苗澤惠，宋晨旭

(吉林建筑大學(xué)，吉林 長春 130000)

0 前 言

隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，高效率、低能耗、少污染的裝配式建筑成為行業(yè)推廣的焦點(diǎn)，盡管近年來國家出臺了各種補(bǔ)貼政策和法律法規(guī)，但裝配式獨(dú)特建造方式帶來的高昂成本依然是制約發(fā)展的重要因素[1]?？v觀國內(nèi)外學(xué)者在裝配式建筑成本上的研究，大部分是從宏觀角度出發(fā)提出相應(yīng)的控制措施，實(shí)施難度較大，制約因素較多。本文從預(yù)制率角度出發(fā)，系統(tǒng)分析各預(yù)制構(gòu)件對增量成本的敏感程度，找出在特定預(yù)制率條件下的最優(yōu)預(yù)制構(gòu)件組合，最大限度地降低增量成本。

1 預(yù)制率研究范圍與方法

1.1 預(yù)制率研究范圍

預(yù)制率是裝配式建筑特有的評價(jià)指標(biāo)，是衡量裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件利用程度的重要指標(biāo)，也是國家制定裝配式建筑扶持政策的主要依據(jù)[2]。由于裝配式建筑產(chǎn)生的周期時間較短、相關(guān)的法律法規(guī)不夠健全，且在預(yù)制率方面的要求還比較模糊，因此，各級地方政府對裝配式建筑預(yù)制率的規(guī)定也存在較大的差異，本文將探討預(yù)制率在30%、35%、40%情況下預(yù)制構(gòu)件組合比例與增量成本的關(guān)系。

1.2 預(yù)制率相關(guān)計(jì)算

由于不同地區(qū)和省份都有著各自的預(yù)制率的計(jì)算規(guī)則，本文項(xiàng)目來源于上海，因此，采用上海的裝配式建筑單體預(yù)制率計(jì)算規(guī)則。

方法一：與國標(biāo)中預(yù)制率的計(jì)算一致，適用于混凝土結(jié)構(gòu)。

方法二：適用于混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)。

建筑體制率=∑(構(gòu)件重×修正系×制構(gòu)件比例)

2 單主體構(gòu)件對增量成本敏感性計(jì)算

2.1 構(gòu)建研究方案

本文選取上海市臨港南匯新城某住宅項(xiàng)目作為研究對象，該建筑項(xiàng)目共3層，標(biāo)準(zhǔn)層的建筑面積為5 449 m2。為簡化主體構(gòu)件研究，本項(xiàng)目只考慮柱、梁、板分別在預(yù)制情況下對建筑成本的影響，分以下四種方案進(jìn)行增量成本分析研究：方案1柱梁板都是現(xiàn)澆，方案2柱預(yù)制梁板現(xiàn)澆，方案3梁預(yù)制柱板現(xiàn)澆，方案4板預(yù)制柱梁現(xiàn)澆。

方案1采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆設(shè)計(jì)方案，主體構(gòu)件全部采用現(xiàn)澆施工方式，方案2、3、4采用預(yù)制裝配式設(shè)計(jì)方案，在主體構(gòu)件中部分采用預(yù)制的施工方式。通過不同方案的對比能夠看出某一主體構(gòu)件對成本的影響程度。預(yù)制構(gòu)件的選取主要依據(jù)上海市《裝配式建筑單體預(yù)制率和裝配率計(jì)算細(xì)則》，分別為全預(yù)制柱、全預(yù)制梁、全預(yù)制板。

2.2 構(gòu)件增量成本敏感度計(jì)算與分析

運(yùn)用廣聯(lián)達(dá)算量軟件分別對四種方案進(jìn)行混凝土工程量統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，得出項(xiàng)目主體構(gòu)件在預(yù)制和現(xiàn)澆情況下的成本。通過方案2、3、4與方案1進(jìn)行單位面積成本(元/m2)計(jì)算，得出項(xiàng)目在預(yù)制部分主體構(gòu)件方案和全預(yù)制方案中的單位面積增量成本(元/m2)，上述二數(shù)據(jù)：方案1分別為725.15和0，方案2分別為896.72和171.57，方案3分別為823.45和98.3，方案4分別為874.59和149.44。

計(jì)算可知，方案3比方案2、3產(chǎn)生的增量成本低，由于受建筑單體預(yù)制率因素的影響不能直接說明構(gòu)件與增量成本的關(guān)系，因此，本文引入了構(gòu)件的預(yù)制率增量成本敏感性計(jì)算。

預(yù)制率增量成本敏感性是指單位面積的增量成本與預(yù)制率的比值。它表示構(gòu)件每增加1%的預(yù)制率所帶來的增量成本。敏感度越低說明構(gòu)件預(yù)制率提高越經(jīng)濟(jì)。對方案2、3、4運(yùn)用建筑單體預(yù)制率計(jì)算方法二和預(yù)制率增量成本敏感性，得出單體預(yù)制率(%)和敏感性：方案2為9和19.06，方案3為19.8和4.96，方案4為25.2和5.93。

計(jì)算可知，構(gòu)件預(yù)制率對增量成本敏感程度最小的是方案3，也就是說預(yù)制率相同的情況下，項(xiàng)目在采用預(yù)制單體構(gòu)件預(yù)制梁引起的增量成本最低。為深入分析造成該差異的原因，通過走訪上海市多個建筑市場，總結(jié)如下：生產(chǎn)方面，構(gòu)件梁的數(shù)量較多，設(shè)計(jì)規(guī)格較為統(tǒng)一，相對柱板生產(chǎn)效率更高；運(yùn)輸方面，全預(yù)制梁形狀規(guī)則差異性較小，運(yùn)輸效率相比主板較高；安裝方面，全預(yù)制梁構(gòu)件個性化程度較低、體積較小，對吊裝機(jī)械的要求較低。因此，裝配式建筑在選擇單預(yù)制構(gòu)件時，采用全預(yù)制梁最為經(jīng)濟(jì)。在提高項(xiàng)目總體預(yù)制率時，應(yīng)優(yōu)先考慮增加預(yù)制梁的比例。

3 主體預(yù)制構(gòu)件增量成本優(yōu)化

首先確定構(gòu)件梁的預(yù)制貢獻(xiàn)量，計(jì)算出構(gòu)件柱、板總體預(yù)制率貢獻(xiàn)量，其次引入?yún)?shù)a使得構(gòu)件柱、板建立關(guān)系，通過改變a值的大小找到在不同預(yù)制率下增量成本最小的預(yù)制混凝土體積比。最后反推出各預(yù)制率下主體構(gòu)件最優(yōu)預(yù)制比例，從而達(dá)到優(yōu)化的效果。

3.1 構(gòu)件預(yù)制率貢獻(xiàn)量計(jì)算

基于預(yù)制構(gòu)件敏感度分析可知，相同條件下預(yù)制梁相比其他預(yù)制構(gòu)件更經(jīng)濟(jì)，因此，在采用三種構(gòu)件組合方案時應(yīng)最大限度增加梁的預(yù)制比例，也就是說增加梁的預(yù)制貢獻(xiàn)量比例。構(gòu)件梁預(yù)制率貢獻(xiàn)量的計(jì)算基于廣聯(lián)達(dá)算量軟件，測算出不同預(yù)制率下構(gòu)件梁的混凝土總體積，通過扣除結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵部位現(xiàn)澆梁的混凝土體積，得出構(gòu)件梁最理想的預(yù)制貢獻(xiàn)量。最后依據(jù)裝配式建筑單體預(yù)制率計(jì)算方法一，得出構(gòu)件柱板需要預(yù)制率的貢獻(xiàn)量。通過軟件的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算得出，構(gòu)件梁和柱板的預(yù)制率貢獻(xiàn)率(見表1)。

表1 構(gòu)件梁和柱板的預(yù)制率貢獻(xiàn)率

3.2 不同預(yù)制率下柱板預(yù)制率最優(yōu)貢獻(xiàn)量分析

基于構(gòu)件柱與構(gòu)件板的預(yù)制貢獻(xiàn)量的計(jì)算結(jié)果，通過改變參數(shù)a值的大小，進(jìn)而得到組合關(guān)系與增量成本的關(guān)系如圖1所示。

圖1 柱板組合與增量成本變化曲線

從圖1中可以看出，隨著單體預(yù)制率的增加、成本增量不斷增大，在單體預(yù)制率為30%中，隨著a值的增大，ΔP先減小后再增加。當(dāng)a=3.6時，成本增量最小，為207.64元/ m2，達(dá)到此裝配率下的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)配比方案。在單體預(yù)制率為35%中，增量成本曲線隨著a的增大呈下降趨勢，ΔP由326.16元/ m2逐漸下降至250元/ m2左右，斜率趨于0。由于受構(gòu)件混凝土量的影響，構(gòu)件板與柱最大限度的體積比不超過5.2。因而當(dāng)a=5.2時，成本增量最小，為250元/ m2，達(dá)到此裝配率下的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)配比方案。在單體預(yù)制率為40%中，增量成本曲線隨著a的增大下降幅度較大，ΔP在a=4.4時取最小值為318.76，即為優(yōu)經(jīng)濟(jì)配比方案。

通過柱板組合與增量成本分析可以看出，控制構(gòu)件板預(yù)制部分混凝土比例，可以有效降低裝配式建筑的增量成本。因此基于裝配式框架結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件最優(yōu)預(yù)制比例，結(jié)合預(yù)制柱板預(yù)制率貢獻(xiàn)量能夠計(jì)算出在不同預(yù)制率下預(yù)制柱與預(yù)制板提供的最優(yōu)混凝土量，如表2所示。

表2 不同預(yù)制率下預(yù)制柱與預(yù)制板的最優(yōu)混凝土量

3.3 優(yōu)化方案確定

軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在該項(xiàng)目中構(gòu)件梁、板、柱所占混凝土量分別為20%、30%、15%，因此，能夠計(jì)算出梁板柱各類構(gòu)件的總混凝土體積，基于預(yù)制梁、柱、板提供的最優(yōu)混凝土量的計(jì)算，計(jì)算出在不同預(yù)制率下的最優(yōu)預(yù)制比例(見表3)。

表3 不同預(yù)制率下的最優(yōu)預(yù)制比例

從表3中可以看出，預(yù)制率為30%時，預(yù)制構(gòu)件選取的最優(yōu)組合比例為0.17∶0.95∶0.29，此時土建成本增量最低，為207.64元/ m2；當(dāng)預(yù)制率為35%時，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件選取的最優(yōu)組合比例為0.18∶0.92∶0.46，此時土建成本增量最低，為250元/ m2；當(dāng)預(yù)制率為40%時，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件選取的最優(yōu)組合比例為0.27∶0.91∶0.29，此時土建成本增量最低，為318.76元/ m2。

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