当前,建筑工业化处于转型升级的关键阶段,传统建筑业的施工方式已经不符合建筑工业化发展的需要,发展装配式建筑将成为建筑工业化发展的核心手段。在环境保护越来越重要的今天,它不仅符合人们日益增长的居住要求,而且能够满足“低碳、四节一环保”的国家政策。综观全国的装配式建筑发展,相关的管理经验及核心技术仍然主要集中掌握在少数企业、少数专业人员手中。因此,对没有做过甚至没有参与过相关项目的企业与技术人员,在装配式建筑中会遇到较多的问题,而其中的增量成本则更是被列为当下装配式建筑发展所需要克服的“三大关”之一。

中国住宅工业化发展的起步阶段较国外晚,近年来随着房地产行业的快速发展,经济发达地区的部分大型房地产开发企业和施工企业正在进行建筑工业化的研究与实践,但是对装配式建筑的增量成本分析仍然较少。周明慧等^[1-4]用定量分析方法对在建或已经建成的装配式住宅项目实际建筑安装造价数据进行分析,并对现阶段装配式住宅和传统现浇住宅,以及不同类型、不同部位的预制构件之间的成本增量关系进行探讨。王盼盼等^[5-8]通过对国内外建筑领域成本控制方法的总结和分析,以案例为载体提出了各自的成本控制方法,并通过案例分析证明了方法的有效性。刘春梅等^[9-12]通过对预制装配式混凝土建筑各个阶段的设计内容和流程的分解,研究其对工程成本变化的影响因素,提出有效的控制措施。上述研究中没有将多种预制构件造价和预制率联系在一起,也缺少体现预制构件与具体项目造价相关性及预制构件之间对比的测算模型。目前,建筑行业内对装配式建筑增量成本研究的方法主要是案例参照法,此种方法需要大量已经完工案例的成本数据,但是由于可参照的案例少且集中在上海、北京、沈阳等城市的少数建设单位,而且工程案例不具有全国的普遍性,参照使用会导致出现增量成本偏差过大、准确度无法控制等问题。另一个很重要问题是建筑业发展的现阶段,面对国家层面的强制性推行政策,技术经济配套标准不完善,装配式建筑较传统现浇建筑有相当程度的成本增加。对实际案例的研究发现,增量成本的影响因素主要有设计费增量、构件成本增量、结构增量和措施增量,其中构件成本增量所占比例最大,达到65%^[1]。综上所述,本研究结合传统现浇建筑和装配整体式剪力墙结构建筑的设计、生产及施工的特点,提出以成本要素法建立测算模型来预测增量成本,并提出推广装配整体式剪力墙结构建筑的相关建议。鉴于此,本研究以某装配整体式混凝土剪力墙结构住宅为例,即从全部或部分剪力墙采用预制墙板建造成的装配整体式混凝土结构住宅实际工程出发,通过实际数据总结出增量成本影响要素,再通过影响要素来建立数据模型,进行增量成本估算。

成本要素法的基本思路是通过装配式结构的工程案例总结出增量成本影响要素,例如设计费增量、结构增量、措施增量和构件成本增量,然后通过成本要素来进行增量成本估算。这种方法具有摆脱依赖于实际工程案例的优势,是一种可以作为行业通用的估算方法。并且成本要素法充分考虑各种因素对成本的影响,因而预测原理更符合各个工程项目独特的基本特征,预测结果相对更为准确。

现阶段,国内装配整体式混凝土剪力墙项目成本分为直接成本、间接成本和税费成本三大类。其中直接成本包括土地成本、开发前期准备费、建筑安装工程费,配套、景观及管网工程费,它可以直接归属到建设项目的成本; 间接成本包括融资利息,咨询、监理等工程管理费,物业开办费及营销建造类成本,它主要指组织执行项目阶段所发生的成本; 税费成本指建设公司的管理费、销售费及税收^[13]。而本研究的对象是直接成本之中的纯增量成本部分,即设计费增量、构件成本增量、结构增量和措施增量四个要素。设计费指采用装配整体式剪力墙结构建筑在设计内容基础上,多出的专项设计工作,即深化设计。构件成本增量指同一个钢筋混凝土构件,分别采取预制和现浇两种生产方式时的综合单价差所导致的成本增量,混凝土构件的综合单价包括钢筋、混凝土和模板三大工序,以及供应和安装的全部费用。结构增量指在结构设计过程中由于预制构件会出现构件因尺寸、材料用量的增加,预制构件较现浇构件多出了生产吊装、运输、现场吊装等新的工序,以及叠合构件本身在构造上会增加结构厚度产生的增量。措施增量指预制构件从生产厂运输至施工现场后,直到吊装完成过程中发生的较传统现浇施工方式所增加的额外施工措施费用。其中构件差价是影响占比最大的要素,也是本文的重点研究对象。

根据上海、北京及沈阳等装配式建筑技术领先地区的数个实际工程和相关文献^[14],了解到上述增量在实际项目中的大概情况如下。设计费增量的市场价格大概为10～20元/m²,但不包括模具设计费。结构增量成本的范围为30～80元/m²,由于此种增量成本是和企业及施工单位的装配式建筑技术的成熟程度直接相关,所以导致此项设计费离散程度较大。施工措施增量成本的范围在30～50元/m²,在实际项目中发现,施工措施费与建筑面积关系较小,所以建议该增量按施工措施方案进行直接测算。

通过杭州某一装配整体式混凝土剪力墙结构实际项目建立成本数据库,再通过此数据库提取相关成本增量数据预测另一新建项目工程的增量成本。实际项目在选取的过程中建议选择与新建项目相似度高的建成项目来建立数据库。实际工程项目为杭州市某保障性住房项目,总建筑面积为21.55万m²,实际项目增量成本为104.18元/m²、预制率为65%。该项目为了推进住宅产业化发展,选取了1#、2#、3#三幢楼作为装配整体式混凝土剪力墙结构住宅示范楼。三幢楼都为25层高层单元式住宅,采用装配整体式混凝土剪力墙结构,地上总建筑面积为31 226 m²,设计层高为2.8 m,建筑总高度为76.600 m。示范楼的预制构件部位为:叠合梁、叠合楼板、预制墙板、预制楼梯。房屋外围剪力墙墙身预制,并与外墙墙板工厂一体预制,内页为设计需要的剪力墙,厚度200 mm,外页为50 mm厚混凝土外挂板,中间夹50 mm厚保温材料,内外页间用不导热的玄武岩连接件连接。叠合现浇楼盖结构体系采用由叠合梁和叠合楼板组成的水平结构体系,其中叠合楼盖体系中预制板为60 mm,现浇层为60 mm,叠合板中的预制部分是采用带三角形钢筋桁架的预制叠合楼板,在现场叠合楼板、叠合梁吊装就位后,安装面筋,随后整体浇注成形。外墙挂板采用端承上部铰支约束、两侧拉结的方式与主体结构相连接。

上述统计的技术和经济指标随后分为构件制作和施工工序两个维度:构件制作按梁、板、墙等不同构件进行拆分; 施工工序按钢筋、模板、混凝土三大工序拆分,再对统计的技术及经济指标进行调整,最终得到拟建项目所有构件的技术指标、经济指标和立方米综合单价。表1数据是将此装配整体式剪力墙结构建筑套用定额结合市场价格转化为传统现浇的建造模式,信息价套用2016年6月份杭州市信息。通过对装配式整体式建筑与现浇式建筑两种建造方式的比较,可以找出降低装配整体式建造成本的技术措施和有效手段^[15]。

表1 现浇结构构件成本统计数据
Table 1 Cost statistics of cast-in-situ structural member

钢筋混凝土工程根据《浙江省建筑工程预算定额(2010版)》中安装费用,如表2所示。

预制混凝土构件安装费用根据2016年实行的《浙江省工业化建筑工程计价定额》,见表3。

表2 混凝土工程安装费
Table 2 Concrete installation cost元·m-3

表3 预制混凝土构件安装费
Table 3 Precast concrete component installation cost元·m-3

预制构件的供应价及安装价都由供应厂商规定,所以在案例中将此实际项目的厂家预制构件供应价格作为参考单价。预制构件供应价格的影响因素有很多,例如:供应价对应的合同包干范围、运输距离、税票类型、构件类型、模具类型和耗用量等。将现浇建筑和装配式建筑的构件单价及安装费用进行对比,

表4 构件预制贡献率
Table 4 Component prefabrication contribution rate%

计算其差价,即可得知单一构件的单独预制时造成的增量成本。实际工程中每一构件的预制贡献率即一种构件对建筑预制率的贡献大小如表4所示,并且新建工程中四种构件假设全部采用预制构件的预制贡献率也列于表中,从相关技术人员了解到每一种构件预制贡献率分别为:预制墙板35%～39%,叠合梁8%～10%,叠合板17%～20%,预制楼梯2%～3%。

综上所述,装配式建筑和现浇建筑项目的总增量费用对比,通过计算公式即装配整体式剪力墙结构构件单位面积价格=[混凝土体积×(预制构件费用+预制混凝土安装费用)]/建筑总建筑面积,传统现浇结构构件单位面积价格=[混凝土体积×(现浇构件费用+现浇混凝土安装费用)]/建筑总建筑面积计算所得,所得到的计算结果在表5中详细列出。从表中可以看出现浇和预制中每一构件的制作和安装费用叠加可得增量成本及两种建造方法的每平方米造价。此数据库的预制率要求是为了满足《杭州市人民政府办公厅关于加快推进新型建筑工业化的实施意见(杭政办函〔2015〕161号)》中的相关内容“2015年起建筑单体预制装配化率(即墙体、梁柱、楼板、阳台、楼梯等结构中预制构件所占的比重)应不低于15%,2017年起不低于20%,2019年起不低于30%”要求来确定的,以确保数据模型可以给杭州拟建项目提供预制构件较大的选择空间。

表5 预制构件增量成本分析
Table 5 Incremental cost analysis of prefabricated components

从控制增量成本的角度出发,根据设计方案中新建建筑预制率的要求(预制率40%),从以下几个方面分析。

墙体在预制率要求较低的情况下,外墙使用预制外墙板、内墙使用砌筑做法可以大幅减少建筑的增量成本,并且此种做法可使用施工用途防护网取代传统建筑外立面综合脚手架来减少施工技术措施项目费用。因此,在新建工程中选择了外墙预制、内墙砌筑的做法。外墙约占墙体混凝土总方量的40%,所以预制贡献率和预制构件成本按比例计算分别为14%～15.6%和97.53元/m²,现浇部分成本按60%折算为87.77元/m²,成本总计比墙体全预制节省了58.53元/m²。此做法既提高了建筑的预制率也节省了构件成本及施工技术措施项目费用。

楼板和梁采用叠合做法虽然上半部分还是需要采用现浇混凝土施工,对工期提效没有贡献,但是由于预制梁、板在下侧作为现浇板的底模,故可以省去大部分底模,并且根据《浙江省工业化建筑评价导则》的相关内容“叠合构件现浇混凝土的体积可按0.5的比例折算进预制构件体积中”,所以叠合梁、楼板较预制做法有较低的增量成本,并保持了建筑较为可观的预制率。因此,新建项目选择了和实际项目相同的叠合梁和叠合楼板的施工方法,预制贡献率分别为8%～10%和17%～20%。

预制楼梯虽然造价要较现浇混凝土施工高,但是在安装过程中可以省去模板的费用,并且迅速安装完成后可以起到施工通道的作用。鉴于此,新建工程选择了预制楼梯,预制贡献率为2%～3%,成本为33.29元/m²,虽然较现浇做法成本上有一定幅度提高,但是在模板分项工程、施工技术措施项目费等成本上有一定的节省空间,并且具备现浇混凝土施工所不具有的功能性。

根据上述内容可知,结构增量、设计费增量、措施增量在模型建立的过程中取的都是经验值,此拟建项目上述3个增量取经验值的中间数,构件单价增量取表5的计算结果,将这些数据列入表6。将表4中每一构件的预制贡献率带入新建工程中,得出新建项目预制贡献率及成本取值,列于表6。将得到的新建项目和现浇做法的构件总成本进行对比,得到增量成本。具体计算数据如表6所示,最终可得建造成本的增量合计为464.41元/m²,建筑预制率为41%～48.6%。

表6 预制率40%建设增量成本分析
Table 6 Incremental cost analysis of construction at prefabrication rate of 40%

装配式建筑是建筑工业化发展的必然趋势,然而装配式建筑造价比传统结构建筑高,这在一定程度上限制了装配式建筑的推广。本研究以杭州市某装配整体式剪力墙结构实际项目为例,建立历史数据库,总结出增量成本的影响要素,并通过这些影响要素建立测算模型,可以对不同预制率的装配整体式剪力墙结构建筑进行增量成本估算,进而得出以下结论:

1)装配整体式剪力墙结构建筑在建设过程中,增量成本包括设计费增量、构件差价增量、结构增量和措施增量四大要素。其中,措施费增量由于施工措施费与建筑面积关系较小,建议按施工措施方案进行直接测算。

2)在建筑预制率要求较低的情况下,建议采用外墙使用预制外墙板、内墙使用砌筑做法,此做法可以较大减少建筑的增量成本,并且可使用2～3层非施工用途防护网取代传统建筑外立面综合脚手架来减少施工措施项目费用。楼板建议使用叠合楼板,其较预制楼板有较低的增量成本,并保持了较为可观的建筑预制率。

3)本研究建立的建筑增量成本测算模型,可对预制率在70%以下的装配整体式剪力墙结构建筑进行较准确的增量成本预测,在建筑预制率为40%时,建筑的增量成本预测值为464.41元/m²。