基于系统动力学的装配式建筑成本控制研究

陈艳+王宇+贾磊

摘要：装配式建筑项目具有建造周期短、节能、环保的特点，符合现代建筑行业发展的要求。我国装配式建筑尚处于起步阶段，因其建设规模小、技术落后使得项目成本增高，阻碍了发展的速度。因此对装配式建筑项目成本进行分析研究具有重要的意义。本文通过建立装配式建筑成本控制的系统动力学模型，得到成本影响因素之间的逻辑关系，通过VENSIM软件进行仿真分析，得到影响项目成本的关键因素，并采取针对性措施进行控制。在一定程度上提高了装配式建筑项目成本管理的现状，对实际工程具有指导性作用。

Abstract： Prefabricated construction project has the characteristics of short construction period， energy-saving and environmental protection， in line with the requirements of modern construction industry development. Prefabricated construction in China is still in the initial stage， its small scale and backward technology makes the project construction cost increase， which hindered the development of speed. So the analysis of prefabricated construction project cost research has the vital significance. In this paper， through the establishment of system dynamics model of prefabricated construction cost control， the logical relationship among the factors that affect cost is got， simulation analysis is conducted through the VENSIM software， the key factors that affect the project cost are got， and corresponding measures are put forward， which improves the present situation of the prefabricated construction project cost management to a certain extent and has guiding effect to the practical engineering.

關键词：装配式建筑；成本控制；系统动力学；系统仿真

Key words： prefabricated construction；cost control；system dynamics；system simulation

中图分类号：TU723.3；TU722 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）32-0001-05

0 引言

近年来，面对传统建筑在施工方式上的明显缺陷以及顺应世界发展潮流的趋势，我国开始大力推广装配式建筑。装配式建筑主要是指在施工现场运用专业的连接设备将各种通用的预制构件搭接起来使其具有完整的使用功能的结构类房屋建筑，它具有施工方便、工程进度快、对周围环境影响小且构件质量容易获得保障等优点。我国已有部分学者对装配式建筑做过研究，蒋勤俭（2010）[1]通过高度概括国内外装配式建筑的发展状况，提出了适应我国装配式建筑发展的技术路线和指导方针；闫红缨（2012）[2]对影响预制装配整体式建筑建造成本的因素进行了研究，提出了降低建造成本的具体措施；李丽红，肖祖海等（2014）[3]分析了装配式和现浇式工程项目的成本差异，得出了高成本是阻碍装配式建筑快速发展的瓶颈。通过结合学者的研究以及目前我国装配式建筑发展的现况可以看出，成本过高是目前存在的一个重要问题。因此，我们有必要采取一些科学的方法对装配式建筑项目的成本进行专门的研究，制定有效地措施最大限度地降低其成本投入，增加建筑企业的利润收入。本文运用系统动力学的方法，从工程项目的全过程出发对影响装配式建筑项目成本的因素进行了研究，并对工程实例进行了仿真分析，提出了针对性的成本控制措施，为提高项目的投入产出率，进一步推动装配式建筑在我国持续高速健康发展，扩大装配式建筑在我国的应用范围打下了坚实的基础。

1 系统动力学研究装配式建筑项目成本控制的适用性

1.1 系统动力学方法介绍

系统动力学（System Dynamics，简称“SD”）最早是由美国麻省理工学院的福瑞斯特（Jay W. Forrester）教授于1956年提出的。它是系统科学理论与计算机仿真紧密结合、研究系统反馈结构与行为的一门科学，是系统科学与管理科学的一个重要分支。系统动力学从微观的系统结构出发建立模型，用因果关系图和流量图来表示要素之间的逻辑关系，用方程描述要素数量之间的关系，用VENSIM软件进行系统仿真分析。因此，系统动力学是一种定量与定性相结合、系统综合处理问题的一种方法，它以系统思考为核心，解决一些复杂的、非线性的系统问题[4]。

1.2 系统动力学在装配式建筑项目成本控制中的适用性

装配式建筑项目的成本从全过程看主要体现在构件设计、生产、运输以及现场施工安装四个阶段。其包含的成本都不是独立存在的，它们之间或多或少地都存在着一定的联系，因此在分析影响装配式建筑成本的因素时应将其视为一个整体，进行综合考虑分析。而系统动力学提供了一种动态性的基于系统全过程的科学分析方法，可以很好地将系统中的各个因素融合在一起，分析各个因素之间的逻辑关系，从而对系统进行整体性的研究，为项目管理者提供指导和帮助。因此利用系统动力学的方法来研究装配式建筑项目成本是切实可行的。endprint

2 基于系统动力学的装配式建筑项目成本控制模型构建

2.1 影响装配式建筑项目的成本因素分析及筛选

2.1.1 装配式建筑项目成本影响因素分析

在装配式建筑工程项目管理过程中，成本控制是非常重要的一方面。工程项目成本受到各种各样的因素影响，如果在建模时将所有的因素考虑在内，势必会使得模型异常的庞大，这样不仅不利于分析，而且往往还会抓不住重点，使所建的模型失去作用。因此，本文尝试从项目建设的全过程出发研究影响装配式建筑项目成本的因素，主要分析工程项目在设计阶段、构件生产阶段、运输阶段以及施工安装阶段的各种主观因素和客观因素，包括人的因素、技术因素、管理因素、环境及社会因素等，并把这些因素包含的具体内容进行分类整理[5]。

2.1.2 装配式建筑项目成本因素筛选

我们在确定影响因素之前首先要确定系统的边界，本文以影响项目成本的相关因素作为系统边界，并将对成本影响幅度较大的因素筛选进系统当中，将影响程度较小的或者没有影响的剔除系统，采取集中考虑和必要简化的原则以及参考已有学者对影响因素的细分方法[6-7]对装配式建筑成本影响因素进行筛选。具体划分如表1所示。

2.2 装配式建筑项目成本控制SD模型构建

系统动力学中的模型主要是指系统的因果关系图和存量流量图，因果关系图形象的显示了各因素之间的影响关系，通过一个个箭头将各因素牢牢地捆绑在了一起，形成了一个整体；存量流量图是对因果关系图的完美诠释，通过它可以很容易地找出状态变量、速率流量、辅助变量以及常量之间的关系，更重要的是可以利用vensim软件对存量流量图中的每个因素进行赋值，通过执行模拟，可以得出各因素之间的定量关系，以便确定出系统中的关键因素，找到降低成本的方法。

2.2.1 因果关系分析

通过对成本因素的分析可以画出成本控制模型的因果关系图。如图1所示。

从图1中可以发现连接箭头最多的都是工程项目成本的直接或间接影响因素。主要包含两大方面：一个是成本增量，如设计成本增量、生产成本增量、运输成本增量等；一个是成本节约速率，而影响节约速率的主要是进度奖励因子和材料节省。因果关系图中其他的大都是一些常量，比如集成化设计水平、管理水平、员工素质等，这些因素是能够根据研究目的同时结合工程项目的具体情况随时调整的，有利于对系统进行因素敏感性分析。

2.2.2 存量流量圖

存量流量图是在因果关系图的基础上建立起来的，相对于因果关系图，存量流量图对各变量之间逻辑关系的表达更形象具体，通过图1中的因果关系图可以得到装配式建筑成本的变化是由成本产生和成本节约两部分组成，分别画出对应的存量流量图进行分析并对其内容进行丰富和修整得到成本控制的总存量流量图，如图2所示。

通过图2可以看到工程项目成本的变化涵盖了两个方向：一个是成本的流入；一个是成本的流出。流入流来自四个方向，分别为设计成本生成速率、构件成本生成速率、运输成本生成速率和施工安装成本生成速率，流出流为成本节约速率。流入流和流出流包含的组成了该模型的核心，其他的变量因素围绕着这个核心运转。

3 实例分析

3.1 X工程概况

本工程是重庆市某居民小区装配式住宅楼，抗震设防烈度为非抗震设防区，不设防。该住宅楼地上六层地下一层，层高3米，室内外高差1.1米，建筑总高度是22.5米，建筑总面积为4840.9平方米，合理使用年限为50年。建设单位：***建筑工程有限公司，合同工期12个月，合同质量目标为优良。

3.2 X装配式建筑项目成本控制SD模型检验和仿真分析

3.2.1 SD模型测试及参数设定

根据实地调研以及相关文献的数据经验进行装配式建筑项目成本控制的SD模型的变量及参数设置，分析每个变量的类型以及对变量的初始值进行设置[8-9]，例如：设计成本属于状态变量，集成化设计水平属于常量，而构件成本增量属于速率变量，进度奖励因子属于辅助变量等。

VENSIM软件在新建一个模型时，需要事先对模型的时间进行定义。模型中的时间包括初始时间、结束时间和时间步长，其中时间步长是指系统每隔一个步长存储一次数据。本文所建立的模型的时间为未来的52周，时间步长为1，即每周系统会计算存储一次结果。这些数据并不是一成不变的，其可以根据模型的需要随时更改设定。

根据设定的模型参数对模型进行检验可以得到本文所建模型的逻辑关系和变量单位关系都没有问题，可以被计算机识别和用于计算。

3.2.2 SD模型仿真分析

对成本控制模型的存量流量图进行变量方程输入后得到的仿真结果如图3所示。

通过图3看出影响工程项目成本的因素有很多，而且这些因素相互影响着，因此一个参数的改变必然会引起另一个或者多个变量的值的变化，这样就可以借助于改变参数的数值来找出影响工程项目成本的关键因素，进而为有效地控制成本寻求合适的措施。

下面以改变集成化设计水平因素和管理人员管理水平为例对装配式建筑工程项目成本的控制模型进行测试分析。

对集成化设计水平的取值做了量化，赋予了一定的现实意义，并设定了取值范围[-2，2]：当集成化设计水平<0时，表示企业的集成化设计水平不强，不能够顺利完成相应的设计工作，极端情况下当集成化设计水平=-2时表示企业不能完成设计工作，集成化设计水平的值越大表示工作效率越高。为了更为直观地了解集成化设计水平对装配式建筑项目成本的影响，在其值的范围内取一对相反数（-1和+1），然后对其进行了模拟并比较了模拟结果，比较结果如图4。

通过图4发现当企业的集成化设计水平（取值为-1）低于正常集成化设计水平（Current）值时装配式建筑工程项目所花费的成本要高于正常集成化设计水平下所花费的成本；相反，当企业的集成化设计水平（取值为+1）高于正常集成化设计水平（Current）值时装配式建筑工程项目所花费的成本要低于正常集成化设计水平下所花费的成本。这说明企业的工程施工经验越丰富、拥有的相关技术能力越强，项目的成本投入就越底，并且随着时间的推移，这种成本上的差异性越来越大，越来越明显。表明集成化设计水平这一变量因素对装配式建筑项目的成本的影响力比较大，应作为关键因素重点考虑。endprint

施工阶段管理人员的管理水平这一变量，在编辑方程式时，管理水平的取值范围为[0，2]，为了更直观地了解管理水平對装配式建筑项目成本的影响，在正常管理水平（Current）的基础上，提高管理水平的值（取值为1），然后对其进行了模拟仿真，结果如图5。

图5中的两条线条分别表示了管理人员的管理水平在正常水平（Current）和提高后的管理水平（为1）下的装配式建筑工程项目成本的走势，发现管理人员的管理水平提高后的工程项目成本要低于正常管理水平下工程项目花费的成本，这说明管理人员的专业知识水平、管理经验、管理协调能力越强，项目的成本投入就越低，而且随着时间的推移，成本节省的幅度越明显。

按照仿真的要求改变影响因素的参数分别对其他变量（具体操作不再赘述）做仿真分析，最后得到集成化设计水平、管理水平、员工素质、材料节省以及进度奖励等变量对成本影响较大，其他因素影响较小。为了有效地对装配式建筑项目成本进行控制，在寻求成本控制的措施上也应适当考虑影响较小的一些因素。

3.3 X装配式建筑项目成本控制具体措施

通过对本文建立的装配式建筑成本控制的系统动力学模型的分析研究，得出寻求有效控制成本的措施可以从成本的产生以及成本的节约两个方面来考虑。

3.3.1 成本的产生方面

首先，从设计阶段强调PC构件设计及其过程同时交叉进行，减少设计过程的重复进行，要求进行集成化设计，减少重复工作，提高工作效率，同时借鉴国内外先进技术，能够研发出具有本土特色的装配式建筑结构体系；其次，在构件生产和运输阶段，强调标准化生产，合理选择生产工厂，充分利用运输工具，提高运输效率；最后，在构件安装阶段，选派管理专业知识水平高、管理经验丰富、管理协调能力强的管理人员对施工现场进行动态控制，方便及时调整施工方案，有效控制成本。

3.3.2 成本的节约方面

成本节约主要体现在材料节省和进度奖励两方面。尽量选用低碳、环保、节能的材料以保护环境，降低能源消耗，采用先进的安装技术，实现多工序同时工作，提高安装效率，加快施工进度，降低安装成本[10]。

另外，对于成本控制还有一些其他措施，比如，适应市场需求，完善装配式建筑标准规范，推进集成化设计、工业化生产、装配化施工、一体化装修，引导企业研发适用技术、设备和机具，提高装配式建材应用比例，促进建造方式现代化等。

4 结束语

装配式建筑项目成本控制系统是一个有机整体，一方面发生变动势必会影响其他方面的变化，在实际工程中很难对其单一控制。本文从装配式建筑整体出发，引入系统动力学的方法，以系统的观点对成本控制进行研究，对工程实例进行仿真分析得到影响项目成本的关键因素，并提出针对性的成本控制措施，弥补了目前装配式建筑项目成本研究的不足，提高了施工企业建设装配式建筑的信心，同时为我国装配式建筑发展方向提供了很好的参考依据。

参考文献：

[1]蒋勤俭.国内外装配式混凝土建筑发展综述[J].建筑技术，2010（12）：1074-1077.

[2]闫红缨.预制装配式体系建造成本的比较分析[J].住宅产业，2012（07）：36-38.

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

[4]钟永光，贾晓菁，钱颖等.系统动力学[M].北京：科学出版社，2011：3-6.

[5]李颖.基于价值链模型的装配整体式建筑成本分析研究[J].中国管理信息化，2016（07）：10-14.

[6]何青原.基于系统动力学的建设施工项目成本控制研究[D].武汉科技大学，2011.

[7]陈洁.基于系统动力学的施工企业成本控制研究[J].建筑经济，2015（3）：96-98.

[8]张善从，董晓欢.基于系统动力学的高技术工程项目成本管理研究[J].现代管理科学，2013（07）：94-96.

[9]王宇静，吴清.复杂工程项目进度控制的系统动力学仿真方法研究[M].中国建筑工业出版社，2013.

[10]万连建.装配式建筑成本控制途径研究[J].山西建筑，2015（23）：222-223.endprint