编者按
用思想之力标定未来方向。
标定位：造价经济，职场问道；
明志向：求实明理，发掘价值。
伸来路：数往知来，立定前行；
筑思想：求学论术，推升理论。
论述思想心得，贡献学术新知。
“新咨询力量”特此开辟“造价经济说”专栏，不定期刊发精彩文章，并欢迎广大业者加入讨论发表高见，以飨更多关心工程造价发展的读者，同时为“建筑经济”这一名词的正本清源作出探索。
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数学是一门研究“数量关系与空间形式（即数与形）”的学科，任何一门科学的真正完善在于数学工具的广泛采用
经济学作为一门研究稀缺资源最优配置的科学，非常适合将优化数学方法与工具运用于其研究中
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求学论术：基于多元回归分析的方案设计阶段 建筑结构成本要素分析预测研究——以深圳市为例（四）
（续前）
05
实例应用
深圳市华艺科技大厦（代用名）为一以办公、科研为功能的单一主体钢筋混凝土结构项目，设计于2009年10月，建筑总面积55822.51m2，其中建筑主体高99.3m，塔楼部分25层，面积36011.81 m2；裙楼3层，面积8461.48 m2，地下设一层停车场，面积11349.22 m2。主要技术指标见表5.1。
建筑项目技术经济指标影响要素：设计（性能、结构、规模）、施工（工艺、工期、质量）、市场（主体、交易、价格）
该项目主要建筑设计依据为：《深圳市城市规划标准与准则》（新版）、《深圳市民用建筑设计技术要求》、《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2001版）、《工程建设标准强制性条文房屋建筑部分》（2002年版）、国家现行相关规范、规定、建设方提供的设计任务书。
本工程为一类高层建筑，耐火等级一级，设计合理使用年限50年，人防工程为六级，抗震设防烈度为七度，防水等级为II级，结构形式为钢筋混凝土框架--剪力墙结构，建筑结构安全等级为二级。按《建筑抗震设防分类标准》GB50223-2004，本工程抗震设防类别为丙类，按《建筑抗震设计规范》GB50011-2001规定，本工程场地抗震设防烈度为7度。建筑结构主要材料等级见表5.2、表5.3。
建筑项目结构设计成本影响要素：设计规范、标准、规程，项目设计构成、规模、特征......
建筑结构设计主要设计依据为：《华艺科技大厦拟建场地岩土工程详勘报告》（编号：2005-NA214）、《工程建设标准强制性条文 (房屋建筑部分)》2002版、《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001、《建筑抗震设防分类标准》GB50223-2004、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002、《建筑抗震设计规范》GB50011-2001、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002、《深圳地区建筑地基基础设计试行规程》SJG1-88、《广东省建筑地基基础设计规范》DBJ 15-31-2003、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002。
按照计价规范计算钢筋混凝土结构构件工程量清单，按照《深圳市建筑工程消耗量标准》（2003）、《深圳建设工程价格信息》发布的“深圳市建筑工程典型清单项目综合单价（2009年下半年）”，结合项目层数、地上高度及建筑面积分布，以2009年10月为计价期，计算建筑结构构件综合单价，具体数据见钢筋混凝土建筑结构初步设计结构构件工程量清单综合单价及成本要素表（见表5.4）。
建筑项目结构设计成本及构成要素预测：单位建筑面积目标成本及成本要素（人工、模板、钢筋、混凝土消耗量）预测
该项目由一个国家甲级设计单位设计，成本数据计算扎实可靠，由于该项目的成本控制效果优良被评为优秀设计成本控制项目。该项目设计成本管理采用传统的“方案设计—投资估算—初步设计—设计概算—施工图设计—施工图设计预算”模式，建筑结构设计阶段目标成本对结构成本及钢筋含量作了初步限额设定（凭结构工程师及造价工程师经验确定），对成本要素中的人工、模板及混凝土用量没有设定具体限额，对具体结构构件含量没有明确的量化指标，成本控制随设计进程仅是一个反映和测度过程，没有进一步的逐步评价、逐步引导，成本控制靠设计的不断调整与返工、成本的反复计量与估算来达成，虽实现了所预设的目标及限额，但资源及构件设计缺少成本方面的优化，成本控制付出代价过大。
应用前述建筑结构成本及要素回归预测方程（式3-1～3-5），将实例项目中的设计参数（建筑功能、结构高度、面积、层数等）代入，建筑功能项为办公楼，设定赋值为3，预测项目单位建筑面积目标成本及成本要素（人工、模板、钢筋、混凝土）如下：
单位面积建筑结构成本Y1
＝445.57＋2.46×建筑结构总高度X4＋17.00×建筑功能X13＋3.77×裙楼层数X10＋3.80×地下室层高X9
＝445.57＋2.46×97.95＋17×3＋3.77×3＋3.8×5.25＝768.79(元／m2)
单位面积人工消耗量Y2
＝143.95＋4.29×建筑结构总层数X6＋5.93×建筑功能X13－1.73×塔楼层数X5－0.33×建筑结构总高度X4＋4.28×地下室层数X8
＝143.95＋4.29×26＋5.93×3－1.73×22－0.33×97.95＋4.28×1＝207.18(工日／100m2)
单位面积模板工程量Y3
＝266.52＋0.69×建筑结构总高度X4－0.001×地下室面积X7＋3.32×裙楼层高X11
＝266.52＋0.69×97.95－0.001×11349.22＋3.32×4.5＝337.70(m2／100m2)
单位面积钢筋消耗量Y4
＝5.349－0.014×建筑结构总高度X4＋0.251×地下室层高X9＋0.384×建筑功能X13＋0.113×建筑结构总层数X6
＝5.349－0.014×97.95＋0.251×5.25＋0.384×3＋0.113×26＝9.39(t／100m2)
单位面积混凝土消耗量Y5
＝37.02＋0.07×建筑结构总高度X4＋0.86×地下室层高X9
＝37.02＋0.07×97.95＋0.86×5.25＝48.39(m3／100m2)
对比原成本要素含量见表5.5，与原项目数据差异对比后所得误差控制在5%以内，与传统方法比较，较精确地预测到建筑结构成本及要素含量。
面向成本的设计（Design For Cost，DFC）：以制造成本为目标函数，使用制造工艺成本模型，建立产品性能和制造约束的设计优化方法
06
结 语
成本管理在20世纪以前的重点是对各项成本进行事后核算和反映，Garcke与Fells于1887年合著的《工厂会计》一书，是成本会计建立的标志。进入20世纪，随着理论的发展，成本管理核心由事后消极的成本核算转向事中的成本控制，Taylor于1911年发表的《科学管理原理》，提出了“计件工资和标准化工作原理”，Harrison于同时期设计出完整的“标准成本”制度，制定作为规范的标准数值控制生产成本，使科学、技术融入成本控制。20世纪中叶Miles提出“价值工程”，Druker提出“目标管理理论”，将事前成本预测与事中成本控制相结合，成本管理迅速进入技术领域，使经济与技术共同发挥作用。
20世纪60年代以来，日本丰田公司提出的“成本企画（Cost Design）”，将价值工程与目标成本管理相结合，着眼于成本的发生源泉，立足于事前的、周密的全盘分析，将成本计算与产品开发、设计与生产工艺一体化地加以分析运用，实行成本的源流管理，将成本管理的重心推至产品的设计阶段。产品设计阶段决定产品成本的70%以上，上游设计的失误对成本的影响以不断放大的方式向下游传播，且其损失的挽回所付出的代价亦会成倍增加。德国学者在设计阶段基于并行工程所研究的面向成本的设计（Design For Cost，DFC），将成本作为设计的一个关键参数，用相对成本概念实现不同设计方案的对比评价，应用回归分析求得特征参数与成本的数学关系，为设计者分析、评价成本提供支持工具，使成本管理吸收了工程学内涵。
结构最优设计：在给定约束条件下，按某种目标（如重量最轻、成本最低、刚度最大等）求出最好的设计方案。
结构优化设计的思想源于100多年前，Maxwell（1890）和Michell（1904）发表的“关于最小体积构架结构设计问题”论文，是从所有不同的可行设计方案中选择最满意的一种方案，其思想内涵不仅仅是追求体积最小或重量最轻，其宗旨是要达到一种资源合理的优化配置，即在同样成本条件下得到性能更优的设计方案，或在同样性能要求下得到成本更低的设计方案。据统计，与传统设计方法相比，优化设计可使建筑成本降低5～25%（陆海燕，2009）。Galieo于17世纪中叶发展了“等强度设计准则”，从结构力学原理出发，选定使建筑结构达到最优的准则，通过相应的迭代方法获得满足这一准则的设计方案。Schmit于1960年首次采用有限元与数学规划相结合的方式，处理多种荷载情况下的结构优化，将优化问题抽象成数学规划形式来求解。Imam和Vanderplaats于1982年系统地阐述了形状优化设计的基本概念、边界形状描述和优化数值方法。
优化设计→控制成本→降低消耗→节能减排
近30年来，结构优化设计在理论、算法和应用方面取得了长足的进展，据不完全统计，至1990年，仅在专门期刊（Optimization Theory and Application, Engineering Optimization, Structural Optimization等）和有关学术会议上发表的综述达50余篇，有关优化的论文超过2500篇，公开出版的专著达150本（汪树玉、刘国华、包志仁，1999）。钢筋混凝土结构是建筑业最大量采用的结构类型，其在建筑成本中所占的份额以及对资源的消耗也是最大的（《建筑工程科技信息》，2009.2），相对于其他结构或制造业产品结构的成本优化设计理论发展，处于相对落后的水平。因而从优化设计、控制成本、降低消耗、节能减排角度讲，对钢筋混凝土结构进行成本优化设计，始终是设计人员、成本控制人员所潜心研究、长期关注的课题[1]。
本文通过对建筑结构成本实际案例的回归分析，得出了：
01
设计参数与建筑功能对单位面积成本及其要素含量（模板工程量、人工、钢筋、混凝土消耗）进行预测的回归方程，其中对单位面积成本、人工和钢筋消耗量的回归很理想；
02
影响单位面积成本及其要素含量的具体的设计参数及其影响度，设计参数中建筑结构总高度对建筑结构单位建筑面积成本及其要素的影响最大，对成本及所有要素都有影响，其次为地下室层高，建筑功能对单位建筑面积成本、人工和钢筋消耗量有较强影响；
03
通过一个实例进行模型验证表明预测精度没超过5％，效果良好。
以上结论的得出，对于在建筑设计、施工招投标及施工过程中规划、调整和控制建筑结构成本，统筹、调控设计参数，设立目标成本，进行限额和优化设计，减少设计浪费具有实践意义，对于合理确定与有效控制工程造价具有理论与方法方面的借鉴价值。
（张红标，全文完）
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参考文献
[1]张红标. 建筑结构设计成本优化研究——以深圳高层钢筋混凝土建筑结构为例[D]. 浙江大学硕士学位论文，2011.11.
文章编自《工程造价管理》2015年第2期
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