优化结构设计降低成本

成本控制与结构优化2008－07－17“鸟巢”及结构优化2004年7月，“鸟巢”没有通过全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会组织的“抗震设防”审查。专家认为：可开启、滑动式的“鸟巢”屋顶不但耗费大量钢材，而且会使场馆承重大大增加，给场馆带来可能的安全隐患。“鸟巢”每平方米的用钢量达到500公斤，总的用钢量接近5万吨。这是一个非常超标的用钢量，2000年悉尼奥运会的平均用钢量仅为30公斤／平方米。“鸟巢”的初始方案将直接造成造价高、施工难度大等不良后果。因此，降低“鸟巢”的结构自重势在必行。“鸟巢”经过相关论证及结构优化调整，用钢量从约5万吨降到约3.5万吨，总投资预算从最初设计阶段的38亿元减少到31.3亿元，为奥运场馆建设省下了6.7亿元。主要进行了三方面优化：一是去掉原来的可开启屋顶；二是扩大中间可开启屋顶的开口，降低用钢量；第三是减少了9000个临时坐席。优化之后‘鸟巢’仍是“鸟巢”，因为设计修改中最重要的原则就是保持鸟巢基本的设计理念不变。“鸟巢”结构优化的启示进行结构优化设计，必须要尊重建筑师的原创思想。这就像时下的吸脂美体术，只能在不改变人外观、健康和容貌的基础上，减去多余脂肪，达到健美目的。在“瘦身减负”过程中，专家们在保持建筑外形和构件外廓尺寸的前提下，通过根据实际情况优化结构构件的截面厚度，采取局部构造性增强等措施，为场馆进行整体的科学“瘦身”，以达到减轻结构自重的目的。可能有人担心这样会降低场馆的质量性能，但“鸟巢”结构优化前后的对比显示，“瘦身”后的场馆各项性能指标均得到提高。如优化后的场馆的负重变形大大减小，其稳定性和稳健性增强了，可抗8度地震。这类似于举重运动员在赛前通过节食等手段减轻体重。虽然绝对力量可能会下降，但下降幅度远不及体重下降幅度，结果其比赛成绩不降反升。节俭办奥运。万科的成功之道上市15年间，万科的主营业务收入复合增长率达到25.8%，净利润的复合增长率达到31.2%，公司A股上涨幅度约24倍，而B股的上涨幅度则高达110倍。得益于：一、成熟的产品体系二、高效的运营体系三、强有力的成本管理四、集权化的管控结构成本控制的意义结构成本到底有多少？地面以上的结构：钢筋：（35～90）kg/m2×6.5元/kg＝230～590元/m2砼：（0.3～0.5）m3/m2×(386～460)元/m3＝120～230元/m2总价：350～820元/m2，平均：580元/m2地面以下的结构：钢筋：（130～300）kg/m2×6.5元/kg＝840～1950元/m2砼：（0.9～1.4）m3/m2×(400～460)元/m3＝360～650元/m2总价：1200～2600元/m2，平均：1900元/m2基础：总价：25～120元/m2，平均60元/m2按地下室面积占总建筑面积的22％计算，单位面积的综合结构成本为：560～1330元/m2，平均950元/m2。结构相关成本：模板、基坑支护、土方、砌体等。结构成本一般占建安成本的50％左右。结构成本会有很大离散性的原因：客观：地域、结构形式、建筑功能、建筑高度、建筑规模等；主观：产品定位、建筑标准、设计、开发商的设计管理等；房地产商的客户最不关注的成本是什么？――结构成本！结构成本管理是地产商设计管理的核心！结构成本是房地产商最应关注的成本！三种认识：“建筑方案一经确定，结构成本就基本确定了”。“结构成本的降低必然会导致结构安全储备的下降”。“对于建筑这样的‘百年大计’，一定要保证‘安全’，一定要‘增加结构的安全储备’”。――建筑方案的确定，结构成本确定了60～70％，另外的结构方案优化和结构精细化设计占30～40％。――结构方案的优化会降低无效成本，精细化、系统化设计，会确保结构合理。国家规范保证了结构应有的安全储备。――结构的使用年限一般为50年，必须在合理使用年限内保证结构安全可靠，但没有必要人为再提高结构设计标准，国家规范没这样的要求。若增加结构成本，进而提高结构安全储备，要看是否提升建筑的价值。当前结构成本控制的市场状况：仅从经济指标上对结构成本进行控制。（在审图和合同方面下功夫较多，将大量的设计精力放在了降低经济指标上，忽略了其他工作，有些工作确实降低了建设阶段的经济指标，但造成了使用、运行等方面的限制或增加了使用成本。）当前开发商的思路：极端强调结构成本的控制，含钢量、含混凝土量越低，结构设计越优秀。（应该走综合成本控制的概念）成本管理理论的发展传统成本管理理论是：着重工程建设阶段成本管理；对项目操作成本进行约束。现代成本管理理论：从范围上讲，全方位成本管理，从成本管理最优化配置、价值分析、风险分析等领域，以系统的观点全面分析项目的投入产出比；从时间上讲，项目全生命成本管理，即把成本管理的链条向前扩大到决策阶段，向后延伸到项目的使用阶段，使项目的成本在其整个生命周期中达到最优化。成本管理的内涵结构成本控制的管理思路及方法事前控制是项目成本管理的重中之重；必须对整个策划、设计和建设的全过程进行管理。――前期策划阶段。拿地的成本估算，是否有影响成本的风险（塌陷坑、溶洞、泥坑等）存在。――规划阶段。场地情况；不利地质；配套成熟度；反复报批、政府评审、审批的情况是否有影响成本的风险存在。――方案阶段。结构（含基础）合理可行，避免返工。结构等专业提前介入（机电、空调、设备、物业管理等）。――扩初阶段。结构优化，设备专业定案。――施工图设计阶段。成本意识沟通，结构精细化设计。――施工配合阶段。做好变更、签证的控制。变更及签证的原因：――设计类：超成本目标；设计优化；设计错误；设计缺陷；二次设计。――施工类：现场条件；施工错误；施工困难；进度要求。――营销类：客户需求；竞争需求。――其他。很多项目由设计失误所带来的设计变更占总建造成本的3～6％，其中设计决策错误的比重常常占到60％；重复性错误一般占30％。事前控制的几个要点。选择设计院的思路和方法选择专业负责人的思路和方法与设计院沟通工程成本控制意识的思路和方法设计周期合理取值的思考设计费合理取值的思考设计合同中设计公司应承担的风险限额设计合同的引入和使用选择设计院的思路和方法（扩初及施工图阶段）易于沟通。重视项目，不迷信大牌设计院。态度重视。重要人员出面，真正重视。项目情况。项目任务饱满度和项目业绩情况。服务意识。服务业绩和同行评价情况。市场口碑。同行及类似项目的评价。选择专业负责人的思路和方法业绩、经验（非挂名、直接参与）；市场反馈（图纸质量、责任意识、成本意识、服务意识。从同行处了解）；三个配合（图纸修改、专业协调、工地现场，且本人亲自处理）；影响力及控制力（管理能力、威信）。项目设计团队最重要，不只是一个人或一个设计公司。与设计院沟通工程成本控制意识的思路和方法。前期主动的沟通和要求；尊重平等的心态；质量标准的换位思考；同行的交流与竞争；双赢的思路和手段。设计周期的合理取值的思考――设计周期对总成本的影响资金的时间价值；市场风险的变化；产品的实际价值。设计周期对总成本的影响如何在保证质量、不增加成本的前提下缩短设计周期？――决策的导向及措施；――工序的前置及搭接；――标准化设计的推广。设计费的合理取值的思考――设计费本身及其对总成本、进度、质量的影响（如下图）――设计费取值――设计费支付设计费本身及其对总成本、进度、质量的影响设计合同中设计公司应承担的风险有哪些？――设计错误所导致的损失（磕碰错漏），如楼梯碰头；――设计延误所导致的损失，如×××元/天；――施工配合不到位所导致的损失，如×××元/次；――设计成果超限额的罚则。限额设计合同的引入和使用――限额引入的意义。鼓励、奖励、要求设计人员按低于某个限额指标进行结构优化和结构设计，控制结构成本。――限额的内容。可控制的、重要的、易离散的经济指标。――限额的数值。可实现的，但要努力。――限额的弹性。明确数值的范围和局部调整。――双赢的思路和安排。甲方必须提前重视和确认的技术原则――设计单位的《结构设计统一技术措施》或《结构设计指引》；――《结构设计总说明》；――《结构标准设计和构造做法》；要求设计单位一定要进行多结构方案的计算比较，甲方进行过程沟通、确认，明确构造设计原则。通过沟通，设计单位与甲方就结构设计原则达成一致后，方可再行后续设计工作。设计过程中甲方必须控制的关键环节――结构体系的确定及主要平面图；――基础的选型、设计参数和设计计算简图；――电算模型及计算参数的取值、计算书；――标准单元的样板界面及配筋图；――地下室的布置及样板配筋图；――结构转换层的布置及配筋图。以上内容沟通，符合要求，达成一致，方可再行后续设计工作。与设计公司合作时开发商最担心的是什么？――合作风险。开发商必须占用大量的资源对设计风险进行详细评估；――思想的融合。如何消除开发商与设计公司合作的担心？――抓住时机寻求长期的战略合作伙伴！选若干家合作伙伴，并进行定期评估。施工图审查公司的选择及沟通――选择思路：易于沟通；――沟通时机：重视前期；――沟通内容：规范的边界或有争议之处（例如：超限的判定、裂缝宽度的控制、短肢墙体系的定义、配筋控制等）；――沟通方式：双方或三方。要重视平时的资源借助、关系维护。哪些外部资源是必须引入的？――引入的前提和原则是什么？价值。――引入的资源有哪些？垄断部门、政府机关主管、人防、审图、学术权威、行业专家、专业咨询公司等；――引入的时机如何把握？尽早维护，及时引入；――合作方式及注意事项有哪些？顾问。关注价值和时间。（案例：机器维修）。金成地产结构设计管理流程结构成本控制的技术关键点层高对成本的影响及控制几厘米？控制层高的意义――结构成本1、地面以上部分：减少柱、墙体积；减少总高，降低荷载；减少地震力和风荷载。2、地面以下部分：减少土方量；减少基坑支护；减少侧壁及底板结构量；减少抗浮量。――其他土建成本减少维护墙、分隔墙、装饰工程量；减少门窗、幕墙、粉刷、涂料、防水等工程量。――设备及运营成本节能；减少耗能负荷；减少运营成本。2.9m→3.0m；每加高10cm，约差30元/m2。如何降低层高？建筑和客户主要关注净高！压缩层高，保证净高（尤其是在限高的高容积率建筑中）！影响净高的因素结构梁高；机电的管线空间；1、结构梁高设计院通常做法：取结构本身最经济的梁高，一般为1/8～1/12的跨度。优化措施：综合各种成本因素，取1/12～1/18的跨度，降10％～30％。2、机电的管线空间设计院通常做法：各专业各占一个标高和空间。优化措施：管线综合，可节约200高度。3、结构梁高空间与机电的管线空间可以相互利用采用变截面梁，在机电管线通过处，减少梁高截面；在梁中预埋管线或预留洞口，使管线穿过；采用有柱帽的无梁楼盖，使管线与结构柱帽在同一高度空间内。案例：长虹在深圳的研发大楼，占地6000平方米，容积率控制在11，限高100米，建筑覆盖率不超过55％，深圳六家大型设计院投标。共同的问题：很难设计到最大容积率要求的面积，怎么办？？？――压缩层高，保证净高！各投标设计公司采取了哪些手段？――结构专业：宽扁梁（评价：√）；预应力梁（评价：施工不便）；劲性梁（混凝土包型钢）（评价：√，局部可用）；钢梁（评价：防火成本高，不经济）；无梁现浇空心混凝土板（GBF）（评价：高层、抗震不允许采用）。――机电专业：非标准空调管；空调双管并行；局部加高梁，管线与梁结合，让管线在梁中穿过。――结构、建筑与机电专业协作：结构设计使结构梁的布置与空调管线的布置平行一致，以便结构梁与空调管线共同占用一个空间高度；（评价：√，最佳方案！）局部加高梁，管线与梁结合，让管线在梁中穿过；在建筑净高要求较低的空间（如走廊）布置主管。（评价：√，最佳方案！）结构超限对成本的影响