楊 俊，王曉鳴，汪 洋

(華中科技大學 土木工程與力學學院，湖北 武漢 430074)

1 村鎮(zhèn)住宅耐久性的內(nèi)涵

按照《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準》的定義，結(jié)構(gòu)的耐久性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定工作環(huán)境中，在預定時期內(nèi)，其材料性能的惡化不致導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可接受的失效概率，在正常維護條件下，結(jié)構(gòu)能夠正常使用到規(guī)定的設計使用年限。

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，則是指混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在可預見的工作環(huán)境及材料內(nèi)部因素的作用下，在預期的使用年限內(nèi)抵抗大氣影響、化學侵蝕和其他劣化過程，而不需要花費大量資金加固處理和維修，也能保持其安全性和適用性的功能［1］。從歐美國家關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的解釋，可以發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是使用極限狀態(tài)的問題，其主要著眼點是經(jīng)濟合理的使用壽命。耐久性的經(jīng)濟性體現(xiàn)在以較小的維修成本達到維持混凝土結(jié)構(gòu)基本功能的要求，若業(yè)主要求延長結(jié)構(gòu)使用壽命，則需適當?shù)木S修成本就可達到其目的。

而住宅耐久性，是指組成住宅的各類構(gòu)件、裝修和設備，在規(guī)定時間內(nèi)和規(guī)定條件下能保持其正常功能狀態(tài)的性能，是在住宅設計時就賦予住宅產(chǎn)品的內(nèi)在屬性。一般來說，結(jié)構(gòu)安全性是中心問題，其它性能只能在這個基礎上加以滿足［2］。對住宅耐久性的評定，應結(jié)合住宅在施工、使用、維修等階段的多變量因素綜合確定［3～5］。住宅的耐久年限與住宅的耐久性緊密相關(guān)，它是指住宅建筑在規(guī)定條件下，能按規(guī)定功能狀態(tài)使用的時間年限。

基于以上定義，我們定義村鎮(zhèn)住宅的耐久性為:村鎮(zhèn)住宅在一定的使用年限內(nèi)，在正常使用、正常維護條件下，不需要投入大量的維修費用，而能保持其安全性、正常使用和可接受外觀的能力。村鎮(zhèn)住宅的耐久性與其使用壽命相聯(lián)系，是使用期內(nèi)住宅保持正常功能的能力［6］。本文村鎮(zhèn)住宅耐久性的經(jīng)濟性分析，即是對不同耐用年限的村鎮(zhèn)住宅進行經(jīng)濟上的分析和比較。

提高建筑物的耐久性，延長建筑物的壽命將提高資源利用等方面的經(jīng)濟效益［7，8］。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署在2007年3月29日公布的一份研究報告中，呼吁世界各國采取行動提倡“長壽建筑”，建議在建設過程中更多地翻新舊建筑而不是“推倒重建”。因此，提高建筑物的耐久性，建設“長壽建筑”，已成為一項世界性要求。

2 村鎮(zhèn)住宅耐久性的經(jīng)濟性分析

由于采用合理的方案設計和在使用過程中注重維修加固是提高村鎮(zhèn)住宅耐久性的兩種主要措施，下面將分別針對這兩種情況對村鎮(zhèn)住宅的耐久性進行經(jīng)濟對比分析。在具體分析時本文將村鎮(zhèn)住宅的生命周期成本劃分為初始化建設成本、日常維護成本、設備維護更新成本、住宅維修加固成本、拆除成本。由于設備的使用較住宅主體而言相對獨立，分析中不對設備購置安裝及維護更新的成本進行比較。

村鎮(zhèn)住宅較城市住宅而言，從建設到使用利益主體較單一。一般是戶主自己投資建設，建完后自己居住，從開始選址一直到最后的拆除回收，戶主都參與其中。而且村鎮(zhèn)住宅一旦壽命期結(jié)束就要考慮進行重建，重建資金也需由戶主支付。本文對不同耐久性村鎮(zhèn)住宅的經(jīng)濟性對比采用年值法進行。

2．1 不同耐久性設計方案的經(jīng)濟性分析

設擬建一村鎮(zhèn)住宅，現(xiàn)有兩種備選方案，兩方案設計的住宅初始性能相同，但耐久性水平存在差異，兩種不同方案下住宅壽命期分別為T1、T2，如圖1所示。本節(jié)中對不同耐久性設計水平的方案進行經(jīng)濟對比分析時不考慮使用中的維修加固情況，所以兩方案的比較主要是初始化建設成本、日常維護成本、拆除成本的比較。另外，村鎮(zhèn)住宅建設規(guī)模較小，其拆除建設一般不會給周邊居民生產(chǎn)生活造成重大影響。由于戶主是主要的組織者和實施者，在村鎮(zhèn)住宅的拆除重建過程中戶主需要耗費大量的時間，住宅的重建也會給其生產(chǎn)和生活造成較大不便，因此在進行村鎮(zhèn)住宅方案的經(jīng)濟對比分析時要將建設活動給戶主造成的損失計算在內(nèi)，本文假設不同方案村鎮(zhèn)住宅在拆除重建時給戶主造成的損失相同。

圖1 不同耐久性設計方案的村鎮(zhèn)住宅性能劣化曲線

將方案1不含設備購置安裝費的初始化建設成本、拆除成本、住宅拆除重建時給戶主造成的損失折算為年值分別為:

式中，C01為方案1村鎮(zhèn)住宅不含設備購置安裝費的初始化建設成本，CF1為方案1村鎮(zhèn)住宅的拆除成本，CL為方案1村鎮(zhèn)住宅拆除重建時給戶主造成的損失(方案2與此同)，ic為折現(xiàn)率。

村鎮(zhèn)住宅的建設費用在村鎮(zhèn)居民收入中占到較大比重，有時直接影響村鎮(zhèn)住宅能不能按時進行建設。圖1中方案1的壽命期較短，在其壽命期結(jié)束的T1時刻，就要開始建設。而方案2要到T2時刻才需進行重建，即方案1要比方案2提前ΔT=T2－T1年投入建設資金。因此對村鎮(zhèn)住宅需要考慮由于住宅壽命偏短導致建設資金提前占用的影響［9］。

設村鎮(zhèn)住宅重建時建設規(guī)模同前，方案1住宅重建資金提前占用的影響終值為:

式中，iF為通貨膨脹率，其他符號意義同前。

將影響終值折算為T1時間段的年值為:

若方案1村鎮(zhèn)住宅日常維護成本年值為ˉA01，則方案1村鎮(zhèn)住宅在生命周期內(nèi)的相關(guān)費用年值為:

同理，將方案2不含設備購置安裝費的初始化建設成本、拆除成本、住宅拆除重建時給戶主造成的損失折算為年值分別為:

式中，C02為方案2村鎮(zhèn)住宅不含設備購置安裝費的初始化建設成本，CF2為方案2村鎮(zhèn)住宅的拆除成本，其他符號意義同前。

若方案2村鎮(zhèn)住宅日常維護成本年值為ˉA02，則方案2村鎮(zhèn)住宅在生命周期內(nèi)的相關(guān)費用年值為:

綜合以上考慮，兩方案折算為年值后的費用差額為:

若ΔC≥0，則說明使用耐久性好的設計，也就是方案2較合理，反之則方案1較合理。

2．2 維修加固對耐久性影響的經(jīng)濟性分析

結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命的概念，與使用階段的檢測、維護和修理分不開。由于住宅占用資源多、價值大、使用時間長，通過適時、適度的維修改造，能有效提高住宅的安全性和耐久性，延長住宅的使用壽命，從而充分發(fā)揮其使用效益。維修加固對提高住宅耐久性的作用如圖2所示。下面將對同一住宅是否進行維修加固的經(jīng)濟性進行對比分析。這里的維修加固主要指相對比較集中的修理，不包括日常維護，且不考慮家用設備對村鎮(zhèn)住宅耐久性的影響。

圖2 村鎮(zhèn)住宅維修前后性能劣化曲線

設某一村鎮(zhèn)住宅不含設備購置安裝費的初始化建設成本為C03，從圖2可見，不進行維修加固時住宅壽命期為T3，而進行維修加固時住宅壽命延長到T4。不進行維修加固時，村鎮(zhèn)住宅不含設備購置安裝費的初始化建設成本、拆除成本、住宅拆除重建給戶主造成的損失折算為年值分別為:

式中，C03為村鎮(zhèn)住宅不含設備購置安裝費的初始化建設成本，CF3為不進行維修加固時村鎮(zhèn)住宅的拆除成本，C'L為圖2中村鎮(zhèn)住宅拆除重建時給戶主造成的損失，其他符號意義同前。

由于不進行維修加固時村鎮(zhèn)住宅的壽命期較短，同樣考慮重建對資金提前占用的影響，不進行維修加固時重建資金提前占用的影響終值為:

將影響終值折算為T3時間段的年值為:

同理，在進行維修加固時，將村鎮(zhèn)住宅不含設備購置安裝費的初始化建設成本、拆除成本、住宅拆除重建時給戶主造成的損失、村鎮(zhèn)住宅維修加固費用折算為年值分別為:

式中，CF4為進行維修加固時村鎮(zhèn)住宅的拆除成本，Ml為村鎮(zhèn)住宅第l年的維修加固費用，其他符號意義同前。

綜合以上分析，兩種情況下折算為年值后的費用差額為:

圖3 村鎮(zhèn)住宅維修加固時費用年值變化

若ΔC'≥0，則說明通過維修加固延長村鎮(zhèn)住宅的使用壽命是經(jīng)濟可取的。

對村鎮(zhèn)住宅進行維修加固來延長其使用壽命，通常在一定范圍內(nèi)具有較好的效果，表現(xiàn)為村鎮(zhèn)住宅生命周期內(nèi)費用年值降低。但隨著使用年限的增長，繼續(xù)維修加固來使村鎮(zhèn)住宅壽命延長將需要較大的投入。這時如果繼續(xù)維修加固，其費用年值甚至有可能會超過不對住宅進行維修加固時的費用年值。

如圖3所示，TA對應不維修加固時的村鎮(zhèn)住宅壽命，T0對應年值最低時的村鎮(zhèn)住宅壽命，TB時費用年值和不維修加固時的年值相等，再延長壽命已不合理。通過維修加固，可以使村鎮(zhèn)住宅壽命從TA延長到TB而且費用年值相等，這樣減少了村鎮(zhèn)住宅重建的頻率，節(jié)省了人力和物力。

3 算例研究

湖北省襄陽地區(qū)一農(nóng)戶需對其住宅進行拆除重建，現(xiàn)有耐久性不同的兩種設計方案:方案1按常規(guī)方法進行設計和施工，不含設備購置安裝費的初始化建設成本為18萬元，設計使用壽命為40年。壽命結(jié)束時住宅的拆除成本為12000元，住宅日常維護成本年值為1000元。

方案2追加初始投資2萬元，用以提高村鎮(zhèn)住宅的耐久性，使住宅的設計使用壽命延長到50年，設壽命結(jié)束時住宅的拆除成本為15000元，住宅日常維護成本年值為800元。

住宅拆除重建時給戶主造成的損失均為10000元，假定折現(xiàn)率為6%，通貨膨脹率為2%。

3．1 不維修加固時兩種方案的經(jīng)濟對比分析

利用公式(1)～(3)，將方案1不含設備購置安裝費的初始化建設成本、拆除成本、住宅拆除重建時給戶主造成的損失折算為年值分別為:

利用公式(4)，方案1住宅重建資金提前占用的影響終值為:

C1=180000×(1+0．02)40［(1+0．06)10－(1+0．02)10］=227281．4 元

利用公式(5)，將算得的影響終值折算為40年壽命期內(nèi)的年值為:

利用公式(6)得方案1住宅在生命周期內(nèi)的相關(guān)費用年值為:

同理，利用公式(7)～(9)，將方案2不含設備購置安裝費的初始化建設成本、拆除成本、住宅拆除重建給戶主造成的損失折算為年值分別為:

利用公式(10)得方案2住宅在生命周期內(nèi)的相關(guān)費用年值為:

由公式(11)計算得方案1和方案2折算為年值后的費用差額為:

ΔC=A1－A2=15173．2 －14174．9=998．3 元

因為ΔC≥0，可知追加投資增強村鎮(zhèn)住宅的耐久性是經(jīng)濟合理的。

3．2 方案2投入維修加固資金的經(jīng)濟合理性

若對方案2的村鎮(zhèn)住宅采取維修加固措施使其壽命延長至60年，則分別需要在該住宅投入使用后的第30年、第40年、第50年投入維修加固資金8000元、12000元、20000元，壽命延長至60年后該住宅日常維護成本的年值為680元，住宅拆除時拆除成本為20000元?，F(xiàn)對投入維修加固資金的經(jīng)濟合理性進行分析。

不進行維修加固時，由公式(12)～(14)，及前面計算分析可知，村鎮(zhèn)住宅不含設備購置安裝費的初始化建設成本、拆除成本、住宅拆除重建時給戶主造成的損失折算為年值分別為12688．8 元、51．7 元、634．4 元。

由公式(15)，不進行維修加固時重建資金提前占用的影響終值為:

C3=200000(1+0．02)50×[(1+0．06)10－(1+0．02)10]=307838．7 元

由公式(16)，將算得的影響終值折算為50年壽命期內(nèi)的年值為:

由公式(17)，不進行維修加固時村鎮(zhèn)住宅在生命周期內(nèi)的相關(guān)費用年值為:

在進行維修加固時，由公式(18)～(21)，村鎮(zhèn)住宅不含設備購置安裝費的初始化建設成本、拆除成本、住宅拆除重建時給戶主造成的損失、村鎮(zhèn)住宅維修加固費用折算為年值分別為:

由公式(22)，進行維修加固時村鎮(zhèn)住宅在生命周期內(nèi)的相關(guān)費用年值為:

由公式(23)，兩種情況下折算為年值后的費用差額為:

ΔC'=A3－A4=15235．2 －13936．2=1299．0 元

因為ΔC'≥0，則通過維修加固延長村鎮(zhèn)住宅的使用壽命至60年是經(jīng)濟可取的。

4 結(jié)論

(1)村鎮(zhèn)住宅的耐久性與其使用壽命相聯(lián)系，提高村鎮(zhèn)住宅的耐久性，適當延長其使用壽命一般具有較好的經(jīng)濟效益。

(2)采用合理的方案設計和在使用過程中注重維修加固是提高村鎮(zhèn)住宅耐久性的主要措施。

(3)由于村鎮(zhèn)住宅建設占用資金多，對不同耐用年限的方案進行經(jīng)濟對比時需考慮資金提前占用的影響。

(4)本文建立了對不同耐久性的村鎮(zhèn)住宅進行經(jīng)濟對比分析的判別式，并進行了算例研究，結(jié)果表明選用耐久性較好的方案通常具有更好的經(jīng)濟效果。

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