周忠超,劉 敏
(山東華宇工學(xué)院,山東 德州 253000)
目前,房屋建筑是建筑工程項(xiàng)目中占比最高的建筑類別,且超過(guò)90%屬于住宅建筑。由于住宅建筑造價(jià)核算影響因素眾多,難以精確計(jì)算,故對(duì)住宅建筑建設(shè)過(guò)程進(jìn)行造價(jià)控制,具有較大的經(jīng)濟(jì)前景和潛力。從住宅工程項(xiàng)目可行性報(bào)告到竣工驗(yàn)收整個(gè)過(guò)程,項(xiàng)目投資可控性最大的階段是項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段[1]。設(shè)計(jì)階段的工程造價(jià)主要與人工費(fèi)、材料費(fèi)、施工機(jī)械臺(tái)班費(fèi)及工程量有關(guān),而不同的工程設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)不同的人工時(shí)長(zhǎng)、材料種類和數(shù)量及工程量,當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案變更后,必須重新計(jì)算工程造價(jià),并通過(guò)價(jià)值工程方法對(duì)變更前后的方案進(jìn)行對(duì)比分析,綜合判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變更的合理性。以某住宅工程為例,對(duì)初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和變更設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,通過(guò)灰色預(yù)測(cè)模型GM(1,1)對(duì)施工期各種費(fèi)用單價(jià)進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變更前后的工程造價(jià),通過(guò)工程總造價(jià)的對(duì)比給出推薦方案,以期為其他工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變更提供參考。
某住宅工程擬建于??谑薪瓥|新區(qū),占地面積約為2 315畝,地上總建筑面積約為6 441 m2,初步設(shè)計(jì)為地上30層和地下1層停車(chē)場(chǎng)。該住宅工程設(shè)計(jì)使用年限為70年[2],丙類抗震設(shè)防,設(shè)計(jì)抗震烈度7度,初步計(jì)劃2022年底進(jìn)入竣工驗(yàn)收階段。
初始設(shè)計(jì)的柱如圖1(a)所示。柱截面為矩形,尺寸為350 mm×350 mm,混凝土強(qiáng)度為C30,縱筋為8根直徑為30 mm、強(qiáng)度為HRB335的鋼筋,箍筋為間隔200 mm、直徑為8 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋[3]。
圖1 柱和梁的初步設(shè)計(jì)截面圖Fig.1 Preliminary design section of column and beam
初始設(shè)計(jì)的主梁如圖1(b)所示。主梁截面為矩形,尺寸為240 mm×420 mm,混凝土強(qiáng)度為C30,受壓鋼筋為3根直徑為25 mm、強(qiáng)度為HRB335的鋼筋,受拉鋼筋為6根直徑為30 mm、強(qiáng)度為HRB335的鋼筋。箍筋為間隔200 mm、直徑為8 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋。
初始設(shè)計(jì)的板如圖2所示。板截面為矩形,尺寸為1 000 mm×150 mm,混凝土強(qiáng)度為C25,縱筋為20根直徑為12 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋,箍筋為間隔200 mm、直徑6 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋。
圖2 板的初步設(shè)計(jì)截面圖Fig.2 Preliminary design section of the plate
住宅工程建造費(fèi)用主要包含人工費(fèi)、材料費(fèi)及施工機(jī)械臺(tái)班費(fèi)三部分。造價(jià)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性離不開(kāi)工程量計(jì)算和各種費(fèi)用估算的準(zhǔn)確性,工程量可根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行估算,而人工費(fèi)、材料費(fèi)受政策、市場(chǎng)等諸多因素影響,難以準(zhǔn)確計(jì)算。人工費(fèi)和材料費(fèi)的估算方法是以近年來(lái)海口市同類工程的各種費(fèi)用為樣本,盡可能多的收集資料,最終計(jì)算出每種費(fèi)用的月平均值,帶入預(yù)測(cè)模型,計(jì)算出本住宅工程的各種費(fèi)用單價(jià)。
以C30混凝土為例,收集2020-2022年第二季度??谑谢炷羻蝺r(jià)如表1所示。可以看出,混凝土單價(jià)隨著時(shí)間的變化有較大的波動(dòng),通過(guò)觀察可看出價(jià)格波動(dòng)有以下規(guī)律:混凝土年均價(jià)格逐年上漲,年中混凝土價(jià)格相對(duì)于年前和年尾較低?;炷炼ㄐ悦枋霾荒軡M足要求,為了保證造價(jià)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,還需要確定施工期的具體單價(jià),因此需要通過(guò)模型預(yù)測(cè)施工期的混凝土單價(jià)。
目前應(yīng)用較多的預(yù)測(cè)方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、時(shí)間序列法、灰色模型法等。由于灰色模型對(duì)信息量少且雜亂的系統(tǒng)預(yù)測(cè)有較好的適用性,被廣泛應(yīng)用于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)各方面的預(yù)測(cè),因此采用灰色預(yù)測(cè)模型GM(1,1)預(yù)測(cè)施工期的混凝土單價(jià)。
通過(guò)計(jì)算得出該模型的發(fā)展系數(shù)a為-0.006,灰色作用量b為460.409,后驗(yàn)差比c為0.418。通常發(fā)展系數(shù)代表數(shù)據(jù)變化趨勢(shì),灰色作用量反映數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,后驗(yàn)差比反映模型的精度,當(dāng)c小于0.5時(shí),表示模型預(yù)測(cè)結(jié)果是合格的,因此灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)本研究是適用的。
模型求解結(jié)果如表1所示。從表中可以看出,隨著價(jià)格的波動(dòng),預(yù)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差也有較大范圍的波動(dòng),最大誤差為5.72%。相對(duì)誤差值越小越好,一般情況下小于20%即說(shuō)明擬合良好[4]。模型平均相對(duì)誤差為2.006%,意味著模型擬合效果良好。
表1 海口市混凝土單價(jià)預(yù)測(cè)表Tab.1 Forecast of concrete unit price in Haikou City
圖3為混凝土實(shí)際單價(jià)與預(yù)測(cè)單價(jià)趨勢(shì)圖,預(yù)測(cè)單價(jià)與實(shí)際單價(jià)年變化總體趨勢(shì)一致,是逐年上升的,通過(guò)該模型可預(yù)測(cè)出未來(lái)任意時(shí)間的混凝土單價(jià),但受政策和市場(chǎng)影響,混凝土價(jià)格變化趨勢(shì)可能會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng),所以混凝土的實(shí)際價(jià)格應(yīng)及時(shí)更新,以最新的價(jià)格對(duì)較為接近的月份進(jìn)行預(yù)測(cè),才能使預(yù)測(cè)結(jié)果更為可靠。本研究預(yù)測(cè)了未來(lái)三個(gè)月的混凝土單價(jià)。
圖3 混凝土實(shí)際單價(jià)與預(yù)測(cè)單價(jià)趨勢(shì)圖Fig.3 Concrete actual unit price and forecast unit price trend
根據(jù)初步設(shè)計(jì)結(jié)果,預(yù)計(jì)7月份可將工程需要的材料采購(gòu)?fù)戤?,預(yù)測(cè)2022年7月 C30混凝土單價(jià)為518.044元/m3。同理可預(yù)測(cè)出2022年7月人工費(fèi)、C25混凝土單價(jià)、鋼筋單價(jià)、施工機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)等,結(jié)合初步設(shè)計(jì)工程量,計(jì)算出本工程總造價(jià)為17 084 653.28元,單方鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)價(jià)格約為647.35元。
工程開(kāi)工前,通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估,在確保結(jié)構(gòu)安全和應(yīng)用功能不降低的條件下,通過(guò)材料的優(yōu)選、施工技術(shù)的優(yōu)化對(duì)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了重新優(yōu)化,主要體現(xiàn)在框架結(jié)構(gòu)主體柱和梁的優(yōu)化及板的設(shè)計(jì)變更。
設(shè)計(jì)變更后的柱如圖4(a)所示。柱截面仍為矩形,尺寸變更為320 mm×320 mm,混凝土強(qiáng)度變更為C35,縱筋變?yōu)?根直徑為20 mm、強(qiáng)度為HRB400的鋼筋,箍筋為間隔200 mm、直徑為6 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋。混凝土強(qiáng)度的提升可使橫截面縮小的柱仍能滿足初步設(shè)計(jì)抗壓需求。HRB400鋼筋具有較強(qiáng)的延展性,可以有效提升結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度,鋼筋直徑降低為20 mm,在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的同時(shí)有效減少了材料費(fèi)[5]。
圖4 柱和梁的設(shè)計(jì)變更截面圖Fig.4 Section of column and beam design changes
設(shè)計(jì)變更后的梁如圖4(b)所示。主梁截面由初步設(shè)計(jì)的矩形更改為T(mén)型,尺寸為240 mm×350 mm,混凝土強(qiáng)度為C35,受壓鋼筋為2根直徑為25 mm、強(qiáng)度為HRB400的鋼筋,受拉鋼筋為4根直徑為25 mm、強(qiáng)度為HRB400的鋼筋,箍筋為間隔200 mm、直徑為6 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋。通過(guò)優(yōu)化梁截面形狀,提升鋼筋強(qiáng)度,使材料用量有較為明顯的減少,同時(shí)降低了結(jié)構(gòu)荷載,使結(jié)構(gòu)安全性得到提高。
設(shè)計(jì)變更后的板如圖5所示。板的截面形狀不變,仍為矩形,尺寸變更為1 000 mm×120 mm的矩形截面,混凝土強(qiáng)度提高為C30,受拉縱筋不變,仍為10根直徑為12 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋,受壓鋼筋進(jìn)行優(yōu)化,變?yōu)?根直徑為12 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋,箍筋為間隔200 mm、直徑6 mm、強(qiáng)度為HPB235的鋼筋。變更后的板設(shè)計(jì)仍能滿足最小配筋率的要求和設(shè)計(jì)承載力要求,由于材料用量降低,板對(duì)梁和柱產(chǎn)生的荷載作用也有顯著降低。
圖5 板的設(shè)計(jì)變更截面圖Fig.5 Design change section of the board
根據(jù)變更設(shè)計(jì)結(jié)果,重新計(jì)算工程量,計(jì)算出所需要的人工工時(shí)、材料用量和施工機(jī)械臺(tái)時(shí)。由于設(shè)計(jì)變更,使得材料準(zhǔn)備推遲一個(gè)月左右,變更后的人工、材料單價(jià)與采用初步設(shè)計(jì)的人工、材料單價(jià)有了一定差別,因此需要采用建立好的灰色預(yù)測(cè)模型GM(1,1)預(yù)測(cè)此時(shí)的每種費(fèi)用單價(jià),從表1可知,2020年8月的C30混凝土單價(jià)在521.34元左右,與7月相比,價(jià)格上漲。同理預(yù)測(cè)出2022年8月人工費(fèi)單價(jià)、C35混凝土單價(jià)、鋼筋單價(jià)、施工機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)等,最終計(jì)算出本工程總造價(jià)為15 121 369.75元,單方鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)價(jià)格約為628.74元。
以某住宅工程為例,評(píng)估結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變更在造價(jià)上的合理性。通過(guò)灰色預(yù)測(cè)模型GM(1,1),預(yù)測(cè)了施工期各種費(fèi)用單價(jià),根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變更前后的工程量,最終計(jì)算出初始設(shè)計(jì)總造價(jià)為17 084 653.28元,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變更后總工程造價(jià)15 121 369.75元,結(jié)構(gòu)變更使得工程總投資節(jié)約1 963 283.53元。此外,初始設(shè)計(jì)單方鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)價(jià)格約為647.35元,結(jié)構(gòu)變更后單方鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)價(jià)格降低為628.74元,降低了16.81元,因此該住宅工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變更在經(jīng)濟(jì)上是合理可行的。