工程設計是根據建設工程和法律法規的要求，對建設工程所需的技術、經濟、資源、環境等條件進行綜合分析、論證，編製建設工程設計文件，提供相關服務的活動。包括總圖、工藝設備，建築、結構、動力、儲運、自動控製、技術經濟等工作。它是建設項目生命周期的重要階段和工程創新的核心過程，是工程建設中處理技術與經濟關係的關鍵性環節。工程設計與經濟之間有著密不可分的聯係：一是先進的科學技術要通過工程設計才能轉化為社會生產力；二是現代經濟理念要通過規劃設計才能融入現代工程建設中；三是工程設計直接影響工程投資費用及工程使用和維護費用。
10.1工程設計的經濟內涵
10.1.1價值要素轉化為設計因素
就像本書在緒論中所提到的那樣，建築價值要素包含多個方麵，涵蓋了人文因素方麵，有效的技術，自然、文化和經濟環境，業主與設計者的哲學理念和偏好，以及對公眾健康、安全和福利的關注等，它們對工程的形式、特點和質量均會產生影響。
所有的這些價值領域並不是對任何一個工程方案都具有相同的重要性，工程設計人員在設計策劃時需要考慮並決定哪些價值要素應該成為特定工程方案的核心問題並轉化為相關的設計因素，這是一種基於多因素綜合評價的設計選擇過程。經曆這一過程的工程設計往往會成為一種優秀的設計產品，這在建築設計中表現尤為突出；而沒有經過這一過程的工程設計則可能流於平庸，甚至在某些方麵表現為劣質或失敗。
1）人文要素的轉化
建築是一種社會性藝術。如果沒有需要庇護的人文活動或人類事業，就沒有了產生建造的理由，也就沒有分析和選擇建造場地的理由，更不需要考慮任何其他的問題。因此，人文要素是工程設計中要考慮的重要內容，它涵蓋容納性、社會接觸性和舒適性，包括功能、社會、身體、生理和心理等方麵。工程設計人員應對工程的人文需求做出評估，以此作為創作的基礎材料，並將其轉化為設計因素。
在設計過程中，人文要素可以轉化為以下幾個方麵的工程設計因素：①需要庇護的功能性活動；②需要維護的社會關係；③用戶的自然特征和需求；④用戶的生理特征和需求；⑤用戶的心理特征和需求。所有這些因素需要在設計策劃過程中進行評估並予以界定。
2）環境要素的轉化
可能影響到工程設計的重要環境要素包括場地、氣候、城市和地區文脈、有效的資源和廢物的處置，它們對建築物、構築物及使用者生存狀態具有直接和關鍵的影響。如果設計師設計出一個與特定場地、氣候或其他環境因素不相適宜的工程方案，那麼依此而建造的建築產品，即使不是立時，也會在將來某一時候發生與環境相關的問題。例如，有的建築物或構築物破壞了美麗景觀，有的朝向會在炎熱的夏天受到陽光直射，有的建築部件受到侵蝕會使建築物逐漸老化；有的建築物或構築物可能被設計坐落在一個衝積平原或排灌區，會被暴風雨所摧毀或衝垮，而有的則由其所產生的廢棄物汙染鄰近的河流或湖泊。所以，環境要素是進行工程設計的重要信息，完整的環境信息是一個設計成功的基本因素。
3）文化要素的轉化
文化要素與人文要素在概念上區分比較困難。這裏所指的人文要素是針對建築物的業主和用戶而言，而文化要素則是整個社會或社區對工程的期望，對建築物或構築物的空間上的感覺和願望，這些是與文化相關的因素。例如，如果建築物或構築物屬於某個特定的具有社會服務意義的機構，如教育機構、醫療機構、商貿機構、行政機構等，則設計師應識別公眾對其應具有的社會價值的需求，並在建築空間和形式設計上適應這種需求。文化要素的其他方麵，如地區語言與藝術傳統、曆史與文化背景、工程設計規範等相關法規、地區的城市建設規劃等相關政策等，都應在設計中得到體現。
4）技術要素的轉化
建築工程的技術要素包括材料、建築體係和建造過程等。從建築曆史發展的角度，有效的技術一直都是影響建築的主要因素。例如，假如石材是唯一可以選用的建築材料，那麼拱券則可以是解決大跨度的唯一方法。現代的工程設計者可以從大量的各種有效的建築材料、建築體係和建造過程中進行選擇，主要依據業主對材料的偏好和要求、設計人員對技術要素的經驗，以及其可獲得性、價格和美學因素為基礎。技術要素的轉化過程選擇是設計過程中技術方案評選的一項重要工作。
5）時間要素的轉化
時間要素包括建築物的生長性、變化性和長久性。大多數的擁有建築物的機構或企業未來呈增長趨勢，如果該設施具有生長的潛力，設計者應該考慮增長會發生在什麼樣的區域，以什麼樣的形式進行，從而向業主提出在建設地點和範圍上的建議並被業主所接納，同時提出滿足增長性需求的方案。優秀的設計方案也應考慮到使用者對建築物使用需求變化的影響，這些變化是由於技術變得落後及新設備、新係統的使用所造成的。盡管設計者可能很難預測這些變化的具體細節，但采用較自由的跨度結構體係，將管線和其他服務建築部品設計得稍大一些，可以使空間具有多功能性，有助於適應變化。此外，有些建築物或構築物是臨時性的，而有些則需要持久的使用甚至永久性地保存。設計者應針對不同的時間要求，選擇適宜的技術。
6）美學要素的轉化
美學要素是設計者創作的驅動力，這一點在建築師身上表現尤為突出。在多種設計因素統籌中，建築師總是偏愛形式、空間及其相關意義等由美學要素轉化的設計因素。不僅如此，幾乎所有的業主也對他們的建築有著外觀上相應的目標和要求，他們希望向社區中的其他人表達自己企業的性質，他們會喜歡某種材料、形狀和顏色，他們會對自己的建築與周圍環境如何產生關聯具有非常強烈的偏好等。設計者應盡力去理解業主、用戶和整個社會的美學偏好，並結合自己的思考，通過形式、空間及相關意義等設計因素予以表達。
7）安全要素的轉化
安全要素是政府對於“公眾健康、安全和福利”的保護要求，例如，政府對工程設計的若幹規範，對設計單位的資質規定，對工程設計人員的各種執業資格的認證等。安全要素體現在結構、防火、建築物和環境釋放的化學或生物汙染物、人員（用戶、建築物內外活動人群）的安全、預防犯罪等設計因素中。安全要素應該成為工程設計過程中最重要的轉化要素，也許其他要素會有所衝突，譬如前述的美學要素和下麵所論及的經濟要素，但由安全要素轉化的設計因素必須在設計中得到充分考慮，並需要設計人員創造性地解決衝突問題。
8）經濟要素的轉化
業主與設計人員之間的最大矛盾就是關於費用的問題。業主總是希望用最低費用建造高質量的建築物，甚至放棄後者而寧願選擇前者。但是，從20世紀80年代以來，人們認識到由廉價的材料和係統建造的建築物需要花費大量的運行、維護和能源費用，從建築物的生命周期來看，低造價未必具有優越性。這就是在章節2.1中所提出的全壽命周期成本的概念。因此，在工程設計過程中，設計者應考慮建築物在建造、運行、維護、能源等方麵費用，提出能被業主所接納的合理方案。
10.1.2外部性理論與設計評價
在經濟學理論中，按競爭性和排他性特征，將產品區分為私有物品、自然壟斷產品、共有資源和公共物品等四類。競爭性是指增加一個消費者，需要減少任何其他消費者對這種產品的消費；排他性是指產品一旦生產出來，隻有付費才可以使用；或者說，一個產品被一個人用了，則排除了另一個人使用的可能性。私人物品既具有排他性，又有競爭性；公共物品既無排他性，又無競爭性；共有資源有競爭性，但沒有排他性；自然壟斷產品有排他性，但沒有競爭性。
盡管在一般概念上，工程設計提供的產品就是空間，更準確地說，是一段時間內附帶某種服務的空間。例如，收費的室內球場、度假旅館、出租公寓、商品住宅、工業廠房等。這些空間不同於自然地理上的空間，在市場交易中屬於私人（個人、公司或機構）物品，屬於一個直接的買主或消費者的空間。但是，當從空間概念轉換到環境概念時，就會發現，工程設計產品在某些部分具備了公共物品所具有的非競爭性和非排他性特征。例如，建築物漂亮的外觀、開放的廣場以及宜人的綠化園地等產品，一個人享用這些產品時並不減少他人對它的享用，建造者在享用這些產品時並不能排除其他人的享用（即使他想排除，高昂的排除成本會讓他放棄）。工程設計的公共物品特性所產生的外部效應可運用外部性理論進行解釋。
外部性理論是現代經濟學中的一個概念，按薩繆爾森的定義：“外部性是指那些生產或消費對其他團體強征了不可補償的成本或給予了無需補償的收益的情形。”即，外部性是某個經濟主體對另一個經濟主體產生一種外部影響，而這種外部影響又不能通過市場價格進行買賣。外部性可以分為外部經濟（或稱正外部經濟效應、正外部性）和外部不經濟（或稱負外部經濟效應、負外部性）。外部經濟就是一些人的生產或消費使另一些人受益而又無法向後者收費的現象；外部不經濟就是一些人的生產或消費使另一些人受損而前者無法補償後者的現象。例如，綠化園林工程所構造的美景給路人帶來美的享受，但他不必付費，這樣就產生了外部經濟效果；建築物外牆或外裝飾所產生的噪光，如果反射係數大大超過了人體所能承受的生理適應範圍，就會造成視環境汙染，建築物所有者並不需要對受汙染者進行補償，就構成了外部不經濟效果。
建築的外部性主要體現在以下幾個方麵：
1）資源
建築係統與能源、水、土地、原材料等自然資源的利用有著密切關係，而且建築中資源使用效率較低。例如，一些地方不顧當地經濟發展水平和實際需要，盲目擴大城市建設規模，搞勞民傷財的“形象工程”、“政績工程”；我國的建築能耗還比較高，是具有相同氣候條件發達國家的2～3倍，但舒適性卻很差；建築係統的資源高消耗狀況難以改變，還存在浪費現象，如每年生產的實心黏土磚毀壞了20多萬畝農田、盲目發展水景觀等資源消耗高的項目等。盡管建築生產過程中資源的消耗不是無償的，但資源價格處於較低水平，高消耗和浪費資源構成了外部不經濟性，節約資源構成了外部經濟性。
2）公害
凡由於人類活動汙染和破壞環境，對公眾的健康、安全、生命、公私財產及生活舒適性等造成的危害均為公害（PublicNuisance）。被稱為“七大典型公害”的大氣汙染、惡臭、噪音、水質汙染、振動、土壤汙染和地基下沉等，都與建築有直接或間接的聯係。與建築相關的其他公害還包括噪光、建築固體廢棄物等。公害構成了建築外部不經濟性。
3）景觀
景觀是指具有審美特征的自然和人工的地表景色，由地理圈、生物圈和人類文化圈共同作用形成，涉及地理、生態、園林、建築、文化、藝術、哲學、美學等多個方麵。建築設計中有專門的“景觀設計”，即在建築設計或規劃設計的過程中，對周圍環境要素的整體考慮和設計，包括自然要素和人工要素，使得建築（群）與自然環境產生呼應關係。顯然，園林、建築物等構成了現代景觀的重要組成部分。景觀具有顯著的外部性，所建設的優美園林及建築物構成外部經濟性，而工程建設中對曆史文化名城和風景名勝區重開發、輕保護，侵占綠地、毀損樹木則構成了外部不經濟性。
可以說，建築外部性概念非常廣泛，還包括法律、曆史、風俗、文化、技術以及機構製度等各個無形因素，包括了在本書10.1.1章節中的除經濟要素之外的其他價值要素。盡管本書著重討論如何對工程設計進行經濟性判斷，但純粹經濟要素隻是設計優劣的一個側麵，而且它不可能孤立於其他側麵而存在，實際上，上述的價值要素無論哪個方麵最終都直接或間接地與經濟要素相聯係。現代經濟學研究範圍已經從商品性或物質性拓展到研究人類全部行為以及與之相關的全部決策領域，所以對工程設計經濟性的研究，應涉及工程內部及外部與經濟要素發生某些關係的各種價值要素，而且也不僅是先驗性的價值思考，更重要的是源於人類生活需求的價值評價。工程設計的經濟外部性分析，可以說是把所有價值要素反映到經濟領域的一種判斷與評價方法，它不僅揭示了工程設計可能出現低效率資源配置的根源，而且為如何評價和判斷工程設計優劣提供了一個宏觀的視野，一個更為恰當、更加全麵的評價準則。
10.1.3可持續發展理論與綠色建築、生態建築
在近代科學誕生之前，人類自然觀主要是神學的、有機論的世界觀，近代科學的誕生促進了自然觀的革命，形成了機械論自然觀。在機械論哲學和近代科學的作用下，自然被看成了一個沒有經驗、沒有情感、毫無靈性、呆板、單調的客體，人類主體性得到張揚（人類中心主義），主體淩駕於客體之上並對客體進行操縱、控製和征服，這從實踐和價值兩方麵導致了人與自然的對立關係。受到這種自然價值觀的影響，西方許多國家采取了“經濟先發展，環境後治理”的經濟發展觀，盡管取得巨大的經濟增長，但導致各種資源的過度開采和利用，“三廢”肆意排放，造成生態環境不斷惡化。
20世紀初期，隨著相對論和量子力學等現代物理學革命，人類的科學觀和方法論發生了根本性的變革，人們開始用係統自然觀去考察自然與環境。20世紀中後期，進入工業化社會的西方國家麵臨著人口、就業、資源、能源、環境等一係列嚴重問題，許多學者開始用係統理論研究經濟發展與環境、資源等關係，考慮人與自然的協調發展問題。但是，這一時期人們並沒有脫離人類中心主義的自然觀，對生態的保護和環境的治理，也是從人類的利益和價值出發，縮小了自然環境概念的外延。許多發展中國家仍沿襲著經濟優先發展觀，一些西方國家出於自身利益，將“肮髒工業”向發展中國家轉移，人類生存與發展環境繼續日益惡化。
麵對現代生態危機，人類開始全麵反思人與自然之間的關係。20世紀末，隨著西方環境倫理學、大地倫理學和深層生態學等的出現，人類開始超越人類中心主義，將道德關懷的對象擴展至整個生態係統，走向生態中心主義，形成了生態自然觀。與此同時，以生態自然觀為理論基礎的可持續發展理論也逐漸形成。以1992年世界環境與發展大會通過的《21世紀議程》為標誌，可持續發展理論作為新的發展觀為世界各國所接受，成為一種注重長遠發展的新的經濟增長模式。
人類的營建活動是對環境主要的影響因素之一，所以可持續建築概念的提出是建築界對可持續發展思想的回應。實際上，早在19世紀，“生態建築”思想就出現在建築理論與實踐中，“綠色建築”思想則起源於20世紀六七十年代或更早。90年代可持續發展理論一經提出，即被融入了建築理論中，以1993年國際建協在芝加哥會議上通過的《芝加哥宣言》和美國出版的《可持續發展設計指導原則》一書列出的“可持續建築設計細則”為標誌，代表著現代可持續建築理論體係已經形成。盡管由於可持續建築概念的廣泛性和包容性（如有人稱之為“綠色建築”、“生態建築”或“與環境共生建築”等），以及人們對解決環境問題的不同態度和建築活動的不同視點，使可持續建築的理論與實踐表現出多種分野，並且每一種分野都有自己獨特的框架體係和實踐方法，但是世界建築向智能舒適、節能省耗、生態環保方向發展的趨勢已很了然，以可持續發展為宗旨、以適宜技術為手段、以生態性為標誌的新型建築體係正在形成。
我國在過去經濟困難時期，曾經為了追求一定的建築數量，建造了相當多的“標準低、消耗高、汙染重”的建築物。例如，北方一些地區為了壓低造價而降低了建築物圍護結構的保溫性能（如減薄磚牆、把雙層玻璃窗改為單層等），結果使冬季采暖能耗大幅度增加，不僅大幅提高了建築全壽命費用，還加劇了城市大氣汙染。而近年來，我國經濟發展對建設大型和超大型的建築的需求越來越多，但是出現了一些外國瘋狂建築師把中國作為他們宣泄個人藝術偏好和實現個人理想的建築作品實驗場，設計出那些在他們國家可能永遠不可能被實施的奇異建築。一些建築超標準，超規範，違反了基本結構原理或者國際通用的安全規範；一些建築表麵是低能耗甚至零能耗的，而忽視了為實現零能耗所耗費的巨大的物化的能量。顯然，上述兩類現象都是一種非可持續發展的建築類型代表。
為推進我國建築走可持續發展之路，國家建設部和科學技術部於2005年聯合編製和頒布了《綠色建築技術導則》。2006年，建設部又出台了《綠色建築評價標準》（GB/T50378—2006）、《綠色建築評價標識管理辦法》及《綠色建築評價技術細則》，並啟動了綠色建築認證工作。由此可見，可持續發展理念將是未來我國工程設計的主導方向，政府將為之進行長久的不懈的努力。
按可持續發展理論，可持續發展的具體內容涉及經濟可持續發展、生態可持續發展和社會可持續發展三方麵的協調統一，要求人類在發展中講究經濟效率、關注生態和諧和追求社會公平。它已經超越了單純的環境保護，將環境問題與發展問題有機地結合起來，構成一個有關社會經濟發展的全麵性戰略方針。在工程設計方麵的體現，正如《綠色建築技術導則》3.1款所述：“綠色建築應堅持‘可持續發展’的建築理念。理性的設計思維方式和科學程序的把握，是提高綠色建築環境效益、社會效益和經濟效益的基本保證。”由此可見，可持續建築設計理論是多元價值向設計因素轉化的一個集成，是工程設計外部經濟性理論的一次升華。
10.1.4低碳經濟、低碳城市與低碳建築、節能建築
聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)綜合評估報告認為，源於化石燃料使用的溫室氣體排放是導致全球氣候變暖的主要原因。氣候變暖改變著自然係統的正常運行，撼動人類賴以生存的物質基礎，並使強降水、熱浪、異常雨雪冰凍天氣、洪澇災害等極端天氣頻率更高、強度更大、危害程度更深。麵對全球氣候變化，急需世界各國協同減低或控製二氧化碳排放，1997年的12月，《聯合國氣候變化框架公約》第三次締約方大會在日本京都召開，包括我國在內的149個國家和地區的代表通過了旨在限製發達國家溫室氣體排放量以抑製全球變暖的《京都議定書》。2005年2月16日，《京都議定書》正式生效。低碳經濟的思想產生於這一時期，2003年英國能源白皮書《我們能源的未來:創建低碳經濟》首次提出了“低碳經濟（LowcarbonEconomy）”一詞。
低碳經濟就是指在可持續發展理念指導下，通過技術創新、製度創新、產業轉型、新能源開發等多種手段，盡可能地減少煤炭石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達到經濟社會發展與生態環境保護雙贏的一種經濟發展形態。低碳經濟是以低能耗、低汙染、低排放為基礎的經濟模式，是人類社會繼農業文明、工業文明之後的又一次重大進步。由於城市能源消費是全球碳排放的主要來源，低碳城市成為解決溫室氣體和氣候變化問題非常關鍵的一環，於是在“低碳經濟”概念出現之後，又有了“低碳城市（LowcarbonCity）”的說法。低碳城市就是指以低碳經濟為發展模式，以低碳生活為行為特征，以低碳社會為建設目標的經濟、社會、環境相互協調的可持續發展的城市。
如今，應對氣候變化，削減溫室氣體排放，發展“低碳經濟”和“低碳城市”，已經成為全球共同的課題。2007年，我國政府發布了《中國應對氣候變化國家方案》，明確了到2010年中國應對氣候變化的目標和基本原則，這是發展中國家在該領域的第一份國家方案。根據國家發改委的數據，截至2010年上半年，中國單位GDP能耗在2005年基礎上累計降低了13％，“十一五”規劃（2006年至2010年）中的單位GDP能耗降低20％的約束性指標有望實現。2009年11月26日我國政府對外宣布，到2020年中國單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，並將此作為約束性指標納入國民經濟和社會發展中長期規劃。與此同時，我國保定、杭州等一些城市也紛紛提出了建設低碳城市的目標。