裝配式居住建筑在高海拔地區應用的經濟性研究

李喜慶

目前，社會可持續發展的目標是綠色低碳循環、碳達峰和碳中和。為了推動建筑業的轉型升級和高質量發展，包括西藏自治區和新疆維吾爾自治區在內的全國各地都陸續發布關于推進裝配式建筑發展的實施意見，裝配式建筑迎來發展機遇的同時也迎來更大的挑戰[1，2]。

1 裝配式建筑概述及其應用于高海拔地區的必要性

1.1 裝配式建筑概述

裝配式建筑是指將預制構件在工地現場組裝而成的建筑，通過建筑構件和部件的標準化、模塊化設計，實現工廠化流水線加工制作，最終機械化快速組裝而成。其特點是取消了大量需要在現場完成的傳統施工作業，建造快、現場濕作業少、節約人工勞力且質量可靠。根據結構材料的種類可以將裝配式建筑分為4 類，分別為裝配式混凝土結構建筑、裝配式鋼結構建筑、集裝箱式結構建筑和裝配式木結構建筑[3]。其中，裝配式鋼結構建筑的特點是抗震性能好、自重輕以及抗拉性能好，并且比傳統混凝土結構梁柱尺寸更小，可以更好利用居住空間。但是由于裝配式鋼結構建筑的工程造價普遍高于傳統混凝土結構建筑，再加上裝配式建筑對標準化和模塊化要求較高等多方面因素，導致鋼結構住宅在全國推廣和應用的速度較慢。

1.2 裝配式建筑應用于高海拔地區的必要性

與平原地區相比，高海拔地區一般都具有幅員遼闊、生態敏感、氣候惡劣等特殊的環境條件，同時具有人員稀少、城市規模小、距離分散、勞動條件差、有效施工周期短以及建設資源匱乏等特點。我國西藏90%以上屬于嚴寒地區，新疆也有部分地區位于高海拔，氣候復雜多樣，晝夜溫差較大，易遭受颶風、雪災、地震和山洪等自然災害的影響。全年除4 ～10 月以外，其余月份氣溫過低，難以滿足混凝土澆筑、磚石砌筑的施工作業要求，施工窗口期較短。

裝配式建筑以其模塊化設計、工廠流水線生產、信息化管理、裝配式施工、一體化裝修和智能化應用的特點，將傳統勞動密集、粗放低效的手工作業模式升級為工業化生產模式，可有效縮短現場施工周期。對比傳統混凝土現澆結構，裝配式建筑大約可縮短工期60%以上，從而減少了惡劣環境對施工的不利影響，能夠有效加快建筑現場的施工過程，在高海拔地區體現出明顯的應用優勢[4]。

為了更深入研究裝配式居住建筑在高海拔地區應用的經濟性，本文以實際工程中的1 棟居住建筑為例，選取鋼筋混凝土框架結構和裝配式鋼框架結構兩種建筑結構體系，分別編制新疆喀什地區與和田地區兩個工程建設地點的工程預算，并對造價結果進行經濟性分析。以人材機消耗量的組成和工程造價的對比為切入點，探討鋼結構與鋼筋混凝土結構住宅在高海拔地區的關鍵經濟性差異，分析裝配式鋼結構建筑在高海拔地區應用的經濟優勢。

2 項目概況

該居住建筑為1 棟宿舍樓，建筑面積為2 500 m2，共3 層，每層的層高均為3.6 m，建筑總高度為12.4 m。項目建設地點在新疆和田地區范圍內的高海拔地區，海拔高度約為3 800 m，距離喀什約613 km。設計時，根據建設單位要求采用兩種方案進行比選。第一種方案采用傳統現澆建筑，主體結構為鋼筋混凝土結構，圍護結構采用加氣混凝土砌塊（以下簡稱混凝土方案）；第二種方案采用裝配式建筑，主體結構為鋼框架結構，圍護結構采用蒸壓加氣混凝土條板（以下簡稱鋼結構方案）。

3 工程造價對比分析

3.1 預算編制原則

根據設計方案和圖紙，采用《新疆維吾爾自治區房屋建筑與裝飾工程消耗量定額》編制本項目的工程預算，并對混凝土方案和鋼結構方案的土建工程造價進行對比。本文為了更好地分析裝配式建筑在高海拔地區的造價差異，在設計方案和工程數量均保持不變的前提下，增加一處平原地區的工程預算，擬定工程建設地點為新疆喀什的平原地區，海拔約為1 300 m。

3.2 材料價格及取費

結合工程實際，本項目的主要材料均從喀什地區采購，因此預算中的鋼筋、水泥和裝飾裝修等材料價格，均采用在喀什地區發布的最新期造價信息的基礎上增加運費的方式確定。其中，和田高海拔地區距離喀什運距約613 km；鋼柱、鋼梁等鋼結構主材基價采用經過調查的工廠預制成品價格。

根據《新疆維吾爾自治區建筑安裝工程費用定額》，本項目屬于居住建筑，建筑及安裝工程類別為Ⅲ類，氣溫區域為二類地區。因海拔超過3 000 m，需要計取高原、高寒地區施工增加費，計取方式是以“直接工程費中（人工費+機械費）+可計量措施費中（人工費+機械費）”為基數的16.75%。規費、企業管理費和利潤等費用均執行費用定額中的相應標準計取，稅金取9%。

3.3 主要人材機統計

計算兩種方案的工程量，分別統計混凝土方案和鋼結構方案兩種設計方案的主要人材機工程量表，匯總如表1 所示。從表1 可以看出，對比混凝土方案，鋼結構方案減少了混凝土拌合、澆筑、振搗、砌體砌筑和抹灰等現場人工作業，主要進行裝配式鋼結構構件和裝配式預制蒸壓加氣混凝土條板的安裝，從而大幅減少人工工日，減幅為28.28%，縮短了建設工期。與之相對應的工程機械的使用率有所提高，增幅為8.71%。此外，還可以發現鋼結構方案大幅減少了砂石料的用量，減幅為34.05%，減輕了高海拔地區材料運輸不便的不利影響。

表1 主要人材機工程量表

3.4 工程造價數據

根據工程量編制預算，將兩種方案分別建設在平原地區和高海拔地區的工程投資和指標匯總如表2。由表2 可知，不論是在平原地區還是在高海拔地區，鋼結構方案的工程投資和指標都高于混凝土方案。單就指標來看，平原地區鋼結構方案增加318 元/m2，增幅16.53%；高海拔地區鋼結構方案增加182 元/m2，增幅7.01%。其中，結構工程鋼結構在平原地區增加336 元/m2，在高海拔地區增加255 元/m2，主要原因是混凝土結構調整為鋼結構，造成投資增加。裝飾裝修工程在平原地區減少18 元/m2，在高海拔地區減少73 元/m2，主要是因為加氣混凝土砌塊調整為蒸壓加氣混凝土條板，從而投資減少。進一步分析可發現，由于高海拔地區會帶來材料運輸費用增加、人工機械降效等不利因素，混凝土方案造價指標由原本1 918 元/m2增加為2 587元/m2，增幅34.89%；相比之下，鋼結構方案造價指標由2 235 元/m2增加為2 769 元/m2，增幅僅為23.87%。說明裝配式鋼結構體系可以更好地克服高海拔地區帶來的嚴寒環境和長距離運輸等不利條件，相比平原地區縮小了與混凝土方案的投資增幅。

表2 工程投資和指標對比表

4 在高海拔地區推廣裝配式建筑的建議

通過以上傳統混凝土方案與裝配式鋼結構方案的人材機數量和工程造價的對比和分析，本文對裝配式居住建筑在高海拔地區的推廣和應用提出以下幾點建議。

（1）裝配式鋼結構建筑的應用擁有更好的環境效益和社會效益。相較于混凝土方案，裝配式鋼結構建筑自身總量更輕，需要的原材料更少，減少砂石料的使用量可以降低對周邊環境的影響。鋼結構建筑還可以減少現場的濕作業量，從而避免產生施工廢水、廢料等建筑垃圾，降低對施工現場的污染，有利于保護高海拔地區敏感和脆弱的生態環境，具有更好的環境效益。此外，鋼結構建筑材料還可循環使用，本地建設拆除后可以在異地采用原材料復建工程，更符合低碳經濟環保的發展理念[5]。

（2）與平原地區相比，在高海拔地區應用裝配式鋼結構建筑具有更好的經濟效益。從工程造價指標對比可以看出，雖然在高海拔地區采用裝配式鋼結構方案仍然比傳統混凝土方案投資高，但是指標增加幅度已經從16.53%大幅減少至7.01%，主要原因正是裝配式鋼結構方案可以通過減少人工作業的方式更好地克服高原降效的不利因素。鋼結構建筑抗震性能好，施工較簡便，受現場施工條件和人員操作水平影響小，能夠減少施工工期，可更好地解決高海拔地區氣候惡劣、地震活動頻繁以及施工窗口期短等難題。

（3）裝配式建筑可提高質量管理，提升居住品質。高海拔地區由于空氣含氧量低，氣溫低，導致人工降效明顯，質量管理成本高，并且高海拔地區普遍存在房屋設計缺位、質量監管薄弱等問題，短時間內很難形成完善的質量管理體系。如果采用裝配式建筑建造模式，借助建筑企業開發、推廣裝配式鋼結構居住產品，可降低人工參與程度，提高機械化程度，對于當前技術管理困境可以說是一種低風險、低成本的解決思路。

（4）通過標準化設計和建立標準化構件廠降低構件成本價格。一般來說，居住建筑工程規模都比較大，用途較為一致，可以從設計方面入手，提高建筑標準化水平。通過多種部品部件形成功能單元模塊，再利用不同的功能單元，或者將平面布局在不同的建筑單體上進行復用，形成功能空間模塊，同理依次形成基本模塊、組合模塊、樓棟模塊以及社區，最終形成住宅模塊化設計體系。在設計時，也可以針對構件的設計進行尺寸歸并，提高預制構件的重復使用率及制作效率。當同規格材料的數量較多時，可以更方便地排布以達到減少車輛運輸次數和材料運費的目的。模數的標準化有利于生產通用型鋼結構構件，保證裝配式鋼結構建筑的工業化發展之路。

（5）通過集成化設計降低工程造價。傳統混凝土建筑結構的圍護、設備、管線和內裝4 個系統領域聯系較少，施工時也是彼此分離，安裝人工費用較高，施工周期較長。裝配式鋼結構建筑可以從設計入手，將各個系統相互協同，利用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）等先進手段進行協同設計，統籌考慮。如果能夠實現主體土建工程與部分水暖電安裝工程集的成化設計，可以進一步減少安裝工程的人工和機械相關費用，減少裝配式建筑的工程造價。

5 結語

根據目前的推廣情況來看，雖然裝配式建筑在高海拔地區實際工程中使用較少，但是通過本文對裝配式鋼結構居住建筑在高海拔地區應用進行的經濟性分析和研究可以發現，相較于平原地區，裝配式鋼結構建筑應用于高海拔地區可以有效克服高原的惡劣氣候及不良施工基礎條件，具有更好的經濟效益和環境效益。如果后期裝配式居住建筑能夠不斷擴大規模，將可以進一步節約成本，實現規模經濟化，提高經濟效益。總之，不論從低碳經濟發展的導向還是從經濟環境效益上來看，在高原地區推進裝配式居住建筑勢在必行。