1 引言

国家新型城镇化规划 (2014~2020年) 报告明确指出城镇化已经成为我国社会发展的宏观性、战略性和基础性规划, 是现阶段推动我国实现内向型经济发展方式转变的主要途径。而绿色建筑在新型城镇化过程中占据重要地位, 指在建筑的全寿命周期内, 利用3R原则 (减量化, reducing;再利用, reusing;再循环, recycling) 最大限度的减少废弃物的产生和污染排放的过程, 构建人与自然和谐共生的建筑, 推进绿色建筑发展已经成为新型城镇化建设的提供有力支撑与有效途径。在投资方面, 绿色建筑相对于传统建筑费用较高, 实际成本和效益的模糊性是绿色建筑发展的主要障碍。因此, 对绿色建筑全寿命成本效益研究具有理论与现实意义。 成本和效益一直是目前国内外绿色建筑领域关注的热点问题。绿色建筑的成本可以分为两类:前期建设成本和后期运营成本。前期建设成本主要包括软成本与硬成本;软成本主要涉及设计、调试和文件等相关费用;硬成本主要涉及建筑、材料和建筑服务等相关费用。后期运营成本主要涉及建筑能耗、用水、维护和管理的运营成本。目前关于绿色建筑增量成本的研究研究视角主要是从经济学角度、全社会角度和全寿命周期角度方面展开, 但未能对绿色建筑所具有的经济性优越性和缺乏系统性的评价。综上所述, 本文将采用全寿命周期评价 (Life Cycle Assessment, LCA) 思想对绿色建筑的成本与效益进行系统研究, 运用相关技术经济学的评价方法成本和效益进行分析, 更好对绿色建筑成本进行控制, 同时为绿色建筑的各参与投资者投资回报期提供一定的参考意义。

1 理论基础

关于绿色建筑的内涵, 主要采用住建部发布的《绿色建筑评价标准的定义》:在建筑的全寿命周期内, 最大限度地实现“四节一环保” (节能、节地、节水、节材和保护环境) 功能, 为人们提供健康、适用的使用空间, 与自然和谐共生的建筑。基于此, 本文关于绿色建筑与传统建筑差异考虑以下两个方面: (1) 全寿命周期方面。传统建筑的全寿命周期是从设计策划、组织施工、运营管理、维护拆除, 而绿色建筑是在传统建筑的基础上扩展到原材料的管理和建筑材料的回收处理; (2) 经济利益方面。从投资者的角度来看, 都关注经济利益, 但不同点在于绿色建筑是将经济效益、社会效益和环境效益相融合, 追求整体利益最大化。 绿色建筑建造成本是参建各单位普遍关注的问题, 根据工程项目全寿命周期成本的定义:工程项目设计、开发、建造、使用、维修、报废过程中发生的费用。即在既定的周期中产生的设计费用、建筑安装费用、运行维护费用、回收拆除费用等的总和。按照时间序列, 本文主要将绿色建筑全寿命周期划分为以下五个阶段: (1) 决策成本阶段, 主要包括项目的建议书费用和可行性研究费用等; (2) 施工准备阶段, 主要包括勘察设计费用、招投标费用、资质申请手续费用、资金筹集费用和土地准备费用等; (3) 建设成本阶段, 主要包括建筑工程费用、安装工程费用、生产准备费用、联合试运转费用和其他建设变更费用; (4) 运营成本阶段, 主要包括管理费用、维修费用、能耗费用和改造费用等; (5) 报废成本阶段, 主要包括拆除费用、清理场地费用和材料回收加工费用等。因此通过全寿命周期来认识与分析绿色建筑的成本, 有利于对每个阶段的成本合理控制与优化, 将使得项目资源利用合理化, 节约化和低耗化的目标。 费用效益分析是一种定量经济分析方法, 用于评估替代设计方案的盈利能力和投资回报, 将决策、设计、实施、运营和报废处理每个阶段所产生的成本和获得的效益折算到项目起始点。绿色建筑费用效益主要通过以下两个指标:经济净现值和经济费用效益比来评价分析。

2 绿色建筑费用效益构成要素分析

根据前文对于绿色建筑项目全寿命周期的定义和阶段划费用效益分析如图1所示。 其中, (1) 决策成本阶段。绿色建筑决策成本阶段费用CO_决策主要由市场调查CO_调查和咨询CO_咨询构成; (2) 施工准备阶段。绿色建筑施工准备阶段费用CO_决策主要是由设计CO_设计、模拟CO_模拟和认证CO_{申请认证费用}构成; (3) 建设成本阶段。绿色建筑建设成本阶段费用CO_节能按照《绿色建筑评价标准》“四节一环 (CO_节能, CO_节地, CO_节水, CO_节材, CO_环境) ”进行分析; (4) 运营成本阶段。绿色建筑运营阶段是全寿命周期中能耗最高的阶段, 绿色建筑运营成本阶段费用CO_运营主要是由CO_{废弃物管理}、CO_能耗计量、CO_智能管理、CO_绿化管理和CO_设备维护构成; (5) 报废成本阶段。绿色建筑报废阶段, 主要涉及拆除费用和回收再加工费用, 但是绿色建筑与传统建筑的拆除费用差异很少, 故不予考虑。 图1 绿色建筑项目全寿命费用效益分析框架 绿色建筑增量效益分为两类:直接效益 (经济效益CI_经济) 和间接效益 (社会效益CI_社会效益和环境效益CI_环境效益) 。其中, 直接效益CI_经济主要是由采用绿色施工所带来的节能CI_节能、节水CI_节水和节材CI_节材的经济效益;间接效益主要包括CI_社会效益和CI_环境经济效益。其中, CI_社会效益主要由CI_效果和CI_财务损失构成;CI_环境主要由CI_CO2、CI_{建材延长寿命}和CI_人体健康构成。

3 案例分析

本绿色建筑项目选择新疆某地, 建筑性质为住宅公建, 规划总面积3.61万m², 本案例选取其中的两栋楼, 采用框架-剪力墙结构, 抗震等级为7级, 结构安全为2级, 耐火等级为1级。主体建筑为地上11层地下2层, 占地总面积是2934m², 建筑密度22.75%, 总建筑面积为8678m², 其中地上建筑面积6120m²。两栋楼共有住户80户, 按平均每户3.2人计算居住人口约计256人。其中绿地率为28%, 节能率达到45.41%, 非传统用水量为3851.52M³/a, 利用率达到用水总量的34.6%;可循环材料1125t, 可再循环材料利用率为10.16%。一般民间建筑, 一般民用建筑选50年作为参考。本论文在进行费用效益分析时采用的计算周期为T=50年, 社会折现率为i₀=8%最为计算基准。

3.1 绿色建筑项目技术措施

针对新疆所处的气候环境, 在项目方案设计阶段嵌入绿色建筑的理念, 充分运用“四节一环一运”技术方案。本文主要从六个层面落实技术措施: (1) 节能与能源层面。节能与能源层面主要包括四个部分:①围栏结构节能。工程的外墙主要采用60mm厚膨胀聚苯板保温, 外抹20mm水泥砂浆;屋顶采用40mm厚挤塑聚苯板保温;外窗采用断热桥铝合金中空Low-E (6LowE+12A+6) 玻璃;②照明系统。公共照明灯具均采用T8节能型灯具;楼道、楼梯和地下车库采用智能照明系统控制;③高效能设备和系统。采用热回收功能的螺杆式的地源热泵机组, 在额定功率下制冷能效比和制热能效比分别为5.14和3.37;采用高效能, 低噪声的HTFC型离心风机;④可再生能源。充分利用太阳能热水器系统, 通过集中式的加热蓄水, 分户供水, 实现节水节能和污染物的排放。 (2) 节水与水资源层面。节水与水资源层面主要包括三个部分:①节水器具。卫生间水龙头采用水嘴最大流量不超过0.15L/s节水型器具, 淋浴器喷头采用花洒节水型器具, 座便器采用冲水量不超过4.5L/次;②中水回用系统。通过合理规划水系统方案, 采用中水处理回用装置系统对水进行消毒处理用来绿化、道路冲洗等。通过计算, 非传统水源利用率可以达到34.6%;③雨水收集系统。采用集中坑和室外采用渗透管或穿孔管雨水收集系统并地下设计容量100m³的雨水储存池, 通过过滤、消毒处理, 可供绿色建筑的绿化等。 (3) 节材与材料资源层面。节水与水资源层面主要包括三个部分:①装饰性构件。建筑造型主要采用简约, 无需大量装饰性构件, 全部采用拌混凝土;②可再循环材料。在绿色建筑施工阶段采用刚才、铝合金材料和玻璃等可循环材料, 可循环材料1125t, 可再循环材料利用率为10.16%, 可在拆除时对可循环材料分类回收利用;③施工一体化。采用绿色建筑的理念, 土建与装修施工一体化设计, 有效避免重复装修, 功能性建材用量达到最大化。 (4) 节地与室外环境层面。节地与室外环境层面主要包括三个部分:①景观绿化。公共绿地种植多种阔叶和针叶等植物, 绿化率达到42.12%, 屋顶全部设置绿化景观, 有效的净化空气与降低噪音污染;②地下空间。合理开发利用地下空间, 建筑面积1982m³;③透水地面铺装。绿色建筑项目室外地面面积为1727m², 透水地面面积占59.1%, 通过铺装设备有效较少雨水的排量。 (5) 室内环境层面。室内环境层面主要包括两个部分:①室内光环境。外窗采用高可见光透射率的玻璃, 地下采用光导管措施改善自然采光, 减少必要的灯具;②室内热环境。外窗采用电动百叶遮阳设施, 夏季关闭遮阳, 冬天打开采暖。 (6) 运营管理层面。运营管理层面主要包括两个部分:①物化管理系统。建立“四节”管理制度和绿化制度, 实施节约资源保护环境的激励机制;②智能化系统。建立居民信息、出入车辆和保卫管理的智能化系统。

3.2 绿色建筑项目增量成本识别与测算

根据绿色建筑全寿命周期划分的增量成本主要包括三个阶段: (1) 决策成本阶段增量成本。绿色建筑的前期调查与咨询费用, 根据市场调查增量费用为CO_决策=30000元; (2) 施工准备阶段增量成本。主要涉及绿色建筑设计费、绿色建筑模拟费用和绿色建筑申报认证费用。根据绿色建筑设计费调查, CO_设计费用按照市场价1.2元/m²;CO_模拟费用平均在2元/m², 绿色建筑认证费按照国家统一标准, CO_{申请认证费用}=20.1 (万元) , CO_准备=1.2×8678+2×8678+201000=228769.6 (元) ; (3) 根据上述绿色建筑的技术分析并结合当季度的市场价格, 得到见表1所示绿色建筑技术增量成本分析表。 表1 绿色建筑技术增量成本分析 下载原表 通过上述分析, 绿色建筑的增量成本即:

3.3 绿色建筑项目增量效益识别与测算

根据绿色建筑全寿命周期划分的增量效益主要包括三个层面:

3.3.1 经济效益

经济效益主要包括四个部分组成: (1) 节能效益层面。节能效益层面主要包括四个部分: ①外围结构与屋顶节能。本工程的外围结构与屋顶结构节能比率为70%, 每平方米节约2.12kg/年, 绿色建筑每年节约39.6t标准煤, 根据我国标准煤热量计算公式:1度电约等于123.03g标准煤, 故该绿色项目节约32.19万度电量, 根据供电公司的用电价格为0.49元/度即: CI_{外围护结构}+CI_屋顶=32.19×0.49=15.77 (万元/年) ②照明系统节能。该绿色建筑项目主要采用T8节能型灯具, 且利用智能照明系统控制, 根据与基准建筑相比较, 每年平均节约电量为7684.6度, 即照明系统的经济效益为: CI_照明=7684.6×0.49=0.38 (万元/年) ③空调系统与高效能设备。绿色建筑项目采用封闭式的地源热泵机组来调节室内环境, 根据历年收集到的基准建筑的用电量的均值, 绿色建筑每年平均节约电能约为42295.6度;同时采用高效能的电梯等能源再生变频器等设备, 可以每年平均节约电能约为6670度, 即空调系统与高效能设备的经济效益为: CI_空调+CI_{高效能设备}= (42295.6+6670) ×0.49=2.40 (万元/年) ④可再生能源。该绿色建筑项目采用太阳能集热器, 总面积为145m², 该地区平均每日的日照率达到约60%, 提供总热水量约为7856L/天, 每年每户节电约为1800度, 则每年节约用电14.4万度, 即可再生能源的经济效益为: CI_{可再生能源}=14.4×0.49=7.06 (万元/年) 综上所述, 每年由于绿色节能技术产生的经济效益为: (2) 节水效益层面。节水效益层面主要包括三个部分: ①节水器具。两栋楼居住总人口约计256人, 按照每人用水量约为0.20t/天计算, 采用节水器具的节水率可以达到约8%, 按照新疆地区的水价标准为4.12元/t, 则节水器具的经济效益为: CI_节水器具=256×0.20×8%×4.12×365=0.62 (万元/年) ②中水处理系统。该绿色建筑项目利用中水处理系统来弥补非传统用水量用于绿化灌溉和冲厕等, 利用率可以达到30%, 根据调查所得每年用水总量约为11948.53t, 则中水处理系统的经济效益为: CI_中水=11948.53×30%×4.12=1.48 (万元/年) ③雨水收集系统。该绿色建筑项目采用雨水回收系统, 地下设计容量100m³的雨水储存池, 可用于道路清洁等用途, 根据调查雨水的回收量每年约为1205m³, 即雨水收集系统的经济效益为: CI_雨水=1205×4.12=0.50 (万元/年) 综上所述, 节能产生的经济效益为: CI_节水=CI_节水器具+CI_中水+CI_雨水=2.60 (万元/年) (3) 节材效益层面。节材效益层面主要包括两个部分: ①装饰性构件。该绿色建筑项目采用简约装饰和一体化施工将建材的损耗尽可能减少到最低。在建设阶段, 无法详细的计算, 此项按照施工经验, 此项约占工程总造价的0.30%计算, 远小于规定的2%, 已知工程总投资为2526.1万元, 则装饰性材料的经济效益为: CI_装饰=2526.1× (2%-0.30%) =42.94 (万元) ②可再循环材料。该绿色项目可再循环材料的重量为1125t, 其中脱硫石膏板是掺杂15%的废气物为原材料、铝合金型材和玻璃幕墙等占建筑总面积的60%, 根据市场调查, 每吨可以节约25/m², 则可再循环材料的经济效益为: CI_{可循环材料}=25×8678×60%=13.02 (万元) ; 综上所述, 节材产生的经济效益为: CI_节材=CI_装饰+CI_{可循环材料}=55.96 (万元)

3.3.2 社会效益

社会效益层面主要包括两个部分: ①财政损失。该绿色建筑采用中水处理系统和雨水收集系统, 有效节约市政用水同时可以减少水利建设费用, 主要包括雨水的回收量和中水处理系统组成, 由于新疆属于缺水省份, 因此财政损失取11.48元/m³/年, 则财政损失的经济效益为: CI_财政亏损=11.48× (11948.53×30%+1205) =5.50 (万元/年) ②提高工作效率。该绿色建筑拥有良好的室内环境, 进而提高工作者的工作效率, 根据政府报告, 2016年此区域城镇居民人均可支配收入28240元, 假设工作效率提高2.5%, 则提高工作效率的经济效益为: CI_效率=28240×256×2.5%=18.07 (万元/年) 综上所述, 每年产生社会经济效益为: CI_社会效益=CI_财政亏损+CI_效率=23.57 (万元/年)

3.3.3 环境效益

环境效益层面主要包括三个部分: ①CO₂节能减排。该绿色建筑采用外围结构与太阳能, 根据节能分析总计节电55.26万度, 1度电约等于123.03g标准煤, 则每年共节约70.15t标准煤, 每吨煤释放的CO₂量约为2.66t, 而处理此项的成本约为267.9元/吨, 则CO₂节能减排的经济效益为: CI_CO2=70.15×2.66×267.9=5.00 (万元/年) ②人体健康效益。根据2016年环境状况公报显示, 全年优良天数246天, 占到全年天数的67.2%, 轻度中度、重度和严重污染比例分别为10.4%, 6.8%。12.0%和3.6%。可吸入颗粒物、二氧化硫和二氧化氮年均值为:0.115mg/m³, 0.014mg/m³, 0.053mg/m³, 符合国家二级标准。根据式 (5) 综合指数。 其中, a表示二氧化硫的平均值;b表示二氧化氮的平均值;c表示可吸入颗粒的平均值 (单位:mg/m³, 其中0.06, 0.04, 0.07按照国家大气环境空气质量二级标准确定) 。按照以上计算基准建筑下的大气环境指数为: 该绿色建筑环境下大气环境指数分别为:二氧化硫为0.012mg/m³, 二氧化氮为0.038mg/m³, 可吸入颗粒物为0.032mg/m³, 按照国家一级标准执行, 即: 假设空气污染影响, 每天患病人数3人, 医疗费用40元/天, 则人体健康的经济效益为: CI_人体健康= (θ_基准-θ_绿色建筑) ×3×365×40=3.7 (万元/年) ③建材延长寿命效益。根据如公式 (6) : 其中, S表示绿色建筑的面积8678m², f为调整系数, 一般介于0.3到0.5之间。本文取f=0.4, 则建材延长寿命的经济效益为: CI_{建材延长寿命}=8678×0.4× (3.20-2.35) =0.30 (万元/年) 综上所述, 每年产生环境的经济效益为: CI_环境=CI_CO2+CI_人体健康+CI_{建材延长寿命}=9.00 (万元/年)

3.4 绿建筑费用效益评价

该绿色建筑项目费用总投资CO=170.22 (万元) 。CI_节材的经济效益属于建设投资, 不会后期产生经济效益, 因此放在投资初期;绿色建筑费用效益主要通过以下两个方面评价分析:

(1) 经济净现值

该绿色建筑项目NPV>0, 表明可以获得超额的收益, 从经济资源配置角度来看, 此方案技术可行。

(2) 费用效益比

R_CICO>1, 说明增益效益大于增益成本, 该绿色建筑项目经济可行。 综上所述, 该绿色建筑项目在经济效益、环境效益和社会效益等方面都具有长期收益。

4 结论与展望

目前我国正处于城镇化快速发展阶段, 建筑业高耗能和高污染是不容忽视的问题, 首先, 按照全寿命周期时间提出增量成本与增量收益, 在此基础上, 提出“四节一环”思想, 其次, 从社会角度出发, 通过净现值和费用效益比指标, 建立绿色建筑费用效益评价指标;最后, 将上述的理论与指标引入实例验证, 通过计算费用效益评价结果, 得到以下结论:经济净现值指标评价研究表明, 绿色建筑在经济上具有可行性, 评估体系具有现实意义。但目前研究仍然存在以下问题有待研究: (1) 绿色建筑在中国发展时间还很短, 政府作为引导者, 制定绿色建筑的政策、规范和体系还需要不断探索; (2) 绿色建筑结合BIM技术, 需要根据实际情况设计不同的建筑方案, 选择最优的经济方案。