王宗讓，劉 坤

（1.陜西師范大學(xué)基建處，西安 710119；2.西安建筑科技大學(xué)管理學(xué)院，西安 710055）

既有住宅建筑平均使用壽命研究
——基于城市可持續(xù)發(fā)展視角

王宗讓1，劉 坤2

（1.陜西師范大學(xué)基建處，西安 710119；2.西安建筑科技大學(xué)管理學(xué)院，西安 710055）

基于我國住宅建筑“短命現(xiàn)象”，結(jié)合城市建設(shè)現(xiàn)狀，以三四線小城市為研究對象，通過對威布爾分布測定模型加以改進(jìn)，構(gòu)建更為實(shí)用和簡便的住宅建筑使用壽命測定模型。并以濮陽市區(qū)為例進(jìn)行實(shí)證分析，得出相關(guān)結(jié)論，即濮陽市區(qū)住宅建筑平均使用壽命小于五十年以及其平均使用壽命與住宅建設(shè)年代有關(guān)的特點(diǎn)。最后，分析造成濮陽市區(qū)住宅建筑使用壽命現(xiàn)狀的原因，并從城市可持續(xù)發(fā)展的視角為城市建設(shè)提出相關(guān)建議。

住宅建筑；使用壽命；威布爾分布；概率權(quán)重矩法；可持續(xù)發(fā)展

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)與社會的快速發(fā)展以及城鎮(zhèn)居民住房需求的不斷增長，近年來我國城市住宅新建面積急劇增加，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，2000—2013年我國城市住宅新建面積109.84億m2，占建國以來城市住宅建設(shè)總面積190.17m2的57.76%；與此同時，我國每年卻有大量住宅被拆除，僅2002—2003年我國城市住宅拆除2.81億m2，并且被拆除住宅中尚有大量住宅不僅可以滿足居民居住需求，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到其設(shè)計(jì)使用年限。我國城市住宅的“大拆大建”模式不僅使得我國住宅建筑“短命現(xiàn)象”日益嚴(yán)重，更造成了建筑價值流失、資源浪費(fèi)和環(huán)境污染加劇等突出問題。顯然，這不但相悖于我國倡導(dǎo)的資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設(shè)理念，更不符合當(dāng)下低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。另外，相比于我國住宅建筑的“短命現(xiàn)象”，歐洲各國百年建筑隨處可見，在英國和意大利等國，獨(dú)具城市文化的百年建筑形成了獨(dú)特的旅游資源，帶來了良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

近年來，我國政府全力推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，大量壽命周期內(nèi)的住宅建筑被無序拆除與建設(shè)，極大地浪費(fèi)了城市資源，也違背了城市的可持續(xù)發(fā)展理念。因此，有必要去探究我國既有住宅建筑的平均使用壽命到底有多長。目前，許多大城市的住宅建筑都經(jīng)歷了更新?lián)Q代，而三四線小城市的舊住宅建筑正處在是否大拆大建的“十字路口”。因此，本文以三四線小城市為研究對象，從城市可持續(xù)發(fā)展的視角研究既有住宅建筑的平均使用壽命，為可持續(xù)發(fā)展模式下的城市建設(shè)提供有益的理論支持。

一、文獻(xiàn)綜述

國外政府和居民不像國內(nèi)如此熱衷于新建住宅，而是將適當(dāng)?shù)馁Y源投入到舊建筑的改造再次利用，因此國外關(guān)于既有住宅建筑的研究更多地注重對既有住宅建筑改造技術(shù)的研究?？紤]到我國住宅建筑所處經(jīng)濟(jì)與社會環(huán)境的特殊性，本文重點(diǎn)研究了我國學(xué)者關(guān)于住宅建筑壽命問題的研究?？偨Y(jié)發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)學(xué)者對其研究主要分為兩個方面：一是側(cè)重于探究造成我國住宅建筑短命現(xiàn)象的原因分析，如王瑞、林振榮等從經(jīng)濟(jì)、人口、土地和建筑設(shè)計(jì)四個方面，研究了其對住宅建筑壽命的影響；胡穎、鄔榮亮從城市建設(shè)、規(guī)劃政策、建筑周邊環(huán)境、建筑功能、建筑質(zhì)量等方面，探討了我國住宅建筑短命的原因，并從可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)的角度提出延長我國住宅建筑使用壽命的建議。二是部分學(xué)者基于具體城市實(shí)地調(diào)研，通過構(gòu)建理論模型測算了我國住宅建筑的經(jīng)濟(jì)壽命和使用壽命，如劉貴文、徐可西等運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法測定了重慶市被拆除建筑的壽命，并分析了這些住宅建筑被過早拆除的原因，提出相應(yīng)的建議；歐陽建濤通過研究構(gòu)建了我國既有住宅建筑壽命測定模型，并基于長沙市實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)對相關(guān)結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證。

通過閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)學(xué)者對我國既有住宅建筑壽命的研究多側(cè)重于對其影響因素的探討。只有歐陽建濤一人對我國既有住宅建筑的壽命進(jìn)行了測定，但作者在運(yùn)用威布爾分布函數(shù)之前只是理論性地指出了如何對其進(jìn)行分布的擬合檢驗(yàn)，卻沒有實(shí)證性檢驗(yàn)，這很難說明住宅建筑使用壽命就服從威布爾分布；同時選用相關(guān)系數(shù)優(yōu)化法進(jìn)行了參數(shù)的點(diǎn)估計(jì)，這種方法求解中需要進(jìn)行大量的迭代求解，計(jì)算過程相當(dāng)復(fù)雜。

二、住宅建筑平均使用壽命測定模型

決定城市住宅是否拆除的主要因素是其自身的可靠性，也可以理解為物理壽命，因此在住宅總體服從威布爾分布的前提下，使用已知壽命的樣本來推斷整體住宅的平均壽命是可行的。本文參考相關(guān)學(xué)者關(guān)于威布爾分布函數(shù)的研究成果，完善對住宅建筑使用壽命是否服從威布爾分布進(jìn)行實(shí)證性擬合檢驗(yàn)；同時采用概率權(quán)重矩法來進(jìn)行參數(shù)的點(diǎn)估計(jì)，簡化計(jì)算過程，本文選用大樣本數(shù)據(jù)，保證結(jié)果的精確性。

（一）威布爾分布函數(shù)

威布爾分布是根據(jù)樣本產(chǎn)品的可靠性去研究總體產(chǎn)品壽命分布規(guī)律的一種統(tǒng)計(jì)分布，其密度函數(shù)為：

上式為三參數(shù)威布爾分布的密度函數(shù)，γ為位置參數(shù)，其含義為在γ之前產(chǎn)品不會發(fā)生失效；考慮到住宅建成后即面臨著影響其使用壽命的不可預(yù)見因素（如人為因素或自然等不可抗力因素），所以在對住宅建筑的使用壽命進(jìn)行測定時取γ=0更為合理，意味著住宅建筑一旦建成后隨時都有可能由于種種原因而導(dǎo)致使用壽命結(jié)束。這就得到了二參數(shù)威布爾分布，其密度函數(shù)為：

其中，β為形狀參數(shù)，η為特征壽命；β，η＞0。威布爾分布的分布函數(shù)為：

其平均壽命（數(shù)學(xué)期望）為：

其方差為：

（二）分布的擬合檢驗(yàn)

進(jìn)行壽命測定之前首先要檢驗(yàn)住宅壽命是否服從威布爾分布，這就是分布的擬合檢驗(yàn)。

首先假設(shè)住宅建筑壽命分布為F（t），要檢驗(yàn)假設(shè)：

H0：F（t；β，η）=1-其中β和η為未知參數(shù)。

統(tǒng)計(jì)可得r個住宅失效（被拆除）時間為t1＜t2＜…＜tr；做變換Xi=lnti，則X1＜X2＜…＜Xr。

Z2，…，Zr為標(biāo)準(zhǔn)極值分布的次序統(tǒng)計(jì)量。

然后運(yùn)用數(shù)值檢驗(yàn)，構(gòu)造Van-Montfort統(tǒng)計(jì)量：

其中E（Zi）（i=1，2，…，r-1）為標(biāo)準(zhǔn)極值分布次序統(tǒng)計(jì)量的數(shù)學(xué)期望，其值可由《可靠性試驗(yàn)用表》查得。

當(dāng)H0成立時，W漸進(jìn)地服從自由度為2（r-r1-1），2r1的F分布。

對于給定的顯著性水平α，由F分布的分位數(shù)表查得Fα/2（2（r-r1-1，2r1））和F1-α/2（2（r-r1-1，2r1））。

所以，當(dāng)F1-α/2（2（r-r1-1，2r1））≤W≤Fα/2（2（r-r1-1，2r1））時，接受H0，即原假設(shè)成立，說明住宅使用壽命服從威布爾分布；否則原假設(shè)不成立，說明住宅使用壽命不服從威布爾分布。

（三）參數(shù)的點(diǎn)估計(jì)

有學(xué)者指出威布爾分布的概率權(quán)重矩式為：接下來繼續(xù)構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量：

其中，K=0，1，3；Γ為伽馬函數(shù)。

由（7）式分別求得M101、M102、M103，然后可求得：

其中，γ=0。而由樣本可以求得其概率權(quán)重矩為：

三、實(shí)證分析

本文選擇河南濮陽作為調(diào)研區(qū)域，近年來隨著居民住房需求的不斷增長和國家新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，市區(qū)大批量舊住宅建筑面臨著被拆除風(fēng)險。所以，本文對濮陽市區(qū)住宅建筑平均使用壽命進(jìn)行測定，對當(dāng)下階段濮陽市的城市建設(shè)有著積極的參考價值，對可持續(xù)發(fā)展理念下的三四線小城市的城市建設(shè)也有借鑒意義。

（一）數(shù)據(jù)來源和處理

根據(jù)濮陽市區(qū)住宅建筑建設(shè)年代特點(diǎn)，本文按照分層抽樣原理，分別對20世紀(jì)60年代、70年代、80年代、90年代住宅建筑進(jìn)行了調(diào)研，通過對獲得數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)整理，得到本文研究所需的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（二）住宅建筑平均使用壽命測定

本文運(yùn)用威布爾分布模型對20世紀(jì)60年代、70年代、80年代、90年代住宅建筑平均使用壽命的測定過程具有一致性，考慮到文章篇幅所限，這里僅闡述20世紀(jì)60年代住宅建筑平均使用壽命的測定過程，其余年代住宅建筑平均使用壽命的測定過程不再具體敘述，只給出最后測定結(jié)果。

1.分布的擬合檢驗(yàn)。20世紀(jì)60年代住宅建筑使用壽命的分布擬合檢驗(yàn)中n=45，r=34，根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，通過相關(guān)計(jì)算 以及查詢《可靠性試驗(yàn)用表》分別求得Hi，E（Zi）（如表1所示）。

表1 分布擬合檢驗(yàn)測算表

續(xù)表

取r1=[r/2]=17，根據(jù)Hi的取值由（6）式求得：

取顯著性水平α=0.1，通過查F分布表可知：

F0.05（32，34）=1.80，F(xiàn)0.95（32，34）=0.56

所以，F(xiàn)0.95（32，34）≤W≤F0.05（32，34），即20世紀(jì)60年代住宅建筑使用壽命服從二參數(shù)威布爾分布。同理，也證明了其他年代住宅建筑使用壽命服從威布爾分布。

2.參數(shù)的點(diǎn)估計(jì)。將表1中20世紀(jì)60年代住宅建筑相關(guān)數(shù)據(jù)分別帶入（10）式、（11）式、（12）式中求得：M100=42，M101=19.7455，M103=9.3895。

然后將M100=42，M101=19.7455，M103=9.3895帶入（8）式、（9）式求得參數(shù)：

η=47.2547，β=2.6573

3.使用壽命計(jì)算。將參數(shù)η=47.2547，β=2.6573帶入（3）式、（4）式通過查表計(jì)算可求得20世紀(jì)60年代住宅建筑平均使用壽命為42年，壽命方差為289.7。

同理，通過相關(guān)計(jì)算可以求得其他年代住宅建筑服從威布爾分布的參數(shù)和平均使用壽命（如表2所示）。

結(jié)論與建議

表2 住宅建筑平均使用壽命計(jì)算表

由以上測定結(jié)果可知，濮陽市住宅建筑平均使用壽命呈現(xiàn)出兩大特點(diǎn)：第一，整體上來說，住宅建筑平均使用壽命偏低，其中20世紀(jì)60年代住宅建筑平均使用壽命為42年，70年代住宅建筑平均使用壽命為35.26年，20世紀(jì)80年代住宅建筑平均使用壽命為27.68，20世紀(jì)90年代住宅建筑平均使用壽命為21.59年。第二，住宅建筑平均使用壽命高低與住宅建設(shè)年代有著一定關(guān)系，表現(xiàn)為建設(shè)年代越久遠(yuǎn)的住宅建筑使用壽命越長的“怪現(xiàn)象”。深究其原因，本文認(rèn)為：首先，濮陽市建市較晚，經(jīng)濟(jì)較為落后，與其他三四線小城市一樣，住宅建筑建設(shè)基本上是保證居民基本居住需求，而不是當(dāng)下城市建設(shè)盛行的“大拆大建”模式，所以20世紀(jì)60年代、70年代、80年代、90年代住宅建筑使用壽命延續(xù)至21世紀(jì)。其次，近年來隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和居民住房需求的不斷增長，濮陽城市建設(shè)也初步顯現(xiàn)出“大拆大建”的苗頭，這造成了很多20世紀(jì)60年代、70年代、80年代住宅建筑逐漸被拆除重建，甚至部分20世紀(jì)90年代住宅建筑由于城市規(guī)劃和政府領(lǐng)導(dǎo)片面追求形象工程等原因也面臨被拆除的命運(yùn)。

對于一個城市而言，可持續(xù)發(fā)展才是長遠(yuǎn)之道，住宅建筑的“短命現(xiàn)象”很顯然不利于城市的可持續(xù)發(fā)展。本文提出以下建議：第一，依據(jù)建筑循環(huán)理念適當(dāng)延長住宅建筑的生命。對既有建筑內(nèi)部空間和外部環(huán)境進(jìn)行適度改造與更新，延續(xù)其原有功能或者賦予新的功能，實(shí)現(xiàn)原有建筑生命的循環(huán)再生。第二，建立城市規(guī)劃的長效機(jī)制。城市規(guī)劃往往決定著一個城市的空間布局和建筑特點(diǎn)，按照可持續(xù)發(fā)展理念，只有城市規(guī)劃長效穩(wěn)定，才能避免住宅建筑因片面追求短期經(jīng)濟(jì)效益而被過早拆除現(xiàn)象的發(fā)生，才能更多地從社會、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)三個方面都有利于一個城市的長遠(yuǎn)發(fā)展。

[1]王瑞，林振榮，謝永亮，等.對影響建筑壽命因素的探討[J].低溫建筑技術(shù)，2010，(2)：14-25.

[2]胡穎，鄔榮亮.延長我國建筑使用壽命的可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)[J].中華民居，2014，(5)：87-89.

[3]劉貴文，徐可西，張夢俐，等.被拆除建筑的壽命——基于重慶市的實(shí)地調(diào)查分析[J].城市發(fā)展研究，2012，(10)：109-112.

[4]歐陽建濤，任宏.城市住宅使用壽命研究[J].科技進(jìn)步與對策，2008，(10)：32-35.

[5]歐陽建濤，劉曉君.中國住宅壽命周期研究[J].工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2007，(5)：83-85.

[6]中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所.可靠性實(shí)驗(yàn)用表(增訂本)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1987.

[責(zé)任編輯 吳明宇]

F293.3

A

1673-291X（2017）10-0116-05

2017-01-06

王宗讓（1970-），男，陜西扶風(fēng)人，基建處總工，講師，從事土木工程研究。