造价经济说︱求学论术：基于ISM的建筑结构设计成本影响因素分析（一）

2012年6月18日，张红标（左二）获时任浙江大学校长杨卫颁发管理学硕士学位证书。

求学论术：

基于ISM的建筑结构设计成本影响因素分析（一）

建设成本影响要素：需求→供给，设计→施工，功能→质量，成品→构成......

思想和方法是经济学研究的两大支柱。经济学有很多研究方法，如历史分析、逻辑分析、规范分析、定量分析等。思想和方法不是零和关系，并不互相排斥，而是互相补充，缺一不可。经济学研究是一个提出问题、解决问题的过程，前者需要思想，后者需要方法。建筑经济、工程造价管理同样需要底层逻辑的思想，更不可或缺上层解决问题的方法，特别是数学、管理数学、系统工程及运筹学的实践应用。研究表明，占整个建设项目费用3％～5％的设计阶段建设成本控制是影响整个建设项目成本控制的关键因素，建设项目立项、设计阶段对建设成本的影响占75%以上，随建设程序（立项、可研、设计、招投标、施工、竣工）进程的深入，建设成本调整的机会及控制的效果会大幅减弱（见图1），故在建设程序中尽可能早地对建筑成本进行科学、有效的分析、控制与优化，是建设成本管理的先导与关键。

建设项目立项、方案设计阶段的投资估算精度一向是建设项目成本管理的关注重点，这一阶段的项目投资估算精度在德国通常为30％，美国也大体如此。因此，对建设项目设计阶段成本的设计参数影响因素进行分析，是厘清设计参数对成本影响的程度与关系、确定设计成本要素、细化成本调控关节，最终提高投资估算精度的前提与关键。

限额设计：需求限制，功能限制，质量限制，数量限制......

限额设计是目前建筑设计阶段成本控制与管理最常采用的方法。目标成本分解和工程量控制是实行限额设计的主要途径和有效方法，胡震（2007）总结了参考类似工程的技术经济资料，根据以往工程案例数据统计及经验确定技术指标、定额和市场价确定经济指标，与设计人员密切配合，将成本估算按类似工程的成本比例分配到各分部分项工程，从而确定设计限额指标的惯常作法。根据以往数据及经验确定设计限额的作法简单直接，易于掌握、操作，但以往数据与设计对象工程在时间、地点和技术条件等方面存在差异，随意性强，准确性、合理性差，不能实现成本组分的最优配置。  

张斐（2009）提出了从场地选择、总平面布局规划到平面形状、层数、层高、建筑面积、建筑结构，以及到结构部件的设计与选择，进行多种方案的比较选择，采用价值分析方法，选取技术先进、经济合理的最佳设计方案并加以优化。然而由于缺少实用而有效的实践方法，落实到实际作为中的甚少。李露梅（2008）提出了运用价值工程对设计限额进行分配的方法，然而，设计中各因素的功能的合理量化值没有一个科学的确定方法，资源没有在成本最优条件下实现优化配置，人为因素过多，难以形成客观、统一的数值，进而使得设计中各因素的价值产生偏差，难以准确评判。

建筑结构成本优化：性价比，效耗比，质本比，空时比

国外学者自20世纪60年代初便开始对钢筋混凝土结构成本的优化控制进行了研究，美国学者Kamal（1998）总结了大量各种钢筋混凝土结构构件的成本优化研究，指出钢筋混凝土结构的成本优化不光要基于其结构重量最小的目标，还应考虑其成本最优和空间结构尺寸的最优，特别对由大量构件组成的结构，其成本控制效果更好。波多黎各学者Ignacio（1999）指出，作为建筑主要部分的结构优化，应当综合考虑建筑功能、有效利用空间、全生命周期、建造工期、运营和维护、市场营销以及建筑美学等方面的因素。新加坡学者Li（2004）以结构的直接成本最优为标准，采用有限元法分析计算了多种钢筋混凝土建筑结构方案、构件设计及其材料用量，得出成本效用比最优的结构构件施工方案。

加拿大学者Riederer（2007）以一栋3跨6层的钢筋混凝土建筑框架为例，建立综合的结构运算模型，识别在成本效用比最优的前提下能够最有效提高设计可靠性的设计参数，揭示这些参数的最优量化范围，以及单位成本的可靠性指标变化尺度，帮助成本及设计人员进行综合优化协调。南非学者Shian（2008）研制了一个涵盖设计各阶段的详尽的成本计划模型，模型功能包括了设计各阶段的成本预测、控制和分析，它能够帮助设计人员在设计的初始阶段掌握各种设计选择的成本信息，以及确定影响成本的主要设计参数。Shian指出，成本计划的基本作用就是让设计人员能够在项目的设计过程中把成本控制在预先制定的目标范围内，而且这一成本计划模型在设计进程中应用得越早，其控制的效用就越大。

国内各地区造价管理部门都编制和发布形式不同的估算指标以供参考，如广东省造价管理总站组织编制发布的《广东省建筑工程概算指标》、深圳市建设工程造价管理站编制发布的《深圳市建设工程技术经济指标》等，这些都是建筑成本历史统计值。

建设成本优化多元回归分析：建立多个变量之间数学模型数量关系式，利用样本数据进行分析

英国Manchester大学学者David等（2006）以总成本、单位面积成本、总成本对数、单位面积成本对数等四项成本数据为分析目标，对286个建设项目、每项目41个特征变量的成本及其特征数据，分别进行向前、向后的逐步多元线性回归分析，分析结果是，36个特征变量因总成本目标分析结果不理想而被排除，得出6个回归预测数学模型，5个项目特征变量（总内部楼层面积、建筑功能、工期、机械安装和桩基工程）出现在回归模型中，最理想的回归模型是总成本对数向后分析模型。

美国学者Steven等（2003）运用因素分析与多元回归分析相结合的方法，对建设项目工程量清单历史数据进行因素分析，从45个可能的成本影响因素中分析出11个正交因素（orthogonal factors）进行多元回归分析，得出了5个对成本估算精度影响在10%以上的要素：1）基本设计过程；2）团队经验与成本讯息；3）估算准备时间；4）建设项目位置；5）投标和劳务市场行情。

德国Stuttgart大学的Stoy、美国Harvard大学的Pollalis和瑞士苏黎世建筑工程管理学院的Schalcher（2008）三位教授，一同针对70栋德国住宅楼项目成本及设计特征参数进行了回归分析研究，建立的回归模型对原70栋的回归预测误差率在9.6%以内，采用同一模型对另外5栋（不在70栋中）住宅项目进行实例映证时的误差率在-12%～13％之间，模型中确认的成本影响因素有：建筑紧密度、电梯数目、建筑外形尺寸、期望工期、外墙开洞比例和建造地址。

美国学者Ahmad等（2007）研制出一套建设项目方案设计阶段成本估算和全生命周期成本分析的模型体系，它包括相关数据库模块、参数估算模块、计算机辅助设计模块、全球互动模块、成本预测和决策支持模块、全生命周期成本及敏感度分析模块等六大部分，这一系统可以根据最新的设计变更自动生成最新报价，并计算出指定寿命期内建筑运营和维护费用，当设计方案偏离了成本指数范围，系统便自动识别需要考虑和分析的最敏感设计参数，在时间和空间上动态地解决了建筑方案设计成本的预测和控制问题。

优化决策边际分析：比较额外一单位的投入所带来的额外一单位产出（或效益），以确定是否继续增加投入或产出

以上多种建筑成本估算方法均实现了成本及工料的快速预测功能，但在预测过程中，自变量(即输入变量、工程特征向量或设计参数)选择多以经验或所占成本的比例人为确定，缺乏理论和科学依据，且输入数据处理方式过于复杂，设计阶段许多关键设计参数对成本及工料消耗的影响反映不全面。

建筑结构具有构成统一（模板、钢筋、混凝土、模板）、系统规整（基础、柱、梁、墙、板相互关联）、工艺稳定（模板、钢筋制安及混凝土浇捣养护工艺普及且施工单一），且为建筑成本中的最大组分，约占建筑成本的40%～60%。因此将建筑结构设计成本的优化作为建筑成本管理研究的切入点，期望从稳定的、系统的和规律的部分来进行理论突破和实践创新，进而为建筑成本管理理论和实践提供新思路。

建筑结构方案设计成本影响因素（自变量分析）：面积、高度、层数、层高......

建筑结构方案设计阶段（功能、标准、规模、外形、层数、层高等）成本的决定依建筑功能、业主要求及建筑设计标准而定，调控空间大，调控难度小，专业要求低，仅需对建筑体量进行调整即可，成本控制的难点与重点在于将成本与方案设计参数对接，通过对相关设计参数的调适来调整、确定建筑结构方案设计阶段的投资估算。

建筑结构方案设计阶段的设计参数包括建筑面积（含地上、地下）、高度、层数（含地上、地下）、层高、楼梯面积等。在研究建筑设计参数与成本之间的关系时，由于各参数之间相互制约、相互影响的关系错综复杂，且各参数的变化对建筑成本的影响程度各不相同，如何分清主次、舍小求大是成本分析与预测的核心。应用解释结构模型ISM，建立建筑结构设计参数分析模型，对影响建筑结构方案设计阶段成本的设计参数进行分析研究，使错综复杂的设计参数影响建筑结构成本的关系结构化，使对结构成本影响程度不同的设计参数处在相应的层级上，得出各方案设计参数对建筑结构设计成本影响的层级结构关系。

（张红标，未完待续）

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文章编自《工程建设与设计》2014年第5期