高原地區屋面防水涂層經濟性分析

王廷福，羅盛，鄧安仲，李勝波

（陸軍勤務學院 國家救災應急裝備工程技術研究中心，重慶 401311）

0 前言

建筑屋面防水工程是建筑結構的重要組成部分，防水材料的性能很大程度上決定了整個屋面防水工程的質量。高原地區地理氣候環境具有晝夜溫差大、低溫明顯、凍融循環頻繁、光線輻射強的特點，對建筑物的耐久性具有較大的影響。直接裸露于外界的屋面防水涂層是發生滲漏的重災區，如何針對特殊的高原氣候環境選擇適應性強、耐久性好的防水材料是工程防水實踐的首要問題，眾多學者從技術性的角度研究了防水材料的性能。王全杰等[1]通過在聚氨酯涂料中添加有機抗老化助劑和無機納米材料，提高了聚氨酯涂料抗老化性能，有助于降低強紫外線對涂層的光化降解。趙燕飛[2]從控制施工質量方面，分析了高寒地區屋面防水細部構造設計與施工的重要性，并列舉了具體工程實施的步驟。王會波等[3]分析了溫度變化對高原地區屋面防水工程的影響以及屋面工程滲漏特點，提出了不同的防水形式，建議采用倒置式屋面等技術措施減少溫度變形對屋面防水系統的破壞作用。當前高原地區屋面防水工程更多的是從完善材料的性能、提高施工技術的方面進行研究分析，涉及成本效益方面的研究極少。建筑工程的目標是在保證質量的前提下，達到經濟性、耐久性、環保性等方面的綜合平衡。基于前人對防水涂料技術性能的研究，本文著重從經濟成本效益的角度，分析各種防水涂料的全壽命周期成本及年費用值，為高原地區屋面防水工程涂料選擇提供參考。

技術性指標分析是防水涂層選用的先決條件，適應高原地理氣候環境、滿足一定使用年限的防水涂料才能成為備選方案。不同的環境對防水層的使用年限有不同的影響，明確各種防水涂料在高原地區的使用年限是進行經濟性分析的基礎。而高原地區因其施工環境惡劣，防水造價明顯高于內陸地區，其造價調整幅度也會影響到經濟性分析結果。

1 高原環境對防水工程的影響

1.1 高原地區防水涂料的選擇

青藏地區屬于典型的高原高寒環境，海拔高，年均氣溫低，夏季氣候溫和，冬季嚴寒干燥，全年凍融循環頻繁，達150多次。春冬季雨雪頻繁，日照差大，年輻射總量是內陸地區的3倍。通過梳理高原地區的地理氣候環境，可以總結為該地區低溫明顯、溫差驟變、凍融循環頻繁、光老化作用強、鹽漬化嚴重。高原地區使用的防水涂料，應具備良好的耐低溫性、耐老化性和較強的抗拉抗裂性。

根據GB 50345—2012《屋面工程技術規范》，將可將防水涂料分為3類：高聚物改性瀝青防水涂料、聚合物水泥防水涂料以及合成高分子防水涂料。高聚物改性瀝青防水涂料主要包括氯丁膠瀝青防水涂料、再生膠瀝青防水涂料、SBS改性瀝青防水涂料、APP改性瀝青防水涂料、水性聚氯乙烯（PVC）改性瀝青防水涂料、噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料；聚合物水泥防水涂料以JS復合防水涂料最為常見；合成高分子防水涂料主要是聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料、環氧樹脂防水涂料、硅橡膠防水涂料。

不同類型防水涂料適用于不同的防水部位，用于屋面的防水涂料基本力學性能應符合屋面防水質量規范。通過物理指標的對比，選擇適用于高原屋面防水涂料的有SBS改性瀝青防水涂料、噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料、Ⅰ型JS復合防水涂料、Ⅰ型單組分聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料、硅橡膠防水涂料等6種防水涂料作為研究對象。

1.2 高原環境對防水層使用年限的影響

不同的防水涂料都具有不同的使用年限與維修間隔時間，評估涂層使用壽命是經濟性分析的基礎。為準確評估防水涂層的使用壽命，在根據各材料使用年限標準規范的基礎上，進行實地調研，預估各種防水涂料在高原地區的使用壽命。

影響防水涂層耐久性的因素有使用環境、設計厚度、施工技術、屋面構造等，為準確進行經濟性分析，剔除多變量對研究結果的影響，以Ⅰ級屋面防水為例，各防水涂料的使用厚度遵從防水等級標準的最低要求，考究各防水涂層的使用壽命及維修間隔時間。劉涼冰[4]通過加速老化試驗，對聚氨酯斷裂伸長率隨老化時間的變化規律進行了研究，建立了相關模型，對聚氨酯材料進行了壽命預測，估計涂層在25℃下的使用壽命為21年。葛洋洋等[5]結合北京地區工程現場反饋情況，在不考慮服役環境發生巨大變化的情況下，SBS改性瀝青防水層具有20年以上的服役壽命。丙烯酸酯防水涂料、硅橡膠防水涂料的設計年限為20年，噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料設計年限為15年。

通過實地調研，對西藏地區不同防水涂料的使用情況進行走訪調查，使用壽命及維修時間如表1所示。

表1 高原地區屋面防水涂料壽命對比

1.3 高原環境對建造成本的影響

高原地區施工環境惡劣、交通運輸不便，隨著海拔高度的增加，含氧量減少，人的體能、機械效能降低明顯，使工程造價的費用增加[6]。西藏地區幅員遼闊，海拔起伏變化大，如果同樣套用省會城市的定額，肯定不符合實際情況，眾多學者從不同角度確定調整定額系數。詹木子豪[6]、趙群萍[7]通過對高海拔機械性能、人工降效問題的分析，人工單價調整系數為海拔3000 m以上每增加100 m，調整系數增加0.05；海拔4000 m以上每增加100 m，調整系數增加0.15。李明強[8]通過測算，根據不同海拔高度確定西藏地區機械定額調整系數。綜上，可得西藏高原地區定額系數調整，如表2所示。

表2 西藏高原地區定額系數調整

2 構建高原地區屋面防水成本分析模型

當前，我國常用的工程經濟成本分析方法主要有動態經濟分析方法和靜態經濟分析法2類，兩者的區別主要體現在是否考慮了資金的時間價值。過去相當長的時期內，我國一般都是采用靜態分析方法，現階段對項目進行經濟分析是以動態分析為主、靜態分析為輔。具體到高原屋面防水工程經濟性分析來說，就是運用資金時間價值的動態分析方法，比較不同防水涂料之間的經濟性，為最后決策提供依據[9]。

2.1 經濟評價方法

工程經濟學中，按收益費用將經濟評價分為凈值法和費用值法，根據折現時間，又可以將凈值法分為凈現值（NPV）和凈年值（NAV）；將費用值法分為費用現值（PC）和年費用值（AC）。凈現值指在計算期n年內，每年年末的現金流入和現金流出之差都按標準折現率折算到基準點的現值之和；凈年值法是將全部現金流入和全部現金流出都折算為年值。費用現值法是在比較壽命相同方案時，將各方案的所有成本折算成現值進行比較；年費用值法是當各方案壽命各不相同時，計算各方案每年時所支出費用。

與創造經濟收益的項目不同，屋面防水涂層的經濟效益不是體現在具體的資金收入上，其價值主要是在建筑的全壽命期內以最低費用完成防滲漏的目標，從這點上說費用值法更優于凈值法。每種防水涂層的使用壽命與維修間隔時間不同，使用年值法進行分析可以使不同防水涂料具有時間上的可比性，得到的年費用值是真實可靠的。所以本文采取年費用法對備選的防水涂料方案進行經濟評價。

2.2 防水層壽命周期成本

壽命周期成本是指建筑物或建筑物體系在一段時間內的建設、運行、維護和拆除后折現的貨幣成本，具體到防水涂層上來說，就是確定屋面防水涂層在建筑使用壽命期內，從建成、維護、重修到拆除的總費用。

依據全壽命周期成本的理念，防水涂層壽命周期成本可以分為建設成本和維護成本2類。在我國建設工程造價中，建設成本包括直接費和間接費，直接費由人工費、材料費和機械器具使用費構成；間接費由管理費、稅金、規費等構成，其費用總額是由工程總造價乘以費率得出。本文所討論的屋面防水涂層建設成本只計算直接費用，即人工費、材料費、機械器具使用費。維護費用無具體明確的參考依據，其成本受到建筑地點、涂層破壞程度、檢修深度等多因素的影響，市場上無明確的指導價格。本文通過具體調研西藏各地區維修費用，對相關數據進行可靠性分析與數理統計分析的基礎上，確定各涂層方案的維修費用，保證數據的可靠性和真實性。

2.3 涂層成本經濟分析模型

在建立全壽命周期的經濟成本分析模型前，需明確建筑物設計使用年限，且評估各防水涂層的合理使用年限，即各防水涂層使用壽命和維護間隔時間。假設防水涂層的建設成本與重建成本相同，維修成本不受物價變動因素影響保持不變，各成本都能在準確評估基礎上得出具體數值。在建筑物設計使用壽命到期后，各防水涂層因為重建而未達到其使用年限，為保證各方案的在對比上的一致性，在建筑壽命期后，未達使用年限的防水涂層留有一定的殘值，殘值為剩余使用年限的建設成本，即剩余使用壽命與年平均建設成本的乘積。綜上，以年費用值為經濟指標，得出式（1）經濟成本分析模型：

式中：AC——防水涂層在建筑全壽命期內的年費用值；

N——建筑設計使用年限；

n1——各防水涂層使用年限；

n2——各防水涂層維護間隔時間；

I1——防水涂層建設成本；

I2——防水涂層維護成本；

（P/F，i，jn1）——復利現值因子；

（A/P，i，N）——資金回收因子。

3 高原地區屋面防水涂層經濟分析

通過查閱西藏地區工程建設費用定額，確定各防水涂層方案中人工費、材料費、機械器具使用費的建設成本，并走訪調研西藏地區各種防水涂層維修成本。以位于青藏高原阿里地區（海拔高度4750 m）的JC行政辦公樓為例，將參數代入式（1）中計算，得出各防水涂層方案的年費用值，通過分析比較，確定最佳防水涂層方案，為實際工程的屋面防水建設提供決策依據。

3.1 防水涂層的年費用值

JC行政辦公樓的設計使用年限為50年，屋面防水等級為Ⅰ級，建筑物內設有大量工廠生產設備，防滲漏要求高。根據屋面防水設計標準規范，確定各防水涂料作為1道防水層的厚度，參考產品規格，確定每平方米用量并確定涂料價格，如表3所示。

表3 屋面防水涂料用量及價格

由表2可見，實例工程的人工費調整系數為1.8，機械使用費調整系數為1.25。根據定額費用標準計算各涂層的建設成本，并咨詢多家企業的維修參考報價，在此基礎上預估維修費用。以實例工程的設計使用年限50年作為整個建筑的全壽命周期，即N=50年，標準折現率i=5%，結合表1、表3的數據 代入式（1）計算各方案的年費用值，結果如表4所示。

表4 高原地區屋面防水涂料經濟成本分析

3.2 經濟成本分析

由表4可見，在建筑壽命期為50年時，高原地區各防水涂層年費用值的對比為：聚氨酯防水涂料＜SBS改性瀝青防水涂料＜丙烯酸酯防水涂料＜硅橡膠防水涂料＜噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料＜JS復合防水涂料。綜合來看，聚氨酯涂料經濟性最好，SBS改性瀝青涂料次之，雖然聚氨酯涂料因材料成本偏高，造成其建設成本較高，但是其維護間隔時間、涂層使用年限是最長的，從而在建筑壽命內維修費用、建設總成本較低，從全壽命周期角度來看，其AC最低，經濟效果最好。而JS復合防水涂料AC值最高，經濟效果最差，雖然其建設成本不高，但是其維修頻率偏高，使用壽命也偏短，導致其全壽命周期成本高，究其本質原因，是因為JS復合防水涂料為無機復合材料，剛性強，在低溫柔性、抗屋面變形能力上較弱，在地質條件不穩定、屋面基層變形量大的高原地區導致其出現裂縫、滲漏頻繁，從而使用壽命、維修間隔時間偏短。

表4的經濟性比較結果與我國高原地區目前的屋面防水實際較為相符，高分子防水涂料如聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料在抗高低溫變化、抗屋面變形方面性能好，雖其單次建設成本高，但從其耐久性、適應性、建筑全壽命周期來看，具備技術、經濟上的優勢，這也是其占據防水市場較大份額的原因。而SBS改性瀝青防水涂料、噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料屬于中檔型，在傳統瀝青防水涂料改良基礎上發展而來，在性能方面有較大突破，其材料成本低、制備工藝簡單，也占據著一部分防水市場份額，受到一定的青睞。JS復合防水涂料雖在我國防水實踐中也屬于常用涂料，但是其性能難以適應屋面變形量大、凍融循環頻繁的高原高寒環境，因而在高原地區較少使用。

4 結語

通過構建屋面防水涂層經濟成本分析模型，基于全壽命周期成本，以年費用值為主要經濟指標，計算了6種常見防水涂料的年費用值，分析其在高原地區的經濟性。SBS改性瀝青防水涂料、噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料、JS復合防水涂料、聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料、硅橡膠防水涂料年費用值分別為10.17、12.48、13.79、9.17、10.32、11.92元/m2，聚氨酯防水涂料經濟效果最好，JS復合防水涂料經濟效果最差，計算結果與我國高原地區防水工程實踐較為相符。

不同類型的防水涂料因其技術性能在不同的地理氣候環境下表現出不同的經濟效益，究其原因，是受到建筑使用年限、建設成本、維修成本、涂層使用壽命、維修間隔時間等多因素的影響。在防水工程實踐中，決策者應結合建筑環境和防水材料市場，綜合考慮防水涂料種類的選擇，遵循因地制宜的原則，在定量分析的基礎上做出最優決策，才能達到技術先進、經濟合理、耐久性好的要求。