張 恒，吳仕露，王志遠(yuǎn)

全生命周期視角下裝配式建筑綜合效益研究

張 恒，吳仕露，王志遠(yuǎn)

(安徽財(cái)經(jīng)大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

裝配式建筑是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的方向，但我國裝配式建筑研究起步較晚，缺乏系統(tǒng)的理論研究與工程實(shí)踐，裝配式建筑效益分析不夠完善。從全生命周期視角出發(fā)，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)和研究文獻(xiàn)，系統(tǒng)分析裝配式建筑在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境三個(gè)方面的效益情況并建立裝配式建筑綜合效益指標(biāo)體系，利用層次分析法確定指標(biāo)體系權(quán)重。結(jié)果表明，在裝配式建筑綜合效益指標(biāo)體系中，技術(shù)研發(fā)費(fèi)用、資源節(jié)約效益、結(jié)構(gòu)工程成本占據(jù)比重較大，作用較為明顯，為后期裝配式建筑效益評(píng)價(jià)提供指標(biāo)參考，促進(jìn)裝配式建筑高質(zhì)量發(fā)展。

裝配式建筑；全生命周期；綜合效益；層次分析法

傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑具有建造周期長(zhǎng)、環(huán)境破壞嚴(yán)重、安全隱患多以及建筑效率低等缺陷。裝配式建筑相對(duì)于傳統(tǒng)建筑方式，具有低碳、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方式。然而，我國在積極探索發(fā)展裝配式建筑進(jìn)程中，遇到了一些有待解決的問題。比如，如何完善相關(guān)技術(shù)規(guī)范、如何提高裝配式結(jié)構(gòu)水平、如何建立并推廣一套完整的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件模數(shù)體系等，尤其是裝配式建筑的綜合效益情況研究比較模糊，這些問題嚴(yán)重阻礙了裝配式建筑的快速推廣。因此，研究全生命周期視角下的裝配式建筑綜合效益對(duì)于其實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化顯得尤為重要。裝配式建筑全生命周期綜合效益是指裝配式建筑在決策、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營以及回收拆除階段中所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境等方面的綜合影響力。本文主要是通過文獻(xiàn)梳理及相關(guān)因素分析，建立全生命周期視角下的裝配式建筑綜合效益指標(biāo)體系，并利用層次分析法來確定指標(biāo)權(quán)重，為裝配式建筑的綜合評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

一、全生命周期下裝配式建筑綜合效益分析

（一）經(jīng)濟(jì)效益

由于我國裝配式建筑起步較晚，相關(guān)技術(shù)不夠成熟，因而在決策階段需要花費(fèi)更多的時(shí)間和成本，在信息收集和技術(shù)研發(fā)上會(huì)產(chǎn)生更多的決策成本。此外，裝配式建筑更加注重協(xié)同一體化的設(shè)計(jì)思路，強(qiáng)調(diào)深化設(shè)計(jì)，在施工圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上新增構(gòu)件拆分圖、預(yù)制構(gòu)件詳圖、構(gòu)件運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)吊裝、固定設(shè)施安裝孔的位置預(yù)留等設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)理念和技術(shù)體系還不夠完善，導(dǎo)致設(shè)計(jì)費(fèi)用相對(duì)昂貴[1]。

施工階段，目前我國裝配式建筑存在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)規(guī)模化程度較低、裝配式作業(yè)程度不足、設(shè)計(jì)施工管理一體化體系不夠健全等問題，導(dǎo)致裝配式建造成本仍然普遍高于傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑。其中，顏和平[2]從建筑結(jié)構(gòu)、裝飾、安裝方面對(duì)比分析兩者之間的施工成本差異，得出增加的結(jié)構(gòu)成本主要來自于預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸和吊裝等涉及的一系列直接費(fèi)用和間接費(fèi)用。同時(shí)裝配式建筑在安裝和裝飾方面體現(xiàn)的成本優(yōu)勢(shì)較為明顯，這主要?dú)w功于預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)以及構(gòu)件孔洞的預(yù)留設(shè)計(jì)減少了后期建造過程中砌筑工程量和抹灰工程量，并且這些成本會(huì)隨著裝配率的提高進(jìn)一步降低。

裝配式建筑運(yùn)營階段的經(jīng)濟(jì)效益主要包括管理維護(hù)成本和能耗成本[3]。管理維護(hù)成本主要是對(duì)建筑項(xiàng)目的相關(guān)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行計(jì)劃性管理和更新檢修所產(chǎn)生的費(fèi)用。裝配式建筑的預(yù)制板、預(yù)制墻等構(gòu)件采用具有良好耐久性和耐熱性的材料，因此，裝配式建筑在維護(hù)階段產(chǎn)生的費(fèi)用較低。此外，運(yùn)營階段通常會(huì)產(chǎn)生大量的能耗成本，水電是最主要的能源消耗。但裝配式建筑設(shè)施大部分采用的是較為先進(jìn)的節(jié)能材料，其能源消耗大大降低、建筑設(shè)施的壽命明顯增加，從而裝配式建筑的能耗成本也將減少。裝配式建筑回收拆除階段經(jīng)濟(jì)效益主要指廢舊建筑材料的回收價(jià)值和處置成本。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)建筑的最終回收價(jià)值大概在建筑總造價(jià)的3%，而裝配式建筑的最終回收價(jià)值約占總造價(jià)的10%[4]。

（二）社會(huì)效益

目前我國裝配式建筑正處于運(yùn)營使用階段，文獻(xiàn)資料對(duì)裝配建筑回收拆除階段所產(chǎn)生的社會(huì)效益研究較少，因此本文側(cè)重分析裝配式建筑在施工階段和運(yùn)營階段的社會(huì)效益。施工階段，構(gòu)件產(chǎn)業(yè)化、建造裝配化的建筑模式使建筑項(xiàng)目的管理模式發(fā)生較大轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)單一管理模式轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)生產(chǎn)施工一體化管理模式，從傳統(tǒng)資源粗放型模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦铜h(huán)境集約型模式。裝配式建筑的一體化設(shè)計(jì)理念、產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)、自動(dòng)化機(jī)械施工、智能化現(xiàn)場(chǎng)管理等提高了施工生產(chǎn)效率，使現(xiàn)場(chǎng)施工人員大量減少，從而大大提升了施工的安全性[5]。與此同時(shí)，裝配式建筑也帶動(dòng)了關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[6]。運(yùn)營階段，傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑由于施工技術(shù)有限、建筑材料良莠不齊、項(xiàng)目組織復(fù)雜，導(dǎo)致最終建造出的工程質(zhì)量難以保證，屋面漏水、墻面開裂甚至房屋塌陷的事故時(shí)有發(fā)生。而裝配式建筑通過將建筑部件劃分為不同類型，按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各類部件進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，確保構(gòu)件出廠時(shí)的質(zhì)量達(dá)到要求，有效降低了建筑物的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提高了工程項(xiàng)目性價(jià)比，從而提高了用戶的滿意度。

（三）環(huán)境效益

裝配式建筑在施工階段的節(jié)能環(huán)保特征尤為顯著，部件裝配化安裝減少了混凝土養(yǎng)護(hù)用水量以及相關(guān)機(jī)械設(shè)備的使用，有效保護(hù)了建筑項(xiàng)目周圍的生態(tài)環(huán)境，大幅度減少了建筑垃圾，降低了施工噪音，減少了施工廢水和有害氣體的排放等。運(yùn)營階段，裝配式建筑多采用新型節(jié)能材料和設(shè)備，有效提高了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，從而減少了能源消耗和溫室氣體排放。此外，裝配式建筑通常利用再生水回收技術(shù)來處理各類廢水和雨水，減少了不必要的水資源浪費(fèi)[7]?；厥詹鸪A段，裝配式建筑更容易在建筑物拆除后回收到完整構(gòu)件。由于其裝配化特點(diǎn)，使得建筑物在拆除時(shí)只需依次進(jìn)行拆除便能回收大部分完整構(gòu)件，還能減少建筑垃圾的排放，具有較高的回收價(jià)值。

二、裝配式建筑綜合效益指標(biāo)體系構(gòu)建

（一）裝配式建筑綜合效益指標(biāo)構(gòu)建

基于對(duì)上述全生命周期下各階段裝配式建筑綜合效益指標(biāo)的研究，將各階段重要指標(biāo)提取出來并將類似指標(biāo)進(jìn)行整理。

對(duì)于經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)，首先，影響較大的指標(biāo)有深化設(shè)計(jì)費(fèi)用、結(jié)構(gòu)工程成本、建筑能耗成本；其次，通過查閱文獻(xiàn)選取了出現(xiàn)頻率較高的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，主要有技術(shù)研發(fā)費(fèi)用、管理維護(hù)成本[8]，而回收拆除階段的經(jīng)濟(jì)效益比較模糊，構(gòu)件的回收價(jià)值和處置成本便不再作為單一的指標(biāo)，綜合到回收拆除成本中[9]。對(duì)于社會(huì)效益指標(biāo)，項(xiàng)目管理模式的轉(zhuǎn)變、施工的勞動(dòng)水平、施工安全性能、產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)能力、工程綜合質(zhì)量水平以及用戶認(rèn)可度等指標(biāo)影響較大且在研究文獻(xiàn)中出現(xiàn)頻率較高，可作為裝配式建筑社會(huì)效益指標(biāo)[10]。對(duì)于環(huán)境效益指標(biāo)，節(jié)水節(jié)材都是資源節(jié)約的一種表現(xiàn)，便將兩者綜合到資源節(jié)約效益中；固體廢棄物以及氣體排放物皆是屬于環(huán)境污染類，可綜合到固氣污染物排放中，更具有全面性；節(jié)能效益、拆除構(gòu)件的回收效益、噪音排放等也是影響環(huán)境效益的主要因素。

因此，基于上述分析，影響經(jīng)濟(jì)效益的指標(biāo)主要是設(shè)計(jì)及施工階段的技術(shù)研發(fā)費(fèi)用、深化設(shè)計(jì)費(fèi)用、裝配式結(jié)構(gòu)工程成本、管理維護(hù)成本、能耗成本以及回收拆除成本；影響社會(huì)效益的指標(biāo)體系主要是模式的轉(zhuǎn)變和施工安全及質(zhì)量水平的提高；影響環(huán)境效益的指標(biāo)主要發(fā)生在施工階段及回收階段，選擇資源節(jié)約、節(jié)能及回收效益等指標(biāo)[11]。綜上所述，最終確定的全生命周期下的裝配式建筑綜合效益指標(biāo)體系如表1所示。

表1 全生命周期視角下裝配式建筑綜合效益指標(biāo)體系

目標(biāo)層(A)準(zhǔn)則層(B) 指標(biāo)層(C) 備注說明 裝配式建筑綜合效益（A）經(jīng)濟(jì)效益(B1)技術(shù)研發(fā)費(fèi)用(C11)主要包括標(biāo)準(zhǔn)化模數(shù)、產(chǎn)業(yè)化部品研發(fā)所涉及的費(fèi)用 深化設(shè)計(jì)費(fèi)用(C12)主要指構(gòu)件設(shè)計(jì)所帶來的成本增量 結(jié)構(gòu)工程成本(C13)主要包括預(yù)制構(gòu)件的制定、運(yùn)輸、安裝等涉及的一系列直接和間接費(fèi)用 管理維護(hù)成本(C14)主要指建筑物的管理維修費(fèi)用 建筑能耗成本（C15）主要指建筑物施工使用階段產(chǎn)生的能源耗費(fèi)成本 回收拆除成本(C16)主要指拆除費(fèi)用、構(gòu)件回收殘值以及建筑垃圾處理費(fèi)用 項(xiàng)目管理模式轉(zhuǎn)變(C21)從傳統(tǒng)現(xiàn)澆式施工管理模式到新型裝配式管理模式轉(zhuǎn)變 施工勞動(dòng)水平(C22)通過相關(guān)從業(yè)人員的年人均所完成建筑面積來計(jì)算

續(xù)表

目標(biāo)層(A)準(zhǔn)則層(B) 指標(biāo)層(C) 備注說明 社會(huì)效益(B2)產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)能力(C23)反映建筑項(xiàng)目完成誘發(fā)其他國民產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的程度，一般用產(chǎn)業(yè)影響系數(shù)表示 施工安全水平(C24)施工現(xiàn)場(chǎng)人員接受的安全教育程度及現(xiàn)場(chǎng)施工的安全系數(shù) 工程綜合質(zhì)量水平(C25)主要指竣工交付使用后的建筑物的整體性能及質(zhì)量情況 用戶認(rèn)可度(C26)住宅用戶對(duì)裝配式建筑各方面的認(rèn)可度 環(huán)境效益(B3)節(jié)能效益(C31)主要指裝配式建筑全生命周期電能等能源的節(jié)約程度 資源節(jié)約效益(C32)主要指裝配式建筑在全生命周期水資源、鋼筋、木材等資源的節(jié)約程度 拆除構(gòu)件回收效益 (C33)主要指回收拆除階段構(gòu)件的回收對(duì)環(huán)境的影響 噪音排放(C34)主要指在施工階段機(jī)械設(shè)備所產(chǎn)生的噪音污染 固氣污染物排放(C35)主要包括建筑垃圾等固體污染以及氣體污染物

（二）利用層次分析法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

層次分析法是對(duì)定性問題進(jìn)行定量分析的一種靈活簡(jiǎn)便的多準(zhǔn)則決策方法，在實(shí)際運(yùn)用中，常和德爾菲法（專家調(diào)查法）、百分權(quán)重法結(jié)合以此來確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重[12]。根據(jù)上述裝配式建筑綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，邀請(qǐng)裝配式建筑生產(chǎn)企業(yè)、施工單位及高校教師共10位專家對(duì)同一層次的指標(biāo)分別進(jìn)行兩兩比較并打分，評(píng)分?jǐn)?shù)值從1—9來表示兩因素對(duì)比（M與N相比較）的重要程度，數(shù)值倒數(shù)表示因素N與因素M對(duì)比重要性，經(jīng)過專家評(píng)分后，得到目標(biāo)層及準(zhǔn)則層判斷矩陣如下。

根據(jù)以上判斷矩陣，運(yùn)用層次分析法中的方根法來計(jì)算各矩陣的特征向量、最大特征值以及一致性指標(biāo)CR，主要計(jì)算公式及操作步驟如下。

1. 建立判斷矩陣A

2. 方根法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

3. 計(jì)算一致性檢驗(yàn)指標(biāo)

4. 根據(jù)矩陣階數(shù)N查找一致性指標(biāo)RI，計(jì)算一致性比例，=/，當(dāng)<0.10時(shí)，則認(rèn)為所計(jì)算出的權(quán)重向量可作為指標(biāo)權(quán)重，最終得出計(jì)算結(jié)果如表2所示。

通過上述分析，結(jié)果中各判斷矩陣均滿足一致性檢驗(yàn)，意味著特征向量為所屬層的指標(biāo)權(quán)重向量，并以此得出裝配式建筑的指標(biāo)層對(duì)目標(biāo)層的合成權(quán)重，結(jié)果如圖1所示。

表2 特征向量及一致性檢驗(yàn)結(jié)果

判斷矩陣特征向量 最大特征值CR是否滿足一致性 B1-B3（0.5584,0.1220,0.3196）3.01830.0176是 C11-C16（0.3968,0.1104,0.2291,0.0558,0.1700,0.0380）6.40910.0660是 C21-C26（0.1756,0.1099,0.0378,0.2441,0.3807,0.0519）6.23330.0376是 C31-C35（0.2939,0.4704,0.1105,0.0445,0.0807）5.18890.0422是

圖1 裝配式建筑綜合效益指標(biāo)權(quán)重

三、結(jié)語

本文從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境三個(gè)方面構(gòu)建了裝配式建筑全生命周期綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過專家問卷及層次分析法計(jì)算了各指標(biāo)權(quán)重。結(jié)果表明，在經(jīng)濟(jì)效益方面，裝配式建筑目前的決策成本、設(shè)計(jì)成本以及建造成本都略高于傳統(tǒng)式現(xiàn)澆建筑，主要是因?yàn)槲覈b配化技術(shù)體系不夠完善，構(gòu)件制作標(biāo)準(zhǔn)還未統(tǒng)一，隨著裝配式建筑技術(shù)體系的不斷發(fā)展及制度的不斷健全，這些成本都將會(huì)有所降低。在社會(huì)效益方面，主要對(duì)裝配式建筑在施工及運(yùn)營階段產(chǎn)生的社會(huì)影響進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)裝配式建筑在項(xiàng)目管理模式、生產(chǎn)率水平以及施工安全性能和產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)水平方面都高于傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑。在環(huán)境效益方面，主要對(duì)施工階段、運(yùn)營階段以及回收階段進(jìn)行了效益分析，發(fā)現(xiàn)裝配式建筑在節(jié)能環(huán)保方面具有極大的優(yōu)勢(shì)，在回收階段，裝配式構(gòu)件也具有較高的回收價(jià)值，從而減少了大部分污染物的排放。此外，影響裝配式建筑綜合效益的主要因素有技術(shù)研發(fā)費(fèi)用、工程成本、資源節(jié)能效益等指標(biāo)，為后續(xù)全生命周期裝配式建筑綜合效益評(píng)價(jià)提供了指標(biāo)體系與理論支撐。

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F426.92；TU741

A

1674-327X (2021)02-0046-04

10.15916/j.issn1674-327x.2021.02.013

2020-07-07

安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)校級(jí)科研項(xiàng)目(ACKYC20046)

張恒(1991-)，男，安徽亳州人，講師，碩士。

(責(zé)任編校：許偉麗)