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装配式建筑成本分析与问题讨论

2019/08/30 阅读:

摘要:装配式建筑相对于传统现浇施工成本较高,其中一个重要原因就是相关工程技术人员缺乏对装配式建筑成本要素的基本了解。该文通过相关文献的梳理,对目前装配式建筑与传统钢筋混凝土建筑成本对比情况进行分析,然后针对项目实施过程中一些具体问题,就其对装配式住宅成本的影响进行了讨论,希望对相关从业人员能有所启发。

关键词:装配式建筑;成本分析;现浇施工

引言

装配式建筑是用预制部品部件在工地装配而成的建筑。发展装配式建筑有利于节约资源能源、减少施工污染、提高生产效率和质量安全水平、提升住房质量和品质,有利于推动建筑业技术进步、促进建筑业与信息化工业化融合、培育新产业新动能,是推进建筑业转型升级和现代化发展的重要举措,对促进当前经济稳定增长也有非常重要的意义。国家高度重视装配式建筑发展,在多个文件中都明确提出,力争用10年左右的时间,使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%。但目前建筑施工仍以现场浇筑作业为主,装配式建筑整体占比仍非常小,且区域发展极不均衡,制约装配式建筑发展的一个重要因素就是土建成本偏高。装配式建筑成本控制涉及多个环节和领域,有些跟工程技术人员自身工作其实紧密相关,但往往由于缺乏对装配式建筑成本要素的基本了解,在有机会接触到装配式建筑项目时错失降低成本的机会。本文通过对相关文献进行梳理,对目前装配式建筑与传统混凝土建筑成本对比情况进行分析,然后针对项目实施过程中一些具体问题,就其对装配式住宅成本的影响进行具体讨论,希望对普通工程技术人员可以有所启发。

1装配式建筑成本对比分析

刘春梅[1]对一栋地下1层、地上14层的建筑进行成本对比分析。该建筑2层及以下为现浇,3—14层采用装配式剪力墙结构,每层建筑面积920.23m2;地区抗震设防烈度为6度。使用的预制构件包括PK预应力混凝土叠合楼板、预制三明治夹心保温外墙板、预制剪力墙板、预制内隔墙板、预制楼梯等。通过对建造过程进行跟踪调查,计算出土建部分工程造价相关数据,同时按现浇式设计图纸对土建部分工程量和造价进行了计算。成本费用包括了构件生产成本、运输成本和现场施工安装成本、规费和税金等。分析结果表明:(1)现浇剪力墙结构土建部分单位面积造价为1290.23元/m2,装配式剪力墙结构单位面积造价为1618.94元/m2,比现浇方式高25.25%,每平米造价多328.71元;(2)建筑材料费(包括预制构件的建筑材料费、人工、水电等成本费用、构件模具费、工厂摊销、构件厂利润等)和机械费(吊装费用、运输费用等)分别比现浇增加了66.84%和23.4%,是装配式结构工程造价偏高的主要因素。李丽红等[2]根据项目投标文件和图纸,对沈阳市某公租房项目3#楼装配整体式建筑(建筑面积为4714m2)的土建成本进行了计算,并与现浇式成本进行了对比分析。装配整体式建筑使用的预制构件包括预制梁、板、柱、三明治外墙及叠合楼板等。分析结果表明:(1)现浇式建筑土建成本为1362.13元/m2,装配整体式建筑造价为2128.72元/m2,比现浇式建筑高出56.3%,每平米土建成本多出766.6元;(2)预制构件费用和安装成本占到该项目土建工程总造价的67.41%。何晓珊[3]以西安某住宅楼为例进行装配式与现浇混凝土结构成本对比分析。该住宅楼共15层,1—3层为现浇结构,4—15层采用预制装配式剪力墙结构;抗震设防烈度为8度,房屋抗震设防类别为Ⅲ类。用PKPM结构设计软件分别建立现浇和预制装配式混凝土结构模型,并按国家标准设计图集,对预制构件进行拆分设计;用SATWE软件进行模拟分析,计算工程量。装配式住宅的预制率为40%,使用的预制构件包括预制外墙板、预制内墙板、预制叠合板、预制楼梯、预制阳台板和预制空调板等。成本分析未包含与预制部分无关的分部分项工程。分析结果表明:(1)预制装配式住宅成本(不包含与预制部分无关的分部分项工程费用)比传统现浇住宅高41%;(2)在预制装配式住宅成本构成中,预制构件费用占比最高,占总成本的36%,预制构件安装费占总成本的13%。崔璐[4]以济南市某预制装配式钢结构建筑试点项目北教学楼为例(建筑面积为3870.4m2),由PKPM建立传统现浇混凝土框架对比模型,从工程建造成本(人工费、材料费、机械费、措施费等土建部分直接费用,不包括后期装饰工程和安装工程)构成角度,通过预制装配式和传统现浇模式的比较,对影响建造成本的主要因素进行分析。分析结果表明:(1)传统现浇混凝土框架结构土建直接费用成本为624.34元/m2,采用预制装配式钢结构土建直接费用成本为985.09元/m2,每平米成本比现浇混凝土结构高360.37元;(2)预制装配式钢结构梁、柱、预制墙板成本偏高以及防火防腐费用等是装配式钢结构方式成本偏高的主要原因。李育林[5]以西北某省会城市一住宅项目为例,对传统钢筋混凝土结构(方案Ⅰ)和钢结构(方案Ⅱ)两种方案进行成本对比分析。该项目包括4栋楼,其中1#楼29层、2#和3#楼32层、4#楼底下2层、地上33层,层高均为2.9m;地震设防烈度为8度。方案Ⅰ为钢筋混凝土结构,内外墙采用加气混凝土砌块;方案Ⅱ塔楼采用钢框架-中心支撑全钢结构,地下车库采用钢筋混凝土结构,地上部分内外墙采用蒸压加气混凝土条板,地下部分围护结构为加气混凝土砌块。根据结构部分重点分项工程量和分项单价汇总结构部分造价,方案Ⅰ单方造价为886.41元/m2,方案Ⅱ单方造价为1616.30元/m2,单方造价差额729.89万元/m2,以方案Ⅰ为基数的差额率为82%。据结构含量指标及结构造价数据,影响两个方案之间造价差异的关键因素为围护结构(条板)、钢材与涂料的费用增加、模板及抹灰的费用减少。由于工程项目情况各异、成本分析的范围和规则不同,以上研究结果很难形成直接有效的对比,但整体来说,装配式建筑土建成本偏高是不争的事实,而成本偏高的主要原因是目前预制构件价格和安装费用偏高。王广明等[6]选取2014年以来施工的12对结构形式相同、建筑高度相近、施工时间相近的装配式混凝土项目与传统现浇混凝土项目,对装配式建筑建造部分增量成本进行了对比分析。分析结果表明,抗震设防等级为6~8度、预制率30%以上的装配式混凝土项目的增量成本约为200~500元/m2,这个结果与张德明[7]的结果(装配式建筑每平方米成本约高350~500元)有较好的可比性。虽然不同的技术体系、结构形式、抗震设防水平、预制率、气候条件、管理水平、项目规模会在很大程度上影响增量成本的具体数值,但因为样本选取覆盖范围比较全面、成本计算方法一致,该研究应该比较客观地反映了当前我国装配式混凝土建筑在建造阶段的增量成本现状,具有较好的参考价值。

2项目实施过程几个问题的探讨

影响装配式建筑具体成本的因素很多,但简单来说,装配式建筑以工厂生产为主的部品制造取代现场建造,钢筋工程、混凝土工程、砌筑工程、抹灰工程以及模板脚手架等措施费用会相应减少,而预制构件生产、运输和吊装费用以及相应的现场节点处理相关费用会增加,装配式建筑与现浇混凝土建筑成本的对比取决于成本减少部分和成本增加部分的相对多少。预制构件费用构成中,企业管理费和税金以直接费为基数进行计算,而厂房和设备折旧费、模具费、车辆购置费用等在直接费中占比较大且为摊销费用,与构件的产量紧密相关,因此规模效应显然是影响当前预制构件价格也是装配式住宅成本的重要因素。类似这些因素作为普通工程技术人员很难左右,但也有一些与工程技术人员自身工作紧密相关的因素,同样会对装配式建筑成本产生影响。

2.1设计方案对装配式住宅成本的影响

(1)抗震设防烈度与预制率的影响装配式建筑整体造价高于传统现浇式建筑造价,主要来源于土建工程中预制构件部分。预制率越高,预制构件越多,构件生产和运输成本就越多,吊装量也越大,对装配式住宅的成本影响可能就越大。国家标准对装配式的评价基于装配率,现行国家标准《装配式建筑评价标准》GB/T51129-2017要求装配式建筑的装配率不低于50%。另外,无论采用何种结构体系,都要满足结构安全的基本要求,抗震设计是一个重要的影响因素。何晓珊[3]在8度抗震设防地区(北京、西安)、7度抗震设防地区(深圳、沈阳)、6度抗震设防地区(济南、绍兴)分别选取了15个有代表性的装配式住宅工程项目(均为装配式剪力墙结构),对其建筑安装成本进行分析,并以这些数据验证了基于PSO优化BP神经网络算法的预制装配式住宅成本预测模型的可行性。然后,以一栋15层、建筑面积为5842.65m2的预制装配式剪力墙结构(预制构件有预制外墙板、内墙板、叠合楼板、预制楼梯、阳台和空调板;内墙装修使用中级抹灰水泥漆涂料,外墙装修使用保温砂浆面砖)住宅为例,针对6、7、8三个抗震设防烈度,使用基于PSO优化BP神经网络算法的预制装配式住宅成本预测模型对不同预制率时模型住宅的建造安装成本进行了系统分析。分析结果表明,抗震设防烈度为6度时,项目建造安装成本随着预制率的提高不断减少;抗震设防烈度为7、8度时,项目建造安装成本随着预制率的提高不断增加;装配率越高,8度抗震设防预制装配式住宅成本比6度抗震设防的成本增加越多。根据现浇住宅建筑安装成本的平均值,取王广明等[6]研究成果增量成本的最大值(500元/m2),得出不同抗震设防烈度地区的合理预制率区间:6度抗震设防地区为30%及以上;7度抗震设防地区为30%~70%;8度抗震设防地区为30%~60%。(2)不同类别预制构件的影响在不同建筑部位采用预制构件引发的增量成本差异很大,某些部位采用可以不增加成本,某些部位采用后成本增加幅度较大。王广明等[6]根据济南市装配整体式混凝土结构建筑工程定额研究成果,北京市某装配式混凝土建筑项目成本进行核算,可以发现使用预制外墙和预制内墙费用增加较多,预制楼梯增加费用较少,而使用预制楼板可以降低造价。戴世玮等[8]以主体结构中不同预制构件为研究对象,通过建立预制构件模型,对比预制构件比例、四大承重构件(柱、梁、板、墙)的成本增量、预制构件性价比(指每一预制部品部件比例百分点所对应的单位造价成本)、工日比(工期影响)等经济指标,研究不同预制构件组合对成本造价的影响。分析结果表明:(1)相比现浇构件,叠合板造价增加最多,增长幅度接近2倍;其次为预制墙,增长幅度接近1.5倍;在同等装配率情况下,应当尽量减少叠合板、预制墙的使用,增加双叶叠合墙的应用;(2)墙体构件中,双叶叠合墙造价增量较小,预制构件性价比优秀,使用它作为预制构件时可以在满足装配率的情况下使成本造价较低;(3)构件梁、柱在采用预制形式时,成本增量相对优秀且预制构件性价比较低,在满足结构设计的情况下可以适当选用。作者以沈阳市洪汇园公租房项目7号楼为例,讨论了满足不同装配率要求的前提下,采用多个预制构件优化组合可显著降低造价成本,在梁、板等构件满足规范中装配式建筑评分表里最低评分标准的情况下,优先增大竖向预制柱及叠合墙构件的预制部品部件比例,有利于同时满足提高装配率和有效控制造价的要求。(3)预制构件标准化率的影响不同建筑体型对预制构件成本和用量的影响很大,采用相同装配式建筑技术体系的两栋建筑,由于建筑体型、外立面复杂程度的差异,成本相差很大。建筑设计中不同种类的预制构件越多,构件形式越复杂,则模具的成本会越高。因此,提高预制构件标准化程度显得尤为重要。刘春梅[1]的研究中,预制叠合板的模具摊销费用达到592元/m3,占叠合板总成本的近26%。张德明[7]对上海某混凝土预制构件厂近年提供构件的纯住宅项目相关模具使用情况数据进行分析,11个项目均为装配式剪力墙结构,项目中模具平均使用次数(构件数/模具总数)超过100的只有4个项目,100~50之间的有2个项目,50以下的有5个项目。如能提高预制构件的标准化程度,就可以提高模板周转次数,据万科测算[7-8],如将构件模板周转次数由现状的60~70次提高至100次,则模具费用能降低80~100元/m3。

2.2预制构件运输费用

预制构件从工厂到工地的运输费用与预制构件的标准化程度、装运工具、运输方案、运输距离都有关系,这里重点讨论运输距离和装运效率。对预制构件运输费用进行简单分析。一些基本假定:运输车辆采用普通的半挂车,车辆购置费用取45万元,报废公里数取50万km;车辆自重6t,额定载重量30t;车辆油耗为40L/100km,现行柴油价格约为6.5元/L;车辆日常维护保养费用为2.5元/km;过路费按0.08元/t/km,考虑收费隧道调整系数取1.05。如单次运输构件种类为25t,运输距离为50km的水平运输费用为105.54元/m3,预制构件平均价格取3000元/m3,预制构件运输费用占比为3.52%;运输距离为100km的水平运输费用为181.08元/m3,占预制构件综合价格的比例为6.04%;而如果运输距离为200km,水平运输费用为332.16元/m3,占预制构件综合价格的比例将达到11.07%。需要注意的是,运输费用中车辆折旧、维护、过路费、油费等占相当大的比重,实际装运的预制构件数量或重量影响并不大。也就是说,除了运距这个相对客观的因素,如何提高运输效率,减少运输的次数,对减少水平运输成本至关重要。这需要生产和施工现场的有效沟通和协调,根据生产和现场施工实际情况,制定合理的运输方案,一体化信息化协同工作和管理平台可以发挥很好的作用。从项目现场情况来看,通常都是一层一层吊装施工,为此运输时往往需要墙板、楼板、楼梯等一起运,运输效率不高,开发专用的运输车辆应该会有助于提高运输效率。
2.3预制构件吊装费用

预制构件需要现场吊装,预制率越高,吊装量就越大,对机械设备和吊装操作的要求就越高。预制构件一般尺寸和重量较大,传统的塔吊等机械无法满足要求,而大型机械的个性化需求提高了设备的租赁成本。根据王广明等[6]的研究结果,以预制率50%的项目为例,预制构件的吊装费用约为300元/m2左右。常见的吊装工具有塔机和汽车吊,配套的有施工升降机。预制构件一般尺寸和重量较大,往往需要大型塔机。以典型的额定起重力矩1500kN•m的塔机为例,租赁费用按1500元/天,操作人员(一台塔机配一个操作工加一个指挥工)费用为12000元/月,通常一栋住宅至少配2台塔机,这样工期每耽搁一天,塔机租赁相关费用为4800元,工期延长3个月就是57万元。

2.4工期的影响

工期缩短,不仅节省大型机械的租赁费用、人工费用和现场管理费用,还可以节约贷款利息。李育林[5]以某装配式钢结构住宅项目为例,每栋楼(32层)装配式钢结构节省工期96天,融资成本按8%计,因为工期缩短节省融资成本带来的财务效益可以创效65.89元/m2。理论上讲,装配式结构施工较现浇施工在工期方面有很大的优势,但目前来看,跟现场工人的熟练程度和现场管理有很大关系。崔璐[4]以某项目为例对装配式钢结构和现浇混凝土结构的工期进行了对比,现浇混凝土结构总工日为11039.38天,而装配式钢结构总工日为6847.64天,比现浇方式节省38%,装配式钢结构在工期方面优势明显。刘春梅[1]对某项目现场预制构件吊装耗时进行了跟踪记录,发现墙板安装耗时按10min/块,楼梯安装耗时按15min/块,叠合楼板安装耗时按10min/块,但也指出,由于工人熟练程度和现场因素影响,安装时间往往会从理论上的5天一层延长到8~9天一层,导致工期延长。基于实际调研,王广明[6]指出装配式建造方式相比传统现浇建造方式,在墙钢筋绑扎、墙模板安装、墙混凝土浇筑、墙模板拆除、水平模板支设、板混凝土浇筑等工序上时间有所缩短,但新增的预制墙板吊装、灌浆作业及叠合板吊装增加了工期。总体来看,结构总工期相差不大。但实施全装修的装配式建筑,由于装饰装修工程可同步进行,可以大大缩短总工期。按照万科部分项目的经验,以15层楼为例,宏观工期可缩短3个月左右。对于施工企业,以某10万平米的住宅项目为例,可节省利息146万元。

3结语

目前装配式建筑土建成本整体偏高,而成本偏高的主要原因是目前预制构件价格和安装费用偏高。影响装配式建筑具体成本的因素很多,有些因素工程技术人员无法左右,但也有一些因素,如预制构件的标准化程度、不同的预制构件类型、预制构件的尺寸和重量、项目工期等,同样会影响装配式住宅的成本,而且与工程技术人员自身工作紧密相关,需要引起普通工程技术人员的关注。尤其在装配式建筑设计中,要强化以工业化和标准化思维的装配式建筑正向设计,提高构件标准化程度,尽量减少异形构件的使用,利用“少规格、多组合”的原则,通过标准构件组合,实现建筑平、立面的多样性。

参考文献:

[1]刘春梅.预制装配式混凝土建筑建造成本分析与控制[D].聊城:聊城大学,2016.

[2]李丽红,肖祖海,付欣,等.装配整体式建筑土建工程成本分析[J].建筑经济,2014(11):63-67.

[3]何晓珊.考虑抗震设防烈度的预制装配式住宅成本预测及优化研究[D].西安:西安建筑科技大学,2017.

4]崔璐.预制装配式钢结构建筑经济性研究[D].济南:山东建筑大学,2015.

[5]李育林.装配式钢结构住宅投资成本分析[J].工程经济,2017(12):9-12.

[6]王广明,武振.装配式混凝土建筑增量成本分析及对策研究[J].建筑经济,2017(1):15-21.

[7]张德明.混凝土预制构件标准化率与装配式混凝土建筑成本的关联分析及控制措施[J].墙材革新与建筑节能,2018(10):39-41.

[8]戴世玮,朱杰江.不同预制构件对装配式建筑造价影响研究[J].湘潭大学自然科学学报,2018(2):126-130.

作者:张超 何世兵 袁兵 张美娴 单位:重庆市建筑科学研究院

装配式建筑成本分析与问题讨论

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