建设用地与布局模式的效率性分析

12　主要专业工程设计的经济性

不同专业工程，如规划、建筑、结构、工程设备等，其设计的经济性问题，有着各自不同的特点。因此，需要从各类专业工程设计的经济性表征出发，分析影响工程经济性的因素，寻求相应的经济性策略。这里所指的经济性，不再仅是传统意义上的经济涵义，而是本书所强调的，它是一种包含经济效益、社会效益和环境效益在内的综合效益概念。

12.1　建设用地与布局模式的效率性分析

建设用地是工程设计的基本条件之一。工程设计对用地的经济性考虑就是对建设用地的适应性进行分析，寻求建设用地的限制与工程之间的最佳结合点，使二者得以协调和平衡，以充分发挥建设用地的效率和作用。

12．1．1　土地的属性

对建设用地经济性研究，首先要了解土地的属性。土地的属性包括资源属性、生态属性、资产属性、社会属性和法律属性。前两者也可以称为自然属性，资产属性也可称为经济属性。

1）土地的资源属性

土地是一种综合性的自然资源，与大气、水、生物、矿产等单项资源相比，土地是人类生存所需要的最基本的、最广泛、最重要的资源。土地资源属性具有如下基本特征：（1）稀缺性。地球表面陆地的土地面积总量是有限的，人类各种生活和生产活动为土地利用进行着竞争。（2）时间上的可变性。土地随自然气候和时间变化而产生的季节性变化，如动植物的生长与死亡、土壤的冻结与融化、河水侵蚀等，这些都影响着土地的固有性质和生产特征。（3）空间上的不可移动性。地球上不同位置的土地占有特定的地理空间，每一块土地的绝对位置和各块土地之间的相对位置都是固定的，每块土地环境、能量与物质构成在一定时空范围内基本上也是固定的。

2）土地的生态属性

土地是由气候、土壤、水文、地形、地质、生物及人类活动的结果所组成的综合体，土地资源各组成要素相互依存、相互制约，构成完整的资源生态系统。从生态学角度看，土地具有以下重要功能：（1）养育功能。土地的本质属性是有生产力，它可以生产出人类需要的植物和动物产品。（2）净化功能。土地上的植物可净化受污染的空气；进入土地的污染物质在土体中可通过扩散、分解等作用逐步降低污染物浓度；或经沉淀、胶体吸附等作用使污染物发生形态变化；或通过生物和化学降解，使污染物变为毒性较小或无毒性甚至有营养的物质。（3）再生功能与非再生性。生长在土地上的生物不断地生长和死亡，土壤中的养分和水分及其他化学物质不断地被植物消耗和补充，这使得土地资源本身具有可更新性。但是，人类对土地的掠夺性开发又破坏了土地生态系统的平衡，土地原有性质可能被彻底破坏而不可逆转和恢复，使土地丧失再生功能。

3）土地的资产属性

土地作为一种资产，通常称为地产（Estate in Land）。地产具有如下特性：（1）不动性。由于其不可移动性，所以它不能随着产权的转移而改变其实体的空间位置，这就决定了它是一种不动产。（2）个体的异质性。由于形成地产的区位、地理、土壤、地质等不同，从而体现为地产的质量差异、用途差异、经济价值差异。（3）多用途的生产力。土地既可以作为农业生产资料，发挥其自然生产力，又可以作为城建、交通、国防、旅游等非农业利用，发挥其劳动生产力，又可成为人类活动空间，发挥其环境生产力和生态生产力。（4）价值和价格的二重性。土地具有使用价值和交换价值，并表现为价值的二重性：一是作为自然物的土地价值，二是凝集作为开发土地的劳动产品价值。价格是价值的货币表现，因此土地价格同样具有这二重性。

4）土地的社会属性

在利用土地资源进行物质资料生产时，土地就构成了社会生产力的物质要素。社会生产离不开土地资源，土地所有制构成了生产资料所有制的重要组成部分。人类对土地的开发利用和占有过程，一方面形成了人与土地的关系，另一方面形成了人与人之间的关系。在不同社会形态下，土地资产所有制的形式决定了社会制度的基础，从奴隶制社会到社会主义社会的发展历史已深刻地证明了这一点。土地所有制性质体现了土地社会属性本质，土地问题影响到社会的政治、经济等诸多方面。目前，我国有土地国有制和农村土地集体所有制两种土地所有制形式。

5）土地的法律属性

土地的法律属性体现于土地的权籍，包括地权和地籍。地权包括土地所有权及使用权。土地所有权是土地所有者拥有的、受到国家法律保护的排他性专有权利，可细分为占有权、使用权、收益权、处分权等权能；土地使用权指的是按法律规定，对一定土地进行利用、管理并取得收益的权利。地籍即土地的户籍，是记载土地的位置、界址、数量、质量、权属和用途等基本状况的簿册。地籍是对土地进行科学管理的基础，地籍提供具有法律依据的、精确的、连续的空间位置、数量、质量等方面的基本资料，是调整土地关系、合理组织土地利用的基本依据。

12．1．2　建设用地的效率性

土地的自然属性和经济属性揭示了人类对土地利用的效率需求，从工程建设上就体现为提高建设用地的效率性，即提高土地资源投入和产出成果的对比关系。这可以从宏观和微观两个角度进行分析。

从宏观角度上看，土地作为人类生存最重要也是最基本的资源，其所具有的稀缺性属性和生态属性要求人们必须集约化利用土地。特别是城市的居住建筑、公共建筑、工业建筑、市政基础设施工程的建设用地以及交通运输工程的建设用地，将可能彻底破坏土地资源的可再生性。大量地侵占耕地、林地、草地和湿地建设工程，将可能破坏人类生存的最基本的物质基础。

从微观角度上看，土地供给的稀缺性表现为在某一地区、某种用途的地产供不应求，形成了稀缺的经济资源。无论是城市的居住地产、商业地产、工业地产，还是旅游地产，都存在着供应的稀缺问题。政府对工程建设用地严格的宏观控制更加大了这种供求的矛盾。因此，工程的决策与设计必须实现这种稀缺资源的最大利用价值，寻求建设用地最高最优的用途。从工程设计角度，提高建筑用地效率的路径有以下几个方面：

（1）建设用地是工程建设的基地，它一般是自然形成的，具有空间不可移动属性，由此导致每块建设用地都具有其自身的相对地理优势及土壤和地貌特征，这就是土地的工程特性。土地的工程特性由地基承载力、地下水、地形、水文、地貌等诸多要素综合作用形成，它直接决定作为某类工程建设用地的适宜性及限制性，同时也影响着工程的投资费用。因此，一方面在工程设计前应该选择适合本工程特点的建设用地，另一方面在工程设计中应分析基地的本身特征，充分利用基地自身的优势，选择适宜的总体平面布局和设计方案，达到节省投资的目的。

（2）建设用地的经济属性已不再表现为土地肥沃的生产力，而是表现在土地在城市中特定地点所产生的环境与区位的价值和土地开发的劳动价值上。因此，工程设计中应充分利用建设用地的个体异质属性，通过人为地对土地开发，使其具有很好的利用条件，以提高土地的利用效率，并由此转化为工程效益。而且，建设用地作为一种资产，它不会像其他类型的资产那样，随着时间的推移总是不断地折旧直至报废。土地经营者对土地的投资、土地周围设施的改善、土地用途的改变和土地需求量的增加，土地不仅不会折旧，反而还可以反复使用和永续利用，并随着人类劳动的连续投入而不断发挥它的性能。甚至它还能随着社会经济的发展，实现其自然增值。因此，建设用地的选择和开发方案的设计，必须寻找建设用地的最大的经济潜力，最大程度地发掘建设用地的开发价值。

（3）土地作为一种有机的生态系统，保持着自身相对稳定的存在状态。但是，如果改变该资源生态系统中的某种成分，就很难确保周围的环境保持完全不变。建设用地的开发必然会改变基地的表层结构或形态，破坏土地原有性质和再生功能，它与生态平衡之间的冲突是无可避免的。但是，通过精心的设计和妥善的管理，人们是能够做到维持土地生态系统的基本稳定状态，并能够通过人的干预使土地资源的生态价值得以提升。正如在第10章和第11章中所强调的那样，工程设计不仅要关注经济效益，更重要的还要关注环境效益和社会效益，以期取得工程的综合效益最大化。同样，在工程设计中保持和提高建设用地生态价值也是提高建设用地效率性的一个重要方面。

综上所述，提高建设用地的效率性，一是寻找合适的建设用地，二是提高地块的产出成果，包括经济成果和生态成果两个方面。从工程经济学角度，就是进行建设用地的评价和选择及研究场地布局模式的合理性。

12．1．3　建设用地的选择与评估

1）建设用地条件分析

建设用地的各种内在和外在条件构成了建设用地的组成要素，造就了工程基地的性格特征。只有在对建设用地条件充分了解和分析的基础上，才能对土地的工程承载力、生态承载力和最佳用途做出合理的判断。建设用地条件包括以下几个方面：

（1）自然条件——地形、地貌、气象、地质、水文、土壤、植被等。

（2）环境条件——区域位置、周边道路与交叉口、周围建筑物与绿化、市政基础设施等。

（3）规划条件——用地红线、容积率、建筑密度、出入口限制、空间要求、高度控制、环境保护等。

2）建设用地评估与选择要考虑的因素

建设用地评估与选择主要考虑以下的因素：

（1）预期——工程未来的产出能力。

（2）变化——影响建设用地与工程产出的自然环境、经济和社会因素、政府政策等的变化。

（3）供给和需求——供给与需求的相互作用是工程价值实现的唯一决定因素。

（4）竞争——地块所在区域的市场的竞争情况。

（5）替代方案——选择该地块，放弃了哪些机会（机会成本）。

（6）土地剩余产出——按经济学的观点，工程建设产出对生产的四个要素回报的顺序为：①劳动报酬；②资本投资（包括建筑物投资，不含土地投资）回报；③经营管理者（企业家）才能的回报；④余额，即为土地剩余产出，代表土地资本投资回报。

（7）整合和聚集效益——当工程与所在社区中存在着相当程度的经济、环境和社会的一致性时，工程建设将会产生最大化的价值。这个价值不一定完全体现在更多的投资者经济效益回报上，它更应该是一个综合效益。

（8）边际成本和边际贡献——对现有方案的任何改进，只有其增加的现金流是追加投资的合理回报，才能证明其合理性。

（9）经济外部性——指特定外在因素可能对工程产生的积极或消极的经济影响，即通常所说的项目位址概念。它可以全面地体现“预期”与“变化”理论。

（10）最高和最优用途——根据最高剩余产出确定的土地用途，并且在可预期的未来，这些用途必须在法律、经济、社会、环境和自然上都具有合理性。

在建设用地的研究不同阶段，如建设地区的选择、地点的选择和地块的选择等阶段，上述因素考虑的重要程度有所不同。

3）建设用地选择的过程与方法

建设用地选择过程是比较复杂的，需要在考察建设用地的历史、生态和建设意向基础上，运用不同的方式和方法进行研究、分析和比较用地条件和因素，选择最适宜的建设用地，以期后续阶段能获得更广阔的设计思路和富有洞察力的设计构思。基本过程如下：

（1）根据工程的建设目标，拟定初步的设计意图，据此确定所需要的建设用地条件和各条件的重要程度，并从上述因素中找出对本工程建设用地选择起决定性影响的因素，以此作为建设用地选择的基础。

（2）对于初步确定的满足工程基地基本条件的多个可行建设用地，设计师需要逐个研究。具体研究工作包括：①不必刻意按设计意图去考察基地，甚至可以忘却建设用地的用途，冷静地观察基地的条件与特征，寻找发现独特的或揭示性的线索，这有助于后续再开展设计的种种构想；②追溯基地的历史，包括自然演变、先前的使用与关联等；③调查决策者和使用者对基地形象的看法等；④对建设用地所具有的过渡性的、将消失的或正在消失的、永久的、自然发展的特征加以区分；⑤视建设用地为一个正在进行循环的生态系统，考察加入的人类生产或生活活动对生态系统冲突的方面，考虑如何维持其自身，分析可能会受到人的活动破坏的薄弱环节。这些研究工作的成果将为建设用地的选择提供决策依据。

（3）如果撇开工程本身研究建设用地，没有任何意义的，所以建设用地的研究与选择过程总是伴随着设计师的设计构思形成过程。一般情况下，设计师会带着初始的设计意图去寻找建设用地，但直接找到与初始设计意图完全一致的建设基地可能性较小。在基地研究过程中，设计师可能需要不断地调整工程设计思路，尝试各种可能性与适应性，并不断地在发展各种潜在的可能性中调整既定的设计目标和设计格局，提出满足工程建设目标并包含设计构思的建设用地方案。这一过程中，会应用到设计可能性边界理论、机会成本原理、边际效用理论等工程设计经济理论与方法。

（4）对所提出的多个建设用地方案进行比较，特别是对比和评估各方案起决定性作用的因素。多目标、多指标的综合评价方法是比较适用的方法，只有经过多因素、多方案的比较，才能形成一个综合效益最优的、令人信服的方案。采用相对优势原理，最终决策建设用地方案。

4）不同情况下的建设用地方案的评估与选择

建设用地的选择有几种不同的情况：

（1）第一种情况是业主只确定了建设意向，但并没有选定工程基地。在这种情况下，业主往往要求设计者提出建设用地的选择建议。在这种情况下，建设用地的选择包含对几个选址方案进行综合评估，或是在业主所确定的某一地区选定一块适合的基地。根据基础条件和工程需要的条件对比，对几个地址进行初步评估，在排除一些明显不适用的方案后，形成一组有价值的选址比较方案。经过对评估因素的量值的分析和计算后，排除某些指标（评估因素）不能为业主所接受的基地，如坡度过大、费用过高、必须特别加以保护的文物、极易受损害、征地困难、基地狭小、场地状况不良、开发不相匹配、污染严重、交通不便等。对最后剩余的基地方案进一步地分析，按决定性因素满足程度或综合评分对方案进行排序，并提出各自相应的设计构思，形成最终的选址建议书，并协助业主确定最终的选址方案。

（2）第二种情况是业主选定了工程基地，要求设计者根据基础条件，提出用地的最佳使用效益方案。这种情况下，需要将建设用地的内涵价值、社会生态效益、地方文脉以及交通、人的行为、工程本身等因素加以综合分析，以发掘建设用地的市场潜力为目标，寻求建设用地的最高最佳用途，构建发展目的和框架。在发展目的和框架下，再确定具体的设计目标，以便明确建设用地的使用性质。在这一过程中，应对方案之间的使用性质和发展意向进行比较分析，包括布局草图、市场分析和投资效益分析，从生态平衡、市场和社会目标等几个方面对方案进行质量评估，确定建设用地的最佳用途方案。在此过程中，建筑用地的总体设计也会逐步形成。

（3）第三种情况是在建设用地和初步意向确定的情况下，对两者之间的适应性和最佳使用性质做出评估，以反馈初步发展意向的适应程度和市场效益的预期结果。这种情况是最常见的建设用地分析工作，它通常包含在工程可行性研究（项目评估）工作中。评估结论一种可能是提出对既定开发意向进行调整的建议，发挥建设用地的最高最佳用途；另一种可能针对既定的开发意向，提出基地的重新选择建议。值得注意的是，建设用地的评价应是一个连续的动态过程，随着建设的进展和建设条件的改变，应对用地环境情况进行连续调查，并对工程开发意向做出适宜的调整。

【例12．1】VK房地产开发企业的住房开发项目城市选择和建设用地选择过程。

VK是致力于居住物业开发的国内著名企业，2000年以来，首先倾向于在深圳、上海、北京、广州等4个核心城市深入发展，在这些城市VK占有较大的市场份额。在核心城市提高市场份额有利于确立VK在全国的领先地位，有着较好的发展前景预期。选择的依据是：（1）核心城市在市区人口、GDP、商品房销售量、商品房销售金额、房地产投资额、人均可支配收入等指标上均领先于其他城市；（2）核心城市GDP总量占全国总量的比重为12．4%，商品房销售量占全国比重为21%，说明经济越发达的城市其房地产市场活跃程度越甚，倍数效应越明显，值得投资。

其次，VK进入其他非核心城市的选择中，按上述几个指标选择排名前20的VK尚未进入的城市。在符合条件的非核心城市中再重点考核以下几个因素：（1）城市本身地位与辐射力；（2）当地房地产市场的活跃程度；（3）当地政府的欢迎与重视程度；（4）集团本身的管理跨度和资源支持情况；（5）所选城市在房地产市场投入资源的增速要与全国市场的发展趋势保持一致，以防出现市场异常超速发展或过热的现象；（6）所选城市的商品房销售额增幅要快于销量的增幅，以使其达到价升量增。

VK在2007年底与主要从事商业地产开发的FD公司合作，分别持股60% 和40%共同出资24亿多元收购了上海DJ公司未开发的位于上海浦东新区南部的御桥B地块。该地块面积41万平方米，拟开发约80万平方米的住宅和30万平方米的商业公建。VK选择购置该建设用地进行开发，主要基于以下因素的分析：（1）利润空间——折合楼面地价6000元／平方米，邻近楼盘售价已达13000元／平方米。（2）政府相关政策举措——上海市核心城区密度超过4万人／平方公里，相当于纽约、巴黎核心城区人口密度的2倍。上海市正着力解决人口密集问题，根据城市规划，至2010年计划有1000万人口迁移至外环线以外。大量人口从中心区外迁，必然使中心区周边地块的房屋需求量大幅度提升。（3）预期的城市立体交通枢纽——背靠中环，面向外环，邻近浦东黄金干道沪南路，有上中路、龙耀路、西藏南路三条隧道直达浦西，将于2012年建成的11号、13号轨道交通及规划的18号轨道交通在此交汇，拉近了与浦西的黄浦区、徐汇区等中心城区的距离。（4）城市服务设施规划——地块北侧与南侧分别是北蔡镇和康桥镇中心区，生活配套基本成熟。西侧规划将是占地1300亩的都市商贸中心。（5）周边环境——东侧紧邻上海八大楔形绿地之一——北蔡楔形绿地，规划约23万平方米开放式绿地。

至于VK为什么一改早年独立开发模式，而选择与其他大企业合作。专家分析认为，一是与VK近年来逐渐引入合作伙伴的开发理念转变有关；二是注重在重点布局区域，实施资金和土地平衡的战略；三是VK大量土地储备的高速扩张，在紧缩政策环境下面临着资金压力；四是借助FD在商业地产上的优势，强强联合，充分发挥双方品牌作用，并可分担投资风险。

12．1．4　布局模式的效率性

场地布局模式是本着设计的一般原则和总的思路，全面、综合地考察影响场地设计的各种因素，因地制宜、主次分明、经济合理地对建设用地的利用做出的总体安排。布局模式的效率性表现为平面布局的合理性和空间组合的高效性。

平面布局是对人的活动行为在空间环境中加以组织的结果。平面布局的合理性就是要提高建筑空间的使用效率，发挥建筑空间的最大潜能。实现平面布局合理性，一方面要处理好建筑与外部环境的协调关系，另一方面要充分利用空间，达到节约土地资源的目的。空间组合的高效性是指建筑的内部功能是否具有合理清晰的组织，各个组成部分之间的联系是否方便，采用的形式是否与空间的高效性相抵触。实现空间组合高效性，就是将建筑物使用时的方便和效率作为设计的出发点。

因此，布局模式的选择，除了要考虑建筑物的功能要求、地段的具体条件外，还要考虑交通的便利、空间的高效利用和用地的节约。主要从以下几个方面进行考察：

1）总平面设计

总平面设计应以所在城市的总体规划、分区规划、控制性详细规划及当地政府部门提出的规划条件为依据，注重节省用地、节能、节约水资源，结合用地的环境条件，因地制宜，尊重自然环境，保护生态平衡；设计应保证功能分区合理，路网结构清晰，交通有序，并对建筑群体、竖向、道路、环境景观等进行统筹安排；在考虑近期使用及技术经济上的合理性同时，也要注重远期的发展；总平面布局要考虑安全和防灾的要求。

2）使用功能要求

场地布局设计的一项基础工作就是要掌握场地的使用功能要求，而场地的使用功能要求往往与工程的建筑物与构筑物及其他设施的功能密不可分。因此，需要合理地确定工程的组成内容及其相互关系，在通盘考虑建设项目功能的基础上，合并关系密切又可合设一处的组成内容，综合考虑各个部分的使用特点、相互联系以及环境的要求与影响，提炼出既能满足使用要求又比较经济的场地整体功能关系。

3）功能分区与交通组织

功能分区和交通组织是场地布局的核心内容。要发挥场地的最佳使用效益，创造良好的使用环境，需要根据建设项目的性质、功能、交通联系、卫生和防火要求等，将性质相同、功能相近、联系密切、对环境要求一致的建筑物构筑物及相关设施划分成若干功能区，并结合场地的内外条件合理进行组织，然后再在各功能区内合理布置相应的建筑物和构筑物等。在功能分区与交通组织的设计时，必须考虑到场地整体功能关系的经济性、功能分区的合理性、交通流线的便利性及绿化与环境保护要求，要结合地形，因地制宜、灵活分区，合理使用土地，提高场地布局的经济性。

4）基本单元空间设计

大多数建筑中都包含有公用功能的空间，如楼梯、电梯和管道井等，称之为基本单位空间。这些空间是相对固定的，即在建筑的使用过程中很难改变它们的使用功能。因此，这些空间的设计和布置要保证它们不会限制或影响其余空间的使用。通常，在满足防火规范的条件下，将基本单元空间应尽量布置在一起，让其余空间保持完整性，以便于按不同方式进行空间的划分。

5）建筑群体组合

建筑群体组合涉及建筑体型、朝向、间距、布置方式、空间组合以及与所在地段的地形、道路、管线的协调配合。许多设计师强调建筑的美学功能，一味单纯追求建筑造型、建筑布局和空间组合的新奇与创新，这并不是一个科学合理的做法。优秀的建筑设计往往是根据建筑功能确定建筑的基本体型，根据地块的地形地貌、绿化与生态状态、地下水位、承载力大小等因素，来决定不同体型的建筑格局。只有充分考虑场地条件，与环境有机融合的建筑群体，经济、环境与社会效益俱佳的建筑物才能成为杰出的建筑。

6）绿化布置与环境保护

绿化布置是场地设计中必不可少的内容，它不仅起到保护和改善环境的作用，而且也是处理和协调外部空间的重要手段。绿化布置应考虑总体布局的要求，结合场地条件，主次分明地选择树种和布置方式，有机地参与空间构图，同时起到遮阳、分隔、引导等作用，达到适宜、生态和经济的目的。

例如，在大学校园场地设计中，应充分考虑各类建筑物与设施的不同使用要求，进行合理的功能分区，按教学区、实验区、活动区、生活与后勤服务区、行政办公区等分别设置。各区位置应根据场地的地形、地貌和环境条件及功能要求，避免相互交叉并保证使用方便。教学中心区的位置应远离城市主干道，并与活动区、生活区等区域保持一定的距离，以保证教学环境的安静。行政区、科学报告厅、计算中心、实验中心等设施可设置于临近城市主干道并方便出入校园的位置，以便于对外联系和提供社会服务。各区的建筑群体组合宜紧凑并留有发展余地。教学区和生活区的建筑群体组合是采用集中式、分散式还是综合形式，依据场地条件并满足功能需求，在建筑朝向上应着重考虑建筑的采光和通风，在建筑间距上应考虑防火、日照、防噪、卫生、通风、视线等合理要求。校园内道路布局应做到交通组织明确，避免相互干扰，便于使用管理，有利于人群高度密集场所的人员疏散。

【例12．2】（资料来源：杨昌鸣、庄惟敏，2003：P71）图12．1中列举了大学校园教学中心区的4种布局模式。图12．1（a）是中心广场式布局模式，教学区呈周边围合或三边围合，长轴一端设教学主楼、图书馆或礼堂，中央部分为广场、草地与水池，可作为全校庆典集会场所。该模式的特点是空间封闭、主次分明、端庄严谨，为早期校园常用布局手法。图12．1（b）是鱼脊式布局模式，教学区建筑沿鱼脊布置。鱼脊可为风雨走廊，亦可为露天步行街道。该模式的特点是布局紧凑，沿轴线两端自由发展；教学楼既可保持相对独立又可通过鱼脊加强联系。图12．1（c）是单元组团式布局模式，根据学校特点与地形条件，将教学设施构成某种标准单元，重复使用构成组团。该模式的特点是体型标准化，有利于设计与施工，并获得形体变化寓于统一之中的效果。图12．1（d）是格网式布局模式，教学设施按统一模数构成网格，格网空间成为竖向交通、管道等的公用服务空间。该模式特点是使用空间与服务空间相对独立，使得使用空间具有较大的灵活性。

图12．1　大学校园教学中心区布局的4种模式

12.2　工程构造与结构选型的经济性策略

工程构造与结构有着密切的关系。以房屋建筑为例，房屋建筑中用来抵抗荷载、地震、温度变化、地基沉降等作用，保持房屋建筑具有一定的空间形状、不致倒塌的骨架部分称为结构。房屋建筑构造包括基础与地下室、墙、楼板层和地面、阳台与雨篷、楼梯、屋顶、变形缝、门与窗等，其中的主要部件，如梁、板、墙、柱、基础等是主要结构构件。虽然在专业分工上，房屋构造是建筑设计师的工作，结构选型是结构工程师的任务，但从经济性角度来看，需要这两个专业的密切合作。在创作建筑空间的同时，考虑最适宜的结构体系，并使之与建筑形象融合起来，是实现工程综合效益的重要手段。

12．2．1　工程构造与结构的经济性表现

工程构造与结构的经济性表现在以下几个方面：

1）功能满足程度

工程构造与结构直接决定了建筑物或构筑物的安全性、适用性和耐久性等，所以工程构造与结构的设计首先要满足这些基本功能的需要。安全性是建筑物或构筑物受到各种外加作用情况下，具有防止破坏和倒塌的能力。工程结构倒塌必然带来重大财产损失与生命安全威胁，安全性的满足是工程经济性的最重要的方面。适用性是在日常使用条件下，结构具有不致发生过大的变形、开裂、振动或者漏水等妨碍正常使用能力。如果出现这些适用性失效，虽然暂时不会影响到建筑物体的安全性，但对日常使用造成很大的影响，甚至因此而停止使用，这也是极为不经济的。耐久性是建筑物或构筑物及其组件能在规定的使用年限内维持其所需的安全性和适用性的能力，表现为耐用年限，影响工程的发挥使用功能和经济效益时间。耐久性一方面与工程质量水准相关，而质量水平直接受到初始费用投入的影响；另一方面与长期使用过程中维护和维修有关，这也直接受到维护所投入的人力与物力影响。

其次，工程的使用性质、所处的条件和环境，都会形成对功能的特定要求。例如，北方地区要求建筑物在冬季能保温，南方地区则要求建筑物能通风、隔热；有些建筑物要求有很高的吸声效果，有些建筑物则要求有较好的隔音效果。所以，要满足这些特定的功能需求，需要进行合理的设计和计算，寻找与之相适应的构造方法与结构型式，这是实现工程经济性的重要方面。

2）空间效率

建筑物的空间效率是指建筑物能发挥使用功能的平面空间或立体空间占整个建筑物空间的比例。空间比例还可以细分多种指标，以居住建筑为例，在本书10．3．3中表10．2给出的平面系数、辅助面积系数、结构面积系数等指标能较好地反映空间的效率性。显然，工程构造与结构设计方案直接决定了这些空间效率性指标值。

一座建筑物在满足建筑物基本功能要求的条件下，结构面积所占的比例越小，则提供的使用面积越大，工程的产出效益越高。建筑中的门厅、过道、走廊、楼梯、电梯井等流通空间，它们通常不能直接为获利的目的而加以使用，但它们却需要相当多的采暖、采光、装饰等建造成本及使用过程中的清扫和维护费用。在以建筑面积为销售量的建筑物交易中，购买人则希望这样的流通空间减少到最小程度。但是，任何一种类型的建筑物都需要一定的流通空间，提供建筑物内的交通疏散和出入通道，并满足防火的基本功能需求。一些重要的建筑物，出于商业、文化、公共或社会的目的，追求庄严、舒适等效果，往往需要非常宽敞的门厅和走廊。在满足用户需求的条件下，应尽可能地降低建筑的结构面积和辅助面积，提高建筑空间效率性。这一目标的实现依赖于合理的工程构造与设计方案。

3）施工费用

工程的施工费用包括人工费用、材料和工程设备费用、施工机械作业费用及为工程施工服务的各项措施费用，如模板与支架、脚手架、临时仓库与办公室、已有设施和建筑物的保护等费用。尽管施工阶段的经济分析和管理措施对施工费用产生一定的影响（参见本书第13、14章），但对于一个项目来说，或者从业主方角度而言，工程施工费用的高低主要还是由设计方案所决定的，正如在10．2．1中所阐述的那样，设计是决定工程投资费用的关键。工程构造与结构方案不仅直接影响工程所用的材料，而且视其施工的难易程度，对施工的人工消耗、施工机械作业效率和施工措施方案的复杂程度都有间接的影响。

4）使用与维护费用

工程在长期使用过程中的使用与维护费用包括建筑物及设施的维护、清洁和保养费用、电气和暖通管道及设备的运营、维护与更新费用、室内外装饰面的翻新费用、建筑物或构筑物的结构加固费用、建筑物使用过程中的保暖、制冷等能耗费用等。这些费用既与工程施工质量有直接关系，同时与工程构造与结构在设计时所考虑的设计标准、选用的材料与设备有着密切的联系。例如，高强的材料使用和合适的结构选型可以使建筑物保持更长久的耐用性，而减少使用过程中的加固和维修费用；较好的平面设计与空间组合可以减少使用中央空调系统建筑物的能耗；赋予建筑物超出用户需求的多余功能，不仅增加建筑物施工费用，也同样会加大使用与维护费用。

12．2．2　工程构造的经济性策略

根据上述分析，可以进一步把影响工程构造经济性的因素归纳为技术参数合适性、功能合理性、采用通用的技术标准和标准部品、建筑材料与设备适宜性、可施工性和可维护性等几个方面。技术参数问题已在10．3中进行了讨论，建筑材料与设备问题将在12．3中专门论述。下面就其他几个问题进行分析。

1）功能合理性

在实践中，设计师从自身的审美价值追求或者对建筑产品的理解，而重视某些特定的功能，从而忽略了用户对功能的需求。特别是当一些业主采用限额设计的手段控制工程投资时，设计师为了迎合业主的不合理要求，降低了一些对于用户来说是重要功能的标准，而刻意追求一些更有利于商业目的的次要功能。以住宅工程设计为例，将目前常见的功能不合理性归纳为以下几个方面：

（1）功能过剩

在当前主流住房市场上，住房的生活居住、养老保障等的一般功能所占的成本比重越来越小，而一些“新功能”，如精致的景观立面、名贵树种、观光电梯、二十四小时恒温寓所等，所占成本比重却增长极快。这些功能目前还只是主流消费群体追逐的对象，在当前经济社会条件下，对于主体市场用户来说它们是并不需要的或者使用效益很低的功能。如果将这些功能移植进普通住宅设计，则构成了过剩功能或不必要功能。实际上，即使是对有能力消费这些新功能的住房消费者来说，他们使用这些新功能的机会也并不多。例如，那些购买了恒温、恒湿住房的人士，一天中大部分时间可能是在写字楼、交通工具或者酒店中度过的。即使真的生活在二十四小时的恒温寓所，只是人体感觉舒适，而非人的身体健康所需要的东西。许多专家就对这些住房新功能提出质疑，指出如“科技家居”这样的口号只是住房开发商进行营销炒作的标签，对提高人们的生活品质可能没有多大的意义。

（2）功能与成本严重不匹配

功能与成本的不匹配表现为次要甚至多余的功能花费了太多的成本，而一些必要的、重要的功能所占的成本比重却较小。例如，住宅工程中常见的屋顶渗水等质量通病，有人将其归为施工质量问题，但大多数情况下还是因为防水工程的投入不足，采用低质的防水材料和低等级的防水设计，造成防水工程使用寿命短、返修率高。一项调查表明，居住是住宅消费者购房的主要动机，它的响应百分比达到了80．4%（浩春杏，2007：P82）。可见，我国住房消费主体客群购买住房的主要目的是满足居住功能。实现居住功能的成本主要是开发成本中建安费用。然而，近年国土资源部公布的调查数据显示，开发商成本中建安费用只占15%。如果扣除占30%左右的地价成本和不超过20%的管理费用、销售费用和财务费用等，则约有30%多的成本用于其他功能。

（3）不计全寿命周期成本

正如上文所提到的那样，一些开发者将附属功能作为住房营销的手段，并以此提高房屋的销售价格。许多附属的功能本身的投资成本并不高，但是使用期的运营维护费用比其建造成本要高得多，但是极少开发者会从住房使用者的角度去考虑住房及其设施在全寿命期的使用成本。例如，有些多层住宅区也建成集中式太阳能热水系统，但高达几十元每月的使用费和时冷时热的供水状态，使得一些住户宁愿重新安装独立的热水器，而不再支付使用费用，最终使得整个系统处于瘫痪状态。一些住宅工程，为了营销，大打科技牌，使用一些并不成熟的新技术和新材料。由于这些新技术、新产品没有能经过更长时间的试用和检验，在使用一段时间后会出现较多问题，增加了住房维护运营成本。

上述对目前住宅功能不合理的分析并不是说住房的开发不需要这些功能、也不是说不需要科技住宅，而是说在住房设计和开发中应该考虑功能的合理化。现代住房产品生产的思路是提高人居环境质量，更注重产品设计的人性化、品质的卓越化、内涵的丰富化，这是正确的方向。但是，这并不意味着高消耗、高成本投入，使用高档的配套，也不是功能越多越好。实际上，我国各级政府越来越重视城市广场、公园等设施和城市环境整治的投资与建设。目前，大多数城市的公共设施都能为城市居民提供了基本的休闲、娱乐场所。从我国这样一个人口众多、土地资源匮乏的国度来说，建设安全、方便、舒适、和谐、节地和经济的住宅产品才是真正的可持续发展目标。

21世纪以来，西方国家继知识经济、信息经济之后又提出了一个全新的经营思想——功能经济，其核心是对用户需求的把握以及提供用户所需功能的产品策略。它强调在产品设计和生产中应以用户需求为中心，即功能分析应当从用户角度出发，真实客观地反映用户的需求，而不仅仅是部分的利益集团的需求。用户也不仅仅是客户，还包括企业生存其中的社会经济系统、自然环境等诸多方面。它追求节省用户在产品使用全寿命周期的成本，包括用户购置成本或产品生产者的生产成本和用户使用过程中日常维护和运营成本两部分。它倡导的产品策略是在适应用户需求功能基础上的功能与成本匹配性，即产品各项功能与实现功能成本应相匹配，避免次要的功能或者不重要的功能花费过多的成本。可以说，功能经济是源于价值工程方法的一种新的经济理念，是符合资源节约、环境友好型社会构建的一种高级经济形式。

因此，在工程设计中，功能分析与设计不应仅来自于设计者理念和开发商主观决策，而应依据工程用户实际功能需求；工程功能分析的主体应当是而且必须是用户，而不能仅仅是设计者、研究专家或企业家。这就是说，在工程设计过程中，要充分调查用户对工程的功能需求，通过价值分析的方法了解用户对各种功能看重程度，确定功能重要性，分析各功能与成本的匹配性，并据此设计方案或进行方案的调整和修改。只有建立基于消费者需求的工程功能分析模式，才能实现工程的功能合理性，保证工程设计的经济性。

2）采用通用的技术标准和标准部品

在建筑工程中，技术标准通常是以建筑行政和行业主管部门或行业组织所制定的技术规范、标准或规程形式出现。建筑技术标准化类型可以分为以下几类：①建筑产业范围内的所有产品、生产过程、规格和程序的所有要素都必须遵循的一套规范。如建筑设计规范、结构设计规范、施工规范等；②一系列针对建筑生产过程和建筑生产产品的测量、测试和检测标准。如施工质量验收规范、混凝土检测规范；③不同部品在尺寸、规格、外形上的标准化。如标准化的门窗、金属构件、混凝土制品等。

设计中尽量采用通过的技术标准和标准部品，其经济性功能体现在如下几个方面：

（1）技术标准从建筑材料或建筑部品的一个或几个方面，如功能、操作多样性、使用寿命、效率、安全性、环境影响等方面，规定了产品或服务能够被公众接受的界限。这一标准界限成为行业竞争的基础，企业之间将在标准水平上进行价格竞争，或者提供一种性能优于标准的产品。同时，这些被普遍接受的标准既可以保证产品的质量，同时也避免了建筑产品的买卖双方之间信息不对称和在产品性能上产生大量的争议，也不要求昂贵的检查和检测手续，可以大大降低买卖双方的交易费用。

（2）建筑生产过程表现为技术复杂性、多样性、隐蔽性、费用巨大性、易受外界因素（包括自然、社会等因素）影响性，所以通常是在生产过程中必须进行较多次的测量、检测和测试过程。采用标准化的建筑生产过程、过程控制及中间产品，能提高生产效率，并大量减少测试频率。

（3）建筑部品兼容性和通用性标准明确了一种产品在生产或服务的系统中，为了能和其他产品一起工作（物理上或功能上）所必须具备的特性。采用标准化的建筑材料、结构件、工程设备等经济性体现在：①标准部品将使得供应商之间有效地竞争，降低了部品费用，同时也节省了大量的质量检测费用；②标准部品可减少工程设计的工作量，提高设计效率；③标准部品可加快建造过程的速度，提高施工生产劳动效率；④对于标准的工程设备（如智能化设备、水电设备等），当技术发展后，用户还可以方便地升级模块，从而大大降低整个系统的过时风险；⑤建筑生产过程中所使用的周转性的设施（如施工机械、脚手、模板、支撑等）标准化，将使得这些设备和工具可以重复多次在许多工程中使用，提高其利用率和使用率。

（4）采用通用的技术标准和部品更有利于工程社会福利性的保证。建筑技术关系到生态、环境、人类健康和安全等社会因素，建筑技术的标准化是提高健康、环境质量和安全等社会福利的管理手段。最低的建筑设计和建造质量标准保证了人类活动的建筑安全性，最高的环境负因子（如排放噪声、污水、粉尘等）标准保证了人类居住和生活的健康水平。

3）可施工性

在工程实践中，许多设计者仅仅出于设计的方便，而忽略工程施工的要求，或者在设计决策时采用了不适当的假设而没有对未来的施工方法进行最优分析，造成后续施工过程的复杂性和难度，提高了工程施工费用，同时也可能降低了工程质量和可靠性。例如，基础设计时设计许多单个基础，基础形状复杂，底部标高不统一，加大了施工中的开挖、支模、回填的工作量和工作时间；钢筋过密，混凝土浇筑困难；梁柱尺寸变化太多，不便于施工；混凝土标号、钢筋型号多，不便于现场组织和管理；狭小平面内布置结构件，没有考虑施工工作面的需要；在外墙外保温层上设计面砖装饰，面砖难以粘贴，且牢固性很低；设计轻型多支柱结构、宽断面结构、侧面连接部件等，造成安装部件多、接口多，施工困难且不利于建筑物防火。

20世纪80年代，美国建筑工业学会提出了“可施工性（可建造性）”（Constructability）的研究问题，致力于解决在工程设计中如何改善施工的便利性，以提高工程的质量和可靠性、减少劳动消耗、提高劳动效率、降低工程的措施性费用，从而降低工程的造价。国外文献资料显示，实施可施工性研究，可节省工程成本6%～10%，减少作业时间8．7%～43．3%（周和生、尹贻林，2010：P76）。实际上，上述列举的一些常见的不利于施工的设计问题是完全通过合理的设计方案得以解决的，关键是设计者是否把可施工性作为设计活动的一部分并贯穿于设计全过程。设计师在设计时应充分考虑施工的难易程度，以及当前的工艺水平能否实现设计的预想或计算分析时假定的理想性能。设计师不能假定结构是以非常好的施工质量完成的，而应立足于目前普遍和正常的施工水平。在一般情况下，设计应使施工者能够采用成熟和方便的工艺与方法，这对于降低施工费用和保证工程质量都是十分有益的。

美国建筑工业学会研究报告《可施工性概念文件》中提出了在设计构型时要考虑的五个可施工性要素：①简单。避免不必要的复杂性，这既不符合任何一方的利益，而且明显增加了不满意产品的可能性。②灵活性。设计应该规定要求的结果，但不应限制现场施工人员提出替代方法或革新途径的可能性。③施工顺序。设计应从设施平面布置和间距仔细考虑，避免限制施工时只能采取一种施工安装顺序。④替代方案或备选方案。特别是特殊材料的使用方面，应考虑替代材料的备选方案，避免施工过程中因材料代换的施工程序性过程，而影响工期，并需要为修改设计而花费更多的支出。⑤劳动力技能与可用性。设计时要充分考虑目前的劳动力技能水平及数量是否能满足工程产品的要求，无论是技术水平的不足还是可用性的缺乏都会对工程施工的质量和工期带来重要的影响。

4）可维护性

目前，建筑物可维护性或可维修性（Maintainability）问题在实践中并没得到应有的重视，设计中考虑不充分，相关的研究报道也罕见。而在其他领域，如电气设备、机械、发电机组，可维护性和可靠性等并列成为设计产品的性能要求。根据建筑工程的特点，本书将工程可维护性设计定义为：在工程重点部位、部件和设备管线等提供或预留必要的观察、检测、维护和维修条件和维修与调整空间，易损部件在质量合格前提下应具有维修、调整和修复性能及备品、备件的储存场所。可维修性良好的建筑物，应是能在最短的时间、以最低限度的资源（人力与技术水平、备件、维修设备和工具等）和最省的费用，检测工程结构和设施是否处于良好的运营状态，或者经过维护或维修使产品恢复到良好状态。

在工程维护实践中存在着许多维护性较差的问题，例如：由于一般工程结构件都是隐蔽性的，工程检测中需要打开外表的装饰面层进行检测；大多数高耸民用建筑，考虑美观等要求，也未预留维护人员进行观察和维护的攀登设施；一些重点部位或部件受其他构件的屏蔽，而无法直接观察或检测；有些设计虽留有检修孔，但只是按规范要求的距离进行了设置，并没有考虑观察和维护的便利性；有些工程设计采用的材料或装饰面层，需要经常性的清洁和维护；有些工程设计的构造及采用的材料不易进行清洁和维护等。显然，工程可维护性差，会大大增加检测费用和检测时间，也不易进行定期地目测观察和检查。以上海金茂大厦为例，其玻璃幕墙有0．8万平方米，两架擦窗机连续工作一年才能把所有的玻璃擦一遍，而且由于建筑外形凹凸起伏太大，檐部又挑出很多，有的地方达3米以上，清洁玻璃异常困难。

工程具有良好的可维修性，一方面可以极大地减少检测和维修时间，降低检测和维修费用，也避免对建筑物外表进行剥离和重新修补所花费的费用；另一方面可以提高维修效率，减少对工程运营和正常使用的影响；第三方面便于对建筑物进行定期的日常观察，以利于及时发现建筑物存在的安全隐患，并进行维修加固，保证工程适用性并延长其耐久性。建筑物全寿命期的维修费用总和一般会超过建筑物初期的造价，例如：上海部分高层建筑全寿命期维修费是建设费用的3．17倍，美国某高层建筑在设计寿命期限内使用维修费是建设费的2．43倍，原西德住宅在80年寿命期限内维修费是建设费的1．3～1．4倍，原东德大板住宅在80年寿命期内维修费是建设费的2．6倍（王晓鸣，1994：P5）。在设计中考虑建筑物的可维修性，预留可维修条件和空间，几乎无需增加费用或者只需极少的费用，就可以为未来使用期间维护提供极大的便利性，节约全寿命周期费用。

随着工程可维修性理论发展，建筑可维修性将与可靠性等并列成为重要的工程性能标准，它既是工程可靠性的必要补充，又是保证工程适用性的重要措施和工程保修决策的依据，并作为评判工程设计优劣的一个尺度。工程维护性指导手册也将纳入到工程设计文件中，包括各部件的检测和维护周期、维护级别、维护标准、维护安全规则、维护工具和备件等。工程设计中除了考虑工程在使用过程中的清洁、检测、维护、维修的方便性外，还需要考虑可维护性监测、可维护性数据采集等，已在大型工程结构健康检测中得到采用的现代传感技术也将得到更广泛的应用，最大程度地提高工程维护的高效性和便利性。住宅一类可标准化、产业化生产的建筑产品，可维护性成为重要设计准则，工程设计将强调结构的简单性、部品的可互换性（系列化、通用化、标准化）等，如正在试点运用中的中国支撑体住宅体系。

【例12．3】某高校新建校区2个组团10幢框架结构学生公寓工程的设计概算单位面积造价高于同类工程的20%多，表明设计方案存在着明显不合理之处。为此，对该设计方案组织了价值工程活动。价值工程小组由非参与本工程设计的建筑、结构、水电、装修专业的专业技术人员各1人，工程造价专业2人，校宿舍管理科2人，后勤服务科1人，学生代表2人组成。由一家咨询机构负责活动全过程的引导工作。

价值小组将学生公寓的功能划分为安全性功能、适用性功能和美观性功能等，将其所确定的功能重要性系数按各部件发挥作用的程度分解到各主要部品中，结果如表12．1所示。各主要部品根据所含主要结构件按设计概算重新进行了分配概算造价，并计算出成本系数（表12．1）。

表12．1　某学生公寓工程的价值分析表

从表12．1中可看出，流通空间、卫生空间、水电工程、屋顶、保温与隔热等部品价值系数偏离1较大。价值小组结合设计方案，进行分析找出了问题，并提出了若干建议：

（1）流通空间：设计师为了追求工程的美观，每个组团的宿舍之间设置了钢结构连通走廊。学生代表认为这样的钢结构连通走廊并不能发挥多大使用功能，宿舍管理人员也提出连通走廊不利于宿舍管理，即使建成，将来最大的可能也是关闭停用。因此价值小组建议取消该连接走廊。经造价人员核算，仅此项就可节省造价近16%。另外，建筑师认为楼内走廊的宽度和一楼门厅面积比规范的要求要高，考虑到现在每间宿舍只住4人，人流量较小，可减少尺寸。

（2）卫生空间：学生代表认为每个宿舍独立的卫生间面积太小，特别同宿舍学生集体行动的概率较大，卫生间使用极不方便。宿舍管理人员认为独立卫生间由学生自行负责打扫，脏、乱、差现象普遍，对室内空气质量影响也很大。价值小组建议，改变原设计采用近年来流行的学生宿舍独立卫生间构造做法，采用公共卫生间构造，但不同于过去的一层楼设一个卫生间，每层设三个卫生间，既便于学生使用，也可在总面积不变的情况下极大程度地提高利用效率，消除学生使用卫生间的拥挤感，同时也利于统一的清洁和管理。

（3）水电工程：经造价人员分析，水电工程与同类工程相比造价较高的原因是设计师采用了进口卫生洁具。价值小组认为，从工程的性质来看，只要采用国产品牌洁具就可以满足使用要求。同时，如采用公共卫生间构造，可减少卫生洁具的数量，同时也大量减少上下水管道数量。经测算，此项可节省造价3%左右。

（4）屋顶工程：经分析，主要是采用了高等级的防水构造和坡屋顶，考虑普通等级防水工程寿命较短，平屋顶隔热效果较差，考虑到工程使用的性质和特点，建议保持现行的设计构造。

（5）保温和隔热工程：目前方案只是在屋顶设置了保温隔热层和外墙面做了保温砂浆。价值小组认为，考虑到未来学生宿舍可能会增加空调设施，应按目前冬冷夏热地区的节能设计外墙内保温构造。估计造价将增加3%左右。

12．2．3　工程结构选型的经济性策略

1）不同结构选型的经济性比较

对同一建筑物来说，采用不同的结构型式，耗用的人工和材料有很大差异。表12．2列出了不同结构类型之间的单位建筑面积工料消耗指标。从表12．2中可看出，框架结构消耗指标显著高于砖混结构，而随着框架结构复杂程度的提高，除木材外，其他各类消耗指标也明显增加。

表12．2　不同结构类型之间的工料消耗指标与造价指标对比

资料来源：根据江苏省建筑工程造价估算指标整理（江苏省建设厅，2002：P7、P11）

工程采用什么样的结构类型对施工工艺与施工工期也会产生较大的影响。一般情况下，砖混结构由于可采用的施工工艺限制，机械化程度较低，所以与现浇结构、装配式结构相比，其施工周期要长。对于现浇结构，随着建筑物或构筑物体型复杂程度的增加，构件变化就越多，施工过程的规律性较差，施工难度使施工技术措施更为复杂，费用提高，工期也随之延长，施工管理费用也将增加。当采用装配式构件的结构类型时，由于预制构件较规范化，施工过程中的规律性强，施工工期也大大缩短。表12．3给出了不同结构类型的工期比较。

表12．3　不同结构类型住宅的工期比较表

资料来源：袁建新，1997：P29

由于不同结构类型在工料消耗、施工工艺和施工工期上的不同，不同结构类型造价有着显著的差异（表12．2），所以工程结构选型在满足基本功能要求的条件下，结构方案造价的经济性是工程设计经济性要考虑的重要内容。

2）决定工程结构经济性的技术要素

（1）整体假定

设计师在最初的建筑形式分析时可假定其为一个具体的整体结构，而不必关心它们详细的、具体的结构形式。这个整体结构必须满足以下要求：①结构应当固定在地面上；②结构具有质量，必须由地面来支承；③结构必须能抵抗水平风力及地震作用。

由于建筑物或构筑物需要地基来承受，同时地基的承载力是一定的，所以工程结构必须有足够的底面积。建筑物或构筑物的底面对结构的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的。可见，工程结构及其选型与工程占土地面积有着密切关系。

由于建筑物或构筑物由一些有重量的构件所组成的，所以它一方面必须能承受本身的重量（恒荷载），另一方面还必须承受使用荷载（活荷载）。而结构件承受荷载的大小与构成构件的材料数量与强度有关，在荷载及形式相同的条件下，选择不同的材料，构件的尺度有很大差别。显然，工程结构及其选型与决定工程造价主要因素的材料种类及数量密切相关，并且在相同建筑面积的情况下，结构件所占空间也决定了真正能发挥工程效益的使用空间多少。

受地震荷载作用时，地基受地震力作用会突然产生移动，由于惯性，建筑物或构筑物的上部质量总是趋于保持其原来的位置，这将导致沿建筑物高度分布的水平作用力，所以它沿高度方向分布与质量分布直接相关。受大气环境中形成的风力作用，在建筑物或构筑物表面形成水平荷载，它是空气对表面形成的压力，所以风荷载的分布与建筑物的表面积直接相关。在结构整体分析中，可将建筑物看作一个整体悬臂梁。显然，在结构选型时，应尽可能使总力矩最小，这才是经济的。

（2）高宽比与抗倾覆

由水平力产生的倾覆力矩必须由结构支承体系中的竖向力偶来抵抗，所以在竖向支承体系的设计中必须考虑恒载和抗倾覆力的综合效果。倾覆力随着建筑物或构筑物高度和宽度的变化而变化，因此，高宽比是对工程结构抗倾覆能力的总体衡量。

在确定的建筑体型及质量分布下，水平力及其作用点、建筑自重都是确定的，那么确定体型的建筑物就有其最大高宽比的要求。如果高宽比超过了极限高宽比，则受水平力作用建筑物就不能维持平衡，需要附加抗拔措施，增加工程造价。

（3）结构强度、刚度及效能

建筑在荷载作用下，会发生竖向的压缩和水平侧移（图12．2（a）、12．2（b））。强度是指结构体系能抵抗荷载而不致破坏的一种性质，刚度是指结构体系能够限制荷载作用下的变形的一种性质。结构安全性是指建筑物或构筑物在荷载作用下不应发生倒塌破坏，也不应出现过大的变形。

图12．2　结构受力与几何布置几种情况

竖向压缩变形与竖向构件的材料和截面积有关，弹性模量越大、面积越大，竖向变形就越小。水平侧移则使建筑物产生弯曲，弯曲使中和轴一边的材料受拉伸长，另一边的材料受压缩短，而中和轴处无变形，各部分的伸长和缩短的多少随该部位到中和轴的距离而变化，从而拉应力和压应力的大小也随截面积相对于中和轴的分布情况而变化。显然，建筑物的形状、受力方向宽度和材料性质将共同决定整个结构体系抵抗弯曲变形的能力。

结构件材料的选择是一个十分重要的因素，在给定的荷载弯矩、材料数量和支承平面布置的情况下，材料弹性模量越高，转动变形就越小。例如，同等条件下的钢构件就较混凝土构件的变形小。而建筑物平面形状和受力方向宽度是几何要素，它决定了材料利用的有效程度。图12．2（c）和图12．2（d）的两种结构几何布置的材料用量完全相同，但前者刚度是后者的3倍。显然，把材料放在远离中和轴位置上的形状是有效利用材料的形状。

因此，在截面形状已经给定时，虽然可通过加大材料用量和改变材料类型来改善弯曲刚度，但不能改善其效能；当给定平面形状时，应该通过增大受力方向总宽度，也就是使更多的面积远离中和轴来提高其效能。在结构设计中处理强度和刚度问题时，应当合理设计支承平面，使其具有较大的形状效能，以提高其抗弯能力，节约材料。

（4）复杂体型的分割

一般来说，当建筑立面规则时，恒载不会引起水平方向上的总体弯曲；平面规则对称时，不会在水平力作用下产生大的扭转。在结构设计时，有时会面对不规则、不对称的情况，如果不规则程度严重时，会产生不可估算的损坏。这时，可对建筑外形进行分割，将建筑物分割成相对独立、比较规则的单元，利用抗震缝的措施处理好各个单元之间的结合面，建筑物本身仍可以成为一个整体。复杂体型如何分割也是影响工程经济性的重要技术要素。

3）工程结构选型的经济性策略

根据上述分析，工程结构选型的经济性策略可归纳为如下几个方面：

（1）最大程度地发挥工程材料效能

提高材料使用效能是工程结构选型经济性策略的重要路径。譬如，框架结构平面布置灵活，可形成较大的空间，梁、柱标准化有利于施工。但是，框架结构承受水平荷载的能力较弱，当层数较多、水平荷载较大时，为满足刚度和强度的要求，需加大柱、梁截面，或增加柱的数量，所以框架结构用于10层以下的建筑是比较经济的。如果需要满足工程规模的要求，采用框架结构，就需要增加建筑基地面积。在基地面积限制的条件下，对于15层以上的建筑选择剪力墙结构或筒体结构则显得更为经济。

提高材料使用效能的方法是在满足工程结构基本性能要求基础上，通过采用结构设计技术和结构优化方法（参见本书11．5节），节省材料用量，提高材料利用率。例如，表12．4是北京图书馆书库楼盖方案的材料用量比较。双向密肋楼盖根据平板楼盖受力特点，利用材料布置远离中和轴更为有效的原理，将离中和轴近的楼板减薄，加大远离中和轴的板高度，就形成了双向密肋楼盖。密肋楼盖较平板自重轻，提高了材料利用率并减轻了建筑物自重。

表12．4　北京图书馆书库楼盖方案比较

资料来源：杨昌鸣、庄惟敏，2003：P88

（2）提高工程的产出

工程设计常常是在规划红线和建筑控制高度等设计边界条件范围内进行。对于土地费用较为昂贵的地域，在边界条件内如何提高工程的产出，即增加使用面积，所取得的工程效益远高于节省的工程造价。因此，在结构设计中，在建筑总体量不变的情况下，如何减少提高工程的使用空间产出效率，也是工程结构选型的经济性策略之一。例如，北京饭店贵客楼设计，原方案采用梁板框架体系，只能建到9层，后改用预应力无梁楼盖设计，建到了12层；广州国际大厦为筒中筒结构，原方案为普通平板，板厚350mm，层高3．2m，经反复论证，采用无黏结预应力平板后，板厚减为220mm，原共60层，总计减少了7．8m，可多盖2层；节省混凝土8000m3，耗钢量减少7kg／m2；结构自重减少20000t，地基处理费用及墙、柱截面相应减少；地震力降低2000kN以上，相应竖向结构受力减轻（杨昌鸣、庄惟敏，2003：P88）。

（3）考虑结构选型对其他专业的影响，以总体效益为最终目的

在结构选型经济性策划中，结构本身的经济性是一个重要方面，但不能因此单纯追求结构造价的低廉，那可能适得其反。在结构选型中，要综合考虑其他专业的需求和条件，如设备工程的特点、功能布置的灵活性、施工条件的限制、建设工期的要求等，以保证项目总体的效益最佳。例如，对于设备管线较多的工程，将钢筋混凝土梁改成空腹桁架或钢桁架，管线从桁架中腹穿过，虽然结构造价提高了，但是可以加大房间净高，所产生的空间效率性可能会远高于结构造价的提高。对于商场、宾馆等商业性建筑和厂房等工业建筑来说，工期也成为结构选型要考虑的一个重要因素。一些工期较短的结构型式，尽管初期的投资成本较高，但可以尽早地发挥工程经济效益。例如，钢结构厂房比传统的钢筋混凝土结构厂房的造价要高，但工期可以大大缩短，所以大多数企业宁愿选择钢结构厂房。

【例12．4】某六层单元式住宅共54户，建筑面积为3949．62m2。原设计方案为砖混结构，内外墙为240mm砖墙。现拟定的新方案为内浇外砌结构，外墙做法不变，内墙采用C20混凝土浇筑。新方案内横墙厚为140mm，内纵墙厚为160mm。其他部位的做法、选材及建筑标准与原方案相同。两方案各项数据见表12．5。

表12．5　两方案的数据

对于住宅来说，住宅的功能与日常运营费用一般不会受到房屋结构方案不同的影响，因此对这两个方案的比较主要是考察期初的投资或销售收入的差异。

（1）从单位面积投资额分析

经计算砖混结构和内浇外砌结构两方案的单位建筑面积投资额分别为2066．98元／m2和2101．55元／m2，单位使用面积的投资额为2918．56元／m2和2880．08元／m2。可看出，按单位建筑面积计算，方案2投资高于方案1的投资；如按单位使用面积计算，方案2的投资低于方案1的投资。由于只有使用面积才会真正发挥居住的功能，如果不考虑其他因素，显然方案2优于方案1。

也可换种角度和方法来分析。每户平均增加使用面积为（2881．98－2797．20）／54＝1．57m2。为此，每户多投资（8300342－8163789）／54＝2528．76元，折合单位使用面积投资为2528．76／1．57＝1610．68元／m2。即方案2比方案1的每户多增加的使用面积1．57m2，其每平方米的投资为1610．68元。和方案1的单位使用面积2918．56元的投资相比，增加面积的投资是合算的。

（2）从收益角度分析

如果作为商品房出售，假设方案2与方案1的单位面积售价是相同的，可从不同的角度来分析。

①按使用面积出售的情况分析

对于购房人来说，如果不考虑其他因素，不同的结构对其选择是没有影响的，即不管房屋是什么结构的，他花费同样的钱只能购买同样使用面积的住房。而对于开发商来说，选择方案2是很有利的，因为就该住宅分析，方案2比方案1每单位使用面积净收入增加2918．56－2880．08＝38．48元／m2，而整个住宅至少可增加净收入38．48×2881．98＝110898．59元。

②按建筑面积出售的情况分析

对于房产商来说，选用不同的方案总收入并不增加，但方案2比方案1的投资额却增加了，单位建筑面积增加额为2101．55－2066．98＝34．57元／m2，投资总增加额为8300342－8163789＝136553元。所以，选择方案2对房产商并不有利。但对于购房人来说，购买一套的购房款总额是不变的，但其所得的使用面积，方案2比方案1每户要多1．57m2，所以如果选择方案2对购房人来说是有利的。

12.3　工程材料和设备选择的经济性策略

12．3．1　影响工程材料与设备经济性的要素

工程材料包括结构用材、水暖电管材与线材、通讯设备器材以及建筑装修材料等，工程设备包括给排水设备、暖通空调系统设备、消防系统设备、智能化系统设备和电气系统设备等。影响工程材料与设备经济性的要素包括以下几个方面：

1）材料的选用

工程材料品种繁多，一个工程部品可选用不同的材料，但在形式、强度、耐久性和可加工性等性能上差异较大，价格也相差悬殊。表12．6列出了外墙面装饰采用不同材料的造价比较。可见，工程材料的选用，直接影响建筑物或构筑物的坚固性、实用性、耐久性和经济性。设计师应在对各种工程材料性能充分了解的基础上，结合工程及部品在安全性、耐久性、美观性等需求，正确选择和使用工程材料。

表12．6　几种不同材料的外墙面装饰工程的造价比较（以水泥砂浆为计算基础）

资料来源：袁建新，1997：P31

2）材料的用量

材料用量在很大程度上影响到工程造价的高低。江苏省建设厅的一项测算资料表明，多层建筑工程造价中，材料费的比例为58%～64%，高层建筑的该比例为62%～66%；材料费每增减10%或材料价格指数变化幅度为10%时，对多层建筑造价的影响为6．1%～6．6%，对高层建筑工程造价的影响为6．4%～6．8%（江苏省建设厅，2002：P208）。因此，在工程设计实践中，如何降低工程材料的耗用量是影响工程经济性的一个重要工作。在前文中阐述工程构造和结构设计经济性时，也特别强调了这一点。

3）设备的匹配性

工程设备一般附属于建筑物或构筑物，所以一方面它必须能够为建筑物的使用提供足够的生活或生产服务保证，另一方面它应与建筑、结构及生产工艺设备相协调。此外，工程设备在工程总投资中占有较大的比重，表12．7中给出的土建、给排水、电气、通风空调和智能系统等设备工程在工程总投资比例的统计数据。为此，建筑设备专业工程设计和设备选用既要满足建筑物使用者居住、学习或工作的舒适性、安全性、卫生和健康等方面的需求，又要考虑建筑与结构的协调性，同时还要考量其经济性。在实践中，工程设备专业设计需要与建筑、结构等专业的设计进行密切配合，进行综合设计，以求达到理想效果，使得建筑物能够高效、经济地发挥为生产或生活服务的作用。

表12．7　几种主要建筑类型中设备工程造价所占的比例

续表12．7

资料来源：根据《江苏省建筑工程造价估算指标》中典型工程造价数据整理（江苏省建设厅，2002：P25～120）

4）能耗与低碳

在10．1．4节中曾阐述过建筑与能源消耗与碳排放之间的关系，那是从宏观角度强调了采用节能保温材料和低碳材料的社会效益和环境效益。从微观角度看，在设计中考虑节能设计、采用节能保温工程材料和节能设备也能保证建筑物全寿命周期成本的最小化。

例如，以夏热冬冷地区节能率为50%的保温节能住宅为例，测算出每平方米建筑面积的年节约采暖耗电量16．31kW·h、节约制冷耗电量10．93kW·h（过程略），按峰值电价0．55元、谷值电价0．30元、家庭用电时段3∶7比例计算出加权电价为0．38元，年节省电费为10．35元／m2。节能技术使用生命期一般均在25年以上，以20年计算期、5%折现率计算，节省费用的现值为129元／m2。建筑保温节能构造门窗、屋顶和外墙等，经测算外墙保温构造的贡献率大约在50%，所以外墙保温节省能耗费用现值大约在65元／m2。表12．8是夏热冬冷地区常用的几种外墙保温构造做法的造价指标，与能耗节省相对比，可见节能材料使用有较好的经济效益，这里的分析尚没有考虑预期的能源价格上涨趋势。对于空调使用频率较高的一些公共建筑和工业建筑，其效益更为显著。

表12．8　几种外墙保温节能体系的造价指标

注：住宅工程外墙面积与建筑面积比约为1∶1．5

5）维护与更新

由于不同种类的材料与设备，或同一种材料与设备不同品种或品牌在配方、配件和生产工艺上不同，使得不同材料与设备在性能上有较大差异。这种差异在建筑物使用过程中就反映在维护、维修和更新的周期与费用上的差别。例如，内墙装饰材料种类很多，如油漆涂料类、壁纸等裱糊类、大理石等石材类、釉面砖类、大白浆等刷浆类和塑料贴面板等饰面板类等，各类材料在耐久性、美观性、易清洁性、防水性和价格上都不相同。在设计中，需要根据工程性能的要求、维护费用和需要更新的周期合理进行选择。如饭店、娱乐场所等建筑中，室内装修的更新周期为2～3年，所以选择的装修材料主要考虑美观、耐脏、易清洁等要求，耐久性要求较低，可选择裱糊类的低廉材料；写字楼和高级宾馆的大堂等建筑装修的更新期一般要在10年以上，要求高度的美观性和保持常新状态，所以通常采用大理石等石材作为装修材料。

12．3．2　工程材料选用的经济性策略

根据上述对影响材料经济因素的分析，工程材料选择可采取以下的经济性策略：

1）了解工程性能要求，熟悉材料基本特征，选择最适宜的材料

工程不同部品的性能要求各不相同，有些部品要求较高的强度、有些部品需要在较长的使用期内保持稳定性；对材料的要求也各不相同，有些需要较高的强度、有些需要在恶劣环境中保持较强的稳定性、有些需要很好的美观性、有些需要特殊的表现形式等；不同的工程相同部品也会因使用的要求不同，性能的要求也不相同；建筑物使用者对工程部品性能需要也有着差异。

因此，并不是材料强度越高、耐久性越长就越好，也不是材料价格低就越经济。从全寿命周期费用最小化目标出发，应是那些与工程及其部品所处的环境、性能要求和使用者要求相适宜的材料才是最经济的。在工程设计中，设计师要熟悉各类不同工程材料的基本特征，在充分了解工程性能要求的基础上，选择最适宜的材料是保证工程设计经济性的重要策略。例如，工程结构件要长期承受荷载，需要工程材料具有较高的强度和耐久性；同时由于结构件占据的空间很大程度上影响着建筑物的空间效率和建筑物的自重，所以要减少结构体积就要选用高弹性模量的材料。通常，密度小、强度高的材料是比较理想的结构材料。

2）就地取材，尽量选用当地材料

一般商品运输中，运输费占货价的30%左右。工程材料通常密度较高，材料费中运费比例更大。如砂、石等地方材料，价格不高，但运费却占了1／2以上。因此，在工程设计前，设计师应当了解当地的材料供应情况，尽量做到就地取材，可以有效地节约材料运费，除低工程造价。此外，材料运输过程中运输工具会大量消耗能源，尽量采用地材，减少材料的运距，可以降低碳排放，取得较好的环境与社会效益。

3）掌握现代建筑新技术和新材料，从设计源头节省材料

现代建筑技术的发展和各类新型材料的诞生，为节省工程材料提供了更大的空间。在工程设计中，设计师应了解和掌握建筑技术与材料的最近发展，将一些成熟的新技术和新材料应用到工程设计中去，真正在设计源头上节省材料、减少资源消耗，并提高工程产出效益。以结构设计为例，现代材料技术的发展大大改进了传统的砖石结构、粗梁胖柱的钢筋混凝土结构形式，新型的高效轻质墙体、轻钢结构、薄壳屋盖、拉索结构等都大大减轻了结构的自重，扩大了使用空间。例如，近年发展起来的大空间膜结构就是节约结构用材的一种典型。它是一种预应力空间整体结构，将结构与建筑围护部分融为一体，最大限度地发挥了材料的承载能力，构造出无柱的无限灵活的大空间，并创造了一种飘逸又刚劲有力的自然形态美建筑外观。

4）贯彻生态建筑设计理念，节约能源与资源

现代生态建筑设计理论将生态建筑归纳为注重效益、崇尚自然、尊重科学等三个基本特征。高效益作为生态建筑基本特征之一，它贯穿于设计、选材、运营直至寿命终结的全过程，表现在节约土地、节约原材料、节约能源、以可再生能源取代不可再生能源以及资源的循环再利用等多个方面。用德国建筑师英恩霍文的话说，就是“用较少的投入取得较大的成果，用较少的资源消耗来获得更大的使用价值”。本书在有关工程设计经济性问题的各章节也一直强调这样的理念。

例如，有些建筑设计中，利用立体绿化将植物作为建筑外围护体系的有机部分，并构成一种有效的节能措施。据测算，建筑外墙绿化后，可使冬季热量损失减少30%，夏季建筑外表面温度比邻近街道环境温度降低5℃。德国建筑师英恩霍文设计的埃森办公楼，选用圆形平面，以减少热流失、优化光照，并降低了上部的风压；采用双层玻璃，以加强建筑的自然通风和保温性能。经测试，自然通风可达70%，节能可达30%（杨昌鸣、庄惟敏，2003：P97）。可见，工程设计中采用上述类似的这些被动式设计策略，不会过多地增加建设投资，但可以取得很好的节约能源和资源的效果。

【例12．5】（资料来源：根据胡幼奕、邹传胜（2002），徐永模（2002）及中国体育报（2004）三篇文章整理）2000年悉尼奥运会是有史以来第一届以绿色奥运为主题来开展各项建设和组织的奥运会，其成功举办以及实现了收支平衡还有盈余的成绩，被誉为澳大利亚人缔造了奥运史上的一段神奇。其中，最令人称道的是其奥运场馆的设计建设和建筑材料的使用，各项工程设计始终贯彻绿色奥运的设计理念。

（1）灵活设计，考虑会后的使用与利用

悉尼奥运会是完全商业化运作模式，政府的投资仅占1／6，所以成本是建设奥运场馆设计的一个重要考虑因素，这就要求设计要灵活，以节省成本。永久性建筑选材要求寿命要长，不需要经常更换，造价低并尽量减少维护；临时性建筑多采用张力膜结构，建设成本不一定比永久性建筑成本低，主要考虑使用后的回收利用和拆除的方便性，如帆船赛场、铁人三项、沙滩排球馆等；部分场馆和附属建筑在设计时就考虑在奥运后会出售或用途改变的要求，如悉尼国际水上中心的设计时就考虑将来适合做儿童游乐的水上公园、各种大小酒店和商业的健身房等设施，只是为奥运作了一些局部的临时调整；水上中心大量的临时性室内座椅，在奥运会后被全部移除并用于另外一个城市室外足球场看台；运动员村在建成后即出售，业主在奥运后入住。灵活的设计提高了工程产出效益，筹集了建设资金、节省了后期维护费用。

（2）节约资源，充分利用旧建筑和场馆

悉尼奥运场馆建设场地考虑利用废弃场地，如占地760英亩的主场馆区是建于废弃的工业区和垃圾堆场。场馆尽量考虑利用现有场馆或改造旧建筑，如原悉尼会展中心不同的展厅分隔为不同的比赛场馆，柔道、摔跤、拳击和击剑都在这里举行。奥运会结束，拆除挡板，会展中心能恢复原有面貌和功能。其他的，如排球馆是利用原娱乐中心，举重馆是利用原会议中心，羽毛球馆是利用原农展馆，国际广播中心是一个仓库改建的，记者村是一个医院改造的，游泳馆是对原游泳馆改造并增加临时看台（会后拆除）。对旧建筑物和场馆的利用，节约了大量建设资源和建设成本，同时也无需担心这些场馆在奥运会后的持续利用问题。

（3）少用材料，尽量采用可回收循环使用的材料

除了经营性场所（如宾馆、饭店等）装饰装修比较豪华外，大多数场馆设计非常简洁，重装饰、轻装修，尽量少用材料，而且设计非常灵活，以便改变其用途时容易拆卸并回收利用。各场馆很少使用天然石材等高档材料，主要采用混凝土、钢结构和玻璃三大传统材料，并多用钢材、石膏板、刨花板、塑料等循环材料。大部分场馆主看台采用混凝土结构，次看台采用钢结构（易拆除和回收利用）。主看台外墙采用混凝土砌块或空心砖，内墙采用石膏板和涂料，内墙隔断及门多采用钢化玻璃和夹层玻璃，座椅使用塑料材质，篷顶采用钢架和膜结构，主看台篷顶内部有铝扣板吊顶，对于有采光要求的采用聚碳酸醋透明板材而无吊顶。主看台外墙稍用涂料或整个场馆外部全部不用涂料，一般是水泥墙面。场馆外部地面多采用水泥砖铺设，场馆主看台地面一般采用混凝土面，有特殊要求时铺地毯或在地毯下采用废旧轮胎回收再生的塑料橡胶地毯作垫层。材料防火等级要求不高，防火设计重点是考虑观众的快速疏散。

12．3．3　工程设备选型的经济性策略

工程设备系统较复杂，有给排水设备系统、暖通空调设备系统、消防设备系统、智能化设备系统和电气设备系统等。每个系统又有不同的类型，如消防设备系统就有消火栓系统、自动喷水灭火系统、水幕系统、水喷雾灭火系统、泡沫灭火系统、消防炮灭火系统、气体灭火系统、建筑灭火器配置等。各类不同设备系统的选型有各自的特点，总的原则是对设备优化组合并进行比对，选择经济性最优的设备方案。设备选型的经济性策略可概括为以下几点：

1）安全性与可靠性

工程设备选型首先要保证设备运行使用过程中的安全性与可靠性。安全性与可靠性问题不仅直接关系建筑物安全及使用者使用设备系统的人身安全和正常使用，而且可以有效地预防安全性事故的发生，与使用过程的经济性有着密切关系。为此，应选用经国家相关机构认证、鉴定或检测获得相关证书的合格或优良的产品，以充分保证设备系统的安全可靠。例如，电气设备的选型应考虑电气设备应有足够的绝缘距离，绝缘强度，负荷能力，动、热稳定裕度，确保供、配电设备的安全运行，还应注意有可靠的防雷装置与防电击技术措施。特殊场所应有防静电措施，按建筑物的重要性与潜在灾害危险程度选择必要防火抗震等设备。

2）适用性

从全寿命周期费用角度，最适用的设备才是经济的。工程设备选型时，要考虑建筑物的性质、环境、场所等诸多因素，设备性能要能满足建筑物使用对设备功能的需求，同时要与建设资金承受能力相适应，既不能大材小用或小材大用，也不能优材劣用或劣材优用。对设备适用性进行分析时，主要从功能需求、使用情况、设备档次、能源价格、舒适状况、美观性等几个方面进行比较，才能保证比较结果的科学性和合理性。使用情况指的是应能满足工程设备对控制方式的要求，以实现设备系统运行的高效性、灵活性和易控性。例如，电气设备的适用性应考虑能为建筑物内所有的用电设备运行提供必要的动力，能为在建筑内创造良好的人工环境提供必要的能源，应能满足用电设备对于负荷容量、电能质量与供电可靠性的要求。

3）全寿命周期的经济性

设备选型经济性策略的一个关键是正确处理好初始投资与运行费用的关系，对于投资规模较大的设备要进行投资与运行费用的综合分析，避免单纯为减少初始设备购置费用选用低品质的设备而增加运行和维护费用的短期行为，同时也要防止大马拉小车使设备闲置的状况。设备运行维护费用包括设备日常维护和修理费用、设备燃料和动力费用等，不同型号或不同品质的设备的各项性能指标不同，在运行费用上存在着差异，设备选型中力求在满足使用功能要求和确保安全的前提下，尽可能选择全寿命期费用最小的设备型号。

全寿命周期费用的比较通常是比较设备在使用期（或者经济寿命期，参见第13章相关概念）内的年平均费用，理论上，不同型号设备之间，随着设备性能指标的提高，设备购置费用会增加，但设备运行和维护费用会减小。如果有足够多的设备型号，并按它们的性能从低到高排列，并计算各自的年平均费用，可得到图12．3所示的费用变化曲线。显然，最经济的型号应该是年平均费用最低点相对应的设备。实践中，通常无法有更多型号的数据，在例12．6中将给出型号较少情况下的比较方法。

图12．3　随不同型号设备性能变化的设备费用曲线

4）节能性

选择节能设备，一方面是降低设备全寿命周期费用的要求。大多数工程设备系统的能耗在其运营费用中占很大的比重，选用节能设备并进行节能配置设计，可以均衡负荷、补偿无功、节约电力，提高能源的综合利用率，可以为建筑物的经济运行创造有利的条件。随着能源价格的逐步增长，其经济性将越来越显著。另一方面，选用节能设备也是社会可持续发展的需要。因为建筑物能耗主要是建筑物中设备所耗费的燃料和电力等。世界可持续发展工商理事会2009年在其名为《行业转型：建筑物能源效率》报告中称，目前全世界建筑物能源消耗占全社会能源消耗总量的40%，到2050年使建筑物的能源使用量减少60%是实现全球气候目标的关键（新华网，2009）。由此可见，在工程设备选型时，尽量采用低能耗、低污染的环保设备，可提高设备的经济、社会和环境等综合效益。

5）灵活性

随着社会经济的发展，建筑物使用者对工程设备功能需求会发生变化或者生产产品变换，建筑物内的各项设备功能及运行方式需要进行不断地调整，所以设备选型要考虑设备具有开放性、适应性和发展性等，以灵活地适应满足使用者需求变化，减少在使用过程中设备更新或改装的费用。

设备选型中的灵活性还体现在利用设备选型及配置与建筑和结构设计的密切协调、综合考虑。例如，近年来出现的一些生态建筑，设计师采用科学而巧妙的处理手法，从建筑的总体布局、绿化、建筑物几何形状的选择、平面分区、外围护结构的做法、烟囱效应的运用等方面，实现建筑物的高效自然通风、采光、隔热、遮阳以及利用太阳能等，可以有效地减少设备的配置，并大大降低运营使用过程中的能耗。这些被动式的策略不会过多地增加建设投资，而取得了很好的经济与环境效益。

6）新设备、新技术的使用

现代建筑设备及系统向体积小、重量轻、噪声低、效率高、整体式、集中式控制、自动化等方向发展，以减少占用建筑物空间、降低建筑物自重、节约能源、资源循环利用、保护环境和提高运行效率。在建筑设备系统设计、选型和配置中，要熟悉现代新型设备的新动向，选择成熟的新型技术和设备，将会取得较好的经济效益和环境效益。例如，采用带电动机和低扬程小流量特性的水泵新产品，使供水和供热系统运行得到合理的改善；利用真空排除污水的特制便器，节约大量冲洗用水；在高层建筑中采用水锤消除器，可以有效地降低管道噪声；采用中水回用技术，指将建筑物内生活污水集中处理后，达到一定的标准回用于小区的绿化浇灌、车辆冲洗、道路冲洗、家庭坐便器冲洗等，从而达到节约用水的目的等。

【例12．6】某工业厂房需要设置通风设备，现有两种型号供选择。A型号购置费用6万元，B型号购置费用为9万元。建筑物业主单位的基准收益率为10%，两种型号的各年使用费及残值见表12．9。需要从两种型号选择一种型号使用。

表12．9　两种型号设备费用数据

首先，计算两种型号分年退出使用时的年平均费用，并可据此确定每种型号的经济寿命（表12．10和表12．11）。

表12．10　A型年费用计算表

表12．11　B型年费用计算表

续表12．11

从表12．10和表12．11中可看出，A型号的经济寿命为6年，B型号的经济寿命为8年。且，B型号经济寿命的年费用低于A型号经济寿命的年费用。如果假设工厂是持续经营，则可选择B型号。还可以对两个型号进一步进行比较：从上述两表对比分析可看出，如果预计设备的服务年限在4年以内，则选择A型号更经济；超过4年，则应选择B型号。

【例12．7】某工程建筑面积为49000m2，空调面积为34000m2，所需冷量为5233kW，所需热量为3953kW。设计中提出了三种空调冷热源方案：（A）采用离心冷水机组夏季制冷，热水锅炉冬季供热。初期投资包括离心冷水机组、锅炉、冷却塔、气源费等共计772万元。（B）采用直燃机组夏季制冷冬季供热。初期投资包括直燃机组、冷却塔、气源费等共940万元。（C）用离心冷水机组夏季制冷，冬季由城市供热系统提供热源、经换热机组供热。初期投资包括离心冷水机组、换热器、冷却塔和热源初装费等共746万元。

各方案在运行过程中消耗的电量及气量见表12．12，电价按0．75元／kW·h计，天然气价格按1．80元／m3计，城市热水管网供热取费按40元／（m2·年）。运行按每天12h计，冬夏运行天数各按122天计。各方案的设备使用寿命期按10年计算，该企业的基准投资收益率10%。根据上述数据，进行设备选型。

表12．12　三种冷热源设备方案能耗数据

（1）计算各方案的年运行费用

A：10800×0．75×122＋（115×0．75＋4000×1．8）×122

　＝1877123（元）＝188（万元）

B：（660×0．75＋4000×1．8）×122＋（360×0．75＋4000×1．8）×122

　＝1850130（元）＝185（万元）

C：10800×0．75×122＋34000×40＝2348200（元）

　＝235（万元）

（2）计算各方案全寿命周期费用的现值

方案A的费用现值为PCA＝772＋188×＝1927（万元）

方案B的费用现值为PCB＝940＋185×＝2076（万元）

方案C的费用现值为PCC＝746＋235×＝2190（万元）

（3）由于A方案的全寿命周期费用现值最小，所以应选择A方案。读者也可以计算各方案的年费用进行比较。

习　　题

1．查找相关资料，了解建设用地使用权取得过程，并分析目前我国城市建设用地的利用效率存在的问题。

2．选择所在城市的几所高校校园选址，进行现场查勘和调查，比较它们之间优劣。

3．从布局的效率性角度，对本校的校园规划布置模式进行分析，找到优点和缺点，提出新的构思方案，并说明新方案的经济性、合理性和高效性。

4．搜集数据和资料，对高层住宅和多层住宅，从用户功能需求、土地利用率、施工费用、运行和维护费用等不同的角度进行对比分析。

5．对某一住宅小区或住宅楼进行现场查勘、居民访谈或问卷调查，或者对学校的教学楼、宿舍、图书馆等建筑进行现场查勘，用价值工程的方法，分析该建筑物在功能设计上的合理性或不合理性。

6．旧建筑再利用是一项有很大潜力的资源再利用的设计研究课题，近年来国外许多建筑师将自己的才能专注于旧建筑再利用的设计与研究上，出现了较多优秀的作品。例如，由法国总统密特朗亲自揭幕的巴黎奥尔塞艺术博物馆，就是由一座百年前建成的火车站改建而成的旧建筑再利用成功之作。西方国家已一改工业革命后大拆大建做法，很少拆除旧建筑，尽量将其利用。如英国国家资金用于新建与改建的比例已由20世纪70年代的75∶25提高到90年代的50∶50。在互联网上搜集有关目前我国一些城市在建设中进行大拆大建的案例资料，对此问题展开讨论。

7．试用价值工程方法对例12．4中的两方案进行比较。

8．鑫城开发公司拟开发阳光鑫城住宅小区，其智能化系统的初步设计方案由有线电视、局域网综合布线、访客对讲、住户报警、周界防越（A）、电子巡更（B）、停车管理（C）、小区闭路电视（D）、背景音乐（E）、网络信息发布

（F）等十个功能块组成。前四个功能为目前住宅智能化系统必备功能。后六个功能，按初步设计方案造价为500万元，考虑20年的长期运行费用现值为500万元，各功能块全寿命周期成本现值见表12．13所示。鉴于目前许多小区建设中存在的片面追求智能化系统的先进性而忽视其适用性和经济性的问题，鑫城公司相关部门拟组织价值工程小组，对后六个功能开展价值工程研究，并计划将全寿命周期总成本降到800万元。价值工程小组对各功能重要程度比较结果见表12．13。

表12．13　阳光鑫城住宅小区智能化系统的功能比较与成本

试对该小区的智能化系统进行价值分析，确定功能改进和成本改进对象及改进目标。

9．例12．7中，假设冬夏季运行天数相等（冬夏季运行天数可以多于日历天数），且运行天数未确定，试分析在每年不同运行天数下各方案的经济性。