專利名稱：：基于全生命周期成本估價的建筑可持續(xù)設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及工程造價領(lǐng)域，特別是涉及一種基于全生命周期成本估價的建筑可持續(xù)設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
：目前，很多研究關(guān)注到全生命周期成本估價(LifeCycleCosting,簡稱LCC)對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要意義，并探討如何通過實施全生命周期成本分析提高建筑的可持續(xù)性，主要集中在如下幾個方面LCC對提交建筑設(shè)計方案可持續(xù)性的作用；構(gòu)建全生命周期成本模型，即在設(shè)計過程中，如何界定全生命周期成本的構(gòu)成，并準確預測設(shè)計方案的全生命周期成本，并判斷該成本的不確定性；LCC在設(shè)計方案評價和選擇中的應用；加強LCC在設(shè)計中的應用，提高可持續(xù)性的措施。以上這些對LCC在建筑可持續(xù)設(shè)計中的應用的研究存在以下問題可持續(xù)設(shè)計僅僅是一種設(shè)計方法或理念，還未形成成熟的設(shè)計模式；LCC由于其自身存在的障礙影響了其在可持續(xù)設(shè)計中的應用；可持續(xù)設(shè)計與LCC缺乏有機的集成，因而造成可持續(xù)設(shè)計方案可能因初始投資過高而被否定，可持續(xù)設(shè)計方案缺乏經(jīng)濟效率，得不償失，或者資金約束下的優(yōu)化方案缺乏有效的方法。另一方面，限額設(shè)計抑制了設(shè)計方案可持續(xù)性的進一步提高，在設(shè)計過程中，可能因過多的關(guān)注如何在限額約束下實現(xiàn)項目的基本功能而忽視了未來運營/維護成本的降低，而且在限額約束下，如何高效利用可獲得資源，提髙建筑的可持續(xù)性，缺乏有效的方法。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種在現(xiàn)有的建筑設(shè)計階段使用的、基于全生命周期成本估價的建筑可持續(xù)設(shè)計方法，從而對限額設(shè)計模式進行改善并提高建筑設(shè)計的可持續(xù)性，使建筑設(shè)計方案在滿足限額約束的條件下實現(xiàn)全生命周期成本最低。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種基于全生命周期成本估價(LCC)的建筑可持續(xù)設(shè)計方法，包括方案設(shè)計、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計三個階段，每個階段都由以下步驟組成1)輸入設(shè)計元素；2)通過基于LCC的可持續(xù)設(shè)計包進行方案設(shè)計、方案評價和方案選擇，其中的方案設(shè)計步驟為a)分析建筑的全生命周期成本的構(gòu)成、b)對影響全生命周期成本的主要因素進行分析、c)制定2個以上的基本方案，對每個基本方案的子系統(tǒng)進行優(yōu)化，使每個方案最終形成一個基本方案和一個子系統(tǒng)優(yōu)化方案集的組合；其中的方案評價步驟為a)剔除各方案中相同的成本因子，并在投資限額約束下對各子系統(tǒng)優(yōu)化方案的LCC附加指標進行計算、b)在投資限額約束范圍內(nèi)選擇具有費用效率和可持續(xù)性的子系統(tǒng)優(yōu)化方案進行排序，并計算方案的全生命周期成本；其中的方案選擇為選擇全生命周期成本最低的方案作為最優(yōu)方案。3)輸出設(shè)計成果。上述的LCC附加指標包括凈節(jié)余NS、投資節(jié)約率SIR、修正內(nèi)部收益率AIRR、動態(tài)投資回收期DPB和靜態(tài)投資回收期SPB。本發(fā)明的基于全生命周期成本估價的建筑可持續(xù)設(shè)計方法的先進性表現(xiàn)為1)提高建筑的可持續(xù)性。本發(fā)明將LCC集成到建筑設(shè)計中，形成基于LCC的可持續(xù)設(shè)計包，并建立了基于LCC的可持續(xù)設(shè)計框架，從而提高建筑的可持續(xù)性。2)改善限額設(shè)計模式。本發(fā)明在滿足限額約束的條件下，應用LCC的理論和方法降低建筑的全生命周期成本，從而改善了限額設(shè)計模式，使建筑設(shè)計方案在滿足限額約束條件下實現(xiàn)全生命周期成本最低。3)可操作性強。本發(fā)明中的基于LCC的可持續(xù)設(shè)計框架每個過程輸入和輸出的成果明確，基于LCC的可持續(xù)設(shè)計包每個過程所包含的元素內(nèi)容清晰，具有可操作性強的特點。1.圖1所示為本發(fā)明的基于LCC的可持續(xù)設(shè)計包；2.圖2所示為基于LCC的可持續(xù)設(shè)計框架。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的基于全生命周期成本估價的建筑可持續(xù)設(shè)計方法進行說明。建筑的設(shè)計工作一般包括方案設(shè)計、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計三個階段，每個階段都由以下步驟組成1)輸入設(shè)計元素；2)通過基于LCC的可持續(xù)設(shè)計包進行方案設(shè)計、方案評價和方案選擇；3)輸出設(shè)計成果，本發(fā)明的基于LCC的可持續(xù)設(shè)計包如圖1所示，它包括方案設(shè)計、方案評價和方案選擇三個階段。其中1.方案設(shè)計?；贚CC的可持續(xù)設(shè)計包在方案設(shè)計過程中明確項目的功能需求和可獲資源情況，分析項目全生命周期成本的構(gòu)成，并尋找影響全生命周期成本的主要因素進行方案設(shè)計。一般要設(shè)計兩個以上的基本方案，并對各基本方案的子系統(tǒng)分別進行優(yōu)化設(shè)計，從而每個方案最終形成一個基本方案和一個子系統(tǒng)優(yōu)化方案集的組合。上述的全生命周期成本包括建設(shè)成本、運營和維護成本、拆除成本。上述的影響全生命周期成本的主要因素包括能源、水資源、材料消耗、環(huán)境影響和廢棄物處理，在設(shè)計中，從項目選址、水資源管理、節(jié)約能源、節(jié)約材料與使用綠色建材、環(huán)境影響和建筑垃圾的處理方面進行設(shè)計和優(yōu)化以降低建筑的LCC，實現(xiàn)可持續(xù)。2.方案評價。利用LCC進行方案評價可分為三步(1)評價各基本方案，分析其建設(shè)成本和全生命周期成本；(2)評價各子系統(tǒng)的生命周期費用效率，對子系統(tǒng)優(yōu)化方案集進行LCC分析，在投資限額的約束下，盡可能多的選擇各子系統(tǒng)優(yōu)化方案，以降低該方案的生命周期成本。采用包括凈節(jié)余NS、投資節(jié)約率SIR、修正內(nèi)部收益率AIRR、動態(tài)投資回收期DPB和靜態(tài)投資回收期SPB的LCC附加指標對各子系統(tǒng)優(yōu)化方案進行排序，優(yōu)先選擇費用效率高的改進方案，直到建筑的建設(shè)成本達到投資限額為止。其中，凈節(jié)余NS指標的計算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>NSABr:比較方案(A)與基準方案(BC)相比凈節(jié)約額現(xiàn)位M=(^c-A)能源相關(guān)成本節(jié)約<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>水資源相關(guān)成本節(jié)約AOM&及-(OAZ&Z^-OM&A)運營/維護成本節(jié)約A/=/,比較方案期初增加的額外投資<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>)資本更新成本差額現(xiàn)值△Res=(Re-Re&)殘值差額現(xiàn)值NS指標是一個相對指標，在NS計算過程中，必須事先指定一個基準方案，即優(yōu)化前的原基本方案；項目比較方案必須以同一時間、同一折現(xiàn)率來計算。投資節(jié)約率SIR指標的計算公式如下潔<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中比較方案(A)與基準方案(BC)相比投資節(jié)約率AE-(五w-A)比較方案能源相關(guān)成本節(jié)約額現(xiàn)值A(chǔ)W-(^^-^)比較方案水資源相關(guān)成本節(jié)約額現(xiàn)值A(chǔ)OM&^(OM&i^-OM&i^)運營/維護成本差額現(xiàn)值A(chǔ)/=/,-/TC比較方案與基準方案相比增加的初始投資ARe=(Re-Re)資本更新成本差額現(xiàn)值A(chǔ)Res-(Re^-Res^)殘值差額現(xiàn)值SIR是一個相對指標，在計算時必須事先指定一個基準方案(即優(yōu)化前的原基本方案)，而且必須采用相同的研究期和折現(xiàn)率。當SIR>1時，比較方案與基準方案相比，具有經(jīng)濟效率。SIR適宜用來評價單一項目比較方案與基準方案之間的評選，或者為獨立的項目方案進行排序。SIR不適宜用來評價修正內(nèi)部收益率AIRR指標的計算公式如下爿濕=(1+,)(卿7-1其中r為投資回報率，N為研究期。AIRR指標衡量投資項目的年投資回報率，以評價項目的經(jīng)濟效率，當單一項目比較方案的AIRR比適當?shù)恼郜F(xiàn)率大時，則項目具有經(jīng)濟效率；A1RR同樣是相對指標，必須與基準方案進行比較，而且比較方案和基準方案的折現(xiàn)率、研究期必須相同。AIRR同S[R—樣，可以用來評價單一項目的比較方案和基準方案，也可以用來對獨立項目資金分配進行項目排序。計算動態(tài)投資回收期DPB指標的精確方法如下t十AW,十凸UMK^一+AK6S,J^其中旭t=(EBc-EA)tAR鄰It=(RepIBC-RepIA)t第t年能源費用節(jié)約第t年能水資源費用節(jié)約每年運營維護成本差額每年資本更新費用差別ARest=(ReSfResJt每年殘值差別(通常年份為零，只有在服務期末發(fā)生)d折現(xiàn)率A/。=^^bc)q增加的初始投資計算靜態(tài)投資回收期SPB指標的方法如下^+AJT,+AOA/&《-ARe//,+ARes,]2A/0其中AEt=(EBc_EA)t第t年能源費用節(jié)約=(Wbc-W^第t年能水資源費用節(jié)約AOM械=(OM&i^^OM&^A),每年運營維護成本差額ARepIt=(RepIfR鄰lA)t每年資本更新費用差別ARest=(ResBC-ReSA)t每年5戈值差別(通常年份為零，只有在服務期末發(fā)生)A/,，-(/W",增加的初始投資靜態(tài)投資回收期SPB和動態(tài)投資回收期DPB指標用來衡量回收初始投資所需要的時間，動態(tài)投資回收期DPB包含了資金的時間價值。靜態(tài)投資回收期SPB和動態(tài)投資回收期DPB指標只能作為大致評判項目的工具，在互斥方案選擇或者獨立項目排序時，不宜使用投資回收期指標。當SPB和DPB比分析中所釆用的期限短時，說明比較方案中增加的投資具有成本效率。對上述LCC附加指標進行計算后，首先要判斷各子系統(tǒng)優(yōu)化方案是否具有費用效率和可持續(xù)性，只有符合如下條件的設(shè)計方案才具有費用效率和可持續(xù)性方案的凈節(jié)余NSX);投資節(jié)約率SIR>1;修正內(nèi)部收益率AIRR〉折現(xiàn)率。在判斷出具有費用效率和可持續(xù)性的子系統(tǒng)優(yōu)化方案后，要在投資限額約束下對具有費用效率和可持續(xù)性的各子系統(tǒng)優(yōu)化方案進行排序，排序時不能使用LCC、NS、SPB和DPB指標進行排序，而要使用SIR和AIRR指標進行排序，這兩個指標的排序結(jié)果是完全一致的。在投資限額的資金約束下，按照SIR和AIRR指標的降序進行資金分配，直到投資限額分配完為止。在對某一基本方案的所有子系統(tǒng)優(yōu)化方案的LCC附加指標進行計算并進而對各子系統(tǒng)優(yōu)化方案進行排序，按照順序選擇費用效率和可持續(xù)性高的子系統(tǒng)優(yōu)化方案，直到滿足投資限額約束。(3)分析各優(yōu)化后的方案，計算其全生命周期成本，全生命周期成本計算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>:建設(shè)成本(包括征地成本、設(shè)計成本、建筑成本等)0:運營成本(年度成本包括能源、清潔等)M:維護成本(年度成本和替換、修繕成本)":拆除成本S:殘值PVl:現(xiàn)值T:生命周期t:時間變量r:折現(xiàn)率表1為基木方案各子系統(tǒng)優(yōu)化方案評價情況。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>3.方案選擇選擇全生命周期成本最低的方案作為最優(yōu)方案。另外，如圖2所示，將本發(fā)明的基于LCC的可持續(xù)設(shè)計包應用到建筑設(shè)計的各個階段，改善各個階段的設(shè)計工作，進而提高各階段輸出成果的可持續(xù)性。1.方案設(shè)計階段1)方案設(shè)計的輸入元素方案設(shè)計的輸入元素包括設(shè)計依據(jù)、委托設(shè)計的內(nèi)容和范ll、設(shè)計要求、采用的法規(guī)標準、設(shè)計基礎(chǔ)資料等。①設(shè)計依據(jù)，包括選址及環(huán)境評價報告、地形圖，項目的可行性研究報告，政府有關(guān)主管部門對立項報告的批文、設(shè)計任務書或協(xié)議書等；②委托設(shè)計的內(nèi)容和范圍，包括功能項目和設(shè)備設(shè)施的配套情況；③設(shè)計要求，包括業(yè)主和政府兩方面的要求，業(yè)主方面的要求包括總平面布置、建筑里面造型等，而政府方面的要求，如城市規(guī)劃對建筑高度的限制等；④設(shè)計所采用的主要法規(guī)和標準；⑤設(shè)計基礎(chǔ)資料，如氣象、地形地貌、水文地質(zhì)、地震、區(qū)域位置等；⑥工程規(guī)模，如總建筑面積、總投資、容納人數(shù)等；⑦設(shè)計標準，包括工程等級、結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限、耐火等級、裝修標準等。2)方案設(shè)計的輸出成果將上述元素輸入本發(fā)明的基于LCC的可持續(xù)設(shè)計包，經(jīng)過可持續(xù)設(shè)計后，得到具有持續(xù)性的方案設(shè)計，并對初始投資和生命周期成本有了粗略的估計。①方案設(shè)計文件形成的方案設(shè)計文件包括設(shè)計說明書、總平面圖以及建筑設(shè)計圖紙、設(shè)計委托或設(shè)計合同中規(guī)定的透視圖、鳥瞰圖、模型等。②投資估算和生命周期成本估算為了得到合理的設(shè)計方案，一定要對多個方案進行比較，通過對功能使用、建筑造型、結(jié)構(gòu)選型、抗震設(shè)防、土地使用等方面進行子系統(tǒng)優(yōu)化，再利用LCC及其附加指標進行分析，尋找生命周期成本最低的方案，即為最具有可持續(xù)性的方案。2.初步設(shè)計階段1)初步設(shè)計的輸入元素①國家政策、法規(guī)；②政府有關(guān)主管部門批準的批文、可行性研究報告、立項書、方案文件等的文號或名稱；③工程所在地區(qū)的氣象、地理條件、建設(shè)場地的工程地質(zhì)條件；④公用設(shè)施和交通運輸條件；⑤規(guī)劃、用地、環(huán)保，衛(wèi)生、綠化、消防、人防、抗震等要求和依據(jù)資料;⑥建設(shè)單位提供的有關(guān)使用要求或生產(chǎn)工藝等資料。⑦批準的方案設(shè)計2)初步設(shè)計的輸出成果將上述元素輸入本發(fā)明的基于LCC的可持續(xù)設(shè)計包，經(jīng)過可持續(xù)設(shè)計后，得到具有持續(xù)性的初步設(shè)計，并對投資概算和生命周期成本估算有了粗略的估計。①設(shè)計說明書，包括設(shè)計總說明，各專業(yè)設(shè)計說明；②總平面，包括場地概述、總平面布置、豎向設(shè)計、交通組織、主要技術(shù)經(jīng)濟指標；③有關(guān)專業(yè)的設(shè)計圖紙，包括建筑、結(jié)構(gòu)、建筑電氣、給水排水、采暖通風與空氣調(diào)節(jié)、熱能動力等；④主要設(shè)備或材料；⑤概算和生命周期成本估算。(3)施工圖設(shè)計階段施工圖設(shè)計是建筑設(shè)計的最后階段。1)施工圖設(shè)計的輸入元素①設(shè)計依據(jù)②國家政策法規(guī)以及設(shè)計規(guī)范③主管部門和城市規(guī)劃、環(huán)保、交通、旅游等部門的要求④設(shè)計任務書或協(xié)議書(D批準的初步設(shè)計⑥詳細的地址勘查資料2)施工圖設(shè)計的輸出成果①設(shè)計說明書②總平面③專業(yè)設(shè)計(建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、給排水、采暖通風與空氣調(diào)節(jié)、熱能動力)④主要設(shè)備或材料⑤施工圖預算和生命周期成本估算民用建筑設(shè)計一般應遵循方案設(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計三個階段，對于技術(shù)比較簡單的項目，可以省略初步設(shè)計階段，方案設(shè)計后直接進入施工圖設(shè)計階段。權(quán)利要求1.一種基于全生命周期成本估價(LCC)的建筑可持續(xù)設(shè)計方法，包括方案設(shè)計、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計三個階段，其特征在于每個階段都由以下步驟組成1)輸入設(shè)計元素；2)通過基于LCC的可持續(xù)設(shè)計包進行方案設(shè)計、方案評價和方案選擇，其中的方案設(shè)計步驟為a)分析建筑的全生命周期成本的構(gòu)成、b)對影響全生命周期成本的主要因素進行分析、c)制定2個以上的基本方案，對每個基本方案的子系統(tǒng)進行優(yōu)化，使每個方案最終形成一個基本方案和一個子系統(tǒng)優(yōu)化方案集的組合；其中的方案評價步驟為a)剔除各方案中相同的成本因子，并在投資限額約束下對各子系統(tǒng)優(yōu)化方案的LCC附加指標進行計算、b)在投資限額約束范圍內(nèi)選擇具有費用效率和可持續(xù)性的子系統(tǒng)優(yōu)化方案進行排序，并計算方案的全生命周期成本；其中的方案選擇為選擇全生命周期成本最低的方案作為最優(yōu)方案。3)輸出設(shè)計成果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑可持續(xù)設(shè)計方法，其特征在于所述的LCC附加指標包括凈節(jié)余NS、投資節(jié)約率SIR、修正內(nèi)部收益率AIRR、動態(tài)投資回收期DPB和靜態(tài)投資回收期SPB。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于全生命周期成本估價(LCC)的建筑可持續(xù)設(shè)計方法，包括方案設(shè)計、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計三個階段，每個階段都由以下步驟組成1)輸入設(shè)計元素；2)通過基于LCC的可持續(xù)設(shè)計包進行方案設(shè)計、方案評價和方案選擇；3)輸出設(shè)計成果。本發(fā)明的基于全生命周期成本估價的建筑可持續(xù)設(shè)計方法將LCC集成到建筑設(shè)計中，形成基于LCC的可持續(xù)設(shè)計包，并建立了基于LCC的可持續(xù)設(shè)計框架，從而提高了建筑的可持續(xù)性，另外，改善了限額設(shè)計模式，使建筑設(shè)計方案在滿足限額約束條件下實現(xiàn)全生命周期成本最低。文檔編號G06Q50/00GK101246566SQ20071015064公開日2008年8月20日申請日期2007年11月30日優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日發(fā)明者尹貽林,張俊麗,李兆亮申請人:天津理工大學