农村砖混与轻钢结构住宅成本对比分析——基于全生命周期成本理论

（中关村人居环境工程与材料研究院，北京 100083）

0 引言

传统钢混结构与砖混结构房屋是我国的主流房屋体系，从2011年开始我国新建建筑面积每年超过25亿m2，几乎是全部发达国家年新建建筑面积的总和[1]。但与此同时，建筑质量低、寿命短、耗资耗能超高，是我国整个建筑行业的现状。

钢结构房屋是使用钢材构成建筑结构的科技含量较高的一种房屋体系，在发达国家中应用十分广泛，相比于传统结构房屋优势显著，主要表现在自重轻、工业化程度高、干法施工、施工速度快且不受季节限制、抗震性能好、节能效率高、材料环保、回收利用率高等方面。其在国内目前应用并不广泛的原因主要在于其造价较高。

对于建筑来说，其作为一个产品从设计筹划阶段到建成投入使用，直至拆除，在其整个生命周期内，并非只有建造成本。美国Veterans Affairs机构统计，建筑的运营及维护成本能达到建造成本的7.7倍，建筑的全生命周期成本才是决策者真正应该考虑的成本因素[2]。

在新农村建设全面推进的背景下和钢产量持续过剩的现状下，发展钢结构房屋不仅可以提升建筑质量，降低建筑耗能耗资水平，更能缓解钢铁企业产能过剩的矛盾，拉动内需的同时带动相关产业发展，推动住宅产业化的进程。

本文通过对农村地区轻钢结构住宅和砖混结构住宅全生命周期成本的对比分析，希望给决策者提供更科学的成本参考。

1 住宅建筑全生命周期成本分析方法

全生命周期成本（Life Cycle Cost, LCC）指项目从前期准备、设计实施到竣工后的运营和维护，直至拆除回收，即从项目生命开始到生命结束的整个存在的时间范围内，所花费的成本和。

与此相关的定义还有全生命周期成本分析（LCCA）、全生命周期成本评价（LCA）、全生命周期成本管理等，这些理论从全生命周期的角度考虑，目标是分析、控制整个生命周期内的成本，以求全生命周期成本最优方案，可以作为实现建设项目全生命周期总成本最小化的方法贯穿于整个项目服务期内，是可审计跟踪的工程成本管理系统[3]。

1.1 全生命周期成本分析通用模型

通用的全生命周期成本公式可以表示为：

全生命周期成本计算中有两个参数非常重要，分别是生命周期和折现率。生命周期一般指分析目标从设计、生产、使用直至寿命终结整个阶段所经历的总共时间。在全生命周期成本分析中，不同阶段的费用不能静态评价，因为资金有其时间价值，需要引入折现率将项目远期发生的成本转化为现值，一般来说，折现率是按国民经济的社会折现率来取值[4]。

1.2 国内住宅全生命周期成本分析重要参数确定

由于研究房屋成本是经济方面的考量，故本文选用房屋的经济生命为生命周期。有研究指出，20世纪60年代建设的住宅经济生命约25.6年，至2005年已达到56.3年，随着近年建筑质量的逐步提升，经济生命也会大幅增长[5]。与传统结构住宅相比，轻钢结构具有更优秀的荷载及抗外力的能力，理论上其生命一般可到90年以上。但本研究中需要在同一生命周期参数下进行分析，鉴于实际使用情况，国内普通住宅一般不会延续过长年限，且中国法规规定，建筑使用超过50年以后就要进行检测、维修或加固，通过相关部门审批合格以后才能继续正常投入使用，故本研究中以50年作为生命周期参数。

政府文件《建设项目经济评价方法与参数》最新版规定，我国目前有政府参与的建设项目社会折现率一般取值8%。但住宅生命周期达几十年之久，用固定折现率来估计收益期较长的建设项目误差较大。国外开始研究用递减折现率的方法来更精确地预估全生命周期成本，但目前还未有成熟的动态折现率估计方法。国内目前为了使计算结果更精确，对长期收益项目的折现率一般在社会折现率基础上稍微下调，取值6%[6]。

1.3 国内住宅建筑全生命周期成本分析模型

结合国内房地产项目建设的特点，将国内住宅的生命周期划分为以下几个阶段：准备阶段、建造阶段、运营维护阶段、拆除回收阶段。建筑全生命周期内，其成本在各生命阶段均有发生。

根据国内建筑使用习惯，运营维护阶段的运营费用为年度周期发生，维护费用为非年度周期发生。此处引入折现率参数，使用动态估算模型将两类费用的现值分别用不同数学方法进行折现换算。其全生命周期成本数学模型为：

式中：

Cp—准备阶段成本；

Cb—建造阶段成本；

Cm1—运营成本（年度周期发生成本包括能源、清洁等）；

Cm2—维护成本（非年度周期发生的周期替换、维修成本）；

Cs—拆除回收阶段成本；

S—残值；

PVj—年度周期成本的折现因子，计算方法为

PVk—非年度周期成本的折现因子，计算方法为

PV—期末折现因子，计算方法为PV=(1+r)-T；

T—生命周期；

n—非年度周期发生成本发生的次数；

f—非年度周期发生成本发生的周期；

r—折现率。

其中，建造阶段成本根据项目工程的建设周期不同，还需考虑资金在建设期内的利息，将建造投入资金转化为建造初期的现值，来计算全生命周期成本。

2 两种结构体系住宅全生命周期成本对比分析

本文选取的样本案例，需要尽量保证全生命周期过程各阶段中都在相同地理位置、气候水平、使用习惯等条件下进行分析对比。本文中砖混结构与轻钢结构案例均选择安徽某乡村同等水平条件下的住宅。

2.1 农村砖混结构住宅全生命周期成本分析

砖混结构目标案例选取安徽省某新农村建设示范区块由正规大型建筑公司承包设计建造的美丽乡村示范工程中的某一户型，见图1。此示范工程在建造单位资质、设计能力、施工监理规范性、标准达标度、节地节材水平、政策法规符合度等方面处于国内同类农村房屋建设领先水平。

图1 砖混结构农宅案例效果图

此户型为3层带晒台双拼型农宅，建筑面积466.36m2，工期6个月。交付状况为毛坯，配基本管线、给排水管道、照明、基本插座及门窗。

1）准备阶段成本

假设两种体系房屋在同一地区、同一地块上进行建造使用，对于两种体系房屋共同发生的与成本差异无关项不进行详细统计计算。由经验数据，假设砖混结构前期准备成本Cp1(1)与轻钢结构前期准备成本Cp1(2)都为300元每建筑平米（以下计算过程如无特别说明，m2均为建筑面积），即：

此案例设计费用标准如下：规划设计费用12元每建筑平米；施工图设计费用19元每建筑平米。设计阶段成本Cp2(1)为31元/m2。

以上，得出砖混案例准备阶段成本Cp(1)为

2）建造阶段成本

本文使用分部分项清单计价法对砖混案例进行估价，建造阶段费用由清单（略）得出。砖混案例的建造费用为484373.87元。

由于轻钢结构住宅的特点是竣工时已包含基本装修，砖混案例工程竣工时为毛坯状态，未包含装修，考虑到两者成本对比的平等性，故在此处将砖混住宅的装修费用也计入建造成本中。装修的标准设定为低于等于轻钢案例室内装修标准，工期设为主体工程竣工交付后1个月内完成。

按轻钢案例装修标准，以当地最低报价下浮20%取值，得到466.36建筑平米砖混案例的装修费用为186544元。

综上，砖混案例建造费用670917.87元，即砖混案例建造阶段费用Cb0(1)为1438.63元/m2。

假设案例工程在建造初期一次性付款，年利率6%，建造期6个月，装修期1个月，共计7个月。砖混案例建设期利息Cb4(1)计算如下：

式中：

r—建造阶段年利率；

k1—砖混案例建造阶段计息次数。

砖混案例建造阶段成本Cb(1)为：

3）运营维护成本

基于同一使用者相同的使用习惯和要求，在运营维护阶段，两种结构住宅产生的成本差异项仅为由于结构不同而造成的空调制冷采暖能耗差异及维护成本差异。本文假设只因使用者活动而与房屋结构无关的能耗成本、物业成本以及垃圾处理成本都是相同的。

依据安徽省当地物业管理收费2016年新标准，农村砖混结构住宅每年物业管理费用Cm11(1)为4.8元/m2。

根据案例当地农村地区调查所得数据，砖混结构住宅每年除采暖制冷能耗之外的能耗费用Cm13(1)约5元/m2。

砖混案例围护结构组成主要如下：单玻普通铝合金窗户；外墙结构为240mm厚实心砖加内外表面20mm厚水泥砂浆；平屋面结合坡屋面。其围护结构综合传热系数约2.23W/(m2·K)。

根据现行《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2010）[7]中提供的对建筑能耗的估算方法，建筑耗热量可由以下公式表示：

式中：

qB—建筑耗热量（W/m2）;

qT—单位时间单位建筑面积围护结构的传热量；

qN—单位时间单位建筑面积空气渗透耗热量；

qH—单位时间单位建筑面积建筑内部得热量，冬季取3.8W/m2，夏季取-3.8W/m2。

其中，

式中：

tn—室外平均气温；

te—室内计算温度；

δi—围护结构传热系数的修正系数；

Ki—围护结构综合传热系数；

Fi—围护结构面积；

Ai—建筑面积。

式中：

C—空气比热容，取0.28Wh/(kgK);

ρ—空气密度(kg/m3)，计算方法为

N—换气次数，住宅取0.51/h；

V—换气体积(m3)，住宅按0.6倍建筑体积计算。

国家气象局统计数据显示，安徽省冬季室外平均气温5℃，夏季室外平均气温30℃。此处住宅冬季室内计算温度取较低的18℃，夏季室内计算温度取较高的25℃。由式（3）、式（4）、式（5）计算可得，本案例夏季每小时建筑传热量11.15W/m2，每小时空气渗透热量2.99W/m2，夏季建筑耗能每小时17.94W/m2；冬季每小时建筑传热量28.99W/m2，每小时空气渗透热量8.25W/m2，冬季建筑耗能每小时33.44W/m2。取冬夏两季都为90天，总计夏季耗能38.8kWh/m2，冬季能耗72.2kWh/m2，得出全年采暖制冷能耗111kWh/m2，结合安徽省阶梯计价第一档电价0.5653元/kWh，砖混案例每年制冷采暖能耗费用Cm12(1)为62.7元/m2。

以上可得出砖混案例每年运营费用Cm1(1)为以上三部分之和72.5元/m2。

根据式（2）计算砖混案例全生命周期运营成本现值CM1(1)如下：

案例住宅为建设在农村地区的独立房屋，在无意外或自然灾害的正常使用情况下，一般针对住宅结构构件本身发生的维护活动为修缮防水、更换瓦片、加固地基、墙面补漆、门窗修缮及替换等。根据行业经验数据，一般砖混结构农村独栋住宅的房屋构件维护行为可认为发生周期为15年一次，均摊每次维护活动的费用Cm2(1)约150元/m2。

由于是非年度周期发生的成本，根据式（2）折算其维护成本的现值CM2(1)如下：

得到砖混案例全生命周期运营维护阶段成本为运营和维护两部分成本费用的现值和1242.6元/m2。

4）回收阶段成本

砖混结构住宅拆除阶段会有大量不可回收利用的混凝土砖块等建筑垃圾产生，垃圾清理和运输费用发生较多。一般砖混结构房屋拆除阶段拆除费用、垃圾清理费用、运输费用等总计费用可按建造成本的10%来估算，此处使用建造成本的现值估算拆除成本，不再进行折现换算。

砖混案例拆除回收阶段成本Cs(1)为：

Cs(1)=Cb(1)╳10%=1489.74╳=149(元/m2)

5）残值

砖混结构房屋拆除后，可回收的部分很少，基本为一些金属构件，残值由金属构件价值经过折旧计算得到。通常房屋使用年限超过20年后，折旧率取值不大于5%，此处假设折旧率5%。

此处回收构件价格由材料现价进行估算，不再进行折现换算。由建造期费用清单获得金属扶手、铝合金窗的价格，估算砖混案例的残值S(1)为2.08元/m2。

6）小结

根据以上计算，可得到砖混农宅的全生命周期成本LCC(1)为

LCC(1)=331+1489.74+1242.6+149-2.08=3210.26(元/m2)

2.2 轻钢结构住宅全生命周期成本分析

为获得全面、精准的数据，本文选取国内某领先新型房屋设计建造公司的轻钢结构住宅样板案例，此案例设计成熟，且有实际应用，其材料及施工相关价格较详尽准确，见图2。

图2 轻钢结构住宅案例效果图

此户型为2层独栋轻钢结构住宅，占地面积115.1m2，建筑面积207.58m2，工期2个月。由于轻钢结构房屋的装配化程度高，工程交付时配基本管线、基本插座及门窗，并含基本装修，使用前无需做太多装修改动。

1）准备阶段成本

前文已假设轻钢与砖混结构住宅前期准备成本一样，即轻钢案例前期准备成本Cp1(2)为300元/m2。

此轻钢案例设计成本Cp2(2)为40元/m2。

综上，得出轻钢案例准备阶段成本Cp(2)为：

Cp(2)=Cp1(2)+Cp2(2)=300+40=340(元/m2)

2）建造成本

按照轻钢案例建造阶段费用（以安徽省当地材料、物流及人工价格水平调整后）的清单表（略）计算建造期成本。轻钢案例的建造费用417860 元，即建造阶段费用Cb0(2)为2013元/m2。

轻钢案例工期2个月，同样假设工程在建造初期一次性付款，年利率为6%，轻钢案例建设期利息Cb4(2)计算如下：

式中：

k2—轻钢案例建造阶段计息次数。

轻钢案例建造阶段成本Cb(2)为：

Cb(2)=Cb0(2)+Cb4(2)=2013+20.18=2033.18 (元/m2)

3）运营维护成本

轻钢案例取与砖混案例同样的物业管理水平和除采暖制冷外日常能耗水平。每年的物业管理费用Cm11(2)为4.8元/m2；每年除采暖制冷能耗外的能耗费用Cm13(2)为5元/m2。

轻钢案例围护结构组成有：断桥铝钢化双玻外窗、轻钢结构墙体、结构复合屋面等。计算围护结构综合传热系数约0.5W/(m2·K)。

根据式（3）、式（4）、式（5），取与砖混案例同样的采暖制冷温度指标，计算得轻钢案例每年制冷采暖能耗费用Cm12(2)为23.5元/m2。

以上可得出轻钢案例每年的运营费用Cm1(2)为以上三部分之和33.3元/m2。

由式（2）计算其全生命周期运营成本现值CM1(2)如下：

独栋轻钢结构住宅在实际使用中，无意外或自然灾害的情况下，除了防水层、门窗修缮外，还有定期实施防腐维护。根据行业经验数据，一般国内轻钢结构住宅的维护行为可认为发生周期为10年一次，均摊每次维护活动的费用Cm2(2)约80元/m2。

由于是非年度周期发生的成本，根据式（2）折算轻钢案例维护成本的现值CM2(2)如下：

根据以上分析，可得到轻钢案例运营维护阶段成本为运营和维护两部分成本费用的现值和617.3元/m2。

4）拆除阶段成本

轻钢结构房屋采用装配式施工，拆除方便，回收利用率90%以上，拆除阶段几乎无废弃物，几乎无需垃圾处理费。一般认为轻钢结构房屋的拆除费用约为建造费用的4%。

此处用建造费用的现值来估算拆除费用，不进行折现换算。轻钢案例拆除回收阶段成本Cs(2)为：

Cs(2)=Cb(2)×4%=2033.18×4%=81.3 (元/m2)

5）残值

轻钢结构房屋拆除后，所有的钢结构、吊顶、保温材料、门窗、龙骨等都可再次利用。此处取与前文同样的折旧率5%，由建造期费用清单中提取可回收利用部件及材料的现值为201311.8元。对轻钢案例的残值S(2)计算如下：

6）小结

据上分析，可得轻钢案例的全生命周期成本LCC(2)为

LCC(2)=340+2033.18+617.3+81.3-48.5=3023.28 (元/m2)

2.3 两种结构住宅全生命周期成本对比

对砖混结构和轻钢结构两个住宅案例全生命周期各阶段成本对比分析见表1。

表1 两案例住宅全生命周期成本分析对比表

根据表1，可得到以下结论：

1）轻钢案例全生命周期成本比砖混结构更优，砖混案例全生命周期成本比轻钢高187元/m2，约为轻钢案例全生命周期成本的6%。

2）轻钢案例建造阶段成本占全生命周期成本的67.3%，其后期运营维护成本较低；砖混案例建造阶段成本占全生命周期成本的46.4%，其后期运营维护费用较高。

两个案例的全生命周期成本差异主要发生在建造阶段和运营维护阶段，其中最大差异发生在运营阶段中的能耗水平上。由于采暖制冷能耗水平的差异，砖混案例比轻钢案例运营成本高了598元/m2，砖混案例制冷采暖能耗约为轻钢结构的2.67倍。轻钢结构住宅比砖混结构节能63%，是一种更为节能的房屋结构。

3）轻钢案例拆除阶段成本只占全生命周期成本的1.1%，而砖混案例此阶段成本占其全生命周期成本的4.6%，轻钢结构拆除阶段成本比砖混结构约低77%，可回收利用部分残值约为砖混结构的23倍，轻钢结构住宅比砖混结构更节约资源。

4）两类住宅建造阶段成本是全生命周期成本中的大比重项，与发达国家全生命周期成本研究中运营阶段成本远比建造阶段成本高的结论相悖。分析原因是相较于发达国家几乎每年都会对房屋进行严格检测和修缮的维护习惯，我国目前过于轻视对建筑的维护工作，这也导致了我国房屋使用寿命明显低于发达国家。

5）随着技术和经济发展，市场需求增加，规模化、批量化生产会使轻钢结构相关材料、构件成本进一步下降，届时轻钢结构住宅的建造成本会更低。以发展的眼光看，随着轻钢结构更广范围的建造使用，其成本优势会更强。

3 结语

综上所述，轻钢结构住宅比砖混结构全生命周期成本更优，更节约能源，更节约资源，有广阔的压缩成本空间，是代替传统砖混结构建筑的优化方案之一。

本研究还有一些不足之处：

1）根据清单法估算建造成本存在一定的误差，我国在建造工程成本管理方面工作并不完善，所取得的数据不可避免有一些是由建设单位估算而来的。

2）对住宅运营维护阶段的能耗成本分析采用的是较简单的估算方法，精确度不够。

3）对住宅的折现率取定值6%，事实上折现率是由国民经济发展水平确定的，每年的折现率取值都不应该相同，定值折现率会降低全生命周期成本估算的精确性。但动态折现率会导致模型过于复杂，且动态折现率本身的预测模型在经济学中也并未得到解决。

4）研究只分析了一个地区、两个案例住宅的全生命周期成本，虽一定程度上可体现出轻钢结构与砖混结构住宅经济性上的差异，但样本量太小，结论较片面，普适度不足。