随着经济社会快速发展及建筑业的转型升级,为实现“四节一环保”的建设目标,装配式建筑以其低消耗、低污染、高效率等优势引起政府及建筑企业的高度重视,建筑工业化发展迈入了一个新的时期。近年来,政府不断采取鼓励措施,装配式建筑逐渐向规模化、标准化、高品质发展,装配式建筑的综合效益也成为考量其发展水平的重要指标。此外,行业的内生动力不断增强,劳动力成本的快速上升也促使越来越多的开发、施工企业认同装配式建筑的优势并积极参与建设。因此,明确并不断提升装配式建筑的综合效益,有助于提高企业参与积极性,促进装配式建筑的发展应用。

相比于美国、日本等发达国家,我国装配式建筑仍处于发展初期阶段,在目前的实践探索中发现,装配式建筑存在经济效益不显著、效益分享机制不完善、从业人员认识不足等问题。现有相关研究比较重视装配式建筑的环境效益和经济效益,且多将各效益进行单独研究。随着装配式建筑得到行业内越来越广泛的关注和应用,学者们逐渐开始讨论其综合效益,孟祥韬基于模糊评价法从经济、社会、生态、技术四方面对其综合效益展开分析;肖汉通过构建物元可拓模型对房地产装配式住宅开发项目从经济、目标性、环境、社会四方面进行综合效益评价研究。现有研究对综合效益的量化评价较少,且已有综合效益的指标评价体系存在指标交叉、重复分类等不足之处,尚不能科学地评价装配式建筑的综合效益水平。

综上,本文通过分析装配式建筑的经济、环境、社会效益进而构建科学的评价体系,通过指标量化检验其综合效益,论证存在的效益优势,以吸引更多企业共同推动装配式建筑全产业链发展,为项目的方案优化提供依据,也为提高装配式建筑综合效益提出针对性建议。

装配式建筑综合效益指从初期决策到回收拆除的全生命周期内,在社会、环境、经济等各方面产生的综合影响力。不同学者对效益的分类略有不同,大多数学者围绕经济、环境或生态、社会三方面展开;少部分学者分析安全、技术效益或直接将其归纳为其它效益,这部分效益均符合社会效益的定义,因此可列入社会效益。综上,本文选择从装配式建筑的经济、环境、社会效益三个方面展开分析与评价。

经济效益的评价是针对装配式建筑的费用和效益进行评估,可以帮助企业更好地调配资源,装配式建筑的经济效益主要体现在施工中节省的水电费及材料费、土地资源的节约利用、因工期缩短减少的人工费及机械使用费、因政策激励产生的额外收益等。由于不同地区的土地价格及政策存在差异,故本文不将其纳入研究范畴,选择节水、节能、节材及节约工期四个主要因素作为评价经济效益的指标。

装配式建筑的环境效益主要包括碳排放、固体废弃物、粉尘、污水及噪声等污染物的减少。有数据显示,建筑业消耗了中国社会总能耗的40%以上,因此近年来大力推进建筑行业向绿色、环保方向发展,对装配式建筑的环境效益评价直观反映了其在减少建筑业环境污染方面的成效。

装配式建筑的发展对建筑行业甚至整个社会均产生了一定的影响,因此社会效益是分析其综合效益不可缺少的一部分。装配式建筑的社会效益主要体现在提升建筑施工环境安全、地震灾害安全性提高、提升建筑的质量及客户满意度、推动建筑行业技术进步、促进产业转型升级等。

通过文献研究、实地调查、专家访谈及小组讨论的方法得出装配式建筑综合效益评价的13个关键指标,确定了综合效益三级评价指标体系,指标层中各指标及其内涵如表1所示。

某装配式混凝土建筑Y保障房项目坐落于南京市栖霞区迈皋桥,A28地块由6栋高层住宅及商业组成,均为预制装配整体式剪力墙结构。以1号楼为例,地下1层,地上27层,3层及以下为现浇混凝土,以上为装配式结构,建筑高度85.15米,建筑面积约12653平米,Y项目预制部分主要包括外剪力墙、叠合梁、叠合板、预制楼梯、阳台板、阳台栏板及隔板,外山墙全部采用预制装配式三合一夹心保温剪力墙,主体结构的预制率达32%,装配率达67%。施工过程中位搭建外脚手架、外模板、无砌筑及粉刷,是绿色施工项目的典范,建筑内部仅在预制剪力墙拼接处浇筑混凝土,现场施工中模板支撑及钢筋绑扎的工作量大大减少,工期缩短约30%以上。

指标权重的确定方法大体可概括为主观定权法、客观定权法及组合定权法三种,本文选取层次分析法,将定性与定量分析相结合,在主观经验的基础上进行数据的加工提炼得出装配式建筑综合效益评价指标的权重。具体步骤如下:

(1)按照表1所示指标体系,建立递阶层次结构模型。

(2)构造判断矩阵,表示指标间的相对重要性,判断矩阵标度及其含义为1/5重要性很差、1/3重要性较差、1同等重要、3比较重要、5非常重要。本文案例中,由专家明确规则后对评价指标进行重要性打分。

(3)计算指标权重及一致性检验。将指标评价体系及判断矩阵输入YAAHP软件中计算得出准则层指标及指标层中各指标的权重,并确保通过一致性检验。

通过高校及建筑企业邀请该领域18位专家对装配式建筑综合效益评价体系的各指标重要性进行打分,并运用层次分析法,剔除其中无效数据,得出指标权重结果如表2所示。

物元分析法由蔡文教授初次提出,从定性和定量的角度解决矛盾问题。装配式建筑的效益分析包括经济、环境及社会多个角度,每个指标均对评价结果产生影响且存在差异,可拓学充分结合定性及定量指标,准确描述装配式建筑综合效益各评价指标相互影响和作用的拓展过程。由物元对事物的基本特征进行描述,三元组R=(Z,C,V)表示“事物、特征、量值”。引入物元构建评价模型,步骤如下:

上式(1)中Z_oj表示第j个评价等级,C_oi为指标Z_oj的第i个描述特征,V_oji为Z_oj关于C_oi的取值范围,(a_oji,b_oji)即为经典域。

上式(2)中Z表示待评价指标的所有等级,V_pi为Z关于C_i所有等级的取值范围集合,(a_pi,b_pi)即为节域。

上式(3)中R₀为待评价物元,Z₀为评价指标,V_i为Z₀关于C_i的特征值实测数据。

将评价指标分为“差、较差、中、较好、好”五个等级,待评价定量指标的特征值用相较于传统现浇建筑节省或减少的比例表示,定性指标的特征值用数值0–1表示相较于传统现浇建筑提高的程度。因此,将定性指标的五个等级评价区间划分为(0,0.2)、(0.2,0.4)、(0.4,0.6)、(0.6,0.8)、(0.8,1),节域为(0,1);定量指标则在现有研究的基础上,结合装配式建筑较传统建筑在各方面提高的难易程度,通过对大量装配式建筑项目的效益测算结果进行比较分析,经过两轮专家咨询得出经典域及节域。最终得出的装配式建筑综合效益评价指标的经典域及节域如表3所示。

式(4)表示第i个指标与第j个等级的关联度,其中式(5)表示V_i与经典域的距离,式(6)表示V_i与节域的距离。K_j(V_i)越大说明该指标相对于该等级的隶属度越大,若K_j(V_i)=maxK_j(V_i),则评价对象V_i隶属于等级j。

通过专家对该项目的综合效益定性指标进行打分,并根据项目的实际情况对定量指标进行分析测算,以C₁₁和C₃₄指标为例,该项目现浇部分和装配式部分单位面积用水分别为1.55t/m²、0.65t/m²,可见装配式节省约56%的用水;项目先后获得多个奖项及荣誉称号,具有非常高的影响力,因此18位专家结合实际情况进行打分,除去最高和最低分后取平均值,得到C₃₄指标的评价值为0.85。最终,得出各指标的特征值矩阵p=(0.58,0.2,0.43,0.37,0.27,0.6,0.28,0.62,0.68,0.8,0.42,0.66,0.85)^T,通过计算关联度得出各指标的评价等级为P=(较好,较差,中,较好,较好,好,中,好,较好,较好,中,较好,好)^T。

上式(7)中w_j表示各评价指标的权重,K_j(W₀)为考虑各指标权重的综合关联度。对评价体系准则层和目标层中指标的评价等级进行逐层计算,若K_j(W₀)<-1,说明该指标的评价结果不属于此等级;若-1<K_j(W₀)<0,说明评价指标虽不属于此等级,但具有达到此等级的趋势,越接近于0表示向此等级靠近的趋势越强;若K_j(W₀)>0,表示指标的评价结果属于此等级。

结合指标权重计算准则层各效益及综合效益的评价等级关联度,汇总结果如表4所示。

上述分析显示,Y项目具备较好的综合效益,且具有向“中”发展的趋势,说明装配式建筑发展在行业内具备一定的优势和前景。同时,在提升装配式建筑经济、环境、社会效益各方面仍需做进一步努力。

(1)经济效益评价等级为“较好”,具有较强向“中”发展的趋势,说明该项目较传统现浇项目的经济效益不显著,其中,现浇部分和装配式部分单位面积用水分别为1.55t/m²、0.65t/m²;单位面积用电分别为8.1kwh/m²、6.5kwh/m²;装配式部分的钢筋和混凝土的单位面积用材量略有增加,木材和砂浆用量减少,工期节省30%以上。可见,项目在节省用电费用和材料用量方面的效益较弱,其原因在于生产、施工技术及管理人员能力尚不完备,相关人员业务不够熟练,专业生产企业、技术工人及管理人员均供不应求等。经济效益是决定建筑企业主动采用装配式建筑的主要因素,因此,政府需加强政策支持与财政补贴、增强监督力度并完善奖惩机制,同时,企业应加强教育培训以提升技术工人及管理者的专业素养,大力推进新技术研发及应用以优化生产及施工效率等,进而大幅度提升经济效益。

(2)环境效益评价等级为“好”,优势明显。该项目采用装配式碳排放量减少约27%,建筑垃圾减少约0.011t/m²,比传统现浇减少了约62%,PM2.5和PM10颗粒物浓度为98µg/m³、78µg/m³,降低约28%,减少污水排放效果显著,噪声由于仍需现场运输及拼装减弱效果一般,总体而言该项目在节能减排、绿色环保方面达到较高水平,先后获广厦奖、2019年度江苏绿色建筑创新项目一等奖及鲁班奖,模型评价的结果与实际相符。尽管环境效益显著,仍需完善相关政策规定,应将建设装配式建筑纳入我国建筑业“四节一环保”的建设目标中,政府应积极与环保部门合作,充分开发利用环境监测系统以实时监测建筑物碳排放及污染物排放,并将能源资源利用率、碳排放及污染物排放水平等作为考核建筑企业的评价指标,对企业实施一定的奖惩措施,促进建筑企业在装配式背景下进一步发展建造技术,提高节能减排水平及生产效率。

(3)社会效益评价等级为“好”,较为显著。该项目在适用性能、环境性能、经济性能、安全性能、耐久性能、住宅产业化成套技术应用和物业管理七个方面接受综合评价最终获得注重人居性能方面的最高奖“广厦奖”,是全国首个以绿色建筑三星级标准建设保障房的项目,说明其在人居性能、施工质量等方面较传统建筑有一定的提高,在行业中起到带头引领作用。项目去化率较高,但目前在业主使用方面较传统住宅尚没有突出的变化和优势。因此,政府方面应在全国积极推广试点城市和项目,企业应积极打造高品质科技建筑的品牌形象,同时开拓消费市场,增强消费者对装配式建筑的选择意愿和使用满意度。

(4)综合效益等级为“较好”,仍需进一步提升。从该项目取得的显著效果中可见,发展装配式建筑有助于实现我国建筑业节能减排目标,促进建筑企业转型升级,一定程度节约建造成本。同时,在现有发展水平基础上,应积极应用信息化、智能技术建造节能环保地科技型建筑,优化人居环境。政府应加强补贴调动建筑企业积极性,以提高设备利用率和生产效率,构建并完善的装配式建筑发展产业链,实现高效生产、快速运输、智能装配、精密质检,推动建筑行业向工业化、智能化、高品质及绿色环保方向发展。

本文从装配式建筑的经济效益、环境效益及社会效益三个方面展开讨论,在此基础上构建综合效益评价模型并应用于南京市Y装配式项目实例进行分析。装配式建筑具有较好的综合效益,在建筑节能环保、提高建筑施工安全、推动建筑产业转型升级等方面贡献巨大,但其经济效益较传统现浇建筑暂不具有明显的优势,仍需完善建筑企业产业链发展、提高生产效率、降低成本消耗,不断提升经济效益以求综合效益最优化。随着装配式建筑更广泛的应用及产业链的完善,综合效益的评价指标会发生变化,指标评价等级的确定因其发展阶段的不同而存在差异,因此适应动态变化的评价方法有待进一步研究。