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，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，致使其市場占有率不高。因此，論文以裝配式建筑成本為研究對象，分析其影響因素和控制措施，對降低裝配式建筑成本、促進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別出裝配式建筑成本的相關(guān)因素，但從全過程角度進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、生產(chǎn)、運輸、安裝階段中選取13個成本影響因素，以已建的裝配式建筑項目為案例，采用層次分析法對各影響因素權(quán)重大小進行排序，從權(quán)重結(jié)果分析對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)特點和實施現(xiàn)狀，從設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、安裝四個階段對裝配式成本影響因素進行分析。

1.1 設(shè)計階段

裝配式建筑的設(shè)計階段成本是指為了對構(gòu)件做出科學(xué)合理的設(shè)計而花費的費用，便于構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸和安裝[2]。在設(shè)計階段，裝配式建筑的主要任務(wù)是將前期的目標利用圖紙的形式展現(xiàn)出來，為后續(xù)施工提供詳細具體的依據(jù)。為達到裝配式建筑成本最優(yōu)、資源節(jié)約等效果，在設(shè)計階段中，對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，達到降低成本的目的。

2)構(gòu)件標準化程度：在裝配式建筑設(shè)計過程中，構(gòu)件標準化程度越高，則所需設(shè)計的構(gòu)件種類越少。對構(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，可加快勞動生產(chǎn)率與施工進度，減少設(shè)計成本和后期不確定成本，提高項目的綜合效益。

3)設(shè)計拆分率：由于裝配式建筑的設(shè)計標準和規(guī)范尚不夠完善，在深化設(shè)計時，需根據(jù)構(gòu)件的受力情況、施工特點等要求將構(gòu)件設(shè)計拆分為不同的單元。合理的拆分設(shè)計將降低后續(xù)生產(chǎn)、運輸和安裝難度，提高項目的施工效率與經(jīng)濟效益。

4)集成化設(shè)計水平：集成化設(shè)計是指在對裝配式建筑設(shè)計時，利用先進的信息化技術(shù)，如BIM技術(shù)、云計算等，連接設(shè)計過程中相對獨立的過程及信息，將設(shè)計階段與后續(xù)過程交叉進行，提高設(shè)計效率，節(jié)約設(shè)計成本。

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)加工所耗費的費用總和。預(yù)制構(gòu)件廠根據(jù)設(shè)計要求的相關(guān)尺寸規(guī)模和規(guī)范標準，經(jīng)過專業(yè)模具和設(shè)備進行生產(chǎn)，預(yù)制構(gòu)件的成品價格將直接影響工程項目成本。在生產(chǎn)過程中，對成本的影響主要體現(xiàn)在以下因素中：

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

2)生產(chǎn)工藝選擇：預(yù)制構(gòu)件常用的生產(chǎn)工藝有平臺法、線臺座法和機組流水線法等。在生產(chǎn)過程中，根據(jù)構(gòu)件的不同特點選擇先進且成熟的生產(chǎn)工藝，可加快生產(chǎn)進度，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 運輸階段

裝配式建筑的運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)制廠運送到施工安裝現(xiàn)場所需要耗費的費用總和[3]。我國裝配式建筑的構(gòu)件尺寸規(guī)格種類多，較多采用散裝運輸，運載工具以重型半掛式牽引車為主[4]。在運輸過程中，對成本的影響主要體現(xiàn)在以下因素中：

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

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

3)運輸環(huán)境：從預(yù)制構(gòu)件廠到現(xiàn)場的運輸環(huán)境影響構(gòu)件的運輸損耗和二次搬運，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)件在運輸過程中因受力不均導(dǎo)致一定程度的損耗。同時，環(huán)境欠佳影響運輸車輛不易直接到達目的地，從而產(chǎn)生二次搬運等額外成本。

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)件按照一定的標準和技術(shù)規(guī)范安裝成型所需要花費的費用。在對預(yù)制構(gòu)件進行現(xiàn)場拼裝時，不僅關(guān)乎建筑質(zhì)量，而且對建筑成本有直接影響[5]。在安裝過程中，對成本的影響主要體現(xiàn)在以下因素中：

1)吊裝率：構(gòu)件運輸至施工現(xiàn)場后，要進行現(xiàn)場吊裝工作。吊裝施工需精確設(shè)置各連接點、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，需對構(gòu)件進行維修或更換致使成本增加。

2 裝配式建筑項目案例分析

研究選取位于武漢經(jīng)濟開發(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55%。該項目以預(yù)制構(gòu)件為載體，將預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)與現(xiàn)場使用充分結(jié)合應(yīng)用。

綜合對裝配式建筑成本影響因素的分析，從設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、安裝成本維度建立了4個一級指標、13個二級指標的裝配式建筑成本影響因素指標體系，采用層次分析法(AHP)計算各指標權(quán)重。層次分析法是運用專家打分，比較具有隸屬關(guān)系的指標間的相對重要性并構(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)出各指標的權(quán)重[6]，根據(jù)權(quán)重結(jié)果比較各指標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用過程如下：

1)邀請12位從事該裝配式建筑項目工作和研究的專家學(xué)者，使用1～9標度法對各個指標之間的相對重要性打分。

2)通過指標兩兩對比的相對重要性結(jié)果，形成評價指標的判斷矩陣，運用MATLAB軟件計算得到各指標權(quán)重結(jié)果wi。

3)為了保證結(jié)果的科學(xué)性，分別計算矩陣的最大特征值λmax、一致性指標CI、一致性比率CR，當(dāng)CR<0.1時，則指標通過一致性檢驗，否則重新計算。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為平均隨機一致性指標值。

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

表1 裝配式建筑成本影響因素指標權(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目的成本影響因素指標的重要性程度，從結(jié)果可知，一級指標權(quán)重結(jié)果由高到低分別為設(shè)計成本、生產(chǎn)成本、運輸成本、安裝成本；二級指標權(quán)重結(jié)果由高到低分別為裝配率、生產(chǎn)規(guī)模、構(gòu)件標準化程度、模具周轉(zhuǎn)率、設(shè)計拆分率、生產(chǎn)工藝選擇、運輸距離、構(gòu)件損壞率、集成化設(shè)計水平、裝載方案、吊裝率、工人技術(shù)水平、運輸環(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目案例中各影響因素指標權(quán)重結(jié)果，對裝配式建筑成本的控制提出以下幾點措施與建議：

1)設(shè)計階段:設(shè)計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)計階段的重要影響指標之一，也是政府推行裝配式建筑的主要依據(jù)指標，是裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的第一步。在當(dāng)今大力發(fā)展裝配式建筑的環(huán)境下，不同項目應(yīng)綜合考慮其自身特點，制定合理裝配方案，設(shè)計合理的裝配率，杜絕盲目追求過高的裝配率導(dǎo)致成本的增加。同時，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，實現(xiàn)構(gòu)件的標準化設(shè)計與構(gòu)件科學(xué)合理化拆分，減少設(shè)計周期與設(shè)計成本。最后，加大對信息技術(shù)的應(yīng)用，精準設(shè)計并校驗構(gòu)件連接構(gòu)造點和空間位置，達到降低設(shè)計成本的目的。

2)生產(chǎn)階段:政府應(yīng)健全并完善相關(guān)政策落地實施細則，提高建筑企業(yè)的參與意愿，擴大裝配式建筑的市場需求，促使裝配式建筑的生產(chǎn)達到一定的規(guī)模，形成規(guī)模經(jīng)濟效益。盡管生產(chǎn)規(guī)模對成本影響較大，但對單個項目而言，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)計和零件生產(chǎn)序列化，實現(xiàn)模具標準化生產(chǎn)和重復(fù)利用，提高模具周轉(zhuǎn)率，降低模具生產(chǎn)費用，使各項資源得到充分利用，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、機械化水平。

3)運輸階段:預(yù)制構(gòu)件合理的裝載、運輸和存儲是保證構(gòu)件運輸安裝一體化的前提。裝配式構(gòu)件應(yīng)擇優(yōu)選擇適宜運距的預(yù)制構(gòu)件廠，合理規(guī)劃運輸路線，提前了解沿途限高、限行規(guī)定，做好路況條件和實際路線勘查，盡量將運輸距離控制在較為經(jīng)濟的往返時間內(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、裝卸車荷載和運輸路況，合理安排運輸車輛、裝卸方式，根據(jù)安裝先后順序?qū)ρb載的構(gòu)件進行科學(xué)編碼，確定合理的擺放位置，減少構(gòu)件的二次運輸，降低運輸過程中的損耗，實現(xiàn)運輸成本最優(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)對吊裝過程進行模擬演示，制定最優(yōu)的吊裝方案，降低安裝難度，嚴控安裝過程。在上崗前，應(yīng)對項目管理人員、安裝作業(yè)人員進行崗前培訓(xùn)；上崗期間，定期對工人進行專項考核，提高其技術(shù)水平；安裝前，嚴格進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，提高工人勞動效率。同時，加強構(gòu)件的保護措施，減少構(gòu)件破損，嚴格控制構(gòu)件的損壞率，在避免工期延誤的同時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、生產(chǎn)、運輸、安裝成本維度建立了4個一級指標、13個二級指標的裝配式建筑成本影響因素指標體系，以已建的裝配式建筑項目作為實際案例，選用層次分析法對各影響因素權(quán)重大小進行排序，計算得到設(shè)計成本、生產(chǎn)成本是對裝配式建筑成本影響較大的因素，其次是運輸成本和安裝成本。最后，基于影響因素分析和權(quán)重結(jié)果，對裝配式建筑成本的控制提出對策與建議。