費用定額，確定各防水涂層方案中人工費、材料費、機械器具使用費的建設(shè)成本，并走訪調(diào)研西藏地區(qū)各種防水涂層維修成本。以位于青藏高原阿里地區(qū)（海拔高度4750 m）的JC行政辦公樓為例，將參數(shù)代入式（1）中計算，得出各防水涂層方案的年費用值，通過分析比較，確定最佳防水涂層方案，為實際工程的屋面防水建設(shè)提供決策依據(jù)。

3.1 防水涂層的年費用值

JC行政辦公樓的設(shè)計使用年限為50年，屋面防水等級為Ⅰ級，建筑物內(nèi)設(shè)有大量工廠生產(chǎn)設(shè)備，防滲漏要求高。根據(jù)屋面防水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，確定各防水涂料作為1道防水層的厚度，參考產(chǎn)品規(guī)格，確定每平方米用量并確定涂料價格，如表3所示。

表3 屋面防水涂料用量及價格

由表2可見，實例工程的人工費調(diào)整系數(shù)為1.8，機械使用費調(diào)整系數(shù)為1.25。根據(jù)定額費用標(biāo)準(zhǔn)計算各涂層的建設(shè)成本，并咨詢多家企業(yè)的維修參考報價，在此基礎(chǔ)上預(yù)估維修費用。以實例工程的設(shè)計使用年限50年作為整個建筑的全壽命周期，即N=50年，標(biāo)準(zhǔn)折現(xiàn)率i=5%，結(jié)合表1、表3的數(shù)據(jù) 代入式（1）計算各方案的年費用值，結(jié)果如表4所示。

表4 高原地區(qū)屋面防水涂料經(jīng)濟成本分析

3.2 經(jīng)濟成本分析

由表4可見，在建筑壽命期為50年時，高原地區(qū)各防水涂層年費用值的對比為：聚氨酯防水涂料＜SBS改性瀝青防水涂料＜丙烯酸酯防水涂料＜硅橡膠防水涂料＜噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料＜JS復(fù)合防水涂料。綜合來看，聚氨酯涂料經(jīng)濟性最好，SBS改性瀝青涂料次之，雖然聚氨酯涂料因材料成本偏高，造成其建設(shè)成本較高，但是其維護間隔時間、涂層使用年限是最長的，從而在建筑壽命內(nèi)維修費用、建設(shè)總成本較低，從全壽命周期角度來看，其AC最低，經(jīng)濟效果最好。而JS復(fù)合防水涂料AC值最高，經(jīng)濟效果最差，雖然其建設(shè)成本不高，但是其維修頻率偏高，使用壽命也偏短，導(dǎo)致其全壽命周期成本高，究其本質(zhì)原因，是因為JS復(fù)合防水涂料為無機復(fù)合材料，剛性強，在低溫柔性、抗屋面變形能力上較弱，在地質(zhì)條件不穩(wěn)定、屋面基層變形量大的高原地區(qū)導(dǎo)致其出現(xiàn)裂縫、滲漏頻繁，從而使用壽命、維修間隔時間偏短。

表4的經(jīng)濟性比較結(jié)果與我國高原地區(qū)目前的屋面防水實際較為相符，高分子防水涂料如聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料在抗高低溫變化、抗屋面變形方面性能好，雖其單次建設(shè)成本高，但從其耐久性、適應(yīng)性、建筑全壽命周期來看，具備技術(shù)、經(jīng)濟上的優(yōu)勢，這也是其占據(jù)防水市場較大份額的原因。而SBS改性瀝青防水涂料、噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料屬于中檔型，在傳統(tǒng)瀝青防水涂料改良基礎(chǔ)上發(fā)展而來，在性能方面有較大突破，其材料成本低、制備工藝簡單，也占據(jù)著一部分防水市場份額，受到一定的青睞。JS復(fù)合防水涂料雖在我國防水實踐中也屬于常用涂料，但是其性能難以適應(yīng)屋面變形量大、凍融循環(huán)頻繁的高原高寒環(huán)境，因而在高原地區(qū)較少使用。

4 結(jié)語

通過構(gòu)建屋面防水涂層經(jīng)濟成本分析模型，基于全壽命周期成本，以年費用值為主要經(jīng)濟指標(biāo)，計算了6種常見防水涂料的年費用值，分析其在高原地區(qū)的經(jīng)濟性。SBS改性瀝青防水涂料、噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料、JS復(fù)合防水涂料、聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料、硅橡膠防水涂料年費用值分別為10.17、12.48、13.79、9.17、10.32、11.92元/m2，聚氨酯防水涂料經(jīng)濟效果最好，JS復(fù)合防水涂料經(jīng)濟效果最差，計算結(jié)果與我國高原地區(qū)防水工程實踐較為相符。

不同類型的防水涂料因其技術(shù)性能在不同的地理氣候環(huán)境下表現(xiàn)出不同的經(jīng)濟效益，究其原因，是受到建筑使用年限、建設(shè)成本、維修成本、涂層使用壽命、維修間隔時間等多因素的影響。在防水工程實踐中，決策者應(yīng)結(jié)合建筑環(huán)境和防水材料市場，綜合考慮防水涂料種類的選擇，遵循因地制宜的原則，在定量分析的基礎(chǔ)上做出最優(yōu)決策，才能達(dá)到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、耐久性好的要求。