重要经验资深成本总10年泣血总结结构优化如何做才有效Word文档格式.docx

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在我国，1973年中科院资深院士、计算力学工程结构优化设计的开拓者钱令希教授发表了一篇《结构优化设计的近代发展》，吹响了国内结构优化设计研究的一个进军号。

有台湾绿色之父之名的台湾成功大学建筑系林宪德教授讲，当你要做一个真正绿色的东西，第一个需要做的是压缩你的设计余量。

结构优化也就是为此在结构方面做出了很大的尝试。

在我国新的绿色建筑评价标准当中，结构设计优化被提升为节材部分的最重要的内容。

详《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014之7.2.2条。

有专家这样形象地评价设计优化的意义：

明明这个人只有1.7米的身高，却给他做了适合1.75米身高人穿的衣服，虽然也能穿，但是造成浪费。

量体裁衣，这种节省是切切实实的。

2.国内关于结构优化的理论研究、著作及应用软件也相当成熟

国内关于设计优化的理论和应用软件研究成果较多，为设计优化提供了充要的理论基础和应用工具。

例如JIFEX是中国自主研发的有限元分析与优化设计软件系统，已发展成为中国计算力学与CAE研究领域最具特色的有限元分析与优化设计软件之一。

而关于结构优化的著作就更为丰富多彩，既有理论研究的著作，也有实战案例的解读与分析，各有千秋。

本文整理了部分著作清单，供读者了解和参考。

3.设计是规范加上判断和创造的产物，这就是设计优化客观存在、永恒存在的内在原因

设计是规范加上判断和创造的产物，而规范永远是滞后于科技发展，判断和创造则是与时俱进的。

今天的最优，不代表是明天的最优。

设计优化既是国家建设绿色节能建筑、建设资源节约型社会及企业成本控制等外部因素要求，也是地产企业迫于现阶段房地产市场的一系列不合理的客观情况所主动采取的应对措施。

设计单位随着房地产市场需要而呈现出多样性和复杂性，不规范的市场行为充斥其中，设计单位优劣难辩，设计成果的多版本、六边工程成为常态，设计师的工作强度和难度在客观上成倍增加。

而我国的设计师职业责任和审图体制目前仍针对安全性这个首要问题，而对于经济性这个后首要问题的关注目前还停留在各结构设计规范的第一条上。

加之国内大多数设计师的收入机制是低固定工资+高产值奖金，即在一般意义上，设计师的收入与产量有关，与质量无关。

因而，设计师一般不会对设计成果的经济性额外关注和投入精力，毕竟多数人都是趋利避害的，即便是你我也不会往没有产出的工作上去花费时间、投入精力。

【设计优化对象涵盖各个专业，必须总体考虑，同时抓住重点：

结构优化】

设计优化涵盖的内容很广，既是一个建筑、结构、机电、景观、装修等多专业可独立实施的过程，也更需要设计与施工多领域、建筑与结构等多专业统筹考虑、综合协调、追求整体优化效果。

在优化设计工作上，切不可孤立的追求结构成本的最优，而需要全面考虑总体的节约才是真实的节约;

也不可片面的追求成本的最低，而需要全面考虑项目总体目标的最优匹配。

在追求整体效果的同时，我们需要抓重点，那就是最具优化潜力的结构成本。

结构成本具有客户敏感度最小、优化空间最大、优化时间最紧迫的特点。

结构成本是客户看不见、且不关注的那部分;

结构成本占整个建安成本的比重最大，毛坯住宅约50%，公建约30%;

结构成本的离散性大;

同时，由于结构设计以建筑设计的完成为前提，存在接受条件最迟但要求出图最早、先用于施工的特点，导致我们容易放松对其经济性的关注。

1.有关结构优化的两个误区

（1）结构优化就只是为了省钱吗?

结构优化是对结构设计进行的检讨与改善，是一个再加工的过程，而不是单一的节约用钢量。

优化后的结构一般会达到指标更经济、建筑空间和室内使用更合理、结构安全度更高、现场施工更方便的效果，是一个统筹考虑、综合最优的结果。

即结构优化既为省钱（更经济），也为更安全、更适用、更方便。

例如：

上海东方明珠的设计者、我国工程院院士江欢成大师在1985年任华东院总工期间，对当时在上海广为流行和大量套用的仙霞型高层住宅大刀阔斧地删掉了许多剪力墙（楼板厚度由120mm增加至140mm），砼、钢筋量分别减少30%、38%，经济指标分别达到0.343m3/m2、40kg/m2，取得较好的经济效益和舒适、灵活的空间使用效果，在施工难度上也大大降低，而后在上海多个项目套用。

（案例摘自江欢成大师《优化设计的探索和实践》）

而大师所采取优化措施共有5项，其中主要的3项如下：

30年过去了，这些措施至今仍是行之有效的。

在高层建筑中，普遍采用剪力墙结构，地上结构中剪力墙的钢筋砼用量占到全部构件的50%左右、甚至以上。

上述优化措施至今仍有很大的借鉴意义。

再如北京清华大学土木工程系教授董聪受命组建北京奥运场馆结构选型及优化设计关键技术课题小组，负责奥运场馆结构优化。

在鸟巢瘦身过程中就表示：

进行结构优化设计，必须要尊重建筑师的原创思想。

这就像时下的吸脂美体术，只能在不改变人外观、健康和容貌的基础上，减去多余脂肪，达到健美目的。

据网上数据，鸟巢总预算从最初的38亿元减少到31.3亿元，节省6.7亿元（降低18%），结构安全性更好。

（2）我们有限额设计，还需要进行结构优化吗?

首先，设计图在指标上能满足限额值，但不一定最经济、最合理的设计。

限额值一般是过去常规工程的经验值，时间上具有滞后性，对象上具有普遍性，没有针对性。

对于非标建筑，限额值就几乎不具指导意义。

因此，设计图在指标上能满足限额值，但不一定最经济、最合理的设计。

其次，单纯的限额设计往往容易走向另一个极端或误区。

限额设计仅从经济指标上对结构成本进行控制，将大量的设计精力聚焦于降低经济指标上，而会忽略其他更重要的工作，如结构体系合理性的判断与调整、结构与建筑及机电等专业的协调，造成了使用、运行等方面的限制或增加了使用成本。

2.结构优化管理的总体思路

（1）全过程介入，越早越好

介入时间越早效果越好、改得越少、投入的精力越少。

从前期策划、建筑设计（总平面布置、户型设计等）、地质勘察、建筑设计、结构设计、审图、施工等全过程均需要开展相应的优化工作。

（2）与设计院合作，以双赢为指导思想

在选择设计单位时，既要谈设计费单价，也要谈限额指标;

这在当下是普遍做到了。

而在设计合同中，既要约定限额指标，也要约定奖惩规则，在合同上是做到了，但在实际中确实难以兑现，这也是很多单位聘用优化顾问的原因之一;

在日常工作中，甲方设计师既要坚决维护公司利益，避免浪费，也要适当尊重、照顾设计院的想法，少返工、早提要求，对设计的要求提前说清楚、达成一致。

（3）在力量有限的情况下，建议引入外部资源，并以三赢的思想处理好三方关系

目前比较常见的方式，让专业人做专业事，具有招来即用、用即有效的优势。

据了解，一线房企均采用过或正在采用这种方式。

特别是重大项目、非标项目，及时引入外部资源可确保万无一失。

引入外部资源，关键问题不在于能不能提出有价值的优化方案，而是如何避免拿意见容易、落实难的尴尬。

解决问题的关键是建立一套设计单位与优化单位目标一致的激励机制，做好优化单位、设计单位、施工现场之间的衔接，同时以三赢的思想处理好三方关系（甲方、设计方、优化方），特别是以人非圣贤、孰能无过的心态，处理好与原设计单位的关系。

这也是我们甲方需要重点关注的工作。

引入外部资源的性价比极高。

优化顾问的收费一般以优化成果的20%左右收费，根据项目特征有收费的上限和下限。

作者目前收集到全国优化顾问公司共23家，限于篇幅，有需要的朋友可以与作者联系。

3.结构优化的工作方式

优化工作按介入时间分为两种方式：

过程优化、结果优化。

各有特点、各有成效，也各有不同的管理要求。

而结果优化太被动，一般情况下不应采用。

结果优化：

在施工图设计完成后介入，优化与设计串行的工作方式，通过对原设计图纸进行事后复核，并提出优化意见，说服设计单位对原设计图纸进行修改的优化方式。

过程优化：

在项目设计过程中介入，优化与设计并行的工作方式。

各自特点如下表：

4.过程优化的一般做法

过程优化的一般做法概括来讲就是三步走：

事前指导、事中检查、事后验证。

同时针对三个设计阶段方案、扩初、施工图分别采取不同管理方法。

每个工作环节均按照事前确认输入条件、事后复核输出成果的思路进行过程管控。

（1）事前指导

事前指导的主要目标是在设计开始前双方经过沟通、讨论，达成一致的限额目标和支持性的技术措施、双方合作流程等。

这个阶段最重要、技术含量最高、也最艰难。

但磨刀不误砍柴功，事前指导可收事半功倍之效。

一旦完成，可以做到：

设计一开始，就完成设计阶段成本控制的50%以上。

在设计开始前，共同确定《结构设计技术措施》，先定技术标准、从设计前端进行管控将收牵住牛鼻子之功效。

先定下技术标准，是因为改标准比改图容易得多。

《结构设计技术措施》的具体内容是在《设计任务书》的基础上，增加以下四份文件作为开展结构设计所需的全部前置条件：

《统一技术措施》、《结构构件的标准构造做法》、《结构设计总说明》、《建筑做法》。

标杆房企都已制定了《结构设计标准》。

《统一技术措施》包括电算模型及计算系数的取值、设计参数、材料选择、荷载取值、各构件的结构设计与配筋原则、结构指标在各构件上的分解目标（构件结构指标的预估值）等。

《统一技术措施》的内容，除了严格按规范取较经济的参数或系数外，同时需要对当地类似项目进行调研，相关数据作为支撑。

例如，作者曾经因为大连某项目优化设计而对当地类似项目进行了主要参数的调查：

《结构构件的标准构造做法》是针对按构造设计而非计算确定的构件，以满足规范的最低要求为标准先制定标准设计做法，避免设计单位任意加大。

按构造设计的钢筋在总钢筋用量中占有较大比重，重要性如下图所示（摘自徐珂微博《剪力墙住宅项目结构节材设计》）。

例如，剪力墙墙身的构造配筋表（来自网络）：

注：

高度小于24m且剪压比很小的四级剪力墙，其竖向分布筋的的最小配筋率按0.15%采用。

《结构设计总说明》是对结构设计软件以外的内容进行经济性控制，特别关注通用性的设计说明，通用性越强设计越浪费（同时，设计更方便、施工更方便），避免出现一句话增加几十万的意外情况。

例如关于吊筋的说明、关于过梁的说明、关于洞口加筋的说明等。

《建筑做法》主要是提前确定墙、地、顶以及其他部位的建筑做法，避免由结构设计师在未知的情况按最大可能的荷载进行取值。

比如砌体材料的选择涉及材料比重、天棚是否抹灰等均涉及荷载取值等。

（2）事中检查

①结构设计的过程主要包括结构方案、结构计算、施工图设计三个阶段，结构优化也是从上述三个阶段进行。

各阶段的主要工作分别是：

方案阶段：

结构体系的造型和结构布置合理性认证、结构计算和内力分析正确（重点）。

有经验表明，上述三个阶段中方案阶段对于结构成本控制的价值占65%;

扩初阶段：

结构方案的对比、优化;

重点关注结构体系、基础方案、地下室的布置等关键环节，一般情况下如聘请顾问公司，则会提供至少两个方案进行对比，供甲方选择;

施工图阶段：

结构构件设计的精细化管理。

主要是对结构设计中的不精细做法进行纠正，如不合理的归并、有过大的富余、不经济的配筋方式和砼厚度取值等。

②工作方法建议：

先做先审、样板先行。

先做样板单元（房、层、各构件）的设计，复核通过后，再开展大面设计。

这样基本可以避免出现一旦需要修改、就要全部修改、设计院不情愿、工作量太大影响工期等情况的出现，大大减少和降低结构优化所致的返工量和障碍。

即实现变先设计后算量为先算量后设计。

全过程、分阶段检查各个环节的设计情况，看是否符合《结构设计技术措施》的要求，包括结构建模、桩基、地下结构、地上结构;

同时分构件验算设计的经济性。

（3）事后验证

在正式出图前提供施工图电子版和全套结构计算书，供甲方进行计算和复核，验证最终的限额指标与《结构设计技术措施》中构件结构指标预估值的差异。

但事后验证也并非等施工图出来了再验证，因为那样真的是太迟了，就现实而言，大部施工现场是等图施工、甚至边出图、边施工，基本没有房企会有时间等设计院去改设计。

因此，事后验证也可以分两步走：

一是在完成结构计算后进行粗略验证。

PKPM软件可以在完成结构计算后得出一个理论的配筋量和砼量，是理论量，与最终施工图计算量大概有5%左右的偏差（具体偏差值与设计师对软件进行人工干预的程度有关）。

具有以下特点：

时间短，一般在完成结构计算后即可提供;

不会发生算量成本;

有偏差，大概比图纸量小5%左右。

主要是设计师对软件计算结果人工干预后与软件计算值之间的差异，受设计师干预程度影响;

这种方法可用于初估，或比较两种设计方案之间的指标差异。

二是完成结构画图后，抽样精确复核验证。

在完成CAD画图后、正式出图前（大约有7个工作日）进行抽样复核或委托造价咨询公司结合工程量清单编制来进行全面的、准确的复核。