浅谈优化设计在建设工程中的作用

浅谈优化设计在建设工程中的作用

摘要:建筑结构优化设计，是既能满足建筑功能又能节约建筑投资成本的有效手段。随着社会的发展，建设方对建筑结构的安全性，使用性和经济性提出了更高的要求，而优化设计则在这几个方面中找出一个平衡点。本文结合工程经验和理论依据,对建筑优化设计过程中的整体布局，方案选择、材料选用3个主要因素进行分析,探讨建筑优化设计的实现手段，为设计者进行优化设计提供参考。

关键词:设计方案，优化设计，安全，平衡点，价值工程

科学技术的不断创新，推动经济不断向前快速发展，人们对物质生存环境提出了更高要求，而建筑是人类物质生存环境的重要载体。近年来，环保型社会建设理念的不断深入人心，随着各种建设工程的开展，能源材料的消耗以及对控制建设成本的要求提高加剧了对优化设计的需要。建筑的优化设计，不但满足了投资者控制建筑投资成本的目标，而且更加符合使用者对建筑本体功能的需求，从而实现了社会整体经济效益的最大化。因此，建筑结构的优化设计，在节能环保型社会以及市场经济指标下越来越需求。

建筑结构优化设计的基本理论：建筑结构的优化设计主要体现在建筑工程的决策阶段、设计阶段、建设阶段。在建筑工程的决策阶段，确定结构优化设计所要达到的总体目标，满足本体功能，最大程度保障安全性，缩减投资成本；在建筑工程的设计阶段，确定每一个子系统及整体结构的优化布局；在建筑工程的建设阶段，以结构优化设计为建设原则，组织建设好每一个子系统从而实现整体结构优化布局。决策阶段结构优化选择是关键，设计阶段结构优化设计是核心，建设阶段结构优化建设是基础，3个阶段互相验证、互为补充、缺一不可。建筑结构优化设计的基本要求:功能性建筑是人类的基础物质生存环境，建筑结构优化的目标就是在安全，经济中间找一个最佳平衡点。

在一个工程项目的建设中，作为建设单位，在基本建设过程中加强工程造价全过程管理，有效控制投资具有重要意义。全面的造价控制和管理涉及与工程建设有关的各个要素，涉及到工程项目的全过程，涉及总包单位、施工单位、设计单位、咨询单位之间的关系工程造价控制又是不确定性较强的工作，各种不可见的事项随时可能发生，故降低工程项目建设成本，提高投资效益既是建设单位也是咨询机构关心和研究的话题。

工程造价的有效控制应体现在投资决策阶段、设计阶段、实施阶段。长期以来，人们始终认为工程施工阶段需要大量的人力、物力、财力的投入，所以控制施工的费用支出，也就控制了工程造价。殊不知这只是一种现象，我们透过现象看他的本质，控制工程造价的关键在于工程实施之前，即投入决策和立项之后的设计阶段。在设计阶段，有时候建设单位考虑的只是设计费用的大小，殊不知设

计费用在建设工程全过程费用中只占建安成本的2％一3％，但对工程造价的影响度却非常之高，根据有关资料分析表明，在项目决策及方案设计阶段影响工程造价的可能性为30％一70％。国外认为设计阶段对工程造价的影响为75％。故选一家好的设计单位是很重要的。

工程设计是一个较为复杂的工程，涉及面广、计算繁琐，设计人员注重的往往是使用效果、平面布置和外观立面上，在计算和确定柱，梁截面、砼标号、钢筋配置时往往有过于充分的安全系数，对工程的实际造价和平方米的各种指标不够重视，从而造成设计上的浪费。那么，如何在设计阶段有效控制工程造价呢?

一、建筑方案的选择

建筑方案的设计一方面要满足建筑方面技术的设计方案，另一方面，要对设计方案的建筑功能进行分析，不是所有设计都能选择最优方案，但注重设计方案的经济效果、寻求优化设计是工程项目始终追求的目标。一个优秀的设计方案，必须在使用上具有适用性，在技术上有可行性、先进性，在经济上有合理性。即使用、经济、美观、安全。因此在设计阶段能否做好方案的优化工作，不仅关系到工程建设的整体质量和建成后的效益．而且直接关系到工程建设的总造价。设计方案优化相关因素很多，设计参数和工程造价的关系就是其中一项，比如：建筑形体越简单，维护结构越少，造价越低；建筑物层高越高，造价越高。

二、结构设计方案的选择

根据建筑形体的构思选择匹配的结构类型。在同一个工程项目中，设计必须把技术和经济密切结合起来，充分考虑建造成本与寿命周期内维修费用的合理分配，选择一个成本最低的方案。建筑物作为一个整体工程，不能只考虑局部的造价，而应该考虑到各个分部是相互影响的。比如说水泥厂采用钢结构是否经济。传统的观点总是认为钢材价格比混凝土高，仅考虑结构造价，据分析，纯钢结构的造价约为混凝土结构的两倍，如此考虑，很显然，钢结构显得不够经济。但采用钢结构却有诸多经济优越性如钢结构自重轻，可降低基础工程造价；强度高，可减少构件截面尺寸；施工速度快，缩短建设周期，使建筑物早日投入使用，在缩短工期方面有很大的帮助；还可以节省模板工程造价；降低楼层高度。在设计中，采用最佳的结构体系至关重要，不是最佳结构体系肯定不是经济的。

在建筑工程的设计阶段，整体结构的优化布局也是很重要的，譬如在某个项目中，结构形式为钢结构，x,y方向都为多跨，每边跨距为8米，这个时候柱截面选用钢管明显比用H型钢经济的多，因为从满足截面惯性矩来讲，H型钢一个方向为强轴一个方向为弱轴，使用H型钢的话，设计者为了满足弱轴方向的惯性矩，人为的加大截面。而钢管在两个方向的截面惯性矩是一样的，这样在同样满足截面惯性矩条件下，钢管的截面面积要远小于H型钢。在应力满足要求的前提下，尽可能多用几种不同的钢管截面，也可以使用钢量减少。程序计算发现此建筑在风作用下某层的层位移角过大，而这时如果加大柱截面及加纵向支撑则会增加不少用钢量，从而对控制造价不利。通过计算比较，纵向支撑在这里对层间位移角控制的效果不是很好。这时,分析了薄弱层产生的原因，在这一薄弱层的四个角上加了四个很小的水平支撑，以最小的代价解决了层位移角过大的问题，从而使柱截面及纵向支撑截面减小。项目决算后，工程的用钢量要比预算节省了160吨左右钢材，相当于比预算少用了30%的用钢量，这是一个很可观的数据。

当今社会，建筑设计对功能性的满足也不再局限于传统的实用性功能，而是增添了舒适性、美观性、协调性等多种新元素，满足人类对基础物质生存环境的更高要求。安全性建筑作为人类生存的基础生存环境，与人类的生产、生活紧密相关，安全性成为建筑结构优化设计的必然考虑因素。如果，一味追求建筑结构的优化设计，而忽略了决策阶段、设计阶段、建设阶段的安全性，其作为建筑不但没有任何实际意义，反而会给人类正常生产和生活带来致命的危害。因此，安全性是结构优化设计中的必然考虑因素。经济性建筑结构优化设计的经济性是市场经济条件下对资源配置提出的新要求，经济性是指通过建筑结构的优化设计，最大化的节约各种材料资源，达到减少建设成本的目标，这一目标的实现对建设方及总包方很重要，直接涉及到经济效益。

【结束语】

实践证明，设计不当，往往会对工程建设造成难以挽回的损失和浪费，有时还会给工程项目的使用带来不可弥补的损害；设计优化会给工程带来使用方便、投资省、效益高的效果。每个工程设计都有不同的设计方案。通过优化设计来控制投资是一个综合性问题，要正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键环节。设计中既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求，使项目达不到功能的倾向，又要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。设计人员要用价值工程的原理来进行设计方案分析，要以提高价值为目标，以功能分析为核心，以系统观念为指针，以总体效益为出发点，在安全和经济中找到一个最佳平衡点，从而真正达到优化设计效果。