高原地区屋面防水涂层经济性分析

王廷福，罗盛，邓安仲，李胜波

（陆军勤务学院 国家救灾应急装备工程技术研究中心，重庆 401311）

0 前言

建筑屋面防水工程是建筑结构的重要组成部分，防水材料的性能很大程度上决定了整个屋面防水工程的质量。高原地区地理气候环境具有昼夜温差大、低温明显、冻融循环频繁、光线辐射强的特点，对建筑物的耐久性具有较大的影响。直接裸露于外界的屋面防水涂层是发生渗漏的重灾区，如何针对特殊的高原气候环境选择适应性强、耐久性好的防水材料是工程防水实践的首要问题，众多学者从技术性的角度研究了防水材料的性能。王全杰等[1]通过在聚氨酯涂料中添加有机抗老化助剂和无机纳米材料，提高了聚氨酯涂料抗老化性能，有助于降低强紫外线对涂层的光化降解。赵燕飞[2]从控制施工质量方面，分析了高寒地区屋面防水细部构造设计与施工的重要性，并列举了具体工程实施的步骤。王会波等[3]分析了温度变化对高原地区屋面防水工程的影响以及屋面工程渗漏特点，提出了不同的防水形式，建议采用倒置式屋面等技术措施减少温度变形对屋面防水系统的破坏作用。当前高原地区屋面防水工程更多的是从完善材料的性能、提高施工技术的方面进行研究分析，涉及成本效益方面的研究极少。建筑工程的目标是在保证质量的前提下，达到经济性、耐久性、环保性等方面的综合平衡。基于前人对防水涂料技术性能的研究，本文着重从经济成本效益的角度，分析各种防水涂料的全寿命周期成本及年费用值，为高原地区屋面防水工程涂料选择提供参考。

技术性指标分析是防水涂层选用的先决条件，适应高原地理气候环境、满足一定使用年限的防水涂料才能成为备选方案。不同的环境对防水层的使用年限有不同的影响，明确各种防水涂料在高原地区的使用年限是进行经济性分析的基础。而高原地区因其施工环境恶劣，防水造价明显高于内陆地区，其造价调整幅度也会影响到经济性分析结果。

1 高原环境对防水工程的影响

1.1 高原地区防水涂料的选择

青藏地区属于典型的高原高寒环境，海拔高，年均气温低，夏季气候温和，冬季严寒干燥，全年冻融循环频繁，达150多次。春冬季雨雪频繁，日照差大，年辐射总量是内陆地区的3倍。通过梳理高原地区的地理气候环境，可以总结为该地区低温明显、温差骤变、冻融循环频繁、光老化作用强、盐渍化严重。高原地区使用的防水涂料，应具备良好的耐低温性、耐老化性和较强的抗拉抗裂性。

根据GB 50345—2012《屋面工程技术规范》，将可将防水涂料分为3类：高聚物改性沥青防水涂料、聚合物水泥防水涂料以及合成高分子防水涂料。高聚物改性沥青防水涂料主要包括氯丁胶沥青防水涂料、再生胶沥青防水涂料、SBS改性沥青防水涂料、APP改性沥青防水涂料、水性聚氯乙烯（PVC）改性沥青防水涂料、喷涂速凝橡胶沥青防水涂料；聚合物水泥防水涂料以JS复合防水涂料最为常见；合成高分子防水涂料主要是聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料、环氧树脂防水涂料、硅橡胶防水涂料。

不同类型防水涂料适用于不同的防水部位，用于屋面的防水涂料基本力学性能应符合屋面防水质量规范。通过物理指标的对比，选择适用于高原屋面防水涂料的有SBS改性沥青防水涂料、喷涂速凝橡胶沥青防水涂料、Ⅰ型JS复合防水涂料、Ⅰ型单组分聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料、硅橡胶防水涂料等6种防水涂料作为研究对象。

1.2 高原环境对防水层使用年限的影响

不同的防水涂料都具有不同的使用年限与维修间隔时间，评估涂层使用寿命是经济性分析的基础。为准确评估防水涂层的使用寿命，在根据各材料使用年限标准规范的基础上，进行实地调研，预估各种防水涂料在高原地区的使用寿命。

影响防水涂层耐久性的因素有使用环境、设计厚度、施工技术、屋面构造等，为准确进行经济性分析，剔除多变量对研究结果的影响，以Ⅰ级屋面防水为例，各防水涂料的使用厚度遵从防水等级标准的最低要求，考究各防水涂层的使用寿命及维修间隔时间。刘凉冰[4]通过加速老化试验，对聚氨酯断裂伸长率随老化时间的变化规律进行了研究，建立了相关模型，对聚氨酯材料进行了寿命预测，估计涂层在25℃下的使用寿命为21年。葛洋洋等[5]结合北京地区工程现场反馈情况，在不考虑服役环境发生巨大变化的情况下，SBS改性沥青防水层具有20年以上的服役寿命。丙烯酸酯防水涂料、硅橡胶防水涂料的设计年限为20年，喷涂速凝橡胶沥青防水涂料设计年限为15年。

通过实地调研，对西藏地区不同防水涂料的使用情况进行走访调查，使用寿命及维修时间如表1所示。

表1 高原地区屋面防水涂料寿命对比

1.3 高原环境对建造成本的影响

高原地区施工环境恶劣、交通运输不便，随着海拔高度的增加，含氧量减少，人的体能、机械效能降低明显，使工程造价的费用增加[6]。西藏地区幅员辽阔，海拔起伏变化大，如果同样套用省会城市的定额，肯定不符合实际情况，众多学者从不同角度确定调整定额系数。詹木子豪[6]、赵群萍[7]通过对高海拔机械性能、人工降效问题的分析，人工单价调整系数为海拔3000 m以上每增加100 m，调整系数增加0.05；海拔4000 m以上每增加100 m，调整系数增加0.15。李明强[8]通过测算，根据不同海拔高度确定西藏地区机械定额调整系数。综上，可得西藏高原地区定额系数调整，如表2所示。

表2 西藏高原地区定额系数调整

2 构建高原地区屋面防水成本分析模型

当前，我国常用的工程经济成本分析方法主要有动态经济分析方法和静态经济分析法2类，两者的区别主要体现在是否考虑了资金的时间价值。过去相当长的时期内，我国一般都是采用静态分析方法，现阶段对项目进行经济分析是以动态分析为主、静态分析为辅。具体到高原屋面防水工程经济性分析来说，就是运用资金时间价值的动态分析方法，比较不同防水涂料之间的经济性，为最后决策提供依据[9]。

2.1 经济评价方法

工程经济学中，按收益费用将经济评价分为净值法和费用值法，根据折现时间，又可以将净值法分为净现值（NPV）和净年值（NAV）；将费用值法分为费用现值（PC）和年费用值（AC）。净现值指在计算期n年内，每年年末的现金流入和现金流出之差都按标准折现率折算到基准点的现值之和；净年值法是将全部现金流入和全部现金流出都折算为年值。费用现值法是在比较寿命相同方案时，将各方案的所有成本折算成现值进行比较；年费用值法是当各方案寿命各不相同时，计算各方案每年时所支出费用。

与创造经济收益的项目不同，屋面防水涂层的经济效益不是体现在具体的资金收入上，其价值主要是在建筑的全寿命期内以最低费用完成防渗漏的目标，从这点上说费用值法更优于净值法。每种防水涂层的使用寿命与维修间隔时间不同，使用年值法进行分析可以使不同防水涂料具有时间上的可比性，得到的年费用值是真实可靠的。所以本文采取年费用法对备选的防水涂料方案进行经济评价。

2.2 防水层寿命周期成本

寿命周期成本是指建筑物或建筑物体系在一段时间内的建设、运行、维护和拆除后折现的货币成本，具体到防水涂层上来说，就是确定屋面防水涂层在建筑使用寿命期内，从建成、维护、重修到拆除的总费用。

依据全寿命周期成本的理念，防水涂层寿命周期成本可以分为建设成本和维护成本2类。在我国建设工程造价中，建设成本包括直接费和间接费，直接费由人工费、材料费和机械器具使用费构成；间接费由管理费、税金、规费等构成，其费用总额是由工程总造价乘以费率得出。本文所讨论的屋面防水涂层建设成本只计算直接费用，即人工费、材料费、机械器具使用费。维护费用无具体明确的参考依据，其成本受到建筑地点、涂层破坏程度、检修深度等多因素的影响，市场上无明确的指导价格。本文通过具体调研西藏各地区维修费用，对相关数据进行可靠性分析与数理统计分析的基础上，确定各涂层方案的维修费用，保证数据的可靠性和真实性。

2.3 涂层成本经济分析模型

在建立全寿命周期的经济成本分析模型前，需明确建筑物设计使用年限，且评估各防水涂层的合理使用年限，即各防水涂层使用寿命和维护间隔时间。假设防水涂层的建设成本与重建成本相同，维修成本不受物价变动因素影响保持不变，各成本都能在准确评估基础上得出具体数值。在建筑物设计使用寿命到期后，各防水涂层因为重建而未达到其使用年限，为保证各方案的在对比上的一致性，在建筑寿命期后，未达使用年限的防水涂层留有一定的残值，残值为剩余使用年限的建设成本，即剩余使用寿命与年平均建设成本的乘积。综上，以年费用值为经济指标，得出式（1）经济成本分析模型：

式中：AC——防水涂层在建筑全寿命期内的年费用值；

N——建筑设计使用年限；

n1——各防水涂层使用年限；

n2——各防水涂层维护间隔时间；

I1——防水涂层建设成本；

I2——防水涂层维护成本；

（P/F，i，jn1）——复利现值因子；

（A/P，i，N）——资金回收因子。

3 高原地区屋面防水涂层经济分析

通过查阅西藏地区工程建设费用定额，确定各防水涂层方案中人工费、材料费、机械器具使用费的建设成本，并走访调研西藏地区各种防水涂层维修成本。以位于青藏高原阿里地区（海拔高度4750 m）的JC行政办公楼为例，将参数代入式（1）中计算，得出各防水涂层方案的年费用值，通过分析比较，确定最佳防水涂层方案，为实际工程的屋面防水建设提供决策依据。

3.1 防水涂层的年费用值

JC行政办公楼的设计使用年限为50年，屋面防水等级为Ⅰ级，建筑物内设有大量工厂生产设备，防渗漏要求高。根据屋面防水设计标准规范，确定各防水涂料作为1道防水层的厚度，参考产品规格，确定每平方米用量并确定涂料价格，如表3所示。

表3 屋面防水涂料用量及价格

由表2可见，实例工程的人工费调整系数为1.8，机械使用费调整系数为1.25。根据定额费用标准计算各涂层的建设成本，并咨询多家企业的维修参考报价，在此基础上预估维修费用。以实例工程的设计使用年限50年作为整个建筑的全寿命周期，即N=50年，标准折现率i=5%，结合表1、表3的数据 代入式（1）计算各方案的年费用值，结果如表4所示。

表4 高原地区屋面防水涂料经济成本分析

3.2 经济成本分析

由表4可见，在建筑寿命期为50年时，高原地区各防水涂层年费用值的对比为：聚氨酯防水涂料＜SBS改性沥青防水涂料＜丙烯酸酯防水涂料＜硅橡胶防水涂料＜喷涂速凝橡胶沥青防水涂料＜JS复合防水涂料。综合来看，聚氨酯涂料经济性最好，SBS改性沥青涂料次之，虽然聚氨酯涂料因材料成本偏高，造成其建设成本较高，但是其维护间隔时间、涂层使用年限是最长的，从而在建筑寿命内维修费用、建设总成本较低，从全寿命周期角度来看，其AC最低，经济效果最好。而JS复合防水涂料AC值最高，经济效果最差，虽然其建设成本不高，但是其维修频率偏高，使用寿命也偏短，导致其全寿命周期成本高，究其本质原因，是因为JS复合防水涂料为无机复合材料，刚性强，在低温柔性、抗屋面变形能力上较弱，在地质条件不稳定、屋面基层变形量大的高原地区导致其出现裂缝、渗漏频繁，从而使用寿命、维修间隔时间偏短。

表4的经济性比较结果与我国高原地区目前的屋面防水实际较为相符，高分子防水涂料如聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料在抗高低温变化、抗屋面变形方面性能好，虽其单次建设成本高，但从其耐久性、适应性、建筑全寿命周期来看，具备技术、经济上的优势，这也是其占据防水市场较大份额的原因。而SBS改性沥青防水涂料、喷涂速凝橡胶沥青防水涂料属于中档型，在传统沥青防水涂料改良基础上发展而来，在性能方面有较大突破，其材料成本低、制备工艺简单，也占据着一部分防水市场份额，受到一定的青睐。JS复合防水涂料虽在我国防水实践中也属于常用涂料，但是其性能难以适应屋面变形量大、冻融循环频繁的高原高寒环境，因而在高原地区较少使用。

4 结语

通过构建屋面防水涂层经济成本分析模型，基于全寿命周期成本，以年费用值为主要经济指标，计算了6种常见防水涂料的年费用值，分析其在高原地区的经济性。SBS改性沥青防水涂料、喷涂速凝橡胶沥青防水涂料、JS复合防水涂料、聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料、硅橡胶防水涂料年费用值分别为10.17、12.48、13.79、9.17、10.32、11.92元/m2，聚氨酯防水涂料经济效果最好，JS复合防水涂料经济效果最差，计算结果与我国高原地区防水工程实践较为相符。

不同类型的防水涂料因其技术性能在不同的地理气候环境下表现出不同的经济效益，究其原因，是受到建筑使用年限、建设成本、维修成本、涂层使用寿命、维修间隔时间等多因素的影响。在防水工程实践中，决策者应结合建筑环境和防水材料市场，综合考虑防水涂料种类的选择，遵循因地制宜的原则，在定量分析的基础上做出最优决策，才能达到技术先进、经济合理、耐久性好的要求。