住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計變更與造價控制研究

周忠超，劉 敏

(山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253000)

目前，房屋建筑是建筑工程項目中占比最高的建筑類別，且超過90%屬于住宅建筑。由于住宅建筑造價核算影響因素眾多，難以精確計算，故對住宅建筑建設(shè)過程進(jìn)行造價控制，具有較大的經(jīng)濟(jì)前景和潛力。從住宅工程項目可行性報告到竣工驗收整個過程，項目投資可控性最大的階段是項目設(shè)計階段[1]。設(shè)計階段的工程造價主要與人工費、材料費、施工機(jī)械臺班費及工程量有關(guān)，而不同的工程設(shè)計方案對應(yīng)不同的人工時長、材料種類和數(shù)量及工程量，當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案變更后，必須重新計算工程造價，并通過價值工程方法對變更前后的方案進(jìn)行對比分析，綜合判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計變更的合理性。以某住宅工程為例，對初步設(shè)計結(jié)構(gòu)和變更設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過灰色預(yù)測模型GM(1，1)對施工期各種費用單價進(jìn)行預(yù)測，結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙計算結(jié)構(gòu)設(shè)計變更前后的工程造價，通過工程總造價的對比給出推薦方案，以期為其他工程結(jié)構(gòu)設(shè)計變更提供參考。

1 工程初步設(shè)計概況

某住宅工程擬建于海口市江東新區(qū)，占地面積約為2 315畝，地上總建筑面積約為6 441 m2，初步設(shè)計為地上30層和地下1層停車場。該住宅工程設(shè)計使用年限為70年[2]，丙類抗震設(shè)防，設(shè)計抗震烈度7度，初步計劃2022年底進(jìn)入竣工驗收階段。

1.1 柱的設(shè)計

初始設(shè)計的柱如圖1(a)所示。柱截面為矩形，尺寸為350 mm×350 mm，混凝土強(qiáng)度為C30，縱筋為8根直徑為30 mm、強(qiáng)度為HRB335的鋼筋，箍筋為間隔200 mm、直徑為8 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋[3]。

圖1 柱和梁的初步設(shè)計截面圖Fig.1 Preliminary design section of column and beam

1.2 梁的設(shè)計

初始設(shè)計的主梁如圖1(b)所示。主梁截面為矩形，尺寸為240 mm×420 mm，混凝土強(qiáng)度為C30，受壓鋼筋為3根直徑為25 mm、強(qiáng)度為HRB335的鋼筋，受拉鋼筋為6根直徑為30 mm、強(qiáng)度為HRB335的鋼筋。箍筋為間隔200 mm、直徑為8 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋。

1.3 板的設(shè)計

初始設(shè)計的板如圖2所示。板截面為矩形，尺寸為1 000 mm×150 mm，混凝土強(qiáng)度為C25，縱筋為20根直徑為12 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋，箍筋為間隔200 mm、直徑6 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋。

圖2 板的初步設(shè)計截面圖Fig.2 Preliminary design section of the plate

2 初步設(shè)計工程造價成本

住宅工程建造費用主要包含人工費、材料費及施工機(jī)械臺班費三部分。造價計算結(jié)果的準(zhǔn)確性離不開工程量計算和各種費用估算的準(zhǔn)確性，工程量可根據(jù)設(shè)計圖紙進(jìn)行估算，而人工費、材料費受政策、市場等諸多因素影響，難以準(zhǔn)確計算。人工費和材料費的估算方法是以近年來海口市同類工程的各種費用為樣本，盡可能多的收集資料，最終計算出每種費用的月平均值，帶入預(yù)測模型，計算出本住宅工程的各種費用單價。

以C30混凝土為例，收集2020-2022年第二季度海口市混凝土單價如表1所示。可以看出，混凝土單價隨著時間的變化有較大的波動，通過觀察可看出價格波動有以下規(guī)律：混凝土年均價格逐年上漲，年中混凝土價格相對于年前和年尾較低。混凝土定性描述不能滿足要求，為了保證造價計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需要確定施工期的具體單價，因此需要通過模型預(yù)測施工期的混凝土單價。

目前應(yīng)用較多的預(yù)測方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、時間序列法、灰色模型法等。由于灰色模型對信息量少且雜亂的系統(tǒng)預(yù)測有較好的適用性，被廣泛應(yīng)用于社會和經(jīng)濟(jì)各方面的預(yù)測，因此采用灰色預(yù)測模型GM(1，1)預(yù)測施工期的混凝土單價。

通過計算得出該模型的發(fā)展系數(shù)a為-0.006，灰色作用量b為460.409，后驗差比c為0.418。通常發(fā)展系數(shù)代表數(shù)據(jù)變化趨勢，灰色作用量反映數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，后驗差比反映模型的精度，當(dāng)c小于0.5時，表示模型預(yù)測結(jié)果是合格的，因此灰色預(yù)測模型對本研究是適用的。

模型求解結(jié)果如表1所示。從表中可以看出，隨著價格的波動，預(yù)測結(jié)果的相對誤差也有較大范圍的波動，最大誤差為5.72%。相對誤差值越小越好，一般情況下小于20%即說明擬合良好[4]。模型平均相對誤差為2.006%，意味著模型擬合效果良好。

表1 海口市混凝土單價預(yù)測表Tab.1 Forecast of concrete unit price in Haikou City

圖3為混凝土實際單價與預(yù)測單價趨勢圖，預(yù)測單價與實際單價年變化總體趨勢一致，是逐年上升的，通過該模型可預(yù)測出未來任意時間的混凝土單價，但受政策和市場影響，混凝土價格變化趨勢可能會出現(xiàn)較大波動，所以混凝土的實際價格應(yīng)及時更新，以最新的價格對較為接近的月份進(jìn)行預(yù)測，才能使預(yù)測結(jié)果更為可靠。本研究預(yù)測了未來三個月的混凝土單價。

圖3 混凝土實際單價與預(yù)測單價趨勢圖Fig.3 Concrete actual unit price and forecast unit price trend

根據(jù)初步設(shè)計結(jié)果，預(yù)計7月份可將工程需要的材料采購?fù)戤叄A(yù)測2022年7月 C30混凝土單價為518.044元/m3。同理可預(yù)測出2022年7月人工費、C25混凝土單價、鋼筋單價、施工機(jī)械臺時費等，結(jié)合初步設(shè)計工程量，計算出本工程總造價為17 084 653.28元，單方鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)價格約為647.35元。

3 變更設(shè)計與造價成本

工程開工前，通過對現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行評估，在確保結(jié)構(gòu)安全和應(yīng)用功能不降低的條件下，通過材料的優(yōu)選、施工技術(shù)的優(yōu)化對初始結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了重新優(yōu)化，主要體現(xiàn)在框架結(jié)構(gòu)主體柱和梁的優(yōu)化及板的設(shè)計變更。

3.1 柱的變更

設(shè)計變更后的柱如圖4(a)所示。柱截面仍為矩形，尺寸變更為320 mm×320 mm，混凝土強(qiáng)度變更為C35，縱筋變?yōu)?根直徑為20 mm、強(qiáng)度為HRB400的鋼筋，箍筋為間隔200 mm、直徑為6 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋。混凝土強(qiáng)度的提升可使橫截面縮小的柱仍能滿足初步設(shè)計抗壓需求。HRB400鋼筋具有較強(qiáng)的延展性，可以有效提升結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，鋼筋直徑降低為20 mm，在滿足設(shè)計強(qiáng)度的同時有效減少了材料費[5]。

圖4 柱和梁的設(shè)計變更截面圖Fig.4 Section of column and beam design changes

3.2 梁的變更

設(shè)計變更后的梁如圖4(b)所示。主梁截面由初步設(shè)計的矩形更改為T型，尺寸為240 mm×350 mm，混凝土強(qiáng)度為C35，受壓鋼筋為2根直徑為25 mm、強(qiáng)度為HRB400的鋼筋，受拉鋼筋為4根直徑為25 mm、強(qiáng)度為HRB400的鋼筋，箍筋為間隔200 mm、直徑為6 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋。通過優(yōu)化梁截面形狀，提升鋼筋強(qiáng)度，使材料用量有較為明顯的減少，同時降低了結(jié)構(gòu)荷載，使結(jié)構(gòu)安全性得到提高。

3.3 板的變更

設(shè)計變更后的板如圖5所示。板的截面形狀不變，仍為矩形，尺寸變更為1 000 mm×120 mm的矩形截面，混凝土強(qiáng)度提高為C30，受拉縱筋不變，仍為10根直徑為12 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋，受壓鋼筋進(jìn)行優(yōu)化，變?yōu)?根直徑為12 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋，箍筋為間隔200 mm、直徑6 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋。變更后的板設(shè)計仍能滿足最小配筋率的要求和設(shè)計承載力要求，由于材料用量降低，板對梁和柱產(chǎn)生的荷載作用也有顯著降低。

圖5 板的設(shè)計變更截面圖Fig.5 Design change section of the board

3.4 變更后的造價成本

根據(jù)變更設(shè)計結(jié)果，重新計算工程量，計算出所需要的人工工時、材料用量和施工機(jī)械臺時。由于設(shè)計變更，使得材料準(zhǔn)備推遲一個月左右，變更后的人工、材料單價與采用初步設(shè)計的人工、材料單價有了一定差別，因此需要采用建立好的灰色預(yù)測模型GM(1，1)預(yù)測此時的每種費用單價，從表1可知，2020年8月的C30混凝土單價在521.34元左右，與7月相比，價格上漲。同理預(yù)測出2022年8月人工費單價、C35混凝土單價、鋼筋單價、施工機(jī)械臺時費等，最終計算出本工程總造價為15 121 369.75元，單方鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)價格約為628.74元。

4 結(jié)論

以某住宅工程為例，評估結(jié)構(gòu)設(shè)計變更在造價上的合理性。通過灰色預(yù)測模型GM(1，1)，預(yù)測了施工期各種費用單價，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙計算結(jié)構(gòu)設(shè)計變更前后的工程量，最終計算出初始設(shè)計總造價為17 084 653.28元，結(jié)構(gòu)設(shè)計變更后總工程造價15 121 369.75元，結(jié)構(gòu)變更使得工程總投資節(jié)約1 963 283.53元。此外，初始設(shè)計單方鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)價格約為647.35元，結(jié)構(gòu)變更后單方鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)價格降低為628.74元，降低了16.81元，因此該住宅工程結(jié)構(gòu)設(shè)計變更在經(jīng)濟(jì)上是合理可行的。