现阶段传统现浇施工方式生产效率低、施工周期长、环境污染大, 已不能满足建筑业可持续发展的要求。装配式建筑以其施工周期短、建筑质量高、绿色环保的优点得到了政府部门的认可。发展装配式建筑, 推动建造方式创新, 是实现建筑产业高质量发展的重要途径。2017年3月, 住建部发布《“十三五”装配式建筑行动方案》, 要求全面推进装配式建筑发展。目前, 我国装配式建筑发展遇到一些制约因素, 其中建造成本偏高即是不容忽视的因素之一。装配式建筑较现浇式建筑每平方米建造成本要高出200～400元, 建设单位出于成本考量, 发展装配式建筑的积极性不高。在日、美等发达国家, 装配式建筑的建造成本低于现浇式建筑, 而我国普遍偏高, 国内外的差距说明我国装配式建筑成本有很大的降低空间。

传统建造模式只需要设计和施工两个阶段, 而装配式建筑的特点决定了其需要通过设计、生产、物流、装配四个阶段。有研究者通过BIM与精益建造思想的协同作用对装配式构件进行深化设计以及施工模拟。有研究者设计了装配式构件的精益生产流程, 通过物料和供应商的管理降低生产成本, 提高生产效率, 从而实现项目的成本控制。有研究者从装配式构件运输的角度, 构建了装配式构件物流成本优化模型, 加强装配式构件的精益物流成本管理。以往研究多侧重于在装配式建筑建造过程的某一阶段对成本进行精益管理, 并未对装配式建筑整个建造过程的成本管理进行研究。

鉴于此, 本文从装配式建筑整个建造过程成本管理的角度出发, 对设计、生产、物流、装配四个阶段的成本进行分析, 结合精益成本管理思想, 对装配式建筑整个建造过程成本进行精益管理, 最后提出各阶段精益成本管理的措施。

装配式建筑成本是指在装配式建筑整个建造过程中发生的全部费用, 具体可以分为四大类费用:设计费用、生产费用、物流费用、装配费用。因此, 对这些过程进行精益管理是降低装配式建筑成本的关键。装配式建筑成本构成见图1。

目前, 装配式建筑设计普遍采用等同现浇设计的方式, 然后按照预制构件的生产和装配要求进行构件分拆, 这种方式设计效率低, 协同性差。在构件分拆深化设计阶段, 每个预制构件都要有与建筑、结构、安装等专业相对应的生产图纸。预制构件的配筋、节点、埋件、留洞等设计内容都需要体现在深化设计图纸中。由于设计内容增多、设计深度增加, 因此装配式建筑设计费用同传统现浇结构相比每平方米要高出20～40元。装配式建筑设计流程见图2。

装配式建筑预制构件在构配件厂批量生产, 养护完成后运至施工现场装配安装。现阶段因装配式建筑规模较小以及政策支持力度不够等原因, 预制构件生产增量成本主要包括以下方面。

(1) 人工费。目前我国装配式建筑领域的人才相对匮乏, 人才培养机制尚不健全, 从事构件生产的产业工人数量较少且经验不足。构件生产企业需要在员工入职前花费时间和费用对其进行技术培训。同时, 因工人流动性较大, 常有培训合格的产业工人流失现象发生。因此, 在现阶段我国装配式建筑规模较小的情况下预制构件生产的人工费实际支出偏高。

(2) 原材料。现行的装配式建筑结构设计是在现浇构件钢筋配置的基础上, 增加了构件节点处的连接钢筋数量, 因此在钢筋用量方面, 预制构件的钢筋用量明显增加。据测算, 预制构件节点连接处的钢筋用量与现浇构件相比增加30%以上。

(3) 设备折旧费。我国目前采用装配式结构的项目仍较少, 对预制构件的需求量较低, 使得构配件厂的产能供给超过装配式建筑市场对预制构件的需求。构配件厂因设计产能处于供大于求的局面, 不能满负荷生产, 同时又要考虑生产机械的折旧费、工厂生产经营的费用, 势必会使得预制构件生产成本居高不下。

在现浇建筑施工过程中, 材料的物流费用被认为是材料成本的一部分, 而在装配式建筑建造过程中, 大量预制构件需要从构配件厂运至装配现场。如果运输距离按照60km考虑, 预制构件的运输费用约为100～150元/m³, 因此不可忽视预制构件的物流成本。装配式构件物流成本主要包括仓储费用和运输费用。

(1) 装配式构件仓储费用。传统现浇式建筑在施工现场浇筑混凝土, 养护完成后直接形成建筑实体, 不需要占用其他仓储场地。但装配式构件在构配件厂生产完成后需要专门的场地进行养护和存放, 并且需要专人进行管理。构件养护完成运至施工现场后, 仍需寻找存放场地, 使得预制构件的仓储费用增加。

(2) 装配式构件运输费用。与现浇结构商品混凝土的运输费用相比, 成品构件因体积大、易损伤、形状不规则等原因, 运输过程中需要增加保护措施, 因此装配式构件的运输费用更高。目前构配件厂配置不足, 分布不均匀, 预制构件运输距离增加, 同样导致运输费用增加。

装配式建筑现场施工过程中, 对工人吊装技术的熟练度和专业性要求较高, 需要吊装经验丰富的工人, 否则对预制构件的装配速度和质量都会产生影响, 增加装配费用。预制构件的节点施工是现场施工安装的重点, 与现浇式施工相比节点施工是增加的工序。为了保证装配式建筑节点足够可靠, 节点施工采用安全性较高的钢筋套筒灌浆连接工艺, 套筒连接件需求量大, 灌浆料价格较高, 使得装配成本大幅增加。

精益思想是通过标准化导入实现面向过程的控制, 从而达到避免无效劳动和浪费的目的。20世纪30年代, 日本丰田公司在近20年的实践过程中, 不断积累经验, 创立了精益生产管理模式。澳大利亚的Jennings建筑公司基本与丰田公司同步将精益思想应用于工程建设管理, 其依赖先进的精益建设管理模式, 由一家小型房屋建筑企业迅速成长为澳大利亚最大的房屋建筑企业之一。

精益成本管理是精益思想在成本管理中的具体应用, 其精髓是追求生产全过程成本最小。与传统成本管理思想相比, 精益成本管理思想更先进, 方法更全面, 更重视全过程成本管理。在生产全过程的设计、生产、物流、服务等各个环节不断消除不增值作业, 杜绝浪费, 对生产全过程进行标准化操作和持续改进, 从而达到降低生产全过程成本、提高生产过程效率的目的。

在传统现浇建筑的建造过程中, 因其设计方法已经成熟, 施工阶段很少出现因设计不合理而难以施工的现象, 因此现浇结构建筑的设计与施工阶段相对独立。然而目前装配式建筑设计技术相对不成熟, 设计规范和技术标准尚不完备, 常会出现因设计原因导致构件难以生产或装配的现象。为了减少设计变更, 降低成本, 应该在装配式构件深化设计阶段并行考虑构件生产与装配等问题。

并行设计作为一种系统化工作模式, 可以对产品及其相关过程进行并行和集成设计。在装配式建筑设计阶段推行并行设计, 强调各参与主体协同工作, 各参与方分别派出技术人员组成临时项目组, 并行解决设计阶段各专业因信息不对称而产生的设计冲突问题, 尽可能在早期设计阶段发现并解决后续构件生产与装配过程中可能出现的问题, 从而使设计成果最大程度符合后续各阶段的使用需求, 减少设计变更, 降低对后续生产带来的不良影响。

(1) 运用BIM技术进行各专业协同作业。装配式建筑需要对预留孔洞和预埋构件进行精细化设计, 因此设计内部不同专业之间信息的交流就显得尤为重要。运用BIM技术, 构建BIM信息平台, 方便不同专业之间的协同作业, 不同专业的设计人员可以依据BIM平台信息实现本专业的技术标准和参数要求。

(2) 运用BIM技术进行碰撞检查。装配式构件在工厂生产, 然后运至现场装配, 不可避免会出现构件之间的设计误差。运用BIM技术对预制构件进行精细化设计, 通过建立的BIM模型进行碰撞检查及时发现相邻构件之间的设计冲突, 找出设计过程中的疏漏, 降低施工装配过程中因设计变更带来的费用。

(3) 运用BIM技术进行标准化设计。在装配式建筑的设计过程中将不同样式和尺寸的建筑构件上传至BIM平台进行整合, 建立预制构件的标准化族库。同时, 运用BIM技术将各个族库中的标准化构件进行组装, 增加装配式建筑样式的多样性, 减少装配式建筑设计的时间和成本。

准时制生产是实现有序标准化生产的有效手段。通过对预制构件的产量进行适时控制, 使构件的生产与供给具有合理的弹性, 在保证满足订单进度要求的同时, 尽量使库存最小, 从而降低成品存储费用。通过保证原材料的准时供应, 确保预制构件生产线连续生产, 降低生产线间断生产造成的损失。预制构件因其体积大且形状不规则, 所以搬运比较困难, 准时制生产能够保证同一批次的构件在预制构件厂连续出仓, 工人可以根据装配现场吊装的先后顺序直接将预制构件合理摆放, 避免二次搬运, 降低仓储和运输费用。

(1) 供应商的选择。原材料的供应在装配式构件生产的精益供应链管理中占有十分重要的地位, 构配件厂的理想状态是与可提供大量原材料的少数优秀可信赖供应商合作。在确定供应商时综合考虑原材料的需求量、需求时间、材料的重要性等因素。同时要建立评价指标体系对供应商的综合生产能力进行评分, 根据评分结果选定供应商。预制构件生产供应体系如图3。

(2) 确定供应商合作模式。供应商关系模式既有西方传统的以成本驱动的对抗模式, 也有以日本为代表的长期合作型模式。在精益成本管理中长期合作型的伙伴式合作模式更受推崇。如可培育两家混凝土供应商来供应混凝土, 同时设立考核机制对一定时期内两家供货的准时率、供货质量等情况进行考核, 将考核结果进行反馈, 并以考核结果作为下一周期订货的参考, 以此激励供应商。对于考核不达标的供应商, 对其提出警告, 并缩小订单数量, 将其列入观察期。

(3) 建立BIM信息共享平台。在预制构件的生产过程中, 混凝土供应是否及时对预制构件的生产至关重要。通过建立混凝土供应商、构配件厂、施工单位三方信息的BIM平台, 各方都将生产信息汇总于BIM信息平台中, 实现信息的有效及时交换。供应商可以根据装配现场的进度和构配件厂的库存情况, 确定生产进度, 以补充供应防止缺货;构配件厂根据施工单位的信息调整生产进度, 防止供应不及时的情况发生。BIM信息共享平台如图4。

目前, 构配件厂数量少且分布不均匀使得构配件厂到装配现场的距离较远, 增加了运输费用。装配式项目在选择构配件厂时要把构件运输距离作为重要考察指标, 合理选择距离项目较近的构配件厂, 控制预制构件到装配现场的物流运输距离在100km以内, 以降低物流成本。

构件运输前要做好构件防护工作, 防止构件碰撞。在运输过程中要加强运输环节的管理, 挑选有预制构件运输经验的单位长期合作并及时向运输司机做技术交底, 确保预制构件在运输过程中不产生破损。对于出厂装车时质量检查合格, 但是进入装配现场后质量检查有缺陷的预制构件由运输单位承担责任。在运输环节明确细化权责, 做好构件运输过程中的保护工作, 确保成品构件产品质量。

最后计划者体系改变传统的管理层编制计划推动项目实施的方式, 采用“拉动式”生产模式, 强调下级的主观能动性。在装配式建筑现场施工过程中, 项目的进度、构件吊装、机械设备使用等主要计划由管理层制定。项目的周计划和日计划由基层作业班组根据具体施工进度制定。在现场装配计划执行过程中, 基层作业班组将预制构件吊装过程的实际进度反馈至日计划及周计划, 同时分析计划实施偏差的原因, 如果发现进度计划不合理则及时调整日计划和周计划, 调整后的日计划和周计划再反馈至主要计划, “拉动”项目进度、构件吊装、机械设备使用等主要计划的调整。

基于最后计划者体系的现场装配计划管理体系是以基层作业班组制定的详细计划为基础。基层作业班组对装配现场施工情况及各种资源条件的约束有充分了解, 他们能够根据现场装配实际情况制定出更有执行性、偏差较小的预制构件装配计划。最后计划者体系将生产模式由传统“推式”改变为“拉式”, 避免产生窝工、进度计划滞后等问题, 可以对装配式建筑现场装配成本进行有效控制。最后计划者“拉动”计划体系如图5。

在装配式建筑施工现场对于预制构件吊装和梁柱节点现浇的管理是一项复杂的工作。众多方面需要经过有效管理使其在一定的掌控范围内变化, 精益建造中的5S现场施工管理正是对装配式建筑施工现场各个方面都行之有效的管理方法。5S现场施工管理在装配式建筑施工现场的具体做法见表1。

预制构件运输至施工现场如果不能及时吊装将会增加仓储费用。如果将现场施工进度与构件预制进度合理计划, 制定的构件预制方案能够高效配合现场装配计划, 在吊装前一天将本批预制构件运至装配施工现场, 可以减少施工现场的仓储用地和仓储时间, 降低仓储费用, 也降低预制构件厂的仓储费用。同时, 制定合理的施工吊装计划可以提高吊装效率, 从而缩短吊装设备在场时间, 减少租赁费或设备使用费的支出, 有助于降低装配式建筑现场施工成本。

在国家大力推广装配式建筑的背景下, 研究其相应的成本管理方法, 无疑对推动装配式建筑发展具有实践应用价值。本文循着精益成本管理思想, 从装配式建筑设计、预制构件生产、物流运输、现场装配等方面分析了装配式建筑成本较高的成因, 提出了装配式建筑精益成本管理措施, 以期有效促进装配式建筑成本的降低, 助推装配式建筑快速发展。