農(nóng)村磚混、輕鋼、輕木結(jié)構(gòu)住宅全生命周期成本研究

■ 中關(guān)村人居環(huán)境工程與材料研究院 劉雪婧 馮小江 許志鋼

陶淵明在《歸園田居 其一》中這樣描述：“暖暖遠(yuǎn)人村，依依墟里煙”。從古至今，田園村居或許是深刻在中華民族基因中的一類追求美好生活之具象化形式。近20年來，國(guó)家對(duì)農(nóng)村建設(shè)工作愈加重視，鄉(xiāng)村振興關(guān)鍵工作之一即為提升農(nóng)村人居環(huán)境質(zhì)量。鄉(xiāng)村住宅形式對(duì)農(nóng)村居民的生活品質(zhì)和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施具有重要影響，因此，研究選擇合適的住宅形式對(duì)于提升鄉(xiāng)村居住環(huán)境、促進(jìn)鄉(xiāng)村振興具有重要意義。

鄉(xiāng)村振興工作實(shí)施過程中重新規(guī)劃建設(shè)了大批農(nóng)宅，部分地區(qū)依然沿用傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)作為農(nóng)宅改造的主要建筑形式，其環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性以及適用性已然落后于農(nóng)村發(fā)展現(xiàn)階段的需求。相比較而言，輕鋼結(jié)構(gòu)和輕木結(jié)構(gòu)房屋有自重輕、工業(yè)化程度高、干法施工、施工速度快且不受季節(jié)限制、抗震性能好、節(jié)能效率高、材料環(huán)保、回收利用率高等顯著優(yōu)勢(shì)，木結(jié)構(gòu)建筑起源于中國(guó)，傳承發(fā)展了數(shù)千年，歷史悠久，現(xiàn)代輕木結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)在材料運(yùn)用、結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)造形式和施工方式方面都有巨大的提升[1][2]。這兩種結(jié)構(gòu)體系在國(guó)外廣泛應(yīng)用于鄉(xiāng)村的住宅建筑，在國(guó)內(nèi)農(nóng)村尚未大面積推廣，究其原因主要是建造成本比傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)高。

但是，建筑在其整個(gè)生命周期內(nèi)，所發(fā)生的成本遠(yuǎn)不止建造成本。美國(guó)Veterans Affairs機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，建筑的運(yùn)營(yíng)及維護(hù)成本可達(dá)到建造成本的7.7倍，建筑的全生命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）才是決策者真正應(yīng)該考慮的成本因素[3]。本文通過對(duì)農(nóng)村地區(qū)傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)、輕木結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)住宅LCC的分析，研究輕鋼和輕木結(jié)構(gòu)在農(nóng)村推廣是否具有成本優(yōu)勢(shì)，以便為農(nóng)村居民選擇鄉(xiāng)村住宅形式、推廣新型鄉(xiāng)村住宅結(jié)構(gòu)，以及國(guó)家政策支持和引導(dǎo)提供參考，對(duì)于促進(jìn)鄉(xiāng)村振興和提升鄉(xiāng)村居住環(huán)境具有積極意義。

住宅建筑LCC分析方法

通用公式

項(xiàng)目在其從前期準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)實(shí)施、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)，直至拆除回收，即從項(xiàng)目生命開始到生命結(jié)束的整個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)所花費(fèi)的成本和，即為L(zhǎng)CC。該理論的目標(biāo)是分析、控制整個(gè)生命周期內(nèi)的成本，以求LCC最優(yōu)方案[4]。其計(jì)算公式可以表示為：

國(guó)內(nèi)住宅建筑LCC分析模型

國(guó)內(nèi)住宅的生命周期可劃分為準(zhǔn)備、建造、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、拆除回收等幾個(gè)階段，成本在各階段均有發(fā)生。一般運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用為年度周期發(fā)生，維護(hù)費(fèi)用為非年度周期發(fā)生，將兩類費(fèi)用分別用不同數(shù)學(xué)方法進(jìn)行折現(xiàn)換算，LCC數(shù)學(xué)模型可以表示為：

式（2）中：

Cp——準(zhǔn)備階段成本；

Cb——建造階段成本；

Cm1——運(yùn)營(yíng)成本（年度周期發(fā)生成本如能源、清潔等）；

Cm2——維護(hù)成本（非年度周期發(fā)生的替換、維修成本）；

Cs——拆除回收階段成本；

S——?dú)堉担?/p>

T——生命周期；

n——非年度周期成本發(fā)生的次數(shù)；

f——非年度周期成本發(fā)生的周期；

r——折現(xiàn)率。

重要參數(shù)確定

模型中生命周期和折現(xiàn)率兩個(gè)參數(shù)非常重要。

生命周期一般指分析目標(biāo)從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用直至壽命終結(jié)所經(jīng)歷的總時(shí)間。有研究指出，上世紀(jì)60年代建造的住宅經(jīng)濟(jì)生命約為25.6年，至2005年已達(dá)到56.3年，隨著建筑質(zhì)量的逐步提升，國(guó)內(nèi)建筑經(jīng)濟(jì)生命也大幅增長(zhǎng)[5]。與傳統(tǒng)住宅相比，輕鋼和輕木結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)壽命一般在90年以上，但LCC需要在同一生命周期參數(shù)下進(jìn)行對(duì)比分析，考慮現(xiàn)實(shí)情況下國(guó)內(nèi)住宅一般不會(huì)存續(xù)過長(zhǎng)年限，且目前國(guó)內(nèi)建筑使用超過50年以后就要進(jìn)行檢測(cè)、維修或加固，通過相關(guān)部門審批合格后才能繼續(xù)正常投入使用，故研究中使用50年作為生命周期參數(shù)。

在LCC分析中，不同階段的費(fèi)用不能靜態(tài)地評(píng)價(jià)，因?yàn)橘Y金有其時(shí)間價(jià)值，需要引入折現(xiàn)率將項(xiàng)目遠(yuǎn)期發(fā)生的成本轉(zhuǎn)化為現(xiàn)值，折現(xiàn)率一般按國(guó)民經(jīng)濟(jì)的社會(huì)折現(xiàn)率來取值[6]。《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》最新版規(guī)定，有政府參與的建設(shè)項(xiàng)目社會(huì)折現(xiàn)率一般取值為8%，為使計(jì)算結(jié)果更精確，對(duì)長(zhǎng)期收益項(xiàng)目的折現(xiàn)率一般在社會(huì)折現(xiàn)率基礎(chǔ)上稍微下調(diào)，本研究中取值為6%[7]。

三種結(jié)構(gòu)體系住宅LCC對(duì)比分析

筆者選取安徽某鄉(xiāng)村的磚混、輕鋼、輕木結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行分析，保證生命周期中各階段都在相同的地理位置、氣候水平和使用習(xí)慣條件下分析。

準(zhǔn)備階段成本

磚混住宅案例為安徽省某地區(qū)美麗鄉(xiāng)村示范工程中一棟3層帶曬臺(tái)雙拼型農(nóng)宅，建筑面積466.36m2，工期6個(gè)月，交付時(shí)為毛坯狀態(tài)；輕鋼住宅案例為2層獨(dú)棟住宅，建筑面積207.58m2，工期2個(gè)月；輕木住宅案例為2層獨(dú)棟住宅，建筑面積199.8m2，工期2個(gè)月。輕鋼與輕木住宅案例交付時(shí)含基本室內(nèi)裝修。

三種結(jié)構(gòu)體系住宅在同一區(qū)域建造，用地成本可視作一樣，三個(gè)案例的前期準(zhǔn)備成本約為300元/m2。

磚混案例設(shè)計(jì)成本為31元/m2，其準(zhǔn)備階段成本為331元/m2；輕鋼案例設(shè)計(jì)成本為40元/m2，其準(zhǔn)備階段成本為340元/m2；輕木案例設(shè)計(jì)成本為47.9元/m2，其準(zhǔn)備階段成本為347.9元/m2。

建造階段成本

使用分部分項(xiàng)清單計(jì)價(jià)法對(duì)案例造價(jià)進(jìn)行估算，磚混案例建造階段費(fèi)用為484373.87元，輕鋼案例建造階段費(fèi)用為417860元，輕木案例建造階段費(fèi)用為424966元。

磚混案例竣工時(shí)未包含裝修，需將其裝修費(fèi)用也計(jì)入建造成本中。以工期1個(gè)月，裝修水準(zhǔn)與其他案例相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)在當(dāng)?shù)卦儍r(jià)，按最低報(bào)價(jià)下浮20%取值，估算磚混案例的裝修費(fèi)用為186544元。綜上，磚混案例建造總費(fèi)用為670917.87元，其建造階段單位費(fèi)用為1438.63元/m2。建造期加裝修期共計(jì)7個(gè)月，以年利率6%，月復(fù)利計(jì)息，磚混案例建設(shè)期利息為51.11元/m2。綜上，磚混案例建造階段成本為1489.74元/m2。

相同方法計(jì)算輕鋼案例建造階段單位成本為2033.18元/m2，輕木案例建造階段單位成本為2147.74元/m2。

運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段成本

住宅建筑使用階段，成本發(fā)生大多集中在日常使用管理費(fèi)用、能耗費(fèi)用及維修維護(hù)費(fèi)用，除維修維護(hù)費(fèi)用外，其他使用階段成本均可以年度周期發(fā)生成本進(jìn)行分析，以年度周期發(fā)生的費(fèi)用在此歸為運(yùn)營(yíng)成本，非年度周期發(fā)生的維修維護(hù)費(fèi)用歸為維護(hù)成本，由于折現(xiàn)方法不同，分別進(jìn)行成本估算。

運(yùn)營(yíng)成本

假設(shè)與房屋結(jié)構(gòu)無關(guān)的能耗、物業(yè)及垃圾處理等成本相同。當(dāng)?shù)剞r(nóng)村住宅每年物業(yè)管理費(fèi)用為4.8元/m2，調(diào)查得知當(dāng)?shù)剞r(nóng)村住宅每年春秋兩季即非采暖制冷需求時(shí)段的能耗費(fèi)用約為5元/m2。

根據(jù)《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》 （JGJ134—2010）[8]提供的估算方法，單位時(shí)間單位建筑面積內(nèi)的建筑耗熱量由圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量與空氣滲透耗熱量之和減去建筑內(nèi)部得熱量得到。其中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量由室外平均氣溫與室內(nèi)計(jì)算溫度之差乘以建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)綜合傳熱系數(shù)來估算；空氣滲透耗熱量由室外平均氣溫與室內(nèi)計(jì)算溫度之差乘以建筑換氣量（質(zhì)量）與空氣比熱容之積來估算；單位時(shí)間單位建筑面積的內(nèi)部得熱量在冬季取3.8 W/m2，夏季取-3.8 W/m2。

據(jù)國(guó)家氣象局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，安徽省冬季室外平均氣溫5℃，夏季室外平均氣溫30℃。冬季室內(nèi)計(jì)算溫度取18℃，夏季室內(nèi)計(jì)算溫度取25℃。

磚混案例圍護(hù)結(jié)構(gòu)綜合傳熱系數(shù)估算為2.23W/（m2·K），夏季每小時(shí)耗能約為17.94W/m2，冬季每小時(shí)耗能為33.44W/m2。取冬夏兩季都為90天，每天24小時(shí)，全年采暖制冷總能耗為111kWh/m2，總費(fèi)用（取當(dāng)?shù)氐谝粰n電價(jià)0.5653元/kWh）為62.7元/m2。磚混案例每年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用為物業(yè)管理費(fèi)用、春秋季能耗費(fèi)用、夏冬季制冷采暖能耗費(fèi)用之和72.5元/m2，這部分成本為年度周期發(fā)生的成本，根據(jù)式（2）計(jì)算磚混案例全生命周期運(yùn)營(yíng)成本現(xiàn)值為1143元/m2。

輕鋼案例圍護(hù)結(jié)構(gòu)綜合傳熱系數(shù)約為0.5 W/（m2·K），取與磚混案例相同的指標(biāo)，計(jì)算得其每年制冷采暖能耗費(fèi)用為23.5元/m2，每年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用為33.3元/m2，根據(jù)式（2）折算其全生命周期運(yùn)營(yíng)成本現(xiàn)值為524.8元/m2。

輕木案例圍護(hù)結(jié)構(gòu)綜合傳熱系數(shù)約為0.39 W/（m2·K），計(jì)算得其每年制冷采暖能耗費(fèi)用為19.9元/m2，每年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用為29.7元/m2，根據(jù)式（2）折算其全生命周期運(yùn)營(yíng)成本現(xiàn)值為468.1元/m2。

維護(hù)成本

根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，磚混結(jié)構(gòu)農(nóng)村獨(dú)棟住宅的房屋構(gòu)件每15年維護(hù)一次，均攤每次維護(hù)活動(dòng)的費(fèi)用約150元/m2。由于是非年度周期發(fā)生的成本，根據(jù)式（2）折算其維護(hù)成本的現(xiàn)值為99.6元/m2。

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅一般每10年進(jìn)行一次防水層和門窗修繕，以及防腐維護(hù)，每次費(fèi)用約為80元/m2。由式（2）中非年度周期成本折現(xiàn)系數(shù)折算輕鋼案例維護(hù)成本的現(xiàn)值為92.5元/m2。

輕木結(jié)構(gòu)住宅一般每5年進(jìn)行防腐、防潮、防蛀等處理，以及其他部品部件的修繕，每次費(fèi)用約為45元/m2。由式（2）折算其維護(hù)成本的現(xiàn)值為123.4元/m2。

綜上，磚混案例運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段成本為以上運(yùn)營(yíng)與維護(hù)成本現(xiàn)值之和1242.6元/m2，輕鋼案例運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段成本為617.3元/m2，輕木案例運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段成本為591.5元/m2。

拆除回收階段成本

一般磚混結(jié)構(gòu)房屋拆除階段拆除費(fèi)用、垃圾清理費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用等總計(jì)費(fèi)用可按建造成本的10%來估算，此處使用建造成本的現(xiàn)值估算拆除成本，不需進(jìn)行折現(xiàn)換算。磚混案例拆除回收階段成本為149元/m2。

輕木結(jié)構(gòu)與輕鋼結(jié)構(gòu)住宅多采用裝配式施工，拆除方便，回收利用率為90%以上，幾乎沒有廢棄物，無需垃圾處理費(fèi)。一般其拆除費(fèi)用以建造費(fèi)用的4%進(jìn)行估算，計(jì)算輕鋼案例和輕木案例拆除回收階段成本分別為81.3元/m2，85.9元/m2。

殘值

通常，房屋使用年限超過20年后，折舊率取值不大于5%，此處假設(shè)折舊率為5%。磚混結(jié)構(gòu)房屋拆除后，只有金屬扶手、鋁合金窗等金屬構(gòu)件可回收，由材料現(xiàn)價(jià)進(jìn)行估算，其殘值為2.08元/m2。輕鋼案例和輕木案例所有的結(jié)構(gòu)、吊頂、保溫材料、門窗、龍骨等都可回收再利用，估算其拆除后殘值分別為48.5元/m2，51.7元/m2。

三種結(jié)構(gòu)住宅LCC對(duì)比

從表1可以得出：磚混、輕鋼、輕木三個(gè)結(jié)構(gòu)的案例全生命周期成本分別為3210.26元/m2，3023.28元/m2，3121.34元/m2。輕鋼案例的全生命周期成本最優(yōu)，輕木案例次之，磚混案例最高，三者相差不大，主要原因是研究中所設(shè)定的生命周期為50年，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，輕鋼與輕木結(jié)構(gòu)在使用階段的成本優(yōu)勢(shì)沒有很好地體現(xiàn)出來，但這也符合我國(guó)國(guó)情。

表1 LCC分析對(duì)比表

運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段磚混與輕鋼、輕木案例的成本差異非常明顯，磚混比輕鋼案例、輕木案例運(yùn)營(yíng)成本分別高618.2元/m2，674.9元/m2。成本差異主要在能耗成本上，磚混案例制冷采暖能耗約為輕鋼案例的2.67倍，是輕木案例的3.15倍，輕木案例最節(jié)能，輕鋼比輕木案例能耗稍高，磚混案例能耗最高。

拆除階段磚混案例的成本占比最高，輕鋼與輕木案例的拆除成本占比幾乎相同，可回收利用部分的殘值分別為磚混的23倍和25倍，輕鋼和輕木結(jié)構(gòu)更節(jié)約人力和資源。

結(jié)語

經(jīng)過對(duì)比研究，選擇輕鋼或輕木結(jié)構(gòu)作為鄉(xiāng)村住宅形式有以下積極作用：

一是成本優(yōu)勢(shì)。輕鋼結(jié)構(gòu)和輕木結(jié)構(gòu)住宅的建造成本相對(duì)傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)高，但其運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的成本較低，后期所節(jié)約的成本足以覆蓋并超越前期的建造成本差，有助于降低鄉(xiāng)村居民居住成本。

二是能源效率和環(huán)保性。輕鋼、輕木結(jié)構(gòu)住宅在節(jié)能效率方面遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)，其施工材料和技術(shù)能夠有效減少能源消耗并降低碳排放，符合“雙碳”政策，有助于提高鄉(xiāng)村居住的可持續(xù)性和環(huán)境友好性。

三是安全和舒適性。輕鋼、輕木結(jié)構(gòu)相對(duì)傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)更耐用，承受自然災(zāi)害和氣候變化的性能更強(qiáng)，在建造中結(jié)合新型裝配式的多樣功能性材料，可大幅提高建筑安全性和人居舒適性。

基于上述研究結(jié)論，國(guó)家相關(guān)部門可以在以下方面提供支持和引導(dǎo)：

政策支持。制定相關(guān)稅收優(yōu)惠政策或貸款支持措施，鼓勵(lì)農(nóng)村居民選用輕鋼和輕木結(jié)構(gòu)住宅形式。同時(shí)，完善相關(guān)的建筑法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，確保其質(zhì)量和安全性。

人才培養(yǎng)。為鄉(xiāng)村建筑師、工程師和施工人員提供技術(shù)培訓(xùn)和指導(dǎo)，提升他們對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)和輕木結(jié)構(gòu)住宅的理解和應(yīng)用能力。

宣傳推廣。通過媒體宣傳、展覽、研討會(huì)等形式，向農(nóng)村地區(qū)宣傳輕鋼和輕木結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢(shì)與可行性，增加農(nóng)村地區(qū)對(duì)此類住宅形式的接受度和認(rèn)可度。

在當(dāng)前發(fā)展形勢(shì)下，城市建筑更新滯緩，鄉(xiāng)村是未來建筑創(chuàng)新與發(fā)展的主要場(chǎng)景，輕鋼和輕木結(jié)構(gòu)不僅非常適合鄉(xiāng)村的建筑環(huán)境，也比傳統(tǒng)建筑形式更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能、高效。中國(guó)廣袤的鄉(xiāng)村大地，滋養(yǎng)著一代代炎黃子孫，也永遠(yuǎn)孕育著新的夢(mèng)想和力量，提高鄉(xiāng)村建筑質(zhì)量，提升鄉(xiāng)村人居環(huán)境，用新生的與環(huán)境和時(shí)代更相宜的建筑替代落后的鄉(xiāng)村住宅，讓中國(guó)鄉(xiāng)村煥發(fā)出新的生命力。在鄉(xiāng)村推廣使用輕鋼和輕木結(jié)構(gòu)，探索中國(guó)建筑繼承傳統(tǒng)與本土創(chuàng)新的特色路徑，健康綠色的美好生活存在于詩(shī)歌和想象中，也在現(xiàn)實(shí)中。