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王昌兴:绿色建筑的关键在于结构优化

12月10日-12日,由中国国际贸易促进委员会、中国房地产业协会、中华全国工商业联合会房地产商会、中国房地产报和优博(会展)集团共同主办的2010第十二届CIHAF中国住交会,在深圳国际会展中心隆重举行。

在2010CIHAF第六届中国绿色建筑与结论论坛上,凤凰全程直播了主题为2011—2015绿色建筑下一个五年实践的论坛,北京清华城市规划设计研究院的总工程师王昌兴,针对建筑节能,发表了自己的观点。

绿色建筑的关键在于结构优化

我今天和大家交流的题目是结构优化是建筑节材的重要途径。我想提醒大家,因为现在讲起绿色建筑讲的主要是节能,大家一般的想象一个建筑平米,因为我们做绿色建筑要增加造价,但是在我们的实践中,我们认为绿色建筑不仅仅是资金的堆砌,从节材的角度来说,我们还有很多的工作可以做。

第一个问题是结构优化与绿色建筑的关系。我国的绿色建筑评价标准,原本就提倡优化结构的设计,在新的绿色办公评价标准当中,结构设计优化被提升为节材部分的最重要的内容。与国际先进的绿色评价标准相比,我国标准对结构优化的强调是一个很大的特色。一般的认为一星、二星每建筑平米要增加100元左右,三星要增加200元左右,那是没有进行结构优化的结果。我刚才请教了一下郭总,他们项目做得很好,他们一个建筑平米三星级的也就是一百块钱,那么我们假设结构优化以后,每建筑平米可以节省一百块的话,就意味着我们一星、二星、三星基本上可以不增加成本。这样就会大大的有利于建筑技术的推广。这就是结构优化与绿色建筑的一个本质关系。当然这个优化还有一个安全度提高的问题。如果能够通过结构优化可以得到更好的品质、更大的安全度,对我们来说远远是利大于弊的。

第二个问题是结构优化的迫切性。从资源消耗方面来分析,我国的住宅绝大部分采用的是现浇的钢筋混凝土结构,大量的使用水泥、砂石、钢筋,其中水泥消耗了大量的能源,造成了大量的污染。砂石正在被用尽。铁矿石的价格成倍上涨。住宅寿命终了时,将有巨大的垃圾需要处理。因此迫切的需要减少材料的用量。这是一个方面。从造价方面分析,我们结构设计决定了建安造价的40%到60%以上,对于住宅来说大概是60%以上。因此,我们也是迫切的需要结构优化。我们做一个造价分析,我们施工阶段大约决定了建安造价的20%,我们设计阶段决定了80%,其中对于住宅我们结构造价约战建安造价的80%,所以我说80%×80%是64%。对共建的占了50%以上。所以至少是影响了40%以上。

结构设计决定了建安造价的40%到60%以上。从安全方面来分析。有一些项目或者因为设计时间不够,或者因为经验不足,或者因为失误而带来了安全的缺陷。所以刚才说这是从三个角度来说他的迫切性。

第三点,结构优化的空间到底有多大?有没有空间。从理论上来推测一下结构优化的空间,这是海南三亚的一个项目,我们说有一个建筑方案,同一个建筑方案我们可以有无数个结构方案。在这个建筑方案的技术上我们可以有无数个结构方案,那么一个项目可以有无数个建筑方案,每个建筑方案又有无数个结构方案,因此我们建筑方案太多,找不到一个最优的建筑方案,所以建筑是一个遗憾的艺术。

另外,因为结构方案更多,所以更找不到最优的结构方案。这就说明我们永远是酉空间的。无论做不做结构优化都有空间。第二点,我们从工作和生活中能够感受到的优化空间。在日常生活和工作中,我们常常怕别人认真的问“为什么”。小的时候就特别有体会,为什么?人家一问为什么,我们可能就有一点答不上来。我们怕别人认真的问“为什么”,这是因为有些问题常常很难回答,很难回答的根本原因是我们没有考虑清楚。如果一个工程存在难以回答的问题,至少说明这个工程有可以优化的空间,这种问题越多,优化的空间就越大。

第三点,我们从关乎人命的医疗方案推测优化空间。我们知道人用的药品的用量应该与病人的体重、年龄、身体状况、性别都有关系。也就是说至少应该是每公斤多少多少克、多少多少毫克。我们目前的状况是仅仅对婴幼儿有每公斤多少毫克,70岁以上的老年人尤其是80岁以上的老人,肝肾的功能下降,安全剂量应该比成年人有所降低。可见,关乎人命的药品的用量有很大的优化空间,更何况结构这种不是特别关乎人命的结构材料的运用,如果是这一方面想想结构治疗的方案,那么大体对应于结构方案。我们想该有多少工作要做!所以现在问题的核心不是有没有优化空间,而是如何去优化。

第四方面,我们讲一下结构优化的可行性。很多的开发商已经开始做结构优化,并且取得了很好的效果。

第五个,发达国家的情况。发达国家一般的钱很多,他们也是节蔡的。西尔斯大厦,平均用钢量是160公斤,同样规模传统的用钢量是300公斤,西尔斯大厦相当于当时的50%。美国有一个罗卡巧克桥,对一百多种不同拉索进行了分析。在建筑用钢量方面我们国家已经接近国外。但是在某些情况下,按照我国规范设计的构件,配筋比按西方的规范还要多。当然这个原因是比较复杂的。美国有一个公司在咱们深圳做的赛格广场大厦的时候进行了投标,他们的方案和现在的方案是一致的,不同的是他的梁两端均比较铰接,比我们现在实施的要低。美国林同炎的一本书上,这个图上有两个东西,一个是十层以下的建筑,他的平均用钢量是53.7公斤,我们现在的是多少?我们再看40层左右的楼他的用钢量水平是83公斤,那么我们现在的用钢量水平是高于他们的。我们再看另外一张图,同样是一个美国人,我们关注30层左右的楼,他说的用钢量水平是45公斤,这个值是远远低于我们目前实施的平均水平。

第六点,什么是结构优化?

举个例子:我们在通州做的一个项目,当时它的要求是要通风排水,要提高品质,我们经过计算发现通风排水这么一项就增加了结构造价大概是8%,所以最后这个开发商就放弃了通风排水的要求。他后来要求是做普通的切块的隔墙,这个比较传统。我们经过计算全部结构造价因为采用了切块,增加了12%以上。他的平面,这个平面是对称的,我们怎么优化呢?我们把平面中部的范围里面的X项的隔离墙减薄了,结果就更不安全了。恰恰相反,我们减薄了以后我们Y外方向的水平位移减小了,说明我们的安全度更高了。它的原因也是很浅显的,X方向的位移增加了,因为本来就富余,所以无所谓。Y方向的位移小了,地震质量减少了很多,这样安全度就会提高。

我们还采取了一个措施,是减薄Y方向的墙,对Y方向的位移影响是比较小的。这个理由就不多说了。

我们还减少了箭头所指的减离墙,这部分的作用相对来说比较少,所以修改以后的方案大家看一下,上下两边的墙我们适当的加厚,电梯桶方便的尽量减薄,卫生间附近的做了大幅度的减薄,右侧的适当的减薄,大家看这样的方案是不更加合理了?所以结构的美体现在该减的减,该加的要加。

结构优化有没有最优方案?

这样的方案是不是最经济的方案呢?我说不是,应该还有更经济的方案。比如说我们这样一个超高层,按照国家规范的规定,他可以扣除无害位移,我们没有扣。

回到刚才的话题,我们没有最优的方案。

什么是结构优化?结构优化就是少花钱,保证基本的安全度。同时我们要少花钱,希望得到一个更高的安全度,这个求的是安全、保险。我们在十多年的实践当中,进行了很多这方面的尝试,取得了一定的效果。

七,数据汇总。在八度区,以北京地区为离,27层的剪力墙住宅,按照小康住宅建筑结构体系里面论述的是140公斤到180公斤,这个是90年代,我们目前的社会平均水平大概是60到80公斤,我们已经知道了比较较高的标准,是58公斤。我们曾经做到的是45公斤。这个还包括了地下所有的钢筋和损耗。所以按照社会平均水平来比,目前我们可能节省的用钢量大概每平米是15公斤以上。仅仅是钢筋一项的节省额就超过了90元。

七度半,山西、天津都是。27层左右的剪力墙,目前社会的平均水平大概是55到70公斤,已知的是50到58公斤,我们曾经做到的水平能够达到39公斤。同样按照社会平均水平为基准,目前可能节省的用钢量水平大概是16公斤以上。仅仅这一项钢筋节省额就超过了96元。

27层左右的剪力墙住宅,每建筑平米的用钢量,目前的社会平均水平,8度,60到80公斤。7度半,55到70公斤,7度,52到65公斤,6度50到65公斤。我们已知的最高水平58公斤8度,7度50到58公斤,7度47.5公斤,6度45公斤。我们曾经做到的水平8度45公斤,7度半是39公斤,7度是37公斤,6度是35公斤。也是与社会平均水平比,我们都有一个比较大的优化幅度。

所以与社会平均水平相比,我们住宅和公建,一般的根据我们的统计能够节省60到170元。

回到开头的话题,如果是按照一个三星级的建筑,大概每平米增加的费用不超过一百块的话,我们在叠加上结构优化,我们做三星级建筑基本上可以不增加钱。

优秀案例:

这是几个例子:北京的某一个项目我们省了1488万。杭州的一个项目省了1200万。杭州另外一个项目省了5200万。山东某一个项目光是基础,我们估算可以节省1480万,实际完成施工单位少赚了1700万。长沙的一个项目实际节省超过一千万。长沙这个项目有一个特色,正好是在金融危机的时候,如果不做优化就赔本了,那个时候已经开工了,只能做部分的优化,这部分的优化也省了一千万。山西某地的一个绿洲项目,实际节省1700万。北京CBD,现在是SK大厦实际节省超过了六千万。青岛的一个项目是我们目前来说最高的,省了8600万。我们到现在我们的记录还没有超过这个值的。

我们算了这些钱,我们回顾他可以折合成多少的炭排放?可以减少多少个炭排放?省了这么多钱意味着省了很多材料。那么结构优化会不会影响结构安全?结构设计师绝对不会拿姓名开玩笑,尤其不会拿自己的姓名开玩笑。如果他把一个房子做塌了,他自己是要跟监狱、要负责任的。另面,多用的材料减下来,仅仅是优化在一方面,我刚才讲了优化是有增有减的,只有设计错误才会导致结构不安全,而设计错误与节材没有直接的关系,节材不可能导致设计错误,反而是节材肯定会减少错误。比如说我们在杭州做的项目,在优化中发现了一些特别严重的项目。

最后简单做一下案例介绍:

山西的一个项目,这是27层的住宅,十万平米,我们做完优化之后做了一个测算,一共三个楼,12号是用钢量38.8,15号楼是41.28,23号楼是39.3。一共省了1700万,由于结构优化带来的节省大概是800万,由于精细化设计带来的节省大概是300万。

山西的项目是八度区,他是27曾到32曾,原来设计采用桩基础,用钢量比较多,后来我们改成天然地基,出来最后面的两栋楼没有改。这是SK大厦。这是长沙的一个项目,我们地上预估能省一千万,实际上他不允许优化方案,我们地下预估也能省一千万,实际上桩已经打完了,他浪费了30%,成台也节省了30%,这些都不能改,最后实际节省了一千多万。没有达到我们的预期,但是对开发商来说,由亏损变成了不亏损。这对他来说是有意义的。

这是杭州的一个项目,现在已经干起来了。这是山东的一个项目,这是杭州的另外一个项目。

北京在石景山有一个项目,这个项目很有意思。我们说设计决定了造价的40%到60%以上,什么是设计呢?设计一般的设计师就说先假设、后计算就叫设计。他这个项目的假设是正确的,计算是错误的。实际上我们把错误改正了以后还节省了超过800万。

这是青岛的一个地标性的建筑。

今天的时间不多,就给大家汇报到这儿,谢谢大家。

主持人:非常感谢王总精采的演讲。因为作为绿色很重要的一个方面,他就是要节省,前一段时间跟台湾绿建筑的专家,成功大学的林教授交流,他也讲了,当你要做一个真正绿色的东西,第一你要压缩你的设计余量,这个余量主要是结构、设备、极点、给排水,因为我们国内的时间的紧迫和官场的压迫性的设计,导致很多东西不能够充分的思考,最偷懒的方式保持保持适当的余量,而这个余量在规范许可的范围内,我更有利与设计师,这也可以理解。结构优化也就是为此在结构方面做出了很大的尝试。

 

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