試論優化結構設計與降低工程造價的問題

【摘 要】優化結構設計是有效控制工程造價的重要手段。工程造價的控制，貫穿于整個工程建設的全過程。當投資的項目一經決策，設計就是決定工程造價的關鍵。優選最合理和經濟的設計方案，是保證和確定合理造價的前提，也是有效控制工程造價的關鍵。針對不同的地質情況，以最優造價為目的，優化地下結構設計，選擇合理的基礎類型。可達到經濟實用的目標。

【關鍵詞】優化結構設計；工程造價；關系分析

1 引言

工程建設過程包括項目決策、項目設計和項目實施三大階段。進行投資控制的關鍵在于決策和設計階段，而對項目作出投資決策后，其關鍵就在于設計。建筑結構設計是建設項目進行全面規劃和具體描述實施意圖的過程，是處理技術與經濟關鍵性環節，是具體實現技術與經濟對立統一的過程，是確定與控制工程造價的重點階段。建筑結構設計以充分實現建筑設計方案為目的，在實施過程中可優化設計，節約造價。

建筑設計對工程造價的影響主要體現在以下幾方面[1，2]：(1)建筑設計方案直接影響投資。設計費一般只相當于建設工程全壽命費用的1％不到，但正是這少于1％的費用對投資的影響最高卻達到65％．在單項工程設計中，建筑和結構方案的選擇及建筑材料的選用對投資都有較大影響。如結構設計中基礎類型的選用，結構形式的選擇，對于結構規范的理解應用等都存在著技術經濟分析問題。(2)設計方案影響經常性費用。建筑結構設計不僅影響項目建設的一次性投資，而且還影響使用階段的經常費用，如暖通、照明的能源消耗、清潔、保養、維修費等，一次性投資與經常性費用有一定的反比關系，但通過建筑結構設計人員努力可找到這兩者的最佳結合，使項目建設的全壽命費用最低。(3)設計質量間接影響投資。在工程質量事故的眾多原因中。設計責任占40.1％，居第一位。不少建筑產品因設計時功能設計不合理，影響正常使用；有的設計圖紙質量差，專業設計之間相互矛盾，造成施工返工、停工現象，有的造成質量缺陷和安全隱患，給國家和人民帶來巨大損失，造成投資浪費，從而提高了工程造價。

2 優化建筑結構設計思考

目前在設計階段，大多數項日實行了限額設計，初步設計概算控制在批準投資估算的合理幅度內，也使得工程造價得到一定的控制。但據研究表明，設計費雖然只相當于建設工程全壽命費用的1％不到，但它對工程造價的影響卻高達65％，并且設計質量對整個工程建設的效益是至關重要的，因此控制工程造價的重點應放在設計階段。因此通過優化設計方案來進一步有效控制工程造價，是解決工程造價的有效措施。

所謂方案優化設計，就是在原設計方案的基礎上，結合新工藝和設備的使用，新材料的投人，進行局部設計的改變，不僅使技術更可行，更加滿足功能要求，還能節約材料，使工程造價明顯降低。往往同一建設項目，同一單項、單位工程，可以有不同的設計方案，從而形成不同的工程造價，因此要通過方案優化設計對其進行選擇，使之真正達到以最優的設計、最經濟的投資，建造最好的工程項目的目的。

在建筑結構設計中，不同方案的選擇及不同建筑材料的選用對工程造價會有較大影響，象基礎類型選用、進深與開問的確定、層高與層數的確定、結構形式選擇等都存在著技術經濟分析問題。據統計，在滿足同樣功能的條件下，技術經濟合理的設計，可降低工程造價i0％左右，有的可達20％。建筑結構由基礎、柱、墻體、梁、樓板、屋面板等部分組成，各部分占工程總造價的比例不盡相同，結構方案優化時對工程造價的影響也就不一樣，因此在方案優化設計時人們所考慮的重點要有所側重。

基礎結構的造價與工程所在地的地質條件密切相關，其工期約占整個建筑物主體工程的25％～30％，造價約占總造價的10％~20％，并且基礎工程的重要性顯而易見。所以設計時應重視地質勘察報告的交底工作，選擇合理的基礎形式，控制基礎的截面尺寸與埋深。

柱網布局是確定柱子的行距(跨度)和間距(每行柱子相鄰兩柱間的距離)的依據。一般來講，柱網尺寸在6m-12m之閱，柱距小則傳力路線短，上部結構節省材料，但可能基礎費用高，因而柱網布局是否合理，對工程的結構造價有很大的影響。此外，柱子截面形狀及大小的選擇也對工程造價有著直接的影響。

矩形截面梁是最普通的受彎構件，在設計時常被使用，但材料利用率很低。其原因有以下兩方面：a．靠近中和軸的材料應力較低；b．粱的彎矩沿梁長是變化的。由于等截面梁大部分區段應力低，材料得不到很好利用，只有在軸心受力時，材料利用率才可提高。因此，設計時可采用平面桁架代替矩形梁，平面桁架相當于掏空的梁，將梁中多余的材料掏去，這樣既經濟，又可減輕自重。它還可發展為空間網架，材料的利用率就能大幅提高。某超大跨度工業廠房，設計時用桁架外形的設計代替矩形截面粱，經濟上取得相當好的結果。

對于多層普通住宅來說，矩形柱結構比異形柱結構工程造價直接費低1％-3％左右，住宅采用鋼筋混凝土結構比采用磚混結構定額直接費略高些，占普通裝修住宅的總造價4%左右。隨著人們生活水平的提高，建筑裝飾造價越來越高，結構造價占房屋總售價的比例將越來越低，從房屋總造價考慮，磚混住宅與混凝土結構住宅的結構差價將更小。

提高投資效益，優化設計降低造價可采取如下措施：

（1）設計要能夠最大程度地滿足建筑內部平面、空間高度、建筑立面等使用功能和外形感觀的要求，為使一幢好的建筑物誕生要考慮的因素很多，包括結構體系的選擇，傳力的途徑，構件的布置，構件的選用和材料的使用等。

(2)目前越來越多的建筑體型復雜化，不規則化，結構設計應盡量做到使建筑體型產生規則的結構效應。使傳力中心和剛度中心盡量接近或重合，結構就基本具備了規則的條件。結構傳力途徑應力求簡單、直接，否則空間關系復雜部位會出現多次轉換的結構構件，這樣會導致造價提高，也容易產生安全問題。結構傳力多種多樣，支撐構件也可以根據傳力途徑是否合理進行變換，沒有一成不變的結構布置，也沒有一成不變的傳力途徑。采用最簡單、直接的傳力途徑，可以省去中間傳力的結構構件，減少結構的安全風險，使結構受力更加明確，造價也相對經濟。

（3）應充分理解和靈活運用規范條文。現在地下結構的設計越來越重要，更要講究合理與經濟：對于處于不同抗震等級區域的建筑方案，設計人員應采用更合適的抗震等級，根據實際情況適當調整建筑方案。

(4)地面以上的結構形式對建筑物的造價也有很大的影響。根據建筑的類型，功能用途，提出不同的結構解決方案，通過比較選擇較優的結構類型，既要保證結構安全，同時以工程造價為準則進行設計。

3 結語

優化結構設計是有效控制工程造價的重要手段，是具體實現技術與經濟平衡的復雜過程。在設計中，對各種方案進行分析、計算、比較、評審，從中選出技術上先進、經濟上合理的最優方案，是保證和確定合理造價的前提，也是有效控制工程造價的關鍵。從經濟性而言，設計費雖然占工程壽命費用不到1％，但在決策正確的條件下，設計對工程造價的影響程度達到65％以上。要達到設計與經濟的平衡，首先應健全機制，加強監管。政府應設立專業部門對設計成果考核，建立必要的設計競爭機制：設計經營應采取招投標方式，并且加大對招投標的監管力度，保證公平公正；設計單位內部應加強管理，提高設計人員的責任感。

參考文獻：

[1]黃鵬程. 論建筑設計對工程造價的有效控制[J].梧州學院學報， 2009，19(3).

[2]湯遠紅， 石洪利， 楊林. 影響民用建筑設計工程造價的因素[J].交通科技與經濟， 2001，3(2).