村鎮(zhèn)住宅耐久性的經(jīng)濟(jì)性分析

楊 俊，王曉鳴，汪 洋

(華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

1 村鎮(zhèn)住宅耐久性的內(nèi)涵

按照《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的定義，結(jié)構(gòu)的耐久性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定工作環(huán)境中，在預(yù)定時(shí)期內(nèi)，其材料性能的惡化不致導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可接受的失效概率，在正常維護(hù)條件下，結(jié)構(gòu)能夠正常使用到規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限。

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，則是指混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在可預(yù)見的工作環(huán)境及材料內(nèi)部因素的作用下，在預(yù)期的使用年限內(nèi)抵抗大氣影響、化學(xué)侵蝕和其他劣化過程，而不需要花費(fèi)大量資金加固處理和維修，也能保持其安全性和適用性的功能［1］。從歐美國家關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的解釋，可以發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是使用極限狀態(tài)的問題，其主要著眼點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)合理的使用壽命。耐久性的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在以較小的維修成本達(dá)到維持混凝土結(jié)構(gòu)基本功能的要求，若業(yè)主要求延長結(jié)構(gòu)使用壽命，則需適當(dāng)?shù)木S修成本就可達(dá)到其目的。

而住宅耐久性，是指組成住宅的各類構(gòu)件、裝修和設(shè)備，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)和規(guī)定條件下能保持其正常功能狀態(tài)的性能，是在住宅設(shè)計(jì)時(shí)就賦予住宅產(chǎn)品的內(nèi)在屬性。一般來說，結(jié)構(gòu)安全性是中心問題，其它性能只能在這個(gè)基礎(chǔ)上加以滿足［2］。對住宅耐久性的評定，應(yīng)結(jié)合住宅在施工、使用、維修等階段的多變量因素綜合確定［3～5］。住宅的耐久年限與住宅的耐久性緊密相關(guān)，它是指住宅建筑在規(guī)定條件下，能按規(guī)定功能狀態(tài)使用的時(shí)間年限。

基于以上定義，我們定義村鎮(zhèn)住宅的耐久性為:村鎮(zhèn)住宅在一定的使用年限內(nèi)，在正常使用、正常維護(hù)條件下，不需要投入大量的維修費(fèi)用，而能保持其安全性、正常使用和可接受外觀的能力。村鎮(zhèn)住宅的耐久性與其使用壽命相聯(lián)系，是使用期內(nèi)住宅保持正常功能的能力［6］。本文村鎮(zhèn)住宅耐久性的經(jīng)濟(jì)性分析，即是對不同耐用年限的村鎮(zhèn)住宅進(jìn)行經(jīng)濟(jì)上的分析和比較。

提高建筑物的耐久性，延長建筑物的壽命將提高資源利用等方面的經(jīng)濟(jì)效益［7，8］。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署在2007年3月29日公布的一份研究報(bào)告中，呼吁世界各國采取行動提倡“長壽建筑”，建議在建設(shè)過程中更多地翻新舊建筑而不是“推倒重建”。因此，提高建筑物的耐久性，建設(shè)“長壽建筑”，已成為一項(xiàng)世界性要求。

2 村鎮(zhèn)住宅耐久性的經(jīng)濟(jì)性分析

由于采用合理的方案設(shè)計(jì)和在使用過程中注重維修加固是提高村鎮(zhèn)住宅耐久性的兩種主要措施，下面將分別針對這兩種情況對村鎮(zhèn)住宅的耐久性進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對比分析。在具體分析時(shí)本文將村鎮(zhèn)住宅的生命周期成本劃分為初始化建設(shè)成本、日常維護(hù)成本、設(shè)備維護(hù)更新成本、住宅維修加固成本、拆除成本。由于設(shè)備的使用較住宅主體而言相對獨(dú)立，分析中不對設(shè)備購置安裝及維護(hù)更新的成本進(jìn)行比較。

村鎮(zhèn)住宅較城市住宅而言，從建設(shè)到使用利益主體較單一。一般是戶主自己投資建設(shè)，建完后自己居住，從開始選址一直到最后的拆除回收，戶主都參與其中。而且村鎮(zhèn)住宅一旦壽命期結(jié)束就要考慮進(jìn)行重建，重建資金也需由戶主支付。本文對不同耐久性村鎮(zhèn)住宅的經(jīng)濟(jì)性對比采用年值法進(jìn)行。

2．1 不同耐久性設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性分析

設(shè)擬建一村鎮(zhèn)住宅，現(xiàn)有兩種備選方案，兩方案設(shè)計(jì)的住宅初始性能相同，但耐久性水平存在差異，兩種不同方案下住宅壽命期分別為T1、T2，如圖1所示。本節(jié)中對不同耐久性設(shè)計(jì)水平的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對比分析時(shí)不考慮使用中的維修加固情況，所以兩方案的比較主要是初始化建設(shè)成本、日常維護(hù)成本、拆除成本的比較。另外，村鎮(zhèn)住宅建設(shè)規(guī)模較小，其拆除建設(shè)一般不會給周邊居民生產(chǎn)生活造成重大影響。由于戶主是主要的組織者和實(shí)施者，在村鎮(zhèn)住宅的拆除重建過程中戶主需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，住宅的重建也會給其生產(chǎn)和生活造成較大不便，因此在進(jìn)行村鎮(zhèn)住宅方案的經(jīng)濟(jì)對比分析時(shí)要將建設(shè)活動給戶主造成的損失計(jì)算在內(nèi)，本文假設(shè)不同方案村鎮(zhèn)住宅在拆除重建時(shí)給戶主造成的損失相同。

圖1 不同耐久性設(shè)計(jì)方案的村鎮(zhèn)住宅性能劣化曲線

將方案1不含設(shè)備購置安裝費(fèi)的初始化建設(shè)成本、拆除成本、住宅拆除重建時(shí)給戶主造成的損失折算為年值分別為:

式中，C01為方案1村鎮(zhèn)住宅不含設(shè)備購置安裝費(fèi)的初始化建設(shè)成本，CF1為方案1村鎮(zhèn)住宅的拆除成本，CL為方案1村鎮(zhèn)住宅拆除重建時(shí)給戶主造成的損失(方案2與此同)，ic為折現(xiàn)率。

村鎮(zhèn)住宅的建設(shè)費(fèi)用在村鎮(zhèn)居民收入中占到較大比重，有時(shí)直接影響村鎮(zhèn)住宅能不能按時(shí)進(jìn)行建設(shè)。圖1中方案1的壽命期較短，在其壽命期結(jié)束的T1時(shí)刻，就要開始建設(shè)。而方案2要到T2時(shí)刻才需進(jìn)行重建，即方案1要比方案2提前ΔT=T2－T1年投入建設(shè)資金。因此對村鎮(zhèn)住宅需要考慮由于住宅壽命偏短導(dǎo)致建設(shè)資金提前占用的影響［9］。

設(shè)村鎮(zhèn)住宅重建時(shí)建設(shè)規(guī)模同前，方案1住宅重建資金提前占用的影響終值為:

式中，iF為通貨膨脹率，其他符號意義同前。

將影響終值折算為T1時(shí)間段的年值為:

若方案1村鎮(zhèn)住宅日常維護(hù)成本年值為ˉA01，則方案1村鎮(zhèn)住宅在生命周期內(nèi)的相關(guān)費(fèi)用年值為:

同理，將方案2不含設(shè)備購置安裝費(fèi)的初始化建設(shè)成本、拆除成本、住宅拆除重建時(shí)給戶主造成的損失折算為年值分別為:

式中，C02為方案2村鎮(zhèn)住宅不含設(shè)備購置安裝費(fèi)的初始化建設(shè)成本，CF2為方案2村鎮(zhèn)住宅的拆除成本，其他符號意義同前。

若方案2村鎮(zhèn)住宅日常維護(hù)成本年值為ˉA02，則方案2村鎮(zhèn)住宅在生命周期內(nèi)的相關(guān)費(fèi)用年值為:

綜合以上考慮，兩方案折算為年值后的費(fèi)用差額為:

若ΔC≥0，則說明使用耐久性好的設(shè)計(jì)，也就是方案2較合理，反之則方案1較合理。

2．2 維修加固對耐久性影響的經(jīng)濟(jì)性分析

結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命的概念，與使用階段的檢測、維護(hù)和修理分不開。由于住宅占用資源多、價(jià)值大、使用時(shí)間長，通過適時(shí)、適度的維修改造，能有效提高住宅的安全性和耐久性，延長住宅的使用壽命，從而充分發(fā)揮其使用效益。維修加固對提高住宅耐久性的作用如圖2所示。下面將對同一住宅是否進(jìn)行維修加固的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對比分析。這里的維修加固主要指相對比較集中的修理，不包括日常維護(hù)，且不考慮家用設(shè)備對村鎮(zhèn)住宅耐久性的影響。

圖2 村鎮(zhèn)住宅維修前后性能劣化曲線

設(shè)某一村鎮(zhèn)住宅不含設(shè)備購置安裝費(fèi)的初始化建設(shè)成本為C03，從圖2可見，不進(jìn)行維修加固時(shí)住宅壽命期為T3，而進(jìn)行維修加固時(shí)住宅壽命延長到T4。不進(jìn)行維修加固時(shí)，村鎮(zhèn)住宅不含設(shè)備購置安裝費(fèi)的初始化建設(shè)成本、拆除成本、住宅拆除重建給戶主造成的損失折算為年值分別為:

式中，C03為村鎮(zhèn)住宅不含設(shè)備購置安裝費(fèi)的初始化建設(shè)成本，CF3為不進(jìn)行維修加固時(shí)村鎮(zhèn)住宅的拆除成本，C'L為圖2中村鎮(zhèn)住宅拆除重建時(shí)給戶主造成的損失，其他符號意義同前。

由于不進(jìn)行維修加固時(shí)村鎮(zhèn)住宅的壽命期較短，同樣考慮重建對資金提前占用的影響，不進(jìn)行維修加固時(shí)重建資金提前占用的影響終值為:

將影響終值折算為T3時(shí)間段的年值為:

同理，在進(jìn)行維修加固時(shí)，將村鎮(zhèn)住宅不含設(shè)備購置安裝費(fèi)的初始化建設(shè)成本、拆除成本、住宅拆除重建時(shí)給戶主造成的損失、村鎮(zhèn)住宅維修加固費(fèi)用折算為年值分別為:

式中，CF4為進(jìn)行維修加固時(shí)村鎮(zhèn)住宅的拆除成本，Ml為村鎮(zhèn)住宅第l年的維修加固費(fèi)用，其他符號意義同前。

綜合以上分析，兩種情況下折算為年值后的費(fèi)用差額為:

圖3 村鎮(zhèn)住宅維修加固時(shí)費(fèi)用年值變化

若ΔC'≥0，則說明通過維修加固延長村鎮(zhèn)住宅的使用壽命是經(jīng)濟(jì)可取的。

對村鎮(zhèn)住宅進(jìn)行維修加固來延長其使用壽命，通常在一定范圍內(nèi)具有較好的效果，表現(xiàn)為村鎮(zhèn)住宅生命周期內(nèi)費(fèi)用年值降低。但隨著使用年限的增長，繼續(xù)維修加固來使村鎮(zhèn)住宅壽命延長將需要較大的投入。這時(shí)如果繼續(xù)維修加固，其費(fèi)用年值甚至有可能會超過不對住宅進(jìn)行維修加固時(shí)的費(fèi)用年值。

如圖3所示，TA對應(yīng)不維修加固時(shí)的村鎮(zhèn)住宅壽命，T0對應(yīng)年值最低時(shí)的村鎮(zhèn)住宅壽命，TB時(shí)費(fèi)用年值和不維修加固時(shí)的年值相等，再延長壽命已不合理。通過維修加固，可以使村鎮(zhèn)住宅壽命從TA延長到TB而且費(fèi)用年值相等，這樣減少了村鎮(zhèn)住宅重建的頻率，節(jié)省了人力和物力。

3 算例研究

湖北省襄陽地區(qū)一農(nóng)戶需對其住宅進(jìn)行拆除重建，現(xiàn)有耐久性不同的兩種設(shè)計(jì)方案:方案1按常規(guī)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，不含設(shè)備購置安裝費(fèi)的初始化建設(shè)成本為18萬元，設(shè)計(jì)使用壽命為40年。壽命結(jié)束時(shí)住宅的拆除成本為12000元，住宅日常維護(hù)成本年值為1000元。

方案2追加初始投資2萬元，用以提高村鎮(zhèn)住宅的耐久性，使住宅的設(shè)計(jì)使用壽命延長到50年，設(shè)壽命結(jié)束時(shí)住宅的拆除成本為15000元，住宅日常維護(hù)成本年值為800元。

住宅拆除重建時(shí)給戶主造成的損失均為10000元，假定折現(xiàn)率為6%，通貨膨脹率為2%。

3．1 不維修加固時(shí)兩種方案的經(jīng)濟(jì)對比分析

利用公式(1)～(3)，將方案1不含設(shè)備購置安裝費(fèi)的初始化建設(shè)成本、拆除成本、住宅拆除重建時(shí)給戶主造成的損失折算為年值分別為:

利用公式(4)，方案1住宅重建資金提前占用的影響終值為:

C1=180000×(1+0．02)40［(1+0．06)10－(1+0．02)10］=227281．4 元

利用公式(5)，將算得的影響終值折算為40年壽命期內(nèi)的年值為:

利用公式(6)得方案1住宅在生命周期內(nèi)的相關(guān)費(fèi)用年值為:

同理，利用公式(7)～(9)，將方案2不含設(shè)備購置安裝費(fèi)的初始化建設(shè)成本、拆除成本、住宅拆除重建給戶主造成的損失折算為年值分別為:

利用公式(10)得方案2住宅在生命周期內(nèi)的相關(guān)費(fèi)用年值為:

由公式(11)計(jì)算得方案1和方案2折算為年值后的費(fèi)用差額為:

ΔC=A1－A2=15173．2 －14174．9=998．3 元

因?yàn)棣≥0，可知追加投資增強(qiáng)村鎮(zhèn)住宅的耐久性是經(jīng)濟(jì)合理的。

3．2 方案2投入維修加固資金的經(jīng)濟(jì)合理性

若對方案2的村鎮(zhèn)住宅采取維修加固措施使其壽命延長至60年，則分別需要在該住宅投入使用后的第30年、第40年、第50年投入維修加固資金8000元、12000元、20000元，壽命延長至60年后該住宅日常維護(hù)成本的年值為680元，住宅拆除時(shí)拆除成本為20000元。現(xiàn)對投入維修加固資金的經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行分析。

不進(jìn)行維修加固時(shí)，由公式(12)～(14)，及前面計(jì)算分析可知，村鎮(zhèn)住宅不含設(shè)備購置安裝費(fèi)的初始化建設(shè)成本、拆除成本、住宅拆除重建時(shí)給戶主造成的損失折算為年值分別為12688．8 元、51．7 元、634．4 元。

由公式(15)，不進(jìn)行維修加固時(shí)重建資金提前占用的影響終值為:

C3=200000(1+0．02)50×[(1+0．06)10－(1+0．02)10]=307838．7 元

由公式(16)，將算得的影響終值折算為50年壽命期內(nèi)的年值為:

由公式(17)，不進(jìn)行維修加固時(shí)村鎮(zhèn)住宅在生命周期內(nèi)的相關(guān)費(fèi)用年值為:

在進(jìn)行維修加固時(shí)，由公式(18)～(21)，村鎮(zhèn)住宅不含設(shè)備購置安裝費(fèi)的初始化建設(shè)成本、拆除成本、住宅拆除重建時(shí)給戶主造成的損失、村鎮(zhèn)住宅維修加固費(fèi)用折算為年值分別為:

由公式(22)，進(jìn)行維修加固時(shí)村鎮(zhèn)住宅在生命周期內(nèi)的相關(guān)費(fèi)用年值為:

由公式(23)，兩種情況下折算為年值后的費(fèi)用差額為:

ΔC'=A3－A4=15235．2 －13936．2=1299．0 元

因?yàn)棣'≥0，則通過維修加固延長村鎮(zhèn)住宅的使用壽命至60年是經(jīng)濟(jì)可取的。

4 結(jié)論

(1)村鎮(zhèn)住宅的耐久性與其使用壽命相聯(lián)系，提高村鎮(zhèn)住宅的耐久性，適當(dāng)延長其使用壽命一般具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)采用合理的方案設(shè)計(jì)和在使用過程中注重維修加固是提高村鎮(zhèn)住宅耐久性的主要措施。

(3)由于村鎮(zhèn)住宅建設(shè)占用資金多，對不同耐用年限的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對比時(shí)需考慮資金提前占用的影響。

(4)本文建立了對不同耐久性的村鎮(zhèn)住宅進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對比分析的判別式，并進(jìn)行了算例研究，結(jié)果表明選用耐久性較好的方案通常具有更好的經(jīng)濟(jì)效果。

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