既有住宅建筑平均使用壽命研究
——基于城市可持續(xù)發(fā)展視角

王宗讓，劉 坤

（1.陜西師范大學基建處，西安 710119；2.西安建筑科技大學管理學院，西安 710055）

既有住宅建筑平均使用壽命研究
——基于城市可持續(xù)發(fā)展視角

王宗讓1，劉 坤2

（1.陜西師范大學基建處，西安 710119；2.西安建筑科技大學管理學院，西安 710055）

基于我國住宅建筑“短命現(xiàn)象”，結合城市建設現(xiàn)狀，以三四線小城市為研究對象，通過對威布爾分布測定模型加以改進，構建更為實用和簡便的住宅建筑使用壽命測定模型。并以濮陽市區(qū)為例進行實證分析，得出相關結論，即濮陽市區(qū)住宅建筑平均使用壽命小于五十年以及其平均使用壽命與住宅建設年代有關的特點。最后，分析造成濮陽市區(qū)住宅建筑使用壽命現(xiàn)狀的原因，并從城市可持續(xù)發(fā)展的視角為城市建設提出相關建議。

住宅建筑；使用壽命；威布爾分布；概率權重矩法；可持續(xù)發(fā)展

引言

隨著我國經(jīng)濟與社會的快速發(fā)展以及城鎮(zhèn)居民住房需求的不斷增長，近年來我國城市住宅新建面積急劇增加，據(jù)相關統(tǒng)計，2000—2013年我國城市住宅新建面積109.84億m2，占建國以來城市住宅建設總面積190.17m2的57.76%；與此同時，我國每年卻有大量住宅被拆除，僅2002—2003年我國城市住宅拆除2.81億m2，并且被拆除住宅中尚有大量住宅不僅可以滿足居民居住需求，更遠遠沒有達到其設計使用年限。我國城市住宅的“大拆大建”模式不僅使得我國住宅建筑“短命現(xiàn)象”日益嚴重，更造成了建筑價值流失、資源浪費和環(huán)境污染加劇等突出問題。顯然，這不但相悖于我國倡導的資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設理念，更不符合當下低碳經(jīng)濟發(fā)展模式。另外，相比于我國住宅建筑的“短命現(xiàn)象”，歐洲各國百年建筑隨處可見，在英國和意大利等國，獨具城市文化的百年建筑形成了獨特的旅游資源，帶來了良好的經(jīng)濟與社會效益。

近年來，我國政府全力推進新型城鎮(zhèn)化建設，大量壽命周期內的住宅建筑被無序拆除與建設，極大地浪費了城市資源，也違背了城市的可持續(xù)發(fā)展理念。因此，有必要去探究我國既有住宅建筑的平均使用壽命到底有多長。目前，許多大城市的住宅建筑都經(jīng)歷了更新?lián)Q代，而三四線小城市的舊住宅建筑正處在是否大拆大建的“十字路口”。因此，本文以三四線小城市為研究對象，從城市可持續(xù)發(fā)展的視角研究既有住宅建筑的平均使用壽命，為可持續(xù)發(fā)展模式下的城市建設提供有益的理論支持。

一、文獻綜述

國外政府和居民不像國內如此熱衷于新建住宅，而是將適當?shù)馁Y源投入到舊建筑的改造再次利用，因此國外關于既有住宅建筑的研究更多地注重對既有住宅建筑改造技術的研究?？紤]到我國住宅建筑所處經(jīng)濟與社會環(huán)境的特殊性，本文重點研究了我國學者關于住宅建筑壽命問題的研究?？偨Y發(fā)現(xiàn)，國內學者對其研究主要分為兩個方面：一是側重于探究造成我國住宅建筑短命現(xiàn)象的原因分析，如王瑞、林振榮等從經(jīng)濟、人口、土地和建筑設計四個方面，研究了其對住宅建筑壽命的影響；胡穎、鄔榮亮從城市建設、規(guī)劃政策、建筑周邊環(huán)境、建筑功能、建筑質量等方面，探討了我國住宅建筑短命的原因，并從可持續(xù)發(fā)展設計的角度提出延長我國住宅建筑使用壽命的建議。二是部分學者基于具體城市實地調研，通過構建理論模型測算了我國住宅建筑的經(jīng)濟壽命和使用壽命，如劉貴文、徐可西等運用數(shù)理統(tǒng)計方法測定了重慶市被拆除建筑的壽命，并分析了這些住宅建筑被過早拆除的原因，提出相應的建議；歐陽建濤通過研究構建了我國既有住宅建筑壽命測定模型，并基于長沙市實地調研數(shù)據(jù)對相關結論進行驗證。

通過閱讀大量相關文獻發(fā)現(xiàn)，國內學者對我國既有住宅建筑壽命的研究多側重于對其影響因素的探討。只有歐陽建濤一人對我國既有住宅建筑的壽命進行了測定，但作者在運用威布爾分布函數(shù)之前只是理論性地指出了如何對其進行分布的擬合檢驗，卻沒有實證性檢驗，這很難說明住宅建筑使用壽命就服從威布爾分布；同時選用相關系數(shù)優(yōu)化法進行了參數(shù)的點估計，這種方法求解中需要進行大量的迭代求解，計算過程相當復雜。

二、住宅建筑平均使用壽命測定模型

決定城市住宅是否拆除的主要因素是其自身的可靠性，也可以理解為物理壽命，因此在住宅總體服從威布爾分布的前提下，使用已知壽命的樣本來推斷整體住宅的平均壽命是可行的。本文參考相關學者關于威布爾分布函數(shù)的研究成果，完善對住宅建筑使用壽命是否服從威布爾分布進行實證性擬合檢驗；同時采用概率權重矩法來進行參數(shù)的點估計，簡化計算過程，本文選用大樣本數(shù)據(jù)，保證結果的精確性。

（一）威布爾分布函數(shù)

威布爾分布是根據(jù)樣本產(chǎn)品的可靠性去研究總體產(chǎn)品壽命分布規(guī)律的一種統(tǒng)計分布，其密度函數(shù)為：

上式為三參數(shù)威布爾分布的密度函數(shù)，γ為位置參數(shù)，其含義為在γ之前產(chǎn)品不會發(fā)生失效；考慮到住宅建成后即面臨著影響其使用壽命的不可預見因素（如人為因素或自然等不可抗力因素），所以在對住宅建筑的使用壽命進行測定時取γ=0更為合理，意味著住宅建筑一旦建成后隨時都有可能由于種種原因而導致使用壽命結束。這就得到了二參數(shù)威布爾分布，其密度函數(shù)為：

其中，β為形狀參數(shù)，η為特征壽命；β，η＞0。威布爾分布的分布函數(shù)為：

其平均壽命（數(shù)學期望）為：

其方差為：

（二）分布的擬合檢驗

進行壽命測定之前首先要檢驗住宅壽命是否服從威布爾分布，這就是分布的擬合檢驗。

首先假設住宅建筑壽命分布為F（t），要檢驗假設：

H0：F（t；β，η）=1-其中β和η為未知參數(shù)。

統(tǒng)計可得r個住宅失效（被拆除）時間為t1＜t2＜…＜tr；做變換Xi=lnti，則X1＜X2＜…＜Xr。

Z2，…，Zr為標準極值分布的次序統(tǒng)計量。

然后運用數(shù)值檢驗，構造Van-Montfort統(tǒng)計量：

其中E（Zi）（i=1，2，…，r-1）為標準極值分布次序統(tǒng)計量的數(shù)學期望，其值可由《可靠性試驗用表》查得。

當H0成立時，W漸進地服從自由度為2（r-r1-1），2r1的F分布。

對于給定的顯著性水平α，由F分布的分位數(shù)表查得Fα/2（2（r-r1-1，2r1））和F1-α/2（2（r-r1-1，2r1））。

所以，當F1-α/2（2（r-r1-1，2r1））≤W≤Fα/2（2（r-r1-1，2r1））時，接受H0，即原假設成立，說明住宅使用壽命服從威布爾分布；否則原假設不成立，說明住宅使用壽命不服從威布爾分布。

（三）參數(shù)的點估計

有學者指出威布爾分布的概率權重矩式為：接下來繼續(xù)構造統(tǒng)計量：

其中，K=0，1，3；Γ為伽馬函數(shù)。

由（7）式分別求得M101、M102、M103，然后可求得：

其中，γ=0。而由樣本可以求得其概率權重矩為：

三、實證分析

本文選擇河南濮陽作為調研區(qū)域，近年來隨著居民住房需求的不斷增長和國家新型城鎮(zhèn)化建設，市區(qū)大批量舊住宅建筑面臨著被拆除風險。所以，本文對濮陽市區(qū)住宅建筑平均使用壽命進行測定，對當下階段濮陽市的城市建設有著積極的參考價值，對可持續(xù)發(fā)展理念下的三四線小城市的城市建設也有借鑒意義。

（一）數(shù)據(jù)來源和處理

根據(jù)濮陽市區(qū)住宅建筑建設年代特點，本文按照分層抽樣原理，分別對20世紀60年代、70年代、80年代、90年代住宅建筑進行了調研，通過對獲得數(shù)據(jù)的統(tǒng)計整理，得到本文研究所需的相關數(shù)據(jù)。

（二）住宅建筑平均使用壽命測定

本文運用威布爾分布模型對20世紀60年代、70年代、80年代、90年代住宅建筑平均使用壽命的測定過程具有一致性，考慮到文章篇幅所限，這里僅闡述20世紀60年代住宅建筑平均使用壽命的測定過程，其余年代住宅建筑平均使用壽命的測定過程不再具體敘述，只給出最后測定結果。

1.分布的擬合檢驗。20世紀60年代住宅建筑使用壽命的分布擬合檢驗中n=45，r=34，根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，通過相關計算 以及查詢《可靠性試驗用表》分別求得Hi，E（Zi）（如表1所示）。

表1 分布擬合檢驗測算表

續(xù)表

取r1=[r/2]=17，根據(jù)Hi的取值由（6）式求得：

取顯著性水平α=0.1，通過查F分布表可知：

F0.05（32，34）=1.80，F(xiàn)0.95（32，34）=0.56

所以，F(xiàn)0.95（32，34）≤W≤F0.05（32，34），即20世紀60年代住宅建筑使用壽命服從二參數(shù)威布爾分布。同理，也證明了其他年代住宅建筑使用壽命服從威布爾分布。

2.參數(shù)的點估計。將表1中20世紀60年代住宅建筑相關數(shù)據(jù)分別帶入（10）式、（11）式、（12）式中求得：M100=42，M101=19.7455，M103=9.3895。

然后將M100=42，M101=19.7455，M103=9.3895帶入（8）式、（9）式求得參數(shù)：

η=47.2547，β=2.6573

3.使用壽命計算。將參數(shù)η=47.2547，β=2.6573帶入（3）式、（4）式通過查表計算可求得20世紀60年代住宅建筑平均使用壽命為42年，壽命方差為289.7。

同理，通過相關計算可以求得其他年代住宅建筑服從威布爾分布的參數(shù)和平均使用壽命（如表2所示）。

結論與建議

表2 住宅建筑平均使用壽命計算表

由以上測定結果可知，濮陽市住宅建筑平均使用壽命呈現(xiàn)出兩大特點：第一，整體上來說，住宅建筑平均使用壽命偏低，其中20世紀60年代住宅建筑平均使用壽命為42年，70年代住宅建筑平均使用壽命為35.26年，20世紀80年代住宅建筑平均使用壽命為27.68，20世紀90年代住宅建筑平均使用壽命為21.59年。第二，住宅建筑平均使用壽命高低與住宅建設年代有著一定關系，表現(xiàn)為建設年代越久遠的住宅建筑使用壽命越長的“怪現(xiàn)象”。深究其原因，本文認為：首先，濮陽市建市較晚，經(jīng)濟較為落后，與其他三四線小城市一樣，住宅建筑建設基本上是保證居民基本居住需求，而不是當下城市建設盛行的“大拆大建”模式，所以20世紀60年代、70年代、80年代、90年代住宅建筑使用壽命延續(xù)至21世紀。其次，近年來隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和居民住房需求的不斷增長，濮陽城市建設也初步顯現(xiàn)出“大拆大建”的苗頭，這造成了很多20世紀60年代、70年代、80年代住宅建筑逐漸被拆除重建，甚至部分20世紀90年代住宅建筑由于城市規(guī)劃和政府領導片面追求形象工程等原因也面臨被拆除的命運。

對于一個城市而言，可持續(xù)發(fā)展才是長遠之道，住宅建筑的“短命現(xiàn)象”很顯然不利于城市的可持續(xù)發(fā)展。本文提出以下建議：第一，依據(jù)建筑循環(huán)理念適當延長住宅建筑的生命。對既有建筑內部空間和外部環(huán)境進行適度改造與更新，延續(xù)其原有功能或者賦予新的功能，實現(xiàn)原有建筑生命的循環(huán)再生。第二，建立城市規(guī)劃的長效機制。城市規(guī)劃往往決定著一個城市的空間布局和建筑特點，按照可持續(xù)發(fā)展理念，只有城市規(guī)劃長效穩(wěn)定，才能避免住宅建筑因片面追求短期經(jīng)濟效益而被過早拆除現(xiàn)象的發(fā)生，才能更多地從社會、環(huán)境、經(jīng)濟三個方面都有利于一個城市的長遠發(fā)展。

[1]王瑞，林振榮，謝永亮，等.對影響建筑壽命因素的探討[J].低溫建筑技術，2010，(2)：14-25.

[2]胡穎，鄔榮亮.延長我國建筑使用壽命的可持續(xù)發(fā)展設計[J].中華民居，2014，(5)：87-89.

[3]劉貴文，徐可西，張夢俐，等.被拆除建筑的壽命——基于重慶市的實地調查分析[J].城市發(fā)展研究，2012，(10)：109-112.

[4]歐陽建濤，任宏.城市住宅使用壽命研究[J].科技進步與對策，2008，(10)：32-35.

[5]歐陽建濤，劉曉君.中國住宅壽命周期研究[J].工業(yè)技術經(jīng)濟，2007，(5)：83-85.

[6]中國電子技術標準化研究所.可靠性實驗用表(增訂本)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1987.

[責任編輯 吳明宇]

F293.3

A

1673-291X（2017）10-0116-05

2017-01-06

王宗讓（1970-），男，陜西扶風人，基建處總工，講師，從事土木工程研究。