农村砖混、轻钢、轻木结构住宅全生命周期成本研究

■ 中关村人居环境工程与材料研究院 刘雪婧 冯小江 许志钢

陶渊明在《归园田居 其一》中这样描述：“暖暖远人村，依依墟里烟”。从古至今，田园村居或许是深刻在中华民族基因中的一类追求美好生活之具象化形式。近20年来，国家对农村建设工作愈加重视，乡村振兴关键工作之一即为提升农村人居环境质量。乡村住宅形式对农村居民的生活品质和乡村振兴战略的实施具有重要影响，因此，研究选择合适的住宅形式对于提升乡村居住环境、促进乡村振兴具有重要意义。

乡村振兴工作实施过程中重新规划建设了大批农宅，部分地区依然沿用传统砖混结构作为农宅改造的主要建筑形式，其环保性、经济性以及适用性已然落后于农村发展现阶段的需求。相比较而言，轻钢结构和轻木结构房屋有自重轻、工业化程度高、干法施工、施工速度快且不受季节限制、抗震性能好、节能效率高、材料环保、回收利用率高等显著优势，木结构建筑起源于中国，传承发展了数千年，历史悠久，现代轻木结构相比传统木结构在材料运用、结构体系、构造形式和施工方式方面都有巨大的提升[1][2]。这两种结构体系在国外广泛应用于乡村的住宅建筑，在国内农村尚未大面积推广，究其原因主要是建造成本比传统建筑结构高。

但是，建筑在其整个生命周期内，所发生的成本远不止建造成本。美国Veterans Affairs机构统计，建筑的运营及维护成本可达到建造成本的7.7倍，建筑的全生命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）才是决策者真正应该考虑的成本因素[3]。本文通过对农村地区传统砖混结构、轻钢结构、轻木结构三种结构住宅LCC的分析，研究轻钢和轻木结构在农村推广是否具有成本优势，以便为农村居民选择乡村住宅形式、推广新型乡村住宅结构，以及国家政策支持和引导提供参考，对于促进乡村振兴和提升乡村居住环境具有积极意义。

住宅建筑LCC分析方法

通用公式

项目在其从前期准备、设计实施、运营和维护，直至拆除回收，即从项目生命开始到生命结束的整个时间范围内所花费的成本和，即为LCC。该理论的目标是分析、控制整个生命周期内的成本，以求LCC最优方案[4]。其计算公式可以表示为：

国内住宅建筑LCC分析模型

国内住宅的生命周期可划分为准备、建造、运营维护、拆除回收等几个阶段，成本在各阶段均有发生。一般运营维护阶段的运营费用为年度周期发生，维护费用为非年度周期发生，将两类费用分别用不同数学方法进行折现换算，LCC数学模型可以表示为：

式（2）中：

Cp——准备阶段成本；

Cb——建造阶段成本；

Cm1——运营成本（年度周期发生成本如能源、清洁等）；

Cm2——维护成本（非年度周期发生的替换、维修成本）；

Cs——拆除回收阶段成本；

S——残值；

T——生命周期；

n——非年度周期成本发生的次数；

f——非年度周期成本发生的周期；

r——折现率。

重要参数确定

模型中生命周期和折现率两个参数非常重要。

生命周期一般指分析目标从设计、生产、使用直至寿命终结所经历的总时间。有研究指出，上世纪60年代建造的住宅经济生命约为25.6年，至2005年已达到56.3年，随着建筑质量的逐步提升，国内建筑经济生命也大幅增长[5]。与传统住宅相比，轻钢和轻木结构住宅的设计寿命一般在90年以上，但LCC需要在同一生命周期参数下进行对比分析，考虑现实情况下国内住宅一般不会存续过长年限，且目前国内建筑使用超过50年以后就要进行检测、维修或加固，通过相关部门审批合格后才能继续正常投入使用，故研究中使用50年作为生命周期参数。

在LCC分析中，不同阶段的费用不能静态地评价，因为资金有其时间价值，需要引入折现率将项目远期发生的成本转化为现值，折现率一般按国民经济的社会折现率来取值[6]。《建设项目经济评价方法与参数》最新版规定，有政府参与的建设项目社会折现率一般取值为8%，为使计算结果更精确，对长期收益项目的折现率一般在社会折现率基础上稍微下调，本研究中取值为6%[7]。

三种结构体系住宅LCC对比分析

笔者选取安徽某乡村的砖混、轻钢、轻木结构住宅进行分析，保证生命周期中各阶段都在相同的地理位置、气候水平和使用习惯条件下分析。

准备阶段成本

砖混住宅案例为安徽省某地区美丽乡村示范工程中一栋3层带晒台双拼型农宅，建筑面积466.36m2，工期6个月，交付时为毛坯状态；轻钢住宅案例为2层独栋住宅，建筑面积207.58m2，工期2个月；轻木住宅案例为2层独栋住宅，建筑面积199.8m2，工期2个月。轻钢与轻木住宅案例交付时含基本室内装修。

三种结构体系住宅在同一区域建造，用地成本可视作一样，三个案例的前期准备成本约为300元/m2。

砖混案例设计成本为31元/m2，其准备阶段成本为331元/m2；轻钢案例设计成本为40元/m2，其准备阶段成本为340元/m2；轻木案例设计成本为47.9元/m2，其准备阶段成本为347.9元/m2。

建造阶段成本

使用分部分项清单计价法对案例造价进行估算，砖混案例建造阶段费用为484373.87元，轻钢案例建造阶段费用为417860元，轻木案例建造阶段费用为424966元。

砖混案例竣工时未包含装修，需将其装修费用也计入建造成本中。以工期1个月，装修水准与其他案例相当的标准在当地询价，按最低报价下浮20%取值，估算砖混案例的装修费用为186544元。综上，砖混案例建造总费用为670917.87元，其建造阶段单位费用为1438.63元/m2。建造期加装修期共计7个月，以年利率6%，月复利计息，砖混案例建设期利息为51.11元/m2。综上，砖混案例建造阶段成本为1489.74元/m2。

相同方法计算轻钢案例建造阶段单位成本为2033.18元/m2，轻木案例建造阶段单位成本为2147.74元/m2。

运营维护阶段成本

住宅建筑使用阶段，成本发生大多集中在日常使用管理费用、能耗费用及维修维护费用，除维修维护费用外，其他使用阶段成本均可以年度周期发生成本进行分析，以年度周期发生的费用在此归为运营成本，非年度周期发生的维修维护费用归为维护成本，由于折现方法不同，分别进行成本估算。

运营成本

假设与房屋结构无关的能耗、物业及垃圾处理等成本相同。当地农村住宅每年物业管理费用为4.8元/m2，调查得知当地农村住宅每年春秋两季即非采暖制冷需求时段的能耗费用约为5元/m2。

根据《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》 （JGJ134—2010）[8]提供的估算方法，单位时间单位建筑面积内的建筑耗热量由围护结构的传热量与空气渗透耗热量之和减去建筑内部得热量得到。其中，围护结构传热量由室外平均气温与室内计算温度之差乘以建筑围护结构综合传热系数来估算；空气渗透耗热量由室外平均气温与室内计算温度之差乘以建筑换气量（质量）与空气比热容之积来估算；单位时间单位建筑面积的内部得热量在冬季取3.8 W/m2，夏季取-3.8 W/m2。

据国家气象局统计数据，安徽省冬季室外平均气温5℃，夏季室外平均气温30℃。冬季室内计算温度取18℃，夏季室内计算温度取25℃。

砖混案例围护结构综合传热系数估算为2.23W/（m2·K），夏季每小时耗能约为17.94W/m2，冬季每小时耗能为33.44W/m2。取冬夏两季都为90天，每天24小时，全年采暖制冷总能耗为111kWh/m2，总费用（取当地第一档电价0.5653元/kWh）为62.7元/m2。砖混案例每年运营费用为物业管理费用、春秋季能耗费用、夏冬季制冷采暖能耗费用之和72.5元/m2，这部分成本为年度周期发生的成本，根据式（2）计算砖混案例全生命周期运营成本现值为1143元/m2。

轻钢案例围护结构综合传热系数约为0.5 W/（m2·K），取与砖混案例相同的指标，计算得其每年制冷采暖能耗费用为23.5元/m2，每年运营费用为33.3元/m2，根据式（2）折算其全生命周期运营成本现值为524.8元/m2。

轻木案例围护结构综合传热系数约为0.39 W/（m2·K），计算得其每年制冷采暖能耗费用为19.9元/m2，每年运营费用为29.7元/m2，根据式（2）折算其全生命周期运营成本现值为468.1元/m2。

维护成本

根据行业经验，砖混结构农村独栋住宅的房屋构件每15年维护一次，均摊每次维护活动的费用约150元/m2。由于是非年度周期发生的成本，根据式（2）折算其维护成本的现值为99.6元/m2。

轻钢结构住宅一般每10年进行一次防水层和门窗修缮，以及防腐维护，每次费用约为80元/m2。由式（2）中非年度周期成本折现系数折算轻钢案例维护成本的现值为92.5元/m2。

轻木结构住宅一般每5年进行防腐、防潮、防蛀等处理，以及其他部品部件的修缮，每次费用约为45元/m2。由式（2）折算其维护成本的现值为123.4元/m2。

综上，砖混案例运营维护阶段成本为以上运营与维护成本现值之和1242.6元/m2，轻钢案例运营维护阶段成本为617.3元/m2，轻木案例运营维护阶段成本为591.5元/m2。

拆除回收阶段成本

一般砖混结构房屋拆除阶段拆除费用、垃圾清理费用、运输费用等总计费用可按建造成本的10%来估算，此处使用建造成本的现值估算拆除成本，不需进行折现换算。砖混案例拆除回收阶段成本为149元/m2。

轻木结构与轻钢结构住宅多采用装配式施工，拆除方便，回收利用率为90%以上，几乎没有废弃物，无需垃圾处理费。一般其拆除费用以建造费用的4%进行估算，计算轻钢案例和轻木案例拆除回收阶段成本分别为81.3元/m2，85.9元/m2。

残值

通常，房屋使用年限超过20年后，折旧率取值不大于5%，此处假设折旧率为5%。砖混结构房屋拆除后，只有金属扶手、铝合金窗等金属构件可回收，由材料现价进行估算，其残值为2.08元/m2。轻钢案例和轻木案例所有的结构、吊顶、保温材料、门窗、龙骨等都可回收再利用，估算其拆除后残值分别为48.5元/m2，51.7元/m2。

三种结构住宅LCC对比

从表1可以得出：砖混、轻钢、轻木三个结构的案例全生命周期成本分别为3210.26元/m2，3023.28元/m2，3121.34元/m2。轻钢案例的全生命周期成本最优，轻木案例次之，砖混案例最高，三者相差不大，主要原因是研究中所设定的生命周期为50年，远低于发达国家，轻钢与轻木结构在使用阶段的成本优势没有很好地体现出来，但这也符合我国国情。

表1 LCC分析对比表

运营维护阶段砖混与轻钢、轻木案例的成本差异非常明显，砖混比轻钢案例、轻木案例运营成本分别高618.2元/m2，674.9元/m2。成本差异主要在能耗成本上，砖混案例制冷采暖能耗约为轻钢案例的2.67倍，是轻木案例的3.15倍，轻木案例最节能，轻钢比轻木案例能耗稍高，砖混案例能耗最高。

拆除阶段砖混案例的成本占比最高，轻钢与轻木案例的拆除成本占比几乎相同，可回收利用部分的残值分别为砖混的23倍和25倍，轻钢和轻木结构更节约人力和资源。

结语

经过对比研究，选择轻钢或轻木结构作为乡村住宅形式有以下积极作用：

一是成本优势。轻钢结构和轻木结构住宅的建造成本相对传统砖混结构高，但其运营和维护的成本较低，后期所节约的成本足以覆盖并超越前期的建造成本差，有助于降低乡村居民居住成本。

二是能源效率和环保性。轻钢、轻木结构住宅在节能效率方面远胜于传统砖混结构，其施工材料和技术能够有效减少能源消耗并降低碳排放，符合“双碳”政策，有助于提高乡村居住的可持续性和环境友好性。

三是安全和舒适性。轻钢、轻木结构相对传统砖混结构更耐用，承受自然灾害和气候变化的性能更强，在建造中结合新型装配式的多样功能性材料，可大幅提高建筑安全性和人居舒适性。

基于上述研究结论，国家相关部门可以在以下方面提供支持和引导：

政策支持。制定相关税收优惠政策或贷款支持措施，鼓励农村居民选用轻钢和轻木结构住宅形式。同时，完善相关的建筑法规和标准，确保其质量和安全性。

人才培养。为乡村建筑师、工程师和施工人员提供技术培训和指导，提升他们对轻钢结构和轻木结构住宅的理解和应用能力。

宣传推广。通过媒体宣传、展览、研讨会等形式，向农村地区宣传轻钢和轻木结构住宅的优势与可行性，增加农村地区对此类住宅形式的接受度和认可度。

在当前发展形势下，城市建筑更新滞缓，乡村是未来建筑创新与发展的主要场景，轻钢和轻木结构不仅非常适合乡村的建筑环境，也比传统建筑形式更加经济、环保、节能、高效。中国广袤的乡村大地，滋养着一代代炎黄子孙，也永远孕育着新的梦想和力量，提高乡村建筑质量，提升乡村人居环境，用新生的与环境和时代更相宜的建筑替代落后的乡村住宅，让中国乡村焕发出新的生命力。在乡村推广使用轻钢和轻木结构，探索中国建筑继承传统与本土创新的特色路径，健康绿色的美好生活存在于诗歌和想象中，也在现实中。