建筑业作为国民经济的支柱产业,为我国经济的发展和劳动就业作出巨大贡献,但传统的粗放式建造方式已不适应建筑业高质量的发展。近几年国家大力提倡装配式建筑并出台大量支持政策,例如2016年国务院下发《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出,力争用10年左右时间使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。然而我国的装配式建造方式处于发展初级阶段,由于生产、运输以及安装等关键环节的规范标准不健全,导致建造质量有待于进一步提高,成本管理也急需加强。在装配式建筑中构配件的设计和生产是整个产业链的重要环节,同时大型建设项目一般采用EPC模式,即建筑企业根据合同协议对建设项目进行全包,对承包项目的费用、安全、质量以及进度负责。由此,以建筑企业为核心将建设项目全产业链实现高度集成化,对建设项目的质量和成本控制具有十分重要的作用。在对装配式建筑全产业链开展成本管理时,要明确全产业链运行机制和各阶段的重要影响因素,同时确定各影响因素之间的关联性,避免在成本管理的过程中顾此失彼,此外还要科学的判断支出成本是否处于合理状态。

装配式建筑全产业链是指以建筑企业为核心,风险共担为导向,将整个产业链企业形成相互依存的动态价值链。在装配式建筑产业链中,上中下游各企业需要保证高度合作和信息共享才能控制各关键节点的风险和成本增长。装配式建筑的成本主要分为设计阶段、生产运输阶段和施工阶段成本三部分,以下对各阶段的具体成本构成开展分析。

与传统建筑相比,装配式建筑需要考虑各预制构件安装的匹配性,保证各工程单位之间的高度协同合作,此外还要兼顾预制构件的运输和存储,因此需要增加技术策划和预制构件设计两个环节,设计成本要高于传统建筑。装配式建筑在设计阶段的成本主要包含方案设计、总体设计、技术策划、预制构件设计以及施工设计五个环节的设计成本。方案设计环节主要是设计单位根据建设单位的功能需求对装配式建筑的结构形式、建筑面积、基础形式等进行设计,该设计环节的成本主要与建设单位功能要求的多少和复杂性相关。总体设计环节主要是根据建设单位确定的方案,在考虑不同专业的设计特点和要求的情况下开展装配式建筑的主体结构、功能区等设计,该设计环节的成本主要与设计单位技术能力和建筑体量相关。技术策划环节主要是对特许权线路、国家规划退让线、运输通道等事项进行规划,该设计环节的成本主要与施工现场的情况相关。预制构件环节设计是首先是由设计单位对主体结构进行拆分,然后与生产商配合完成图纸设计,该设计环节的成本主要与预制构件的种类和复杂性相关。施工设计环节需要对工程特点、施工部署、装配式混凝土结构施工以及施工标准等事项进行设计和规定,该设计环节的成本主要与技术标准和主体结构相关。

在装配式建筑的生产阶段主要是对预制构件的生产,相比传统的现浇方式生产条件更好,有效避免施工现场不利条件的影响,减少材料浪费、工期延误等事项造成的成本增加,更为重要的是装配式建筑大幅降低现场施工的人工成本。预制构件在生产阶段的主要成本如表1所示:

通过表1的分析可以看出,在生产阶段装配式相比传统的现浇方式在人工、材料以及水电费用方面要更低,但是却增加模具、预埋件设置以及存放管理费用。随着模具、预埋件技术以及预制构件设计的不断成熟,该部分费用会逐渐降低,生产阶段的成本会显著低于传统现浇方式。在运输阶段预制构件的运输复杂性要远远高于传统现浇方式的原材料运输,因此运输成本也更高。预制构件的运输成本主要包含机械费用、装卸费用、配送费用以及辅助材料费用。预制构件的装卸需要大型机械的吊装,而且在运输时需要大量的辅助材料进行固定,会增加机械费用和辅助材料费用,此外,预制构件大多不规则导致车辆装配效率较低,增加配送费用。

施工阶段主要是对预制构件的安装以及部分部分现浇工作,在装配式建筑施工过程中安装要求和吊装要求更高,此外预制构件安装完成后需要进行修补,与传统现浇方式的成本费用存在较大差异。装配式建筑在施工阶段的主要成本如表2所示:

通过表2的分析可以看出,在施工阶段装配式相比传统的现浇方式现浇费用大幅降低,但增加了修复费用,同时人工费用、机械费用以及吊装费用会增加。以机械费用的塔吊为例,现浇方式下一般使用QTZ63系列租赁费用约1.3万/月,装配式建筑一般需要使用TC6015系列租赁费用约3.4万/月,对于更高的吊装要求则需要使用TC7027系列租赁费用约6.8万/月,大幅增加租赁成本。高规格的塔吊设备同时带来更高的养护费用和电费,以18层楼房的8个月的施工工期为例,TC6015系列塔吊的使用费用相比QTZ63系列要高约19万元。

在装配式建筑中预制构件的设计、运输和吊装安装是相比传统建筑最大的区别,也是影响全产业链成本的关键。

在设计阶段,装配式建筑对设计图纸的要求更高,不仅需要传统的二维图纸,还需要运用建筑信息模型(BIM)实现建筑结构、预制构件的三维可视,设计人员更需要细致勘测建设场地保证设计方案满足现场状况,避免后期更改设计方案而徒增成本。此外,总体设计的合理性以及预制构件的标准化设计会直接影响后续各个阶段的成本。可见,在设计阶段成本影响因素主要是施工现场的勘测、总体设计合理性以及预制构件设计的标准化。

在生产阶段,原材料的采购和预制构件生产占据全产业链成本较高的比重。建筑企业首先应根据设计方案选择原材料和生产供应商,在保证原材料质量和生产质量的前提下,控制原材料价格和供应商的生产成本。预制构件生产商的工业化程度以及生产规模决定了预制构件的质量和产量,预制构件质量不合格会导致大量返工,预制构件的产量过低会导致工期延误,因此,在生产还需要重点关注预制构件生产商的工业化程度和预制构件的产量。在运输阶段需要关注运输距离对成本的影响,尤其是预制构件生产工厂到使用现场的运输距离,一方面运输距离过远可能会影响施工进度,另一方面预制构件对运输要求较高,长时间运输可能会导致预制构件的损坏。可见,在生产运输阶段的成本影响因素主要是原材料价格、供应商的工业化程度、供应商的产量以及运输距离。

在施工阶段,装配式建筑的成本构成较为复杂,主要是预制构件安装各环节对成本产生影响。预制构件的安装需要专业的机械设备进行吊装和安拆,同时需要专业的技术工人配合安装。在预制构件的安装环节中,对机械设备、安装工人的技术要求较高,机械设备的租赁保养、安装工人的技术水平均会影响施工进度和建造质量,造成成本增加。与此同时,还需要考虑设备装配效率和技术工人安装效率对成本产生的影响。此外,预制构件安装涉及灌浆、连接件预埋件处理、硅胶密封等诸多事项而且技术要求较高,需要进行质量检测,一旦出现质量问题需要重新返工,因此在安装过程中需要注重质量检测。可见,在施工阶段的成本影响因素主要是机械设备、工人安装专业水平、安装效率、装配效率以及质量检测。

综上所述,全产业链成本的影响因素如表3所示。

国内建筑行业通过BIM技术可以实现全产业链各参与方在模型中操作和更改工程信息。BIM技术不仅能够帮助设计单位实现更加深化、精细的设计,更是一种有效的信息载体有助于全产业链各单位通过BIM技术获取所需信息。此外,运用BIM技术可以实现预制构件吊装以及安装的模拟演示,有效提升安装效率,可见,运用BIM技术有助于装配式建筑开展成本管理,国内学者纷纷将BIM技术融入装配式建筑成本管理中开展研究。本文开展的装配式建筑全产业链成本管控分析也加入BIM技术,力求以BIM技术为载体帮助建筑企业开展高效的全产业链成本管控。

在设计阶段,装配式建筑的设计要求和设计复杂性相比传统建筑更高,尤其是增加技术策划和预制构件设计两个环节导致设计成本增加。通过上文对设计阶段成本构成和成本影响因素的分析,该阶段的成本管控应从方案设计、预制构件设计以及预算三个方面开展。

施工现场的勘测关乎到方案设计和技术策划,专业人员的现场勘测必不可少,但运用BIM技术和地理信息系统(GIS)技术可以在勘测前形成3D图纸和平面图纸,在提前进行相关设计和规划后能够明确勘测的重点,专业人员的现场勘测能够具备更高的指向性,提升勘测准确性和效率性。

从方案设计来看,BIM技术可以从数据库中选择类似项目模型进行修改更新,快速生成多种5D模型由决策者确定整体方案,相比传统的设计方式能够大幅降低方案设计成本。BIM技术通过碰撞检查、模拟建造等功能可以有效避免不可预见的问题,减少方案设计的返工成本。江苏南通政务中心停车综合楼项目,运用BIM的可视化技术将Revit模型直接导入FUZOR视频引擎针对空调风管、预埋件的管线对接等碰撞问题进行模拟演示,发现480余处碰撞问题和对接问题,因及时修改管路节省直接成本约56万元并避免后期整改而造成成本增加。此外,由此可见,运用BIM开展装配式建筑的方案设计能够有效控制设计成本,同时可以避免不可预见问题,防止后期整改造成成本增加。

从预制构件设计来看,BIM技术可以运用通用设计环境中建模互操作性功能对历史信息数据进行重复利用,同时,数据库中存在大量的预制构件模型,可以直接进行修改更新,减少预制构件设计的工作量。此外,BIM作为信息平台可以对预制构件的成本进行预测,同时借助BIM技术的模拟安装拆分功能对不同种类、数量预制构件的总成本进行预测,尽量减少预制构件的种类并降低制造难度,降低生产成本。南京国际健康城社区综合服务中心项目借助Revit软件建立预制构件的BIM信息模型,通过对外墙板构件的对比和优化,设计了统一的尺寸规格减少了4套模具种类,不仅节省约40万元的直接成本,还提升了后期的安装效率。可见,运用BIM技术开展预制构件设计可以大幅减少工作量,同时减少预制构件的种类能够降低后期的生产成本和安装成本。

在生产运输阶段,装配式建筑成本管控的关键在于预制构件的生产和运输。通过上文对生产运输阶段成本构成和成本影响因素的分析发现,由于预制构件的集中化、生产线式制造,人工费用、材料费用以及水电费用相比传统建筑有所减少,因此在该阶段的成本管控应集中在预制构件的模具设计、生产标准以及存放管理运输三个方面。

在装配式建筑中,每一个预制构件的生产均需要集合多方面信息,其模具的外形尺寸、内部预埋件位置要求较高,一旦出现较大误差需要开展大规模的整改工作,甚至需要重新订制预制构件,导致成本大幅增加。在预制构件模具设计时,BIM技术能够提供精确的模型,并通过三视图、剖视图等帮助生产商开展设计。为了控制模具设计成本,在设计阶段生产商即应当积极介入预制构件设计,根据自身的生产经验对预制构件的设计提出意见,在满足技术要求的前提下,尽量减少预制构件的种类和设计复杂性,降低模具设计成本。此外,在模具设计时注意运输和吊装的便利性,预设便于固定、吊装的部位,降低后期运输和吊装成本。

预制构件的生产质量和生产进度是控制装配式建筑成本的关键。预制构件的现场安装对外形尺寸、预埋件位置的要求较高,出现一定的误差则会产生大量的整改成本,如果预制构件的尺寸或预埋件位置出现重大偏差会导致整批预制构件返工,严重拖延工期,此外,预制构件的生产进度如果不能匹配施工进度,也会拖延工期导致成本增加。因此,生产商应重视生产质量,保证预制构件产品满足设计要求,并定期根据技术要求对预制构件产品进行抽查,避免不合格产品进入施工现场造成成本费用增加,同时定期与施工现场进行沟通,保证预制构件的及时供应,避免工期延误产生成本增加。

在预制构件的存放管理方面,生产商应定期与施工现场沟通,明确各种类型预制构件需求数量和顺序,并以此为基础对预制构件进行存放管理方便后续的吊装和装载。预制构件的装载和运输需要注意易损部位的保护,避免长途运输导致预制构件损坏,此外,各种类型的预制构件应搭配装载,提升满载率降低运输成本。

在施工阶段,装配式建筑成本管控的关键在于预制构件的安装,通过上文对施工阶段成本构成和成本影响因素的分析发现,机械设备的租赁和保养费用较为固定可以通过缩减工期进行控制,因此在该阶段的成本管控应集中在安装装配效率和质量检测两个方面。

在施工阶段占比最高的两项费用是机械费用和人工费用,在保证安装效率的情况下,能够大幅减少该阶段的成本。运用BIM技术的可视化管理功能可以对预制构件的安装进行模拟操作,确定最优的安装顺序和吊装线路,同时在模拟安装时能够总结出各关键环节的注意事项和实际需要的安装工人人数。上海浦东新区惠南新市镇23号楼项目的施工阶段运用BIM技术的5D可视化管理功能,将施工过程中的劳动力、材料和机械等相关资源进行整合,一方面控制资源配比,另一方面实时监控施工进度,节省工期约25天、费用约50万元。南京国际健康城社区综合服务中心项目使用Navisworks软件对预制构件进行吊装和安装的模拟演示,并制作了吊装过程动画,使施工人员能够更清楚的掌握吊装流程,通过吊装和安装的模拟演示节省工期约20天、费用约60万元。可见,在每个阶段的安装工作开展之前,可以通过BIM技术对吊装工人和安装工人进行操作演示和关键注意事项的培训,提升安装效率减少直接成本。

在施工阶段,预制构件的安装、连接件预埋件处理以及灌浆等工作直接影响建筑质量,一旦出现质量问题可能会导致严重的返工增加施工成本,若未得到及时检查可能会出现安全成本。运用BIM技术的可视化管理功能和模拟演示功能可以在吊装流程和安装流程的基础上增加质量检测环节,优化各环节的顺序,在质量检测未通过的情况下禁止开展后续的工作,避免因质量问题导致返工产生更多的施工成本。

装配式建筑相比传统建筑对设计、生产、安装等阶段的技术要求更高,而且各阶段之间的关联性更强,任何一个阶段出现问题均会引发连锁反应,导致后续阶段的成本增加,由此,装配式建筑需要实现全产业链高度集成化,将各阶段紧密相扣才能开展有效的成本管理。装配式建筑的成本管理可以运用BIM技术实现各个阶段的节节贯通,通过模型构建、工程量数据输出、模拟安装等功能控制成本问题发生,统筹开展成本管理。