農村磚混、輕鋼、輕木結構住宅全生命周期成本研究

■ 中關村人居環境工程與材料研究院 劉雪婧 馮小江 許志鋼

陶淵明在《歸園田居 其一》中這樣描述：“暖暖遠人村，依依墟里煙”。從古至今，田園村居或許是深刻在中華民族基因中的一類追求美好生活之具象化形式。近20年來，國家對農村建設工作愈加重視，鄉村振興關鍵工作之一即為提升農村人居環境質量。鄉村住宅形式對農村居民的生活品質和鄉村振興戰略的實施具有重要影響，因此，研究選擇合適的住宅形式對于提升鄉村居住環境、促進鄉村振興具有重要意義。

鄉村振興工作實施過程中重新規劃建設了大批農宅，部分地區依然沿用傳統磚混結構作為農宅改造的主要建筑形式，其環保性、經濟性以及適用性已然落后于農村發展現階段的需求。相比較而言，輕鋼結構和輕木結構房屋有自重輕、工業化程度高、干法施工、施工速度快且不受季節限制、抗震性能好、節能效率高、材料環保、回收利用率高等顯著優勢，木結構建筑起源于中國，傳承發展了數千年，歷史悠久，現代輕木結構相比傳統木結構在材料運用、結構體系、構造形式和施工方式方面都有巨大的提升[1][2]。這兩種結構體系在國外廣泛應用于鄉村的住宅建筑，在國內農村尚未大面積推廣，究其原因主要是建造成本比傳統建筑結構高。

但是，建筑在其整個生命周期內，所發生的成本遠不止建造成本。美國Veterans Affairs機構統計，建筑的運營及維護成本可達到建造成本的7.7倍，建筑的全生命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）才是決策者真正應該考慮的成本因素[3]。本文通過對農村地區傳統磚混結構、輕鋼結構、輕木結構三種結構住宅LCC的分析，研究輕鋼和輕木結構在農村推廣是否具有成本優勢，以便為農村居民選擇鄉村住宅形式、推廣新型鄉村住宅結構，以及國家政策支持和引導提供參考，對于促進鄉村振興和提升鄉村居住環境具有積極意義。

住宅建筑LCC分析方法

通用公式

項目在其從前期準備、設計實施、運營和維護，直至拆除回收，即從項目生命開始到生命結束的整個時間范圍內所花費的成本和，即為LCC。該理論的目標是分析、控制整個生命周期內的成本，以求LCC最優方案[4]。其計算公式可以表示為：

國內住宅建筑LCC分析模型

國內住宅的生命周期可劃分為準備、建造、運營維護、拆除回收等幾個階段，成本在各階段均有發生。一般運營維護階段的運營費用為年度周期發生，維護費用為非年度周期發生，將兩類費用分別用不同數學方法進行折現換算，LCC數學模型可以表示為：

式（2）中：

Cp——準備階段成本；

Cb——建造階段成本；

Cm1——運營成本（年度周期發生成本如能源、清潔等）；

Cm2——維護成本（非年度周期發生的替換、維修成本）；

Cs——拆除回收階段成本；

S——殘值；

T——生命周期；

n——非年度周期成本發生的次數；

f——非年度周期成本發生的周期；

r——折現率。

重要參數確定

模型中生命周期和折現率兩個參數非常重要。

生命周期一般指分析目標從設計、生產、使用直至壽命終結所經歷的總時間。有研究指出，上世紀60年代建造的住宅經濟生命約為25.6年，至2005年已達到56.3年，隨著建筑質量的逐步提升，國內建筑經濟生命也大幅增長[5]。與傳統住宅相比，輕鋼和輕木結構住宅的設計壽命一般在90年以上，但LCC需要在同一生命周期參數下進行對比分析，考慮現實情況下國內住宅一般不會存續過長年限，且目前國內建筑使用超過50年以后就要進行檢測、維修或加固，通過相關部門審批合格后才能繼續正常投入使用，故研究中使用50年作為生命周期參數。

在LCC分析中，不同階段的費用不能靜態地評價，因為資金有其時間價值，需要引入折現率將項目遠期發生的成本轉化為現值，折現率一般按國民經濟的社會折現率來取值[6]?！督ㄔO項目經濟評價方法與參數》最新版規定，有政府參與的建設項目社會折現率一般取值為8%，為使計算結果更精確，對長期收益項目的折現率一般在社會折現率基礎上稍微下調，本研究中取值為6%[7]。

三種結構體系住宅LCC對比分析

筆者選取安徽某鄉村的磚混、輕鋼、輕木結構住宅進行分析，保證生命周期中各階段都在相同的地理位置、氣候水平和使用習慣條件下分析。

準備階段成本

磚混住宅案例為安徽省某地區美麗鄉村示范工程中一棟3層帶曬臺雙拼型農宅，建筑面積466.36m2，工期6個月，交付時為毛坯狀態；輕鋼住宅案例為2層獨棟住宅，建筑面積207.58m2，工期2個月；輕木住宅案例為2層獨棟住宅，建筑面積199.8m2，工期2個月。輕鋼與輕木住宅案例交付時含基本室內裝修。

三種結構體系住宅在同一區域建造，用地成本可視作一樣，三個案例的前期準備成本約為300元/m2。

磚混案例設計成本為31元/m2，其準備階段成本為331元/m2；輕鋼案例設計成本為40元/m2，其準備階段成本為340元/m2；輕木案例設計成本為47.9元/m2，其準備階段成本為347.9元/m2。

建造階段成本

使用分部分項清單計價法對案例造價進行估算，磚混案例建造階段費用為484373.87元，輕鋼案例建造階段費用為417860元，輕木案例建造階段費用為424966元。

磚混案例竣工時未包含裝修，需將其裝修費用也計入建造成本中。以工期1個月，裝修水準與其他案例相當的標準在當地詢價，按最低報價下浮20%取值，估算磚混案例的裝修費用為186544元。綜上，磚混案例建造總費用為670917.87元，其建造階段單位費用為1438.63元/m2。建造期加裝修期共計7個月，以年利率6%，月復利計息，磚混案例建設期利息為51.11元/m2。綜上，磚混案例建造階段成本為1489.74元/m2。

相同方法計算輕鋼案例建造階段單位成本為2033.18元/m2，輕木案例建造階段單位成本為2147.74元/m2。

運營維護階段成本

住宅建筑使用階段，成本發生大多集中在日常使用管理費用、能耗費用及維修維護費用，除維修維護費用外，其他使用階段成本均可以年度周期發生成本進行分析，以年度周期發生的費用在此歸為運營成本，非年度周期發生的維修維護費用歸為維護成本，由于折現方法不同，分別進行成本估算。

運營成本

假設與房屋結構無關的能耗、物業及垃圾處理等成本相同。當地農村住宅每年物業管理費用為4.8元/m2，調查得知當地農村住宅每年春秋兩季即非采暖制冷需求時段的能耗費用約為5元/m2。

根據《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》 （JGJ134—2010）[8]提供的估算方法，單位時間單位建筑面積內的建筑耗熱量由圍護結構的傳熱量與空氣滲透耗熱量之和減去建筑內部得熱量得到。其中，圍護結構傳熱量由室外平均氣溫與室內計算溫度之差乘以建筑圍護結構綜合傳熱系數來估算；空氣滲透耗熱量由室外平均氣溫與室內計算溫度之差乘以建筑換氣量（質量）與空氣比熱容之積來估算；單位時間單位建筑面積的內部得熱量在冬季取3.8 W/m2，夏季取-3.8 W/m2。

據國家氣象局統計數據，安徽省冬季室外平均氣溫5℃，夏季室外平均氣溫30℃。冬季室內計算溫度取18℃，夏季室內計算溫度取25℃。

磚混案例圍護結構綜合傳熱系數估算為2.23W/（m2·K），夏季每小時耗能約為17.94W/m2，冬季每小時耗能為33.44W/m2。取冬夏兩季都為90天，每天24小時，全年采暖制冷總能耗為111kWh/m2，總費用（取當地第一檔電價0.5653元/kWh）為62.7元/m2。磚混案例每年運營費用為物業管理費用、春秋季能耗費用、夏冬季制冷采暖能耗費用之和72.5元/m2，這部分成本為年度周期發生的成本，根據式（2）計算磚混案例全生命周期運營成本現值為1143元/m2。

輕鋼案例圍護結構綜合傳熱系數約為0.5 W/（m2·K），取與磚混案例相同的指標，計算得其每年制冷采暖能耗費用為23.5元/m2，每年運營費用為33.3元/m2，根據式（2）折算其全生命周期運營成本現值為524.8元/m2。

輕木案例圍護結構綜合傳熱系數約為0.39 W/（m2·K），計算得其每年制冷采暖能耗費用為19.9元/m2，每年運營費用為29.7元/m2，根據式（2）折算其全生命周期運營成本現值為468.1元/m2。

維護成本

根據行業經驗，磚混結構農村獨棟住宅的房屋構件每15年維護一次，均攤每次維護活動的費用約150元/m2。由于是非年度周期發生的成本，根據式（2）折算其維護成本的現值為99.6元/m2。

輕鋼結構住宅一般每10年進行一次防水層和門窗修繕，以及防腐維護，每次費用約為80元/m2。由式（2）中非年度周期成本折現系數折算輕鋼案例維護成本的現值為92.5元/m2。

輕木結構住宅一般每5年進行防腐、防潮、防蛀等處理，以及其他部品部件的修繕，每次費用約為45元/m2。由式（2）折算其維護成本的現值為123.4元/m2。

綜上，磚混案例運營維護階段成本為以上運營與維護成本現值之和1242.6元/m2，輕鋼案例運營維護階段成本為617.3元/m2，輕木案例運營維護階段成本為591.5元/m2。

拆除回收階段成本

一般磚混結構房屋拆除階段拆除費用、垃圾清理費用、運輸費用等總計費用可按建造成本的10%來估算，此處使用建造成本的現值估算拆除成本，不需進行折現換算。磚混案例拆除回收階段成本為149元/m2。

輕木結構與輕鋼結構住宅多采用裝配式施工，拆除方便，回收利用率為90%以上，幾乎沒有廢棄物，無需垃圾處理費。一般其拆除費用以建造費用的4%進行估算，計算輕鋼案例和輕木案例拆除回收階段成本分別為81.3元/m2，85.9元/m2。

殘值

通常，房屋使用年限超過20年后，折舊率取值不大于5%，此處假設折舊率為5%。磚混結構房屋拆除后，只有金屬扶手、鋁合金窗等金屬構件可回收，由材料現價進行估算，其殘值為2.08元/m2。輕鋼案例和輕木案例所有的結構、吊頂、保溫材料、門窗、龍骨等都可回收再利用，估算其拆除后殘值分別為48.5元/m2，51.7元/m2。

三種結構住宅LCC對比

從表1可以得出：磚混、輕鋼、輕木三個結構的案例全生命周期成本分別為3210.26元/m2，3023.28元/m2，3121.34元/m2。輕鋼案例的全生命周期成本最優，輕木案例次之，磚混案例最高，三者相差不大，主要原因是研究中所設定的生命周期為50年，遠低于發達國家，輕鋼與輕木結構在使用階段的成本優勢沒有很好地體現出來，但這也符合我國國情。

表1 LCC分析對比表

運營維護階段磚混與輕鋼、輕木案例的成本差異非常明顯，磚混比輕鋼案例、輕木案例運營成本分別高618.2元/m2，674.9元/m2。成本差異主要在能耗成本上，磚混案例制冷采暖能耗約為輕鋼案例的2.67倍，是輕木案例的3.15倍，輕木案例最節能，輕鋼比輕木案例能耗稍高，磚混案例能耗最高。

拆除階段磚混案例的成本占比最高，輕鋼與輕木案例的拆除成本占比幾乎相同，可回收利用部分的殘值分別為磚混的23倍和25倍，輕鋼和輕木結構更節約人力和資源。

結語

經過對比研究，選擇輕鋼或輕木結構作為鄉村住宅形式有以下積極作用：

一是成本優勢。輕鋼結構和輕木結構住宅的建造成本相對傳統磚混結構高，但其運營和維護的成本較低，后期所節約的成本足以覆蓋并超越前期的建造成本差，有助于降低鄉村居民居住成本。

二是能源效率和環保性。輕鋼、輕木結構住宅在節能效率方面遠勝于傳統磚混結構，其施工材料和技術能夠有效減少能源消耗并降低碳排放，符合“雙碳”政策，有助于提高鄉村居住的可持續性和環境友好性。

三是安全和舒適性。輕鋼、輕木結構相對傳統磚混結構更耐用，承受自然災害和氣候變化的性能更強，在建造中結合新型裝配式的多樣功能性材料，可大幅提高建筑安全性和人居舒適性。

基于上述研究結論，國家相關部門可以在以下方面提供支持和引導：

政策支持。制定相關稅收優惠政策或貸款支持措施，鼓勵農村居民選用輕鋼和輕木結構住宅形式。同時，完善相關的建筑法規和標準，確保其質量和安全性。

人才培養。為鄉村建筑師、工程師和施工人員提供技術培訓和指導，提升他們對輕鋼結構和輕木結構住宅的理解和應用能力。

宣傳推廣。通過媒體宣傳、展覽、研討會等形式，向農村地區宣傳輕鋼和輕木結構住宅的優勢與可行性，增加農村地區對此類住宅形式的接受度和認可度。

在當前發展形勢下，城市建筑更新滯緩，鄉村是未來建筑創新與發展的主要場景，輕鋼和輕木結構不僅非常適合鄉村的建筑環境，也比傳統建筑形式更加經濟、環保、節能、高效。中國廣袤的鄉村大地，滋養著一代代炎黃子孫，也永遠孕育著新的夢想和力量，提高鄉村建筑質量，提升鄉村人居環境，用新生的與環境和時代更相宜的建筑替代落后的鄉村住宅，讓中國鄉村煥發出新的生命力。在鄉村推廣使用輕鋼和輕木結構，探索中國建筑繼承傳統與本土創新的特色路徑，健康綠色的美好生活存在于詩歌和想象中，也在現實中。