既有住宅建筑平均使用寿命研究——基于城市可持续发展视角

王宗让，刘 坤

（1.陕西师范大学基建处，西安 710119；2.西安建筑科技大学管理学院，西安 710055）

既有住宅建筑平均使用寿命研究
——基于城市可持续发展视角

王宗让1，刘 坤2

（1.陕西师范大学基建处，西安 710119；2.西安建筑科技大学管理学院，西安 710055）

基于我国住宅建筑“短命现象”，结合城市建设现状，以三四线小城市为研究对象，通过对威布尔分布测定模型加以改进，构建更为实用和简便的住宅建筑使用寿命测定模型。并以濮阳市区为例进行实证分析，得出相关结论，即濮阳市区住宅建筑平均使用寿命小于五十年以及其平均使用寿命与住宅建设年代有关的特点。最后，分析造成濮阳市区住宅建筑使用寿命现状的原因，并从城市可持续发展的视角为城市建设提出相关建议。

住宅建筑；使用寿命；威布尔分布；概率权重矩法；可持续发展

引言

随着我国经济与社会的快速发展以及城镇居民住房需求的不断增长，近年来我国城市住宅新建面积急剧增加，据相关统计，2000—2013年我国城市住宅新建面积109.84亿m2，占建国以来城市住宅建设总面积190.17m2的57.76%；与此同时，我国每年却有大量住宅被拆除，仅2002—2003年我国城市住宅拆除2.81亿m2，并且被拆除住宅中尚有大量住宅不仅可以满足居民居住需求，更远远没有达到其设计使用年限。我国城市住宅的“大拆大建”模式不仅使得我国住宅建筑“短命现象”日益严重，更造成了建筑价值流失、资源浪费和环境污染加剧等突出问题。显然，这不但相悖于我国倡导的资源节约型和环境友好型社会建设理念，更不符合当下低碳经济发展模式。另外，相比于我国住宅建筑的“短命现象”，欧洲各国百年建筑随处可见，在英国和意大利等国，独具城市文化的百年建筑形成了独特的旅游资源，带来了良好的经济与社会效益。

近年来，我国政府全力推进新型城镇化建设，大量寿命周期内的住宅建筑被无序拆除与建设，极大地浪费了城市资源，也违背了城市的可持续发展理念。因此，有必要去探究我国既有住宅建筑的平均使用寿命到底有多长。目前，许多大城市的住宅建筑都经历了更新换代，而三四线小城市的旧住宅建筑正处在是否大拆大建的“十字路口”。因此，本文以三四线小城市为研究对象，从城市可持续发展的视角研究既有住宅建筑的平均使用寿命，为可持续发展模式下的城市建设提供有益的理论支持。

一、文献综述

国外政府和居民不像国内如此热衷于新建住宅，而是将适当的资源投入到旧建筑的改造再次利用，因此国外关于既有住宅建筑的研究更多地注重对既有住宅建筑改造技术的研究。考虑到我国住宅建筑所处经济与社会环境的特殊性，本文重点研究了我国学者关于住宅建筑寿命问题的研究。总结发现，国内学者对其研究主要分为两个方面：一是侧重于探究造成我国住宅建筑短命现象的原因分析，如王瑞、林振荣等从经济、人口、土地和建筑设计四个方面，研究了其对住宅建筑寿命的影响；胡颖、邬荣亮从城市建设、规划政策、建筑周边环境、建筑功能、建筑质量等方面，探讨了我国住宅建筑短命的原因，并从可持续发展设计的角度提出延长我国住宅建筑使用寿命的建议。二是部分学者基于具体城市实地调研，通过构建理论模型测算了我国住宅建筑的经济寿命和使用寿命，如刘贵文、徐可西等运用数理统计方法测定了重庆市被拆除建筑的寿命，并分析了这些住宅建筑被过早拆除的原因，提出相应的建议；欧阳建涛通过研究构建了我国既有住宅建筑寿命测定模型，并基于长沙市实地调研数据对相关结论进行验证。

通过阅读大量相关文献发现，国内学者对我国既有住宅建筑寿命的研究多侧重于对其影响因素的探讨。只有欧阳建涛一人对我国既有住宅建筑的寿命进行了测定，但作者在运用威布尔分布函数之前只是理论性地指出了如何对其进行分布的拟合检验，却没有实证性检验，这很难说明住宅建筑使用寿命就服从威布尔分布；同时选用相关系数优化法进行了参数的点估计，这种方法求解中需要进行大量的迭代求解，计算过程相当复杂。

二、住宅建筑平均使用寿命测定模型

决定城市住宅是否拆除的主要因素是其自身的可靠性，也可以理解为物理寿命，因此在住宅总体服从威布尔分布的前提下，使用已知寿命的样本来推断整体住宅的平均寿命是可行的。本文参考相关学者关于威布尔分布函数的研究成果，完善对住宅建筑使用寿命是否服从威布尔分布进行实证性拟合检验；同时采用概率权重矩法来进行参数的点估计，简化计算过程，本文选用大样本数据，保证结果的精确性。

（一）威布尔分布函数

威布尔分布是根据样本产品的可靠性去研究总体产品寿命分布规律的一种统计分布，其密度函数为：

上式为三参数威布尔分布的密度函数，γ为位置参数，其含义为在γ之前产品不会发生失效；考虑到住宅建成后即面临着影响其使用寿命的不可预见因素（如人为因素或自然等不可抗力因素），所以在对住宅建筑的使用寿命进行测定时取γ=0更为合理，意味着住宅建筑一旦建成后随时都有可能由于种种原因而导致使用寿命结束。这就得到了二参数威布尔分布，其密度函数为：

其中，β为形状参数，η为特征寿命；β，η＞0。威布尔分布的分布函数为：

其平均寿命（数学期望）为：

其方差为：

（二）分布的拟合检验

进行寿命测定之前首先要检验住宅寿命是否服从威布尔分布，这就是分布的拟合检验。

首先假设住宅建筑寿命分布为F（t），要检验假设：

H0：F（t；β，η）=1-其中β和η为未知参数。

统计可得r个住宅失效（被拆除）时间为t1＜t2＜…＜tr；做变换Xi=lnti，则X1＜X2＜…＜Xr。

Z2，…，Zr为标准极值分布的次序统计量。

然后运用数值检验，构造Van-Montfort统计量：

其中E（Zi）（i=1，2，…，r-1）为标准极值分布次序统计量的数学期望，其值可由《可靠性试验用表》查得。

当H0成立时，W渐进地服从自由度为2（r-r1-1），2r1的F分布。

对于给定的显著性水平α，由F分布的分位数表查得Fα/2（2（r-r1-1，2r1））和F1-α/2（2（r-r1-1，2r1））。

所以，当F1-α/2（2（r-r1-1，2r1））≤W≤Fα/2（2（r-r1-1，2r1））时，接受H0，即原假设成立，说明住宅使用寿命服从威布尔分布；否则原假设不成立，说明住宅使用寿命不服从威布尔分布。

（三）参数的点估计

有学者指出威布尔分布的概率权重矩式为：接下来继续构造统计量：

其中，K=0，1，3；Γ为伽马函数。

由（7）式分别求得M101、M102、M103，然后可求得：

其中，γ=0。而由样本可以求得其概率权重矩为：

三、实证分析

本文选择河南濮阳作为调研区域，近年来随着居民住房需求的不断增长和国家新型城镇化建设，市区大批量旧住宅建筑面临着被拆除风险。所以，本文对濮阳市区住宅建筑平均使用寿命进行测定，对当下阶段濮阳市的城市建设有着积极的参考价值，对可持续发展理念下的三四线小城市的城市建设也有借鉴意义。

（一）数据来源和处理

根据濮阳市区住宅建筑建设年代特点，本文按照分层抽样原理，分别对20世纪60年代、70年代、80年代、90年代住宅建筑进行了调研，通过对获得数据的统计整理，得到本文研究所需的相关数据。

（二）住宅建筑平均使用寿命测定

本文运用威布尔分布模型对20世纪60年代、70年代、80年代、90年代住宅建筑平均使用寿命的测定过程具有一致性，考虑到文章篇幅所限，这里仅阐述20世纪60年代住宅建筑平均使用寿命的测定过程，其余年代住宅建筑平均使用寿命的测定过程不再具体叙述，只给出最后测定结果。

1.分布的拟合检验。20世纪60年代住宅建筑使用寿命的分布拟合检验中n=45，r=34，根据表1中数据，通过相关计算 以及查询《可靠性试验用表》分别求得Hi，E（Zi）（如表1所示）。

表1 分布拟合检验测算表

续表

取r1=[r/2]=17，根据Hi的取值由（6）式求得：

取显著性水平α=0.1，通过查F分布表可知：

F0.05（32，34）=1.80，F0.95（32，34）=0.56

所以，F0.95（32，34）≤W≤F0.05（32，34），即20世纪60年代住宅建筑使用寿命服从二参数威布尔分布。同理，也证明了其他年代住宅建筑使用寿命服从威布尔分布。

2.参数的点估计。将表1中20世纪60年代住宅建筑相关数据分别带入（10）式、（11）式、（12）式中求得：M100=42，M101=19.7455，M103=9.3895。

然后将M100=42，M101=19.7455，M103=9.3895带入（8）式、（9）式求得参数：

η=47.2547，β=2.6573

3.使用寿命计算。将参数η=47.2547，β=2.6573带入（3）式、（4）式通过查表计算可求得20世纪60年代住宅建筑平均使用寿命为42年，寿命方差为289.7。

同理，通过相关计算可以求得其他年代住宅建筑服从威布尔分布的参数和平均使用寿命（如表2所示）。

结论与建议

表2 住宅建筑平均使用寿命计算表

由以上测定结果可知，濮阳市住宅建筑平均使用寿命呈现出两大特点：第一，整体上来说，住宅建筑平均使用寿命偏低，其中20世纪60年代住宅建筑平均使用寿命为42年，70年代住宅建筑平均使用寿命为35.26年，20世纪80年代住宅建筑平均使用寿命为27.68，20世纪90年代住宅建筑平均使用寿命为21.59年。第二，住宅建筑平均使用寿命高低与住宅建设年代有着一定关系，表现为建设年代越久远的住宅建筑使用寿命越长的“怪现象”。深究其原因，本文认为：首先，濮阳市建市较晚，经济较为落后，与其他三四线小城市一样，住宅建筑建设基本上是保证居民基本居住需求，而不是当下城市建设盛行的“大拆大建”模式，所以20世纪60年代、70年代、80年代、90年代住宅建筑使用寿命延续至21世纪。其次，近年来随着经济的快速发展和居民住房需求的不断增长，濮阳城市建设也初步显现出“大拆大建”的苗头，这造成了很多20世纪60年代、70年代、80年代住宅建筑逐渐被拆除重建，甚至部分20世纪90年代住宅建筑由于城市规划和政府领导片面追求形象工程等原因也面临被拆除的命运。

对于一个城市而言，可持续发展才是长远之道，住宅建筑的“短命现象”很显然不利于城市的可持续发展。本文提出以下建议：第一，依据建筑循环理念适当延长住宅建筑的生命。对既有建筑内部空间和外部环境进行适度改造与更新，延续其原有功能或者赋予新的功能，实现原有建筑生命的循环再生。第二，建立城市规划的长效机制。城市规划往往决定着一个城市的空间布局和建筑特点，按照可持续发展理念，只有城市规划长效稳定，才能避免住宅建筑因片面追求短期经济效益而被过早拆除现象的发生，才能更多地从社会、环境、经济三个方面都有利于一个城市的长远发展。

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[责任编辑 吴明宇]

F293.3

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1673-291X（2017）10-0116-05

2017-01-06

王宗让（1970-），男，陕西扶风人，基建处总工，讲师，从事土木工程研究。