李喜慶

目前，社會可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)是綠色低碳循環(huán)、碳達(dá)峰和碳中和。為了推動建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展，包括西藏自治區(qū)和新疆維吾爾自治區(qū)在內(nèi)的全國各地都陸續(xù)發(fā)布關(guān)于推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的實施意見，裝配式建筑迎來發(fā)展機遇的同時也迎來更大的挑戰(zhàn)[1，2]。

1 裝配式建筑概述及其應(yīng)用于高海拔地區(qū)的必要性

1.1 裝配式建筑概述

裝配式建筑是指將預(yù)制構(gòu)件在工地現(xiàn)場組裝而成的建筑，通過建筑構(gòu)件和部件的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計，實現(xiàn)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(xiàn)場完成的傳統(tǒng)施工作業(yè)，建造快、現(xiàn)場濕作業(yè)少、節(jié)約人工勞力且質(zhì)量可靠。根據(jù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)建筑、裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑、集裝箱式結(jié)構(gòu)建筑和裝配式木結(jié)構(gòu)建筑[3]。其中，裝配式鋼結(jié)構(gòu)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(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)建筑的工程造價普遍高于傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)建筑，再加上裝配式建筑對標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化要求較高等多方面因素，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)住宅在全國推廣和應(yīng)用的速度較慢。

1.2 裝配式建筑應(yīng)用于高海拔地區(qū)的必要性

與平原地區(qū)相比，高海拔地區(qū)一般都具有幅員遼闊、生態(tài)敏感、氣候惡劣等特殊的環(huán)境條件，同時具有人員稀少、城市規(guī)模小、距離分散、勞動條件差、有效施工周期短以及建設(shè)資源匱乏等特點。我國西藏90%以上屬于嚴(yán)寒地區(qū)，新疆也有部分地區(qū)位于高海拔，氣候復(fù)雜多樣，晝夜溫差較大，易遭受颶風(fēng)、雪災(zāi)、地震和山洪等自然災(zāi)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(yè)要求，施工窗口期較短。

裝配式建筑以其模塊化設(shè)計、工廠流水線生產(chǎn)、信息化管理、裝配式施工、一體化裝修和智能化應(yīng)用的特點，將傳統(tǒng)勞動密集、粗放低效的手工作業(yè)模式升級為工業(yè)化生產(chǎn)模式，可有效縮短現(xiàn)場施工周期。對比傳統(tǒng)混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，裝配式建筑大約可縮短工期60%以上，從而減少了惡劣環(huán)境對施工的不利影響，能夠有效加快建筑現(xiàn)場的施工過程，在高海拔地區(qū)體現(xiàn)出明顯的應(yīng)用優(yōu)勢[4]。

為了更深入研究裝配式居住建筑在高海拔地區(qū)應(yīng)用的經(jīng)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(jié)構(gòu)和裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)兩種建筑結(jié)構(gòu)體系，分別編制新疆喀什地區(qū)與和田地區(qū)兩個工程建設(shè)地點的工程預(yù)算，并對造價結(jié)果進(jìn)行經(jīng)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(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅在高海拔地區(qū)的關(guān)鍵經(jīng)濟性差異，分析裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在高海拔地區(qū)應(yīng)用的經(jīng)濟優(yōu)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(shè)地點在新疆和田地區(qū)范圍內(nèi)的高海拔地區(qū)，海拔高度約為3 800 m，距離喀什約613 km。設(shè)計時，根據(jù)建設(shè)單位要求采用兩種方案進(jìn)行比選。第一種方案采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為鋼框架結(jié)構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用蒸壓加氣混凝土條板（以下簡稱鋼結(jié)構(gòu)方案）。

3 工程造價對比分析

3.1 預(yù)算編制原則

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

3.2 材料價格及取費

結(jié)合工程實際，本項目的主要材料均從喀什地區(qū)采購，因此預(yù)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(qū)發(fā)布的最新期造價信息的基礎(chǔ)上增加運費的方式確定。其中，和田高海拔地區(qū)距離喀什運距約613 km；鋼柱、鋼梁等鋼結(jié)構(gòu)主材基價采用經(jīng)過調(diào)查的工廠預(yù)制成品價格。

根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)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(qū)域為二類地區(qū)。因海拔超過3 000 m，需要計取高原、高寒地區(qū)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(shù)的16.75%。規(guī)費、企業(yè)管理費和利潤等費用均執(zhí)行費用定額中的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)計取，稅金取9%。

3.3 主要人材機統(tǒng)計

計算兩種方案的工程量，分別統(tǒng)計混凝土方案和鋼結(jié)構(gòu)方案兩種設(shè)計方案的主要人材機工程量表，匯總?cè)绫? 所示。從表1 可以看出，對比混凝土方案，鋼結(jié)構(gòu)方案減少了混凝土拌合、澆筑、振搗、砌體砌筑和抹灰等現(xiàn)場人工作業(yè)，主要進(jìn)行裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和裝配式預(yù)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(shè)工期。與之相對應(yīng)的工程機械的使用率有所提高，增幅為8.71%。此外，還可以發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)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(qū)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(shù)據(jù)

根據(jù)工程量編制預(yù)算，將兩種方案分別建設(shè)在平原地區(qū)和高海拔地區(qū)的工程投資和指標(biāo)匯總?cè)绫?。由表2 可知，不論是在平原地區(qū)還是在高海拔地區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)方案的工程投資和指標(biāo)都高于混凝土方案。單就指標(biāo)來看，平原地區(qū)鋼結(jié)構(gòu)方案增加318 元/m2，增幅16.53%；高海拔地區(qū)鋼結(jié)構(gòu)方案增加182 元/m2，增幅7.01%。其中，結(jié)構(gòu)工程鋼結(jié)構(gòu)在平原地區(qū)增加336 元/m2，在高海拔地區(qū)增加255 元/m2，主要原因是混凝土結(jié)構(gòu)調(diào)整為鋼結(jié)構(gòu)，造成投資增加。裝飾裝修工程在平原地區(qū)減少18 元/m2，在高海拔地區(qū)減少73 元/m2，主要是因為加氣混凝土砌塊調(diào)整為蒸壓加氣混凝土條板，從而投資減少。進(jìn)一步分析可發(fā)現(xiàn)，由于高海拔地區(qū)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(biāo)由原本1 918 元/m2增加為2 587元/m2，增幅34.89%；相比之下，鋼結(jié)構(gòu)方案造價指標(biāo)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(jié)構(gòu)體系可以更好地克服高海拔地區(qū)帶來的嚴(yán)寒環(huán)境和長距離運輸?shù)炔焕麠l件，相比平原地區(qū)縮小了與混凝土方案的投資增幅。

表2 工程投資和指標(biāo)對比表

4 在高海拔地區(qū)推廣裝配式建筑的建議

通過以上傳統(tǒng)混凝土方案與裝配式鋼結(jié)構(gòu)方案的人材機數(shù)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(qū)的推廣和應(yīng)用提出以下幾點建議。

（1）裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用擁有更好的環(huán)境效益和社會效益。相較于混凝土方案，裝配式鋼結(jié)構(gòu)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(huán)境的影響。鋼結(jié)構(gòu)建筑還可以減少現(xiàn)場的濕作業(yè)量，從而避免產(chǎn)生施工廢水、廢料等建筑垃圾，降低對施工現(xiàn)場的污染，有利于保護(hù)高海拔地區(qū)敏感和脆弱的生態(tài)環(huán)境，具有更好的環(huán)境效益。此外，鋼結(jié)構(gòu)建筑材料還可循環(huán)使用，本地建設(shè)拆除后可以在異地采用原材料復(fù)建工程，更符合低碳經(jīng)濟環(huán)保的發(fā)展理念[5]。

（2）與平原地區(qū)相比，在高海拔地區(qū)應(yīng)用裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑具有更好的經(jīng)濟效益。從工程造價指標(biāo)對比可以看出，雖然在高海拔地區(qū)采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)方案仍然比傳統(tǒng)混凝土方案投資高，但是指標(biāo)增加幅度已經(jīng)從16.53%大幅減少至7.01%，主要原因正是裝配式鋼結(jié)構(gòu)方案可以通過減少人工作業(yè)的方式更好地克服高原降效的不利因素。鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震性能好，施工較簡便，受現(xiàn)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(qū)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(zhì)量管理，提升居住品質(zhì)。高海拔地區(qū)由于空氣含氧量低，氣溫低，導(dǎo)致人工降效明顯，質(zhì)量管理成本高，并且高海拔地區(qū)普遍存在房屋設(shè)計缺位、質(zhì)量監(jiān)管薄弱等問題，短時間內(nèi)很難形成完善的質(zhì)量管理體系。如果采用裝配式建筑建造模式，借助建筑企業(yè)開發(fā)、推廣裝配式鋼結(jié)構(gòu)居住產(chǎn)品，可降低人工參與程度，提高機械化程度，對于當(dāng)前技術(shù)管理困境可以說是一種低風(fēng)險、低成本的解決思路。

（4）通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和建立標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件廠降低構(gòu)件成本價格。一般來說，居住建筑工程規(guī)模都比較大，用途較為一致，可以從設(shè)計方面入手，提高建筑標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行復(fù)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(qū)，最終形成住宅模塊化設(shè)計體系。在設(shè)計時，也可以針對構(gòu)件的設(shè)計進(jìn)行尺寸歸并，提高預(yù)制構(gòu)件的重復(fù)使用率及制作效率。當(dāng)同規(guī)格材料的數(shù)量較多時，可以更方便地排布以達(dá)到減少車輛運輸次數(shù)和材料運費的目的。模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化有利于生產(chǎn)通用型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，保證裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的工業(yè)化發(fā)展之路。

（5）通過集成化設(shè)計降低工程造價。傳統(tǒng)混凝土建筑結(jié)構(gòu)的圍護(hù)、設(shè)備、管線和內(nèi)裝4 個系統(tǒng)領(lǐng)域聯(lián)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(jié)構(gòu)建筑可以從設(shè)計入手，將各個系統(tǒng)相互協(xié)同，利用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）等先進(jìn)手段進(jìn)行協(xié)同設(shè)計，統(tǒng)籌考慮。如果能夠?qū)崿F(xiàn)主體土建工程與部分水暖電安裝工程集的成化設(shè)計，可以進(jìn)一步減少安裝工程的人工和機械相關(guān)費用，減少裝配式建筑的工程造價。

5 結(jié)語

根據(jù)目前的推廣情況來看，雖然裝配式建筑在高海拔地區(qū)實際工程中使用較少，但是通過本文對裝配式鋼結(jié)構(gòu)居住建筑在高海拔地區(qū)應(yīng)用進(jìn)行的經(jīng)濟性分析和研究可以發(fā)現(xiàn)，相較于平原地區(qū)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用于高海拔地區(qū)可以有效克服高原的惡劣氣候及不良施工基礎(chǔ)條件，具有更好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。如果后期裝配式居住建筑能夠不斷擴大規(guī)模，將可以進(jìn)一步節(jié)約成本，實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟化，提高經(jīng)濟效益?？傊?，不論從低碳經(jīng)濟發(fā)展的導(dǎo)向還是從經(jīng)濟環(huán)境效益上來看，在高原地區(qū)推進(jìn)裝配式居住建筑勢在必行。