装配式混凝土结构住宅经济性研究

徐樱子　房小小　高新南　杨盛

摘要：近年来，装配式混凝土结构住宅建筑在国内发展迅猛，而造价相较传统现浇式普遍居高，因此对其经济性的研究尤为重要。本文基于价值工程原理，应用模糊层次综合評价法进行功能分析计算出功能系数，采用工程定额中的投资估算指标进行成本分析计算出成本系数，进而确定出20%-60%预制率下装配式混凝土结构住宅的价值系数，锁定出经济性最优的预制率范围为40%-50%，这可为当前我国装配式混凝土结构住宅的预制率设计提供理论依据，有利于推动装配式混凝土结构建筑的进一步发展。

Abstract： In recent years， prefabricated concrete structure residential buildings have developed rapidly in China， and the cost is generally higher than that of traditional cast-in-situ buildings， so the study of their economics is particularly important. The principle of value engineering is the overall foundation. The fuzzy hierarchical comprehensive evaluation method is used to analyze the performance and calculate the performance coefficients， and the investment estimation index in engineering quota is applied to analyze the cost and calculate the cost coefficients. Thus the value coefficients of the prefabricated concrete structure residential buildings with precast rates of 20%-60% are determined and the range of optimal precast rate with the best economy is finally locked out as 40%-50%. The result provides a theoretical basis for the design of precast rate of the prefabricated concrete structure residential buildings in our country and is conducive to the further development of the prefabricated concrete structure building.

关键词：装配式混凝土结构住宅;预制率;价值工程;模糊层次综合评价法;经济性

Key words： the prefabricated concrete structure residential building;precast rate;value engineering;the fuzzy hierarchical comprehensive evaluation method;economy

中图分类号：TU-9                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）14-0144-04

0  引言

随着近年来我国建筑业的蓬勃发展以及相关支持政策的出台，装配式建筑在我国广泛投入使用[1]。然而，规范管理制度与精益技术经验的缺乏以及高昂建造成本的付出，使装配式建筑的发展受到了很大的限制[2]。同时受传统住宅观的影响使得装配式建筑的社会接受度较低，市场动力不足，从而反向阻碍了装配式建筑的普及[3]。因此，合理协调装配式建筑的使用性能和造价成本以发挥其最优价值，为装配式建筑的深入发展提供理论支撑，是十分必要的[4]。

国内学者通过比较现浇式和装配式混凝土结构住宅的成本和经济效益对装配式混凝土结构住宅的经济性做出了诸多研究。李永森、李素芳[5]运用全生命周期理论，得出装配式混凝土结构住宅的建设成本显著高于现浇式混凝土结构住宅，但经济性却稍逊一筹。王爽、王春艳[6]通过对二者分项工程中土建工程造价的构成进行比较分析，总结出直接工程费是决定装配式建筑造价的关键因素，必须通过削减预制构件的生产成本、运输成本与安装成本，方可有效降低装配式建筑造价，使其建设成本接近于传统现浇式建筑，甚至更低。卓立安[7]通过对二者功能和造价成本进行比较，利用价值工程原理分析得出，装配式混凝土结构建筑虽造价相对较高，但其综合效益与现浇式几乎持平。

目前装配式混凝土结构住宅相比于现浇式混凝土结构住宅的造价成本较高，主要有预制混凝土构件的成本过高、装配式建筑工程的规模过小以及预制混凝土构件的厂商过少导致运输距离较远这三个方面的原因[8]。考虑到我国建筑行业的现状，彻底解决上述问题仍需时间，因此有必要从装配式建筑自身角度出发进行分析。而预制率是影响装配式建筑经济性的重要因素，故本文基于价值工程原理研究不同预制率下装配式混凝土结构住宅的经济性，确定出经济性最优的预制率范围，使装配式建筑在当前行业背景下发挥最优的性价比，为研究装配式混凝土结构住宅的最优价值提供理论依据。

1  装配式混凝土结构住宅功能分析

本文在装配式混凝土结构住宅的功能分析中，引用《装配式建筑评价标准》（GB/T51129-2017）中规定的预制率定义[9]，并运用模糊层次综合评价法确定各预制率下装配式混凝土结构住宅的功能系数。结合国家标准规范，针对其所给出的20%-60%预制率范围内的装配式混凝土结构住宅进行研究分析。

1.1 功能评价指标体系

在工程项目建设及使用过程中，装配式混凝土结构住宅应兼具民用住宅的固有功能和装配式混凝土结构建筑的特有功能。因此本研究将把装配式混凝土结构住宅的结构功能、施工功能和环境功能三个方面作为功能分析重点，并从以上三个方面建立功能评价准则层;进一步分析归纳出影响准则层的各个因素，建立功能评价指标层;从而构造出装配式混凝土结构住宅功能评价指标体系，如图1所示。

1.2 功能的模糊层次综合评价

1.2.1 功能指标权重计算

1.2.1.1 功能指标权重问卷调查

采用常用的1-9级标度法，邀请来自设计单位，施工企业和高等院校的47位权威专家进行打分，并结合Delphi法，围绕专家本身的学术造诣、对指标进行判断的依据及对每个指标的熟悉程度这三个角度综合判断专家权威程度并通过协调系数的显著性检验，问卷回收率达到76.6%，將指标体系中准则层因素和指标层因素的重要程度分别进行两两比较，予以赋值。

1.2.1.2 单个专家的判断矩阵计算

①判断矩阵构造。

1.2.1.3 群决策计算结果集结

对计算所得的每个专家的权重结果值进行加权算术平均，最终得出装配式混凝土结构住宅各项功能指标的权重系数如表1所示。

表1中描述了装配式混凝土结构住宅各项功能指标的权重系数。比较准则层中的3个一级指标可以看出，结构功能的权重系数最大，接近0.5，施工功能权重系数略大于环境功能系数;由准则层下分的指标层中的10个二级指标可以看出，结构安全性、施工工艺、结构适用性、结构耐久性的权重系数均超出平均权重系数，即1/10=0.1，是更能影响装配式混凝土结构住宅功能的指标。

1.2.2 功能得分计算

①功能指标集构建。

装配式混凝土结构住宅功能评价体系中的准则层对应的功能指标集记为;指标层对应的功能指标集记为A1={B1，B2，B3}，，A2={B4，B5}，A3={B6，B7，B8，B9，B10}。

②功能评判集构建。

将装配式混凝土结构住宅等级按照7种不同程度的功能级别{极低，低，较低，一般，较高，高，极高}划分为7个等级，即L={L1，L2，L3，L5，L6，L7}，分别赋值为{（5，15]，（15，25]，（25，35]，（35，45]，（45，55]，（55，65]，（65，75]}，计算时取区间中值。

③模糊关系矩阵构建。

通过装配式混凝土结构住宅功能评价问卷调查，共计权威专家回收问卷总数为X，对指标Aj评价为Lj的专家数为Y，则rij=Y/X。向一本高校、施工单位、设计单位及建设单位等从事装配式建筑行业的75位业内人士分发调查问卷，收集有效问卷份数为66份。对n个因素的m个评价都计算出关系模糊矩阵rij，则所有的rij就可以构造出模糊矩阵R如下式所示：

④多级模糊综合评价。

采用多级模糊综合评价方法进行评价，在解决评价体系指标较多、因素间关系复杂时具有显著优越性[10]。

第一步，将权重集Ai与模糊关系矩阵Ri进行模糊合成，采用矩阵乘法计算得出第一级模糊综合评判集Mi（i=1，2，3）。

Mi=Ai×Ri

第二步，将第一级模糊综合评判集Mi所得的评判结果作为第二级的模糊关系矩阵R，再进行第二级模糊综合评价，得出第二级模糊综合评判集M。

A=[M1，M2，M3]T

M=A×R

第三步，将功能评判集代入L，综合得出20%、30%、40%、50%、60%预制率下装配式混凝土结构住宅的功能得分G。

G=M×LT

各预制率下装配式混凝土结构住宅的功能得分G计算结果如表2所示。

由表2可知，随着预制率的升高，装配式混凝土结构住宅功能得分逐渐升高。预制率为20%、30%、40%的装配式混凝土结构住宅的功能得分较为接近，均处于功能一般水平，预制率为50%与60%的装配式混凝土结构住宅的功能得分极为接近，均处于功能较高水平。同时最低预制率与最高预制率下，功能得分值相差不足两个功能等级，差距较小，且最高预制率下的装配式混凝土结构住宅功能得分仅达到较高水平。这是由于国内应用技术尚不成熟，市场和管理体系不够完善，装配式功能未到达高水准所导致的。

1.3 功能系数计算

参照各预制率下的装配式混凝土结构住宅功能得分Gi（i=1，2，3，4），功能系数计算方法如下：

由此可得出各预制率下的装配式混凝土结构住宅功能系数如表3所示。

2  装配式混凝土结构住宅成本分析

2.1 建设成本与预制率的关系

本文引用国家住建部颁布的《装配式建筑工程消耗量定额》（建标【2016】291号）中的装配式混凝土结构住宅投资估算参考指标分项费用[11]进行不同预制率下的成本分析，该定额将装配式混凝土结构住宅分为小高层与高层两种，因参考规范标准中未涉及预制率为30%的具体数据，本文通过线性插值和估算后推算出参考值，经整理后如表4所示。

由表4可知，将装配式混凝土结构住宅分为小高层和高层两类，其建设成本估算参考指标包含建安费用、工程建设其他费用及预备费三个方面，其中建安费用占比高达85%，工程建设其他费用占比10%，预备费占比5%。建安费用包含的分项费用最为明确且受预制率影响最大，因此本文分析建安费用与预制率的关系，用估算参考指标进行成本系数计算，如图2所示（实线为高层，虚线为小高层）。

由图2可知，无论是小高层还是高层住宅，其预制率与建安费用均近似于正比例关系，且呈上升趋势。

2.2 成本系数计算

令20%，30%，40%，50%，60%的预制率分别对应的建设投资成本估算参考指标为Hi（元），成本系数计算公式如下：

由此可得出各预制率的装配式混凝土结构住宅成本系数，如表5所示。

3  装配式混凝土结构住宅价值分析

基于上文得出的功能系数Fi和成本系数Ci，可由下式求出价值系数Vi。

由此得出不同预制率下装配式混凝土结构住宅的价值系数，如表6所示。

进一步可得出价值系数与预制率的关系曲线，如图3所示。

分析表6数据并结合图3可以得到以下结论：

①20%-40%预制率下装配式混凝土结构住宅价值系数小于1，功能现实成本高于功能评价值。

②50%-60%预制率下装配式混凝土结构住宅价值系数大于1，功能评价值高于功能现实成本，可能不保证其功能需要。

③40%-50%预制率范围内存在装配式混凝土结构住宅价值系数等于1，达到功能现实成本与功能评价值相匹配的最理想状态。

④在给定5种预制率下的装配式混凝土结构住宅方案中，40%预制率下价值系数与1相差的绝对值为0.0061，50%预制率下与1相差的绝对值为0.0416，40%预制率下绝对值较小，故更倾向于选择40%预制率下对应的装配式混凝土结构住宅。

⑤在50%-60%预制率的范围内，成本系数增量为0.0068，与40%-50%预制率下增量0.0044相差不大，但50%-60%预制率下建筑功能基本全面，可再增加的功能较少，功能系数增量仅为0.0081，远小于40%-50%预制率下增量0.0166，功能系数增幅减小，价值系数变化呈缓慢趋势。

4  结语

本文基于价值工程原理，研究了在20%-60%预制率范围下，装配式混凝土结构住宅的经济性。经研究得出，预制率在40%-50%范围内时，装配式混凝土结构住宅价值系数趋近于1，因此，建议40%-50%可作为当前我国装配式混凝土结构住宅的预制率设计参考范围，在此范围内装配式住宅的功能现实成本与功能评价值能够达到最理想的匹配状态。

发展我国装配式混凝土结构住宅，内在技术尚须提升，造价成本居高不下，无论是在其功能还是成本上都有待改善。故在国家相关政策法规、行业体系及市场环境的不断完善下，保证合理的预制率范围，充分利用预制、装配提供的技术优势，必将装配式混凝土结构住宅的进一步发展。

参考文献：

[1]贺婷.装配式混凝土民用建筑经济性研究[D].华南理工大学，2017.

[2]严磊.基于“百年宅”装配式建筑的经济性研究[J].中外建筑，2017（07）：187-189.

[3]俞京卓.重庆市住宅产业化发展战略研究[D].重庆：重庆大学，2013.

[4]周梓珊.基于BIM的装配式建筑产业化效率评价的指标体系研究[D].北京：北京交通大学，2018.

[5]李永森，李素芳.基于全生命周期理論的装配式住宅经济性研究[J].工程经济，2016（11）：66-69.

[6]王爽，王春艳.装配式建筑与传统现浇建筑造价对比浅析[J].建筑与预算，2014（07）：26-29.

[7]卓立安.基于VE的装配式混凝土结构建筑经济性分析[J].福建建筑，2017（12）：108-110.

[8]徐雨濛.我国装配式建筑的可持续性发展研究[D].武汉：武汉工程大学，2015.

[9]GB/T51129-2017，装配式建筑评价标准[S].

[10]陈颖，莫馥姣，何庆辉.装配式混凝土高层住宅预制率与成本的关系[J].住宅与房地产，2018（26）：29-32.

[11]TY01-01（01）-2016，装配式建筑工程消耗量定额[S].