结构设计优化常见方式解析与心得

来源：远洋设计汇结构组

作者：李卓东，鲁睿，张全辉

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引言

我国目前处于城镇化快速发展阶段，同时又是一个资源相对匮乏的国家，人均煤炭储量只占世界均值的50%，原油占12%，天然气占6%，水资源占25%，森林资源占17%，如何保持城镇化快速发展水平，同时又降低资源与能源的消耗，是中国建筑行业必须面对的挑战。住宅项目建安工程费中结构工程费用所占比例较大，大约50%左右；通过结构优化手段，在保证合理安全度要求的前提下，有效地使用结构材料，有其深刻意义：

• 降低业主的购房成本；
• 提高企业的利润和资金效率；
• 节约整个建筑行业的资源耗费量，有限资源能够更大程度地解决建设需求。

因此结构优化是地产公司结构专业人员的重点工作之一。

一、 结构设计优化常见方式及利弊分析

大型房地产公司通常采取与第三方设计咨询资源合作并适当付费的方式实施结构优化工作，具体又可细分为设计全程结构咨询和阶段性成果结构优化两种模式：

1. 设计全程结构咨询模式工作方式，简称“全程优化”模式，参见图1。这种模式对第三方咨询团队的综合能力要求较高、能够熟悉了解建设单位开发营造流程，需要在相应各个阶段中同步参与设计工作并实现优化；采用“全程优化”模式项目的咨询公司工作周期较长、工作时间量大，咨询取费标准相应较高，并且难以通过优化对比量展现其工作价值。

图1：全程结构咨询工作示意图

2. 阶段性成果结构优化模式工作方式，简称“阶段优化”模式，参见图2。

通常由咨询单位对各个阶段设计成果开展优化，待优化完成且落实到最终设计成果后，可以对比优化前后的结构材料用量；这种模式较好地展现第三方咨询团队的优化能力和价值，优化单位按照优化总金额提成方式获取咨询费用。项目进度非常紧张、无法预留充足的优化审图周期及设计修改周期时，这种模式就的优化意见难以落地、难以产生成效。

图2：阶段性成果结构优化工作示意图

无论何种方式，建设单位都需要提前构建设计单位与咨询单位都能够接受的意见纷争评判机制，避免意见相左时双方长期对立冲突导致优化意见无法落地或者延误项目现场进度的情况出现。

此外结构设计管理人员尚应注意协调咨询单位不能因为优化提成的动力而采取“形式优化”或“过度优化”的优化方式。“形式优化”是指出于减少钢筋和混凝土用量的单一目的，采取的优化措施会导致产品品质失控风险或综合造价增加等系列问题。例如图3示意的高层住宅建筑，在其门窗洞口两侧减少了剪力墙墙肢长度、增加二次砌筑材料用量，达到减少钢筋和混凝土用量的目标，却没有考虑到后期二次砌筑小墙垛带来的风险可能；若该部位墙肢长度太短会导致砌筑工程施工质量难以控制、且冷缝易开裂渗漏，对外立面施工组织及相应工期甚至后期物业管理造成不利影响。通常设计单位对“形式优化”不敏感，不会提出反对意见；但是作为结构设计管理人员需要从全局角度评判该项措施是否属于“形式优化”、能否采纳。

图3：“形式优化”案例之小墙垛二次砌筑问题

“过度优化”是指出于减少钢筋和混凝土用量的单一目的，咨询单位严格按照规范底限提出优化措施。由于各个设计团队项目经验及理解不同、当地习惯性见解异于国标、专业负责人承担安全责任的压力等等，导致了设计单位与咨询单位在“过度优化”方面出现严重冲突及矛盾，若调解不及时不到位，有可能会出现两种结局：一种是设计单位迫于房地产公司的成本管理压力被迫全部接受，另一种是设计单位因己方部分正确意见而不接受其它合理的优化意见、最终导致所有优化意见无法落地。就技术层面来说，设计单位、咨询单位和设计管理方可共同对结构体系及构件的重要性属性评定后相应采取优化措施；对于楼板次梁等一般构件，可以按照规范底限进行设计；其它重要构件应根据其重要程度适当加强，例如图4所示托柱梁。

图4：属于重要构件的托柱梁应适当加强安全性

此外还有一些中小型房地产公司由结构设计管理人员直接承担结构优化工作，相关人员技术水平、管理能力、责任心及可承担优化工作时间四个因素直接决定了优化质量和效果。

二、结构优化实施思考与心得

组织并参与了多个项目的结构优化工作，我们对结构优化的认识与理解如下：

1. 结构优化需要具备“大设计”理念和思想。

从设计纵向维度上考虑最迟也要在总图及竖向阶段启动工作，这个阶段需要及时启动初步勘察工作、以初勘成果作为竖向及地基基础宏观定型的优化依据；图5是某个坡地项目某单体建筑现场完成情况，大连团队以初勘成果为后续地基基础设计及深回填处理提供了准确数据信息、支持了方案决策和现场实施，实现了品质、成本和工期的“三赢”。从设计横向维度上考虑并平衡营销、工程、成本、物业、客服等专业的需求，例如天津市处于沿海、易受海风海雾腐蚀影响，图6所示屋顶到电梯机房的楼梯可采用钢筋混凝土形式，解决物业后期维护钢结构楼梯的难度。

图5：某深回填场地处理后的建筑物实施效果

图6：根据环境特征选择楼梯结构形式

2. 针对结构优化工作“全过程”和“前置”的特点开展工作。

“全过程”是指不能依赖于各阶段成果技术审查的方式去优化，而是要伴随整个设计过程按照优化工作拆解的计划逐步推动优化和落实工作；“前置”是指优化组织者要具备相应工作协调意识，能够提前预判结构优化工作所需的前置条件并协调内外部资源合作完成动作；具体工作中应针对上述特点把技术工作和管理动作紧密结合才能达到按时保质的优化质量。上海团队按照图7所示方式组织地基基础优化，取得了重大成绩，在上海某项目实现了交地1个月内启动试桩打桩的目标，试桩提升约20%的桩基承载力，为后续优化减桩长减桩数夯实了工作基础。

图7：“勘察+地基基础选型论证+试桩”的优化组织示意

3.  跳出传统的结构范畴，尝试应用新方法支撑结构优化工作。

例如通过“大数据”把既有成果转化为新项目的实施根基与动力。深耕城市拥有大量项目设计及优化积累并沉淀了的经验数据，对经验数据的提炼及分析可以形成具有时效性的结论和指导意见，为该城市后续项目开发营造实现“快”创造条件。以地下车库为例，各个深耕城市统计分析相关数据，对应特定产品类型确定柱网尺寸、层高与净高取值，此外还可以对覆土厚度及覆土楼盖选型、车库地基基础及抗浮措施等形成相对固化的基准方案。图8是天津团队通过“大数据”统计分析实现了当地地下车库覆土楼盖相对固化的基准方案。

图8：地下车库数据统计及二次分析的研究示意

4. 尊重项目的个体特性，结构优化要量体裁衣。

优化工作要根据项目的特点和需求，对症下药，预判并解决相应问题。由于各个项目的开发思路、资金筹措、财务指标控制策略、当地建造水平、资源供应能力等变化，会造成结构优化成果或结论不能一刀切、需要一事一议。下表是200米超高层建筑在结构优化时进行方案比选的结果，当对开发周期有提速要求或在所允许开发周期内追求成本最低时，结构优化展现的成果和结论完全相反；因此对于任一项目，通过结构方案比选环节再次梳理相关边界条件、进行结构优化及控制是必要的。

从所直接操作项目的经验来看，地产公司设计院身兼设计管理和设计技术两方面职责，以经营计划为基础、通盘掌控结构优化节奏、全过程牵头组织调动合作资源共同推动优化工作，往往能够取得很大的优化成绩；若仅对施工图成果进行审查或者不能掌控相应合作资源处置权利，则因为现场进度紧急、相关资源不予合作改图等情况导致优化思路及意见无法落地。

地产公司设计院还存在人员数量有限、项目扎堆启动时人力不足、某些结构特定领域能力不足的情况，自身人员无法覆盖全部项目；通过引进优秀结构咨询团队合作覆盖相应项目是一种较好的解决方式。

三、 结语

通过多个项目的结构优化实践与磨炼，深刻认识到新时代下项目优化工作应注意如下，围绕“大设计”理念，紧抓“全过程”和“前置”要求，及时把系统内外成果经验转化为自身的能力及动力，制定结构优化流程动作，针对项目的自身特点和需求开展优化工作，才能实现结构优化的最大价值与作用。

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