村镇住宅耐久性的经济性分析

杨 俊，王晓鸣，汪 洋

(华中科技大学 土木工程与力学学院，湖北 武汉 430074)

1 村镇住宅耐久性的内涵

按照《建筑结构可靠度设计统一标准》的定义，结构的耐久性是指结构在规定工作环境中，在预定时期内，其材料性能的恶化不致导致结构出现不可接受的失效概率，在正常维护条件下，结构能够正常使用到规定的设计使用年限。

混凝土结构的耐久性，则是指混凝土结构及其构件在可预见的工作环境及材料内部因素的作用下，在预期的使用年限内抵抗大气影响、化学侵蚀和其他劣化过程，而不需要花费大量资金加固处理和维修，也能保持其安全性和适用性的功能［1］。从欧美国家关于混凝土结构耐久性的解释，可以发现混凝土结构的耐久性是使用极限状态的问题，其主要着眼点是经济合理的使用寿命。耐久性的经济性体现在以较小的维修成本达到维持混凝土结构基本功能的要求，若业主要求延长结构使用寿命，则需适当的维修成本就可达到其目的。

而住宅耐久性，是指组成住宅的各类构件、装修和设备，在规定时间内和规定条件下能保持其正常功能状态的性能，是在住宅设计时就赋予住宅产品的内在属性。一般来说，结构安全性是中心问题，其它性能只能在这个基础上加以满足［2］。对住宅耐久性的评定，应结合住宅在施工、使用、维修等阶段的多变量因素综合确定［3～5］。住宅的耐久年限与住宅的耐久性紧密相关，它是指住宅建筑在规定条件下，能按规定功能状态使用的时间年限。

基于以上定义，我们定义村镇住宅的耐久性为:村镇住宅在一定的使用年限内，在正常使用、正常维护条件下，不需要投入大量的维修费用，而能保持其安全性、正常使用和可接受外观的能力。村镇住宅的耐久性与其使用寿命相联系，是使用期内住宅保持正常功能的能力［6］。本文村镇住宅耐久性的经济性分析，即是对不同耐用年限的村镇住宅进行经济上的分析和比较。

提高建筑物的耐久性，延长建筑物的寿命将提高资源利用等方面的经济效益［7，8］。联合国环境规划署在2007年3月29日公布的一份研究报告中，呼吁世界各国采取行动提倡“长寿建筑”，建议在建设过程中更多地翻新旧建筑而不是“推倒重建”。因此，提高建筑物的耐久性，建设“长寿建筑”，已成为一项世界性要求。

2 村镇住宅耐久性的经济性分析

由于采用合理的方案设计和在使用过程中注重维修加固是提高村镇住宅耐久性的两种主要措施，下面将分别针对这两种情况对村镇住宅的耐久性进行经济对比分析。在具体分析时本文将村镇住宅的生命周期成本划分为初始化建设成本、日常维护成本、设备维护更新成本、住宅维修加固成本、拆除成本。由于设备的使用较住宅主体而言相对独立，分析中不对设备购置安装及维护更新的成本进行比较。

村镇住宅较城市住宅而言，从建设到使用利益主体较单一。一般是户主自己投资建设，建完后自己居住，从开始选址一直到最后的拆除回收，户主都参与其中。而且村镇住宅一旦寿命期结束就要考虑进行重建，重建资金也需由户主支付。本文对不同耐久性村镇住宅的经济性对比采用年值法进行。

2．1 不同耐久性设计方案的经济性分析

设拟建一村镇住宅，现有两种备选方案，两方案设计的住宅初始性能相同，但耐久性水平存在差异，两种不同方案下住宅寿命期分别为T1、T2，如图1所示。本节中对不同耐久性设计水平的方案进行经济对比分析时不考虑使用中的维修加固情况，所以两方案的比较主要是初始化建设成本、日常维护成本、拆除成本的比较。另外，村镇住宅建设规模较小，其拆除建设一般不会给周边居民生产生活造成重大影响。由于户主是主要的组织者和实施者，在村镇住宅的拆除重建过程中户主需要耗费大量的时间，住宅的重建也会给其生产和生活造成较大不便，因此在进行村镇住宅方案的经济对比分析时要将建设活动给户主造成的损失计算在内，本文假设不同方案村镇住宅在拆除重建时给户主造成的损失相同。

图1 不同耐久性设计方案的村镇住宅性能劣化曲线

将方案1不含设备购置安装费的初始化建设成本、拆除成本、住宅拆除重建时给户主造成的损失折算为年值分别为:

式中，C01为方案1村镇住宅不含设备购置安装费的初始化建设成本，CF1为方案1村镇住宅的拆除成本，CL为方案1村镇住宅拆除重建时给户主造成的损失(方案2与此同)，ic为折现率。

村镇住宅的建设费用在村镇居民收入中占到较大比重，有时直接影响村镇住宅能不能按时进行建设。图1中方案1的寿命期较短，在其寿命期结束的T1时刻，就要开始建设。而方案2要到T2时刻才需进行重建，即方案1要比方案2提前ΔT=T2－T1年投入建设资金。因此对村镇住宅需要考虑由于住宅寿命偏短导致建设资金提前占用的影响［9］。

设村镇住宅重建时建设规模同前，方案1住宅重建资金提前占用的影响终值为:

式中，iF为通货膨胀率，其他符号意义同前。

将影响终值折算为T1时间段的年值为:

若方案1村镇住宅日常维护成本年值为¯A01，则方案1村镇住宅在生命周期内的相关费用年值为:

同理，将方案2不含设备购置安装费的初始化建设成本、拆除成本、住宅拆除重建时给户主造成的损失折算为年值分别为:

式中，C02为方案2村镇住宅不含设备购置安装费的初始化建设成本，CF2为方案2村镇住宅的拆除成本，其他符号意义同前。

若方案2村镇住宅日常维护成本年值为¯A02，则方案2村镇住宅在生命周期内的相关费用年值为:

综合以上考虑，两方案折算为年值后的费用差额为:

若ΔC≥0，则说明使用耐久性好的设计，也就是方案2较合理，反之则方案1较合理。

2．2 维修加固对耐久性影响的经济性分析

结构耐久性和使用寿命的概念，与使用阶段的检测、维护和修理分不开。由于住宅占用资源多、价值大、使用时间长，通过适时、适度的维修改造，能有效提高住宅的安全性和耐久性，延长住宅的使用寿命，从而充分发挥其使用效益。维修加固对提高住宅耐久性的作用如图2所示。下面将对同一住宅是否进行维修加固的经济性进行对比分析。这里的维修加固主要指相对比较集中的修理，不包括日常维护，且不考虑家用设备对村镇住宅耐久性的影响。

图2 村镇住宅维修前后性能劣化曲线

设某一村镇住宅不含设备购置安装费的初始化建设成本为C03，从图2可见，不进行维修加固时住宅寿命期为T3，而进行维修加固时住宅寿命延长到T4。不进行维修加固时，村镇住宅不含设备购置安装费的初始化建设成本、拆除成本、住宅拆除重建给户主造成的损失折算为年值分别为:

式中，C03为村镇住宅不含设备购置安装费的初始化建设成本，CF3为不进行维修加固时村镇住宅的拆除成本，C'L为图2中村镇住宅拆除重建时给户主造成的损失，其他符号意义同前。

由于不进行维修加固时村镇住宅的寿命期较短，同样考虑重建对资金提前占用的影响，不进行维修加固时重建资金提前占用的影响终值为:

将影响终值折算为T3时间段的年值为:

同理，在进行维修加固时，将村镇住宅不含设备购置安装费的初始化建设成本、拆除成本、住宅拆除重建时给户主造成的损失、村镇住宅维修加固费用折算为年值分别为:

式中，CF4为进行维修加固时村镇住宅的拆除成本，Ml为村镇住宅第l年的维修加固费用，其他符号意义同前。

综合以上分析，两种情况下折算为年值后的费用差额为:

图3 村镇住宅维修加固时费用年值变化

若ΔC'≥0，则说明通过维修加固延长村镇住宅的使用寿命是经济可取的。

对村镇住宅进行维修加固来延长其使用寿命，通常在一定范围内具有较好的效果，表现为村镇住宅生命周期内费用年值降低。但随着使用年限的增长，继续维修加固来使村镇住宅寿命延长将需要较大的投入。这时如果继续维修加固，其费用年值甚至有可能会超过不对住宅进行维修加固时的费用年值。

如图3所示，TA对应不维修加固时的村镇住宅寿命，T0对应年值最低时的村镇住宅寿命，TB时费用年值和不维修加固时的年值相等，再延长寿命已不合理。通过维修加固，可以使村镇住宅寿命从TA延长到TB而且费用年值相等，这样减少了村镇住宅重建的频率，节省了人力和物力。

3 算例研究

湖北省襄阳地区一农户需对其住宅进行拆除重建，现有耐久性不同的两种设计方案:方案1按常规方法进行设计和施工，不含设备购置安装费的初始化建设成本为18万元，设计使用寿命为40年。寿命结束时住宅的拆除成本为12000元，住宅日常维护成本年值为1000元。

方案2追加初始投资2万元，用以提高村镇住宅的耐久性，使住宅的设计使用寿命延长到50年，设寿命结束时住宅的拆除成本为15000元，住宅日常维护成本年值为800元。

住宅拆除重建时给户主造成的损失均为10000元，假定折现率为6%，通货膨胀率为2%。

3．1 不维修加固时两种方案的经济对比分析

利用公式(1)～(3)，将方案1不含设备购置安装费的初始化建设成本、拆除成本、住宅拆除重建时给户主造成的损失折算为年值分别为:

利用公式(4)，方案1住宅重建资金提前占用的影响终值为:

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

利用公式(5)，将算得的影响终值折算为40年寿命期内的年值为:

利用公式(6)得方案1住宅在生命周期内的相关费用年值为:

同理，利用公式(7)～(9)，将方案2不含设备购置安装费的初始化建设成本、拆除成本、住宅拆除重建给户主造成的损失折算为年值分别为:

利用公式(10)得方案2住宅在生命周期内的相关费用年值为:

由公式(11)计算得方案1和方案2折算为年值后的费用差额为:

ΔC=A1－A2=15173．2 －14174．9=998．3 元

因为ΔC≥0，可知追加投资增强村镇住宅的耐久性是经济合理的。

3．2 方案2投入维修加固资金的经济合理性

若对方案2的村镇住宅采取维修加固措施使其寿命延长至60年，则分别需要在该住宅投入使用后的第30年、第40年、第50年投入维修加固资金8000元、12000元、20000元，寿命延长至60年后该住宅日常维护成本的年值为680元，住宅拆除时拆除成本为20000元。现对投入维修加固资金的经济合理性进行分析。

不进行维修加固时，由公式(12)～(14)，及前面计算分析可知，村镇住宅不含设备购置安装费的初始化建设成本、拆除成本、住宅拆除重建时给户主造成的损失折算为年值分别为12688．8 元、51．7 元、634．4 元。

由公式(15)，不进行维修加固时重建资金提前占用的影响终值为:

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

由公式(16)，将算得的影响终值折算为50年寿命期内的年值为:

由公式(17)，不进行维修加固时村镇住宅在生命周期内的相关费用年值为:

在进行维修加固时，由公式(18)～(21)，村镇住宅不含设备购置安装费的初始化建设成本、拆除成本、住宅拆除重建时给户主造成的损失、村镇住宅维修加固费用折算为年值分别为:

由公式(22)，进行维修加固时村镇住宅在生命周期内的相关费用年值为:

由公式(23)，两种情况下折算为年值后的费用差额为:

ΔC'=A3－A4=15235．2 －13936．2=1299．0 元

因为ΔC'≥0，则通过维修加固延长村镇住宅的使用寿命至60年是经济可取的。

4 结论

(1)村镇住宅的耐久性与其使用寿命相联系，提高村镇住宅的耐久性，适当延长其使用寿命一般具有较好的经济效益。

(2)采用合理的方案设计和在使用过程中注重维修加固是提高村镇住宅耐久性的主要措施。

(3)由于村镇住宅建设占用资金多，对不同耐用年限的方案进行经济对比时需考虑资金提前占用的影响。

(4)本文建立了对不同耐久性的村镇住宅进行经济对比分析的判别式，并进行了算例研究，结果表明选用耐久性较好的方案通常具有更好的经济效果。

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