基于价值工程的再生保温混凝土经济分析

冀彩云, 刘元珍, 武智荣

(1. 山西建筑职业技术学院 教务处， 山西 晋中 030619； 2. 太原理工大学 土木工程学院， 山西 太原 030024)

再生保温混凝土技术解决了废弃混凝土的堆放及再生混凝土保温效果差两大难题，在提高资源利用率的同时兼具良好的保温隔热效果，符合我国可持续发展的绿色建筑理念，具有重要的研究价值。自从李珠等[1]基于“绿色建筑”及“节能减排”理念制得了玻化微珠再生保温混凝土以来，相关领域的学者对再生保温混凝土进行了大量的研究，许家文等[2]改变再生粗骨料取代率，发现取代率为30%时再生保温混凝土抗压及抗折强度达到最优；赵林等[3]研究了再生保温混凝土的微观形貌；王文婧等[4]研究了再生粗骨料的物理性能对再生保温混凝土工作性能和力学性能的影响；郭耀东[5]将试验与模拟相结合，研究了再生保温混凝土的传热机理。不过这些研究仅局限于对再生保温混凝土物理力学性能方面的研究，而从经济学的角度对再生保温混凝土进行市场调研及经济合理性评价的文献还不多见。再生保温混凝土具有技术经济优势与否决定了其是否可以被大规模推广应用，因此对其进行经济性分析意义重大。

鉴于此，本文基于价值工程理论，运用网络层次分析法计算出建筑功能的综合权重及得分，再结合定性分析及定量计算，构建了完整的适用于再生保温混凝土的综合评价体系。然后对晋城市凤凰城小区19号楼进行实例研究[6]，分析应用了普通混凝土、保温混凝土、再生保温混凝土技术的围护结构在此工程中各自经济性方面的优势与不足之处，期望能为混凝土的优选提供相应的经济性理论依据，同时对再生保温混凝土的进一步市场开拓起到一定的参考作用。

1 相关理论基础

1.1 价值工程基本理论

价值工程(Value Engineering，VE)，是将经济与技术相结合，综合考虑研究对象的价值与功能，寻求对象最优价值的一种优化管理技术[7]。它以客户需求为价值导向，通过定量分析方法来实现研究对象的必要功能，力争以最低的增量成本获得最佳的经济效益[8]。价值工程理论具有可靠的操作性及强大的系统性，将其应用于再生保温混凝土的投资决策中，对推广再生保温混凝土的应用意义重大。价值工程中，“价值”的含义为研究对象的比较价值，这种对比关系可用V=F/C表示，其中V为价值系数，F为功能系数，C为研究对象的成本系数。

价值工程的基本实施步骤主要分为三个阶段，依次为对研究对象的功能进行分析、制定相应的研究方案、对方案进行评价，即针对再生保温混凝土的综合功能及项目综合成本提出、分析和解决问题的过程。根据再生保温混凝土在建筑设计、建造及使用过程中的特点，本文从建筑的基本功能、用户所需的必要功能及社会必要功能三个方面出发，对建筑的综合功能进行分析与归纳，得到如图1所示的综合功能系统。

图1 综合功能系统

1.2 网络层次分析法基本理论

网络层次分析法(Analytic Networks Process, ANP)，解决了层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)只能分析计算相同层毫无关联指标的问题， 是一种有效处理评价系统内部各指标之间相互影响关系的决策手段[9]。与AHP相比，ANP综合考虑了各元素、各准则、各元素集之间的交互关系，更适用于再生保温混凝土的投资决策评价。网络层次分析法将指标体系元素分为控制层和网络层两部分，其中控制层包括问题目标及决策准则，各决策准则之间相互独立且由目标问题支配；网络层包括由控制层支配的各元素，各元素之间相互影响、相互依存[10]。图2是一个典型的网络层次分析法结构示意图。

图2 网络层次分析法结构

由于网络层次分析法中超级矩阵、极限矩阵等的计算方法比较繁琐，为了简化网络层次分析法的计算过程以及实现其理论计算过程的程序化，本文利用超级决策(Super Decision，SD)建模软件计算再生保温混凝土绿色建筑综合功能评价指标的权重。

1.3 再生保温混凝土绿色建筑

再生保温混凝土绿色建筑是指采用再生保温混凝土作为建筑原料，在全寿命周期内最大限度节约资源、减少污染，并且提供健康、舒适使用空间的建筑。相较于采用保温混凝土及普通混凝土技术的建筑，再生保温混凝土建筑可靠性能更强，绿色性能更佳，可靠性能主要体现在安全性、耐久性、适用性三方面；绿色性能主要体现在节地性、节材性、节能性、环保性四方面。

首先对再生保温混凝土绿色建筑的可靠性能展开阐述。采用再生保温混凝土技术的建筑，其保温节能系统在现场施工过程已被浇筑成一个整体，由此避免了采用传统粘贴、悬挂等施工方式的保温构件掉落、易燃等问题的发生，因此安全性及耐久性更强。另外作为再生保温混凝土原料之一的玻化微珠，它的空腔结构可以在室外温度发生变化时吸收或释放热量来调整室内温度，由此起到保温隔热效果，提高再生保温混凝土绿色建筑的适用性。

接下来阐述再生保温混凝土绿色建筑的绿色性能。由于再生保温混凝土的制备不涉及粘土材料，并利用废弃混凝土作为再生骨料，对节约土地资源以及保护环境有着积极的推动作用，因此再生保温混凝土建筑有着较佳的节地性、节材性。再生保温混凝土建筑采用的内外全保温形式还减弱了热桥效应，节约了建筑能耗损失。此外，再生保温混凝土为无毒无害型无机环保材料，在高温下也不会产生污染环境、损害人体健康的有毒气体，环保性能较好。

2 绿色建筑价值工程评价模型构件

2.1 各级评价指标权重及得分确定

本文在建筑行业中有关专家打分的基础上，通过专家问卷调查法收集数据[11]，然后采用基于网络层次分析法的超级决策软件来计算绿色建筑综合功能各级评价指标的权重。基于各方主体的利益相关性原则，本文选择实际购买者、建设单位、开发商、设计单位以及教育机构作为此次专家问卷调查的主要对象。此次调查共发放专家调查问卷50份，回收50份，回收率100%，其中有48份有效的专家调查问卷。通过对专家调查问卷信息的整理与分析，为确定各级评价指标的权重提供原始数据。

接下来借助超级决策软件计算各评价指标的权重，其操作步骤依次为：分解问题、建立各元素及各元素组之间的联系、构造成对比较矩阵并进行计算分析。并且超级决策软件会对计算结果进行一致性检验，若一致性系数小于0.1则表明矩阵通过一致性检验，最终得到的各级评价指标权重如表1所示。

确定了各级评价指标的具体权重值后还需计算各级评价指标的具体得分。本文均采用1分制评分法来定量分析绿色建筑综合功能的各级评价指标，依据各项指标相应的评分标准来对采用普通混凝土NC、保温混凝土TIC、再生保温混凝土RATIC的建筑进行打分，计算出各级评价指标的实际得分率后，依据实际得分率求得各级指标的具体分值，如表2所示。

表2 各级评价指标的具体得分

结合各指标的权重值及具体得分，依据式(1)可计算出采用三种类型混凝土技术住宅的功能系数分别为0.675，0.864，0.899，故就建筑的安全性、绿色性、环境友好性等综合功能而言，采用再生保温混凝土技术的建筑比较有优势。

(1)

2.2 寿命周期成本分析

绿色建筑的全寿命周期成本是指建筑项目在规划建设、使用维护及报废拆除整个过程中所需要的全部成本[12]。绿色建筑项目的全寿命周期成本包括经济意义上的显性成本及社会、环境意义上的隐性成本，这些成本具体分为寿命周期经济成本、寿命周期环境成本以及寿命周期社会成本。一个典型的全寿命周期成本构成体系如图3所示。

图3 全寿命周期成本构成体系

单位面积下绿色建筑的全寿命周期成本按式(2)计算。

LCC=C1+C2+C3

(2)

式中：LCC为绿色建筑的全寿命周期成本；C1为绿色建筑的建设阶段成本；C2为绿色建筑的能耗成本；C3为绿色建筑所承担的社会环境成本。

2.3 功能价值分析

功能价值分析的步骤为先计算出功能系数F与成本系数C，然后由F与C求得价值系数V，最后依据价值系数V来选择出最优方案。

(1)按式(1)计算出建筑的功能系数。

(2)由式(3)计算建筑的成本系数。

LCC(T)=C1(T)+C2(T)+C3(T)

(3)

式中：LCC(T)为单位面积下第T种评价对象的成本。

(3)由式(4)计算建筑的价值系数。

(4)

式中：V(T)为单位面积下第T种评价对象的价值系数。

3 案例研究

3.1 项目概况

本绿色示范工程为山西省晋城市铭基凤凰城小区19#楼，图4为此建筑的效果图。该楼为采用玻化微珠保温混凝土技术的剪力墙结构，其中外墙、内墙、楼板均采用了玻化微珠保温混凝土技术，仅基础及楼梯采用了现浇混凝土技术。该楼并未采用再生保温混凝土技术，本研究以铭基凤凰城小区19#楼为例，在利用Dest-h热环境模拟软件建模时需要调整该楼围护结构的材料参数分别为普通混凝土、保温混凝土、再生保温混凝土，以此建立采用三种混凝土技术建筑的能耗分析模型来展开分析。

图4 铭基凤凰城小区19#楼效果图

该建筑物长、宽、高分别为40.3，16.5，54.8 m，总建筑面积为6938.91 m2，其中地下建筑面积为550.04 m2，地上建筑面积为6388.87 m2，并且保温层厚度不在建筑面积的考虑范围之内。本示范项目属于二类高层建筑，地上部分共计12层，耐火等级为二级；地下部分一层，耐火等级为一级。另外经过计算可以得出该楼各围护结构的传热系数均未超过规范规定的限值，故该建筑在节能方面满足规范要求。

3.2 全寿命周期成本计算

3.2.1 建设阶段成本计算

本案例依据GB 50500-2013《建设工程工程量清单计价规范》以及具体原材料的市场价格，并结合相应的建筑结构工程图纸，借助广联达系列软件[13]分别计算出采用普通混凝土、保温混凝土、再生保温混凝土技术建筑的建设成本。

通过广联达计价软件可得出19#住宅楼的围护结构共使用3122.51 m3玻化微珠保温混凝土，该楼的总建筑面积为6938.91 m2，故单位面积建筑所用保温混凝土量为0.45 m3；另外该楼共使用277.55 t钢筋，故单位面积建筑所用钢筋量为40 kg，相比于普通混凝土剪力墙结构节约5 kg/m2的钢筋用量，这是因为采用保温混凝土技术后减轻了建筑总重量，减小了结构的水平剪力。然后依据原材料的市场价格并结合三种混凝土的具体配合比，参照GB 50500-2013《建设工程工程量清单计价规范》计算出三种混凝土体系的建造费用。由于制备保温混凝土需添加外加剂，因此保温混凝土的单位面积造价高于普通混凝土；另外再生骨料的制备工艺比较复杂，再生骨料需要由废弃混凝土经拆除、运输、破碎、筛选、冲洗等一系列工艺制成，因此再生保温混凝土的单位面积造价最高。三种混凝土的具体配合比见表3，三种混凝土体系的费用汇总表见表4。

表3 三种混凝土的配合比 kg/m3

表4 三种混凝土体系的建设成本 元

3.2.2 能耗成本计算

依据19#住宅楼的相关工程图纸，在Dest-h热环境模拟软件中输入具体的地理信息参数、结构信息参数、环境信息参数[14]，并结合实测的玻化微珠自隔热体系围护结构的导热系数值建立起该楼的能耗分析模型，然后利用Dest-h软件对采用普通混凝土、保温混凝土、再生保温混凝土技术建筑的全年冷热负荷指标进行计算。

最终计算出采用保温混凝土及再生保温混凝土技术的建筑冷热负荷指标为46.65 kW·h/m2，相比于采用普通混凝土技术建筑的106.73 kW·h/ m2，节能率达到56.29%。并且由式(5)计算单位建筑面积的能耗成本。

(5)

式中：Q为建筑的冷热负荷指标；D为电费单价，取D=0.6元/(kW·h)；i为计息周期利率，取i=0.03；n为建筑使用寿命，取n=50年；j为电费上涨系数，取j=1%。

由上式可得，采用普通混凝土技术的建筑能耗成本为2709.37 元/m2,采用保温混凝土及再生保温混凝土技术的建筑能耗成本为1184.10 元/m2，说明采用保温混凝土及再生保温混凝土技术的建筑节能效果更好。

3.2.3 社会环境成本计算

依据文献[15]整理计算出各环境影响因素的影响潜力及社会支付意愿，然后由式(6)分别计算采用三种类型混凝土技术的建筑单位面积下的社会环境成本。三种混凝土体系单位面积下的社会环境成本见表5。

表5 三种混凝土体系的社会环境成本

C3=GWB

(6)

式中：G为影响潜力；W为社会支付意愿；B为单位面积住宅所用的混凝土量。

单位面积下建筑的全寿命周期成本由建设阶段成本、能耗成本、社会环境成本这三个方面构成，表6为三种类型混凝土全寿命周期成本的汇总。

表6 三种混凝土体系的寿命周期成本 元/m2

由表6可得，单位面积下采用普通混凝土、保温混凝土、再生保温混凝土技术建筑的全寿命周期成本分别为4489.91，3130.45，3160.42元/m2。以全寿命周期成本为出发点来研究资本的增值额，并考虑住宅的使用寿命为50年，采用普通混凝土技术的建筑单位面积成本最高，虽然相较于保温混凝土，再生保温混凝土的全寿命周期成本略高，但再生保温混凝土的成本势必会随着研究和技术的不断成熟而降低。

3.3 价值指数计算

本文采用相对值法来评估19#住宅的综合功能价值，该方法由建筑的功能指数与全寿命周期成本指数计算出相应的价值指数，以此来分析建筑功能与成本的匹配度。

根据公式“第T个评价对象的功能指数FI(T)=第T个评价对象的功能指数/所有评价对象的功能评价值之和”，可计算出采用普通混凝土、保温混凝土、再生保温混凝土技术建筑的功能指数分别为0.277，0.354，0.369。

然后依据公式“第T个评价对象的寿命周期成本CI(T)=第T个评价对象的寿命周期成本/所有对象的寿命周期成本之和”，计算出三种混凝土体系的全寿命周期成本指数分别为0.416，0.290，0.293。

求得建筑的功能指数与成本指数后，由V=F/C计算出三种混凝土体系的价值指数分别为0.666，1.221，1.259。

4 结 论

(1)基于价值工程理论，采用专家问卷调查法收集数据，借助基于ANP的SD软件来计算绿色建筑综合功能各级评价指标的权重，并通过全寿命周期成本理论构建了完整的绿色建筑价值工程评价模型。然后结合工程实例，验证了该模型在经济分析与评价中的可操作性及实用性。

(2)利用1分制评分法求得各级评价指标的得分，并结合权重计算出采用普通混凝土、保温混凝土、再生保温混凝土技术作为围护结构的建筑功能系数分别为0.675，0.864，0.899，因此在安全性以及绿色环保性等方面，采用再生保温混凝土技术的建筑优势比较明显。

(3)基于构建完成的评价模型，通过V=F/C计算出采用普通混凝土、保温混凝土、再生保温混凝土技术建筑的价值指数分别为0.666，1.221，1.259。因此采用再生保温混凝土技术建筑的价值指数最高，说明其综合经济效益更好，更适合被推广应用。