裝配式建筑成本影響因素及控制措施

余祥文

(中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，武漢 430071)

裝配式建筑具有抗震性能好、節(jié)能環(huán)保、節(jié)省工期等特點(diǎn)，能有效地解決傳統(tǒng)建筑模式生產(chǎn)效率低、能源消耗大等問題[1]。近年來，國家正大力鼓勵(lì)裝配式建筑的發(fā)展，但由于我國裝配式建筑的成本高于傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑，致使其市場(chǎng)占有率不高。因此，論文以裝配式建筑成本為研究對(duì)象，分析其影響因素和控制措施，對(duì)降低裝配式建筑成本、促進(jìn)裝配式建筑推廣具有重要意義。

隨著裝配式建筑的快速發(fā)展，裝配式建筑成本的研究也越來越多，從現(xiàn)有的研究成果來看，大部分研究都采用不同的方法識(shí)別出裝配式建筑成本的相關(guān)因素，但從全過程角度進(jìn)行分析的研究少之又少。鑒于此，論文從裝配式建筑全過程的成本構(gòu)成角度出發(fā)，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝階段中選取13個(gè)成本影響因素，以已建的裝配式建筑項(xiàng)目為案例，采用層次分析法對(duì)各影響因素權(quán)重大小進(jìn)行排序，從權(quán)重結(jié)果分析對(duì)裝配式建筑成本影響最大的因素，并提出相應(yīng)的控制措施。

1 裝配式建筑成本影響因素分析

在CNKI(中國知網(wǎng))數(shù)據(jù)庫中，以“裝配式建筑成本”為關(guān)鍵詞，篩選近10年的相關(guān)論文中的裝配式建筑成本影響因素，結(jié)合我國裝配式建筑的建設(shè)特點(diǎn)和實(shí)施現(xiàn)狀，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝四個(gè)階段對(duì)裝配式成本影響因素進(jìn)行分析。

1.1 設(shè)計(jì)階段

裝配式建筑的設(shè)計(jì)階段成本是指為了對(duì)構(gòu)件做出科學(xué)合理的設(shè)計(jì)而花費(fèi)的費(fèi)用，便于構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝[2]。在設(shè)計(jì)階段，裝配式建筑的主要任務(wù)是將前期的目標(biāo)利用圖紙的形式展現(xiàn)出來，為后續(xù)施工提供詳細(xì)具體的依據(jù)。為達(dá)到裝配式建筑成本最優(yōu)、資源節(jié)約等效果，在設(shè)計(jì)階段中，對(duì)成本的影響主要體現(xiàn)在以下因素中：

1)裝配率：裝配率主要指建筑室外地坪以上的主體結(jié)構(gòu)、維護(hù)墻和內(nèi)隔墻、裝修和設(shè)備管線等采用預(yù)制部品部件的綜合比例。在適當(dāng)范圍內(nèi)，裝配率越高，建筑成本越高，但合理的裝配率能在一定程度上減少成本，達(dá)到降低成本的目的。

2)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度：在裝配式建筑設(shè)計(jì)過程中，構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度越高，則所需設(shè)計(jì)的構(gòu)件種類越少。對(duì)構(gòu)件模具和生產(chǎn)設(shè)備的需求量降低，提高已有構(gòu)件及模具的利用率，可加快勞動(dòng)生產(chǎn)率與施工進(jìn)度，減少設(shè)計(jì)成本和后期不確定成本，提高項(xiàng)目的綜合效益。

3)設(shè)計(jì)拆分率：由于裝配式建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范尚不夠完善，在深化設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)構(gòu)件的受力情況、施工特點(diǎn)等要求將構(gòu)件設(shè)計(jì)拆分為不同的單元。合理的拆分設(shè)計(jì)將降低后續(xù)生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝難度，提高項(xiàng)目的施工效率與經(jīng)濟(jì)效益。

4)集成化設(shè)計(jì)水平：集成化設(shè)計(jì)是指在對(duì)裝配式建筑設(shè)計(jì)時(shí)，利用先進(jìn)的信息化技術(shù)，如BIM技術(shù)、云計(jì)算等，連接設(shè)計(jì)過程中相對(duì)獨(dú)立的過程及信息，將設(shè)計(jì)階段與后續(xù)過程交叉進(jìn)行，提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)約設(shè)計(jì)成本。

1.2 生產(chǎn)階段

裝配式建筑的生產(chǎn)成本主要是指裝配式建筑在生產(chǎn)階段的構(gòu)件生產(chǎn)加工所耗費(fèi)的費(fèi)用總和。預(yù)制構(gòu)件廠根據(jù)設(shè)計(jì)要求的相關(guān)尺寸規(guī)模和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過專業(yè)模具和設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，預(yù)制構(gòu)件的成品價(jià)格將直接影響工程項(xiàng)目成本。在生產(chǎn)過程中，對(duì)成本的影響主要體現(xiàn)在以下因素中：

1)生產(chǎn)規(guī)模：項(xiàng)目的生產(chǎn)規(guī)模對(duì)生產(chǎn)成本具有較大影響，當(dāng)項(xiàng)目規(guī)模較小，對(duì)構(gòu)件的需求量較小，構(gòu)件生產(chǎn)的單價(jià)和成本較高，生產(chǎn)企業(yè)缺乏投入自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的動(dòng)力。當(dāng)項(xiàng)目達(dá)到一定的生產(chǎn)規(guī)模時(shí)，可大幅提高構(gòu)件生產(chǎn)效率，增加項(xiàng)目整體的生產(chǎn)效益。

2)生產(chǎn)工藝選擇：預(yù)制構(gòu)件常用的生產(chǎn)工藝有平臺(tái)法、線臺(tái)座法和機(jī)組流水線法等。在生產(chǎn)過程中，根據(jù)構(gòu)件的不同特點(diǎn)選擇先進(jìn)且成熟的生產(chǎn)工藝，可加快生產(chǎn)進(jìn)度，節(jié)約生產(chǎn)成本。

3)模具周轉(zhuǎn)率：預(yù)制構(gòu)件廠依據(jù)構(gòu)件設(shè)計(jì)圖定制模具，構(gòu)件的模具化可以提高裝配式建筑在生產(chǎn)施工過程中構(gòu)件的通用性，增加模具周轉(zhuǎn)次數(shù)，可降低攤銷成本，提高施工效率，保證工程質(zhì)量。

1.3 運(yùn)輸階段

裝配式建筑的運(yùn)輸成本主要是指將施工階段的構(gòu)件從加工生產(chǎn)的預(yù)制廠運(yùn)送到施工安裝現(xiàn)場(chǎng)所需要耗費(fèi)的費(fèi)用總和[3]。我國裝配式建筑的構(gòu)件尺寸規(guī)格種類多，較多采用散裝運(yùn)輸，運(yùn)載工具以重型半掛式牽引車為主[4]。在運(yùn)輸過程中，對(duì)成本的影響主要體現(xiàn)在以下因素中：

1)運(yùn)輸距離：運(yùn)輸距離的長(zhǎng)短對(duì)運(yùn)輸成本具有較大的影響，一般而言，運(yùn)輸距離在50～100 km可半天往返，100～300 km可當(dāng)天往返，300～500 km則需一天半實(shí)現(xiàn)往返。合適的運(yùn)輸距離可保證預(yù)制構(gòu)件的高效運(yùn)輸，避免運(yùn)輸造成的構(gòu)件損壞和過高的運(yùn)輸費(fèi)用。

2)裝載方案：在運(yùn)輸過程中，科學(xué)合理地規(guī)劃構(gòu)件擺放方式與裝運(yùn)形式，能大幅節(jié)省運(yùn)輸空間，提高車輛荷載率，減少運(yùn)輸次數(shù)，降低運(yùn)輸成本。

3)運(yùn)輸環(huán)境：從預(yù)制構(gòu)件廠到現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸環(huán)境影響構(gòu)件的運(yùn)輸損耗和二次搬運(yùn)，路況環(huán)境較差、構(gòu)件固定措施不到位等問題易造成構(gòu)件在運(yùn)輸過程中因受力不均導(dǎo)致一定程度的損耗。同時(shí)，環(huán)境欠佳影響運(yùn)輸車輛不易直接到達(dá)目的地，從而產(chǎn)生二次搬運(yùn)等額外成本。

1.4 安裝階段

裝配式建筑的安裝成本主要是指將預(yù)制完成的構(gòu)件按照一定的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范安裝成型所需要花費(fèi)的費(fèi)用。在對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)，不僅關(guān)乎建筑質(zhì)量，而且對(duì)建筑成本有直接影響[5]。在安裝過程中，對(duì)成本的影響主要體現(xiàn)在以下因素中：

1)吊裝率：構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)后，要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)吊裝工作。吊裝施工需精確設(shè)置各連接點(diǎn)、連接預(yù)埋件等工序，根據(jù)構(gòu)件的規(guī)格尺寸確定吊裝用具和吊裝方式，形成高效率、低成本的吊裝方案。

2)工人技術(shù)水平：由于預(yù)制構(gòu)件的種類多，不同構(gòu)件的安裝工藝存在差異，工人對(duì)構(gòu)件安裝的熟練程度影響建筑的質(zhì)量和使用功能。因此，對(duì)安裝工人的技術(shù)水平有較高的要求，避免重新拆卸和返工現(xiàn)象發(fā)生后產(chǎn)生不必要的間接成本。

3)構(gòu)件損壞率：在安裝過程中，由于構(gòu)件自身重力太大或工人安裝過程中操作不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻臉?gòu)件損壞情況，需對(duì)構(gòu)件進(jìn)行維修或更換致使成本增加。

2 裝配式建筑項(xiàng)目案例分析

研究選取位于武漢經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)沌口片區(qū)某還建工程，總用地面積18.21萬m2，總建筑面積78.97萬m2。包含17棟高層住宅和配套設(shè)施，裝配率達(dá)55%。該項(xiàng)目以預(yù)制構(gòu)件為載體，將預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)使用充分結(jié)合應(yīng)用。

綜合對(duì)裝配式建筑成本影響因素的分析，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝成本維度建立了4個(gè)一級(jí)指標(biāo)、13個(gè)二級(jí)指標(biāo)的裝配式建筑成本影響因素指標(biāo)體系，采用層次分析法(AHP)計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重。層次分析法是運(yùn)用專家打分，比較具有隸屬關(guān)系的指標(biāo)間的相對(duì)重要性并構(gòu)造判斷矩陣，通過判斷矩陣的特征值和特征向量結(jié)果推導(dǎo)出各指標(biāo)的權(quán)重[6]，根據(jù)權(quán)重結(jié)果比較各指標(biāo)因素的影響作用大小，適用于裝配式建筑成本影響因素的重要性分析。該方法在本研究中運(yùn)用過程如下：

1)邀請(qǐng)12位從事該裝配式建筑項(xiàng)目工作和研究的專家學(xué)者，使用1～9標(biāo)度法對(duì)各個(gè)指標(biāo)之間的相對(duì)重要性打分。

2)通過指標(biāo)兩兩對(duì)比的相對(duì)重要性結(jié)果，形成評(píng)價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣，運(yùn)用MATLAB軟件計(jì)算得到各指標(biāo)權(quán)重結(jié)果wi。

3)為了保證結(jié)果的科學(xué)性，分別計(jì)算矩陣的最大特征值λmax、一致性指標(biāo)CI、一致性比率CR，當(dāng)CR<0.1時(shí)，則指標(biāo)通過一致性檢驗(yàn)，否則重新計(jì)算。具體公式如下

式中，n為判斷矩陣的行數(shù)；A為判斷矩陣；W為判斷矩陣的特征向量；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)值。

4)將通過一致性檢驗(yàn)的判斷矩陣集結(jié)，構(gòu)成群判斷矩陣。對(duì)群判斷矩陣計(jì)算后，得到裝配式建筑成本各影響因素指標(biāo)權(quán)重，如表1所示。

表1 裝配式建筑成本影響因素指標(biāo)權(quán)重結(jié)果

以上權(quán)重得分結(jié)果反映了該裝配式建筑項(xiàng)目的成本影響因素指標(biāo)的重要性程度，從結(jié)果可知，一級(jí)指標(biāo)權(quán)重結(jié)果由高到低分別為設(shè)計(jì)成本、生產(chǎn)成本、運(yùn)輸成本、安裝成本；二級(jí)指標(biāo)權(quán)重結(jié)果由高到低分別為裝配率、生產(chǎn)規(guī)模、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度、模具周轉(zhuǎn)率、設(shè)計(jì)拆分率、生產(chǎn)工藝選擇、運(yùn)輸距離、構(gòu)件損壞率、集成化設(shè)計(jì)水平、裝載方案、吊裝率、工人技術(shù)水平、運(yùn)輸環(huán)境。

3 措施與建議

結(jié)合裝配式建筑成本影響因素的分析和在裝配式建筑項(xiàng)目案例中各影響因素指標(biāo)權(quán)重結(jié)果，對(duì)裝配式建筑成本的控制提出以下幾點(diǎn)措施與建議：

1)設(shè)計(jì)階段:設(shè)計(jì)階段是裝配式建筑成本控制的關(guān)鍵階段。裝配率作為設(shè)計(jì)階段的重要影響指標(biāo)之一，也是政府推行裝配式建筑的主要依據(jù)指標(biāo)，是裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第一步。在當(dāng)今大力發(fā)展裝配式建筑的環(huán)境下，不同項(xiàng)目應(yīng)綜合考慮其自身特點(diǎn)，制定合理裝配方案，設(shè)計(jì)合理的裝配率，杜絕盲目追求過高的裝配率導(dǎo)致成本的增加。同時(shí)，制定合理拆分構(gòu)件模塊，確定統(tǒng)一的構(gòu)件尺寸與重量，使構(gòu)件單元化程度更高，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與構(gòu)件科學(xué)合理化拆分，減少設(shè)計(jì)周期與設(shè)計(jì)成本。最后，加大對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)并校驗(yàn)構(gòu)件連接構(gòu)造點(diǎn)和空間位置，達(dá)到降低設(shè)計(jì)成本的目的。

2)生產(chǎn)階段:政府應(yīng)健全并完善相關(guān)政策落地實(shí)施細(xì)則，提高建筑企業(yè)的參與意愿，擴(kuò)大裝配式建筑的市場(chǎng)需求，促使裝配式建筑的生產(chǎn)達(dá)到一定的規(guī)模，形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。盡管生產(chǎn)規(guī)模對(duì)成本影響較大，但對(duì)單個(gè)項(xiàng)目而言，其生產(chǎn)規(guī)模是固定的，在此前提下，應(yīng)優(yōu)化構(gòu)件的規(guī)格尺寸，統(tǒng)一將構(gòu)件設(shè)計(jì)和零件生產(chǎn)序列化，實(shí)現(xiàn)模具標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和重復(fù)利用，提高模具周轉(zhuǎn)率，降低模具生產(chǎn)費(fèi)用，使各項(xiàng)資源得到充分利用，大幅降低攤銷成本。在生產(chǎn)過程中，不斷改進(jìn)構(gòu)件的生產(chǎn)工藝，采用新技術(shù)、新工藝，形成系統(tǒng)高效的生產(chǎn)鏈條，提高裝配式建筑生產(chǎn)過程的智能化、機(jī)械化水平。

3)運(yùn)輸階段:預(yù)制構(gòu)件合理的裝載、運(yùn)輸和存儲(chǔ)是保證構(gòu)件運(yùn)輸安裝一體化的前提。裝配式構(gòu)件應(yīng)擇優(yōu)選擇適宜運(yùn)距的預(yù)制構(gòu)件廠，合理規(guī)劃運(yùn)輸路線，提前了解沿途限高、限行規(guī)定，做好路況條件和實(shí)際路線勘查，盡量將運(yùn)輸距離控制在較為經(jīng)濟(jì)的往返時(shí)間內(nèi)。此外，由于預(yù)制構(gòu)件種類繁多且體積均較大，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的形狀、體積、數(shù)量、裝卸車荷載和運(yùn)輸路況，合理安排運(yùn)輸車輛、裝卸方式，根據(jù)安裝先后順序?qū)ρb載的構(gòu)件進(jìn)行科學(xué)編碼，確定合理的擺放位置，減少構(gòu)件的二次運(yùn)輸，降低運(yùn)輸過程中的損耗，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸成本最優(yōu)化。

4)安裝階段:預(yù)制構(gòu)件的吊裝過程中，應(yīng)大力改善吊裝技術(shù)，利用信息化技術(shù)對(duì)吊裝過程進(jìn)行模擬演示，制定最優(yōu)的吊裝方案，降低安裝難度，嚴(yán)控安裝過程。在上崗前，應(yīng)對(duì)項(xiàng)目管理人員、安裝作業(yè)人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)；上崗期間，定期對(duì)工人進(jìn)行專項(xiàng)考核，提高其技術(shù)水平；安裝前，嚴(yán)格進(jìn)行裝配式建筑安裝技術(shù)交底，確定安裝工序，督促工人規(guī)范施工，提高工人勞動(dòng)效率。同時(shí)，加強(qiáng)構(gòu)件的保護(hù)措施，減少構(gòu)件破損，嚴(yán)格控制構(gòu)件的損壞率，在避免工期延誤的同時(shí)控制成本的大幅增加。

4 結(jié) 論

隨著建筑工業(yè)化發(fā)展，我國正在大力推廣裝配式建筑，但其發(fā)展制約于成本過高等問題。該研究從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝成本維度建立了4個(gè)一級(jí)指標(biāo)、13個(gè)二級(jí)指標(biāo)的裝配式建筑成本影響因素指標(biāo)體系，以已建的裝配式建筑項(xiàng)目作為實(shí)際案例，選用層次分析法對(duì)各影響因素權(quán)重大小進(jìn)行排序，計(jì)算得到設(shè)計(jì)成本、生產(chǎn)成本是對(duì)裝配式建筑成本影響較大的因素，其次是運(yùn)輸成本和安裝成本。最后，基于影響因素分析和權(quán)重結(jié)果，對(duì)裝配式建筑成本的控制提出對(duì)策與建議。