所謂方案優(yōu)化設(shè)計，就是在原設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合新工藝和設(shè)備的使用，新材料的投入，進(jìn)行局部設(shè)計的改變，不僅使技術(shù)更可行，更加滿足功能要求，還能節(jié)約材料，使工程造價明顯降低。往往同一建設(shè)項目，同一單項、單位工程，可以有不同的設(shè)計方案，從而形成不同的工程造價，因此要通過方案優(yōu)化設(shè)計對其進(jìn)行選擇，使之真正達(dá)到以最優(yōu)的設(shè)計、最經(jīng)濟(jì)的投資，建造最好的工程項目的目的。本文僅針對建筑結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計對工程造價產(chǎn)生的影響進(jìn)行探討。
　　在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不同方案的選擇及不同建筑材料的選用對工程造價會有較大影響， 像基礎(chǔ)類型選用、進(jìn)深與開間的確定、層高與層數(shù)的確定、結(jié)構(gòu)形式選擇等都存在著技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析問題。據(jù)統(tǒng)計，在滿足同樣功能的條件下，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計，可降低工程造價10%左右，有的可達(dá)20%.建筑結(jié)構(gòu)由基礎(chǔ)、柱、墻體、梁、樓板、屋面板等部分組成，各部分占工程總造價的比例不盡相同，結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化時對工程造價的影響也就不一樣，因此在方案優(yōu)化設(shè)計時我們所考慮的重點要有所側(cè)重。下面就主要結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行舉例說明：
　　1）基礎(chǔ)：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的造價與工程所在地的地質(zhì)條件密切相關(guān)，其工期約占整個建筑物主體工程的25%-30%，造價約占總造價的10％-20％，基礎(chǔ)工程的重要性顯而易見。所以設(shè)計時應(yīng)重視地質(zhì)勘察報告的交底工作，選擇合理的基礎(chǔ)型式，控制基礎(chǔ)的截面尺寸與埋深。如兩座相臨的住宅樓工程，根據(jù)地質(zhì)勘探資料，設(shè)計基礎(chǔ)承載力及埋深相同，地面以上部分結(jié)構(gòu)設(shè)計也相同，均為6層磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積3236m2；地面以下部分選用兩種基礎(chǔ)形式，1# 樓過于考慮安全性，設(shè)計選用了鋼筋砼條形基礎(chǔ)，C20砼澆筑， M10水泥砂漿、MU10磚砌筑，基礎(chǔ)總造價為16.13萬元。在2#樓設(shè)計中，將基礎(chǔ)改為毛石條形基礎(chǔ)，用MU20毛石、M10水泥砂漿砌，基礎(chǔ)總造價為10.35萬元。通過對比，基礎(chǔ)建筑面積造價，1# 樓為49.86元/m2，2#樓僅為31.98元/m2。在兩樓樓型、結(jié)構(gòu)及使用功能相同的情況，地質(zhì)條件滿足安全使用的前提下，只將鋼筋砼條形基礎(chǔ)改為毛石條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)部分的造價減少了35.88%。這對整座住宅樓工程造價的控制起到了積極作用。
　　2）柱網(wǎng)布局與柱子：柱網(wǎng)布局是確定柱子的行距（跨度）和間距（每行柱子相鄰兩柱間的距離）的依據(jù)。一般來講，柱網(wǎng)尺寸在6-12m之間，柱距小則傳力路線短，上部結(jié)構(gòu)節(jié)省材料，但可能基礎(chǔ)費用高，因而柱網(wǎng)布局是否合理，對工程的結(jié)構(gòu)造價有很大的影響。此外，柱子截面形狀及大小的選擇也對工程造價有著直接的影響。下面就柱子截面大小實例說明它對工程造價影響的程度。
　　某四層廠房根據(jù)工藝要求，在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用現(xiàn)澆鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，初始設(shè)計方案為：框架邊柱截面750mm×750mm，中柱截面750mm×1000mm； 框架梁截面統(tǒng)一為450mm×1900mm，受力主筋均采用Ⅱ級鋼筋。初始設(shè)計方案的主要消耗材料為： 框架梁混凝土130.82m3，梁受力主筋15179.4kg；框架柱受力主筋3654.2kg。初始方案的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總造價為19.12萬元。優(yōu)化設(shè)計時，以框架結(jié)構(gòu)尺寸和框架柱截面尺寸為常量，把框架梁截面高度尺寸為變量，并以模數(shù)50mm為步距進(jìn)行變化。當(dāng)框架梁截面高度變化時，框架梁自重及梁、柱配筋均相應(yīng)變化，結(jié)構(gòu)總造價也相應(yīng)變化。經(jīng)過分析，求得該四層廠房結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案的主要參數(shù)為：框架邊柱截面750mm×750mm ，中柱截面750mm×1000mm，框架梁截面統(tǒng)一為450mm×1600mm。優(yōu)化設(shè)計方案的主要消耗材料為：框架梁砼110.16m3（比初始方案減少20.66m3），梁受力主筋17185kg（比初始方案增加2005.6kg）；框架柱受力主筋4482kg（比初始方案增加827.8kg）優(yōu)化設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總造價為185823元。對比分析初始方案與最佳方案，該框架結(jié)構(gòu)總造價由19.12萬元下降到18.58萬元，僅主體結(jié)構(gòu)節(jié)省投資2.9%，經(jīng)濟(jì)效果比較顯著。
　　如果我們對柱子鋼筋連接方式進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計，有時也能節(jié)省大量資金。某綜合樓設(shè)計時，柱子鋼筋采用電渣壓力焊接技術(shù)，從而可比搭接方法節(jié)省10％還要多的主筋，僅此一項可節(jié)省數(shù)十萬元之巨。
　　3）梁：矩形截面梁是最普通的受彎構(gòu)件，在設(shè)計時常被使用，但材料利用率很低。一是因為靠近中和軸的材料應(yīng)力較低；二是梁的彎矩沿梁長是變化的。由于等截面梁大部分區(qū)段應(yīng)力低，材料得不到很好利用，只有在軸心受力時，材料利用率才可提高。因此，設(shè)計時可采用平面桁架代替矩形梁，平面桁架相當(dāng)于掏空的梁，將梁中多余的材料掏去，這樣既經(jīng)濟(jì)，自重又可減輕。它還可發(fā)展為空間網(wǎng)架，材料的利用率就能大幅提高。某超大跨度工業(yè)廠房，設(shè)計時用桁架外形的設(shè)計代替矩形截面梁，經(jīng)濟(jì)上取得相當(dāng)好的結(jié)果。
　　4）砼及鋼筋的選用：除了要滿足結(jié)構(gòu)的需求外，應(yīng)力求方便施工，盡量減少砼標(biāo)號與鋼筋型號的種類。有的工程梁、板、柱采用不同的標(biāo)號，使施工難度加大，浪費了材料，加大了采購成本。鋼管砼結(jié)構(gòu)是將砼填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的一種新型結(jié)構(gòu)，它將兩種材料有機(jī)地結(jié)合，可借助內(nèi)填砼增強(qiáng)鋼管壁的穩(wěn)定性，借助鋼管對核心砼的套箍作用，使核心砼處于三向受壓狀態(tài)，從而具有更高的抗壓強(qiáng)度和抗變形能力。鋼管砼與鋼結(jié)構(gòu)相比，在自重相近和承載力相同條件下，可節(jié)約鋼材近50%，并節(jié)約大量的焊接工作量。與普通砼相比，在保持鋼材用量相近和承載力相同條件下，構(gòu)件截面面積可減少約50%，材料用量和構(gòu)件自重相應(yīng)減少約50%。實踐證明在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，使用這些新工藝設(shè)備可大大降低工程造價。
　　方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，要把握好技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的對立統(tǒng)一關(guān)系，既要反對片面強(qiáng)調(diào)節(jié)約，忽視技術(shù)上的合理要求的做法，又要反對設(shè)計保守浪費，只重技術(shù)，輕經(jīng)濟(jì)的思想。
　　根據(jù)現(xiàn)階段的情況，若要推行優(yōu)化設(shè)計，筆者有如下建議：
　　1、加大行政監(jiān)督和加快設(shè)計監(jiān)理工作。優(yōu)化設(shè)計工作的推行，政府主管部門首先要重視，通過行政手段來保證優(yōu)化工作的實施，加大對設(shè)計市場的管理力度，建立和完善相應(yīng)法律法規(guī)，規(guī)范設(shè)計市場。其次建立設(shè)計監(jiān)理制度已成為形勢所迫，業(yè)主所需。目前還沒有客觀公正的“第三方”來監(jiān)理結(jié)構(gòu)設(shè)計的進(jìn)行，所以通過設(shè)計監(jiān)理的方式可以打破設(shè)計單位自己“控制”自己的單一局面。
　　2、建立必要的設(shè)計競爭機(jī)制。為保證設(shè)計市場的公平競爭，設(shè)計經(jīng)營也應(yīng)采用招標(biāo)投標(biāo)，并頒布相應(yīng)的法規(guī)條例。各地可以成立合法的設(shè)計招標(biāo)代理機(jī)構(gòu)，符合條件的項目必須招標(biāo)。招標(biāo)時對投標(biāo)單位的資質(zhì)、信譽(yù)、技術(shù)等方面進(jìn)行必要的資格審查，設(shè)立健全的評標(biāo)機(jī)構(gòu)，運(yùn)用價值工程等手段對備選方案進(jìn)行優(yōu)化選擇。設(shè)計單位為提高自身競爭能力，在內(nèi)部管理上應(yīng)把設(shè)計質(zhì)量同個人效益掛鉤，促使設(shè)計人員加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)觀念，把技術(shù)與經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一起來，改變以前設(shè)計過程不算帳，設(shè)計完了概算見分曉的現(xiàn)象。
　　3、推廣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的形成，來源于大量成熟的、行之有效的實踐經(jīng)驗和科技成果，是科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的必要途徑。優(yōu)秀的工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，不僅優(yōu)化了設(shè)計，減少設(shè)計的盲目性，還將大大提高設(shè)計速度，有效降低項目的全壽命費用。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中可以對一些重要的部位采取設(shè)計經(jīng)濟(jì)指標(biāo)限額制度，對一些設(shè)計部位使用“宜”或“不宜”等引導(dǎo)性語言提示設(shè)計人員對方案進(jìn)行優(yōu)化，鼓勵他們在設(shè)計中大膽使用新工藝和新材料。
　　綜上所述，結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計是一個系統(tǒng)工程， 它真正體現(xiàn)了事前控制的思想，能起到事半功倍的效果，達(dá)到花小錢辦大事的目的。只要我們嚴(yán)格遵守“經(jīng)濟(jì)、實用、合理”的原則，認(rèn)清優(yōu)化設(shè)計在造價控制中的重要性， 確定合理目標(biāo)，積極創(chuàng)造適宜條件，主動采用科學(xué)的控制方法，就一定能搞好設(shè)計階段的造價控制。