当前国家和各级地方政府都出台了一系列的相关政策大力推进装配式建筑的发展。有些地方政府将装配式建筑的装配率与土地政策结合, 或者出台了奖励政策, 以求激发建筑企业的积极性, 推动装配式建筑的快速发展。建筑企业为了拿地必须达到特定的预制率或装配率, 或者为了争取政府的政策奖励, 建筑企业在明知装配式建筑成本相比于传统现浇建筑较高的情况下也会选择装配式建筑。因此如何科学经济地选择建筑构件对于建筑企业至关重要, 可以使其在满足国家政策的同时能够最大限度地节约成本。

目前, 国内对于装配式建筑构配件的选择研究较少, 相关研究主要是通过对具体项目进行分析。有研究者以亚泰外墙板为例给出了外墙、叠合板等预制构件制作的实物消耗量实测数据, 为本研究提供了思路。有研究者通过对上海某项目的预制率的对比及考虑项目的施工和安装特点, 得出上海地区预制构件的选择顺序为:非次要结构受力构件 (楼梯、阳台板、空调板等) 、预制非承重外墙板、预制剪力墙外墙、叠合板、叠合梁、预制剪力墙内墙板。有研究者对沈阳中南世纪城项目预制叠合楼板、预制楼梯、预制外墙板、预制内墙板等构件进行经济分析与预制率核算, 得到了一个合适的装配率及构件组合。但是由于建设项目具有独特性、地域性, 每个项目都有自己的特点, 某一地区某一项目具有一定得特定性, 并不能代表普遍规律。本文试图在现行的清单计价模式下, 借助反映社会平均生产力的消耗量定额及材料的信息价或市场价, 从经济成本的角度分析装配式构配件的选择, 为业主或施工方提供参考。

建设项目费用的组成主要由直接费 (与工程项目直接相关的费用包括人工费、材料费、机械使用费以及措施费) 、间接费 (主要是管理费和政府规定要缴纳的费用) 、利润、规费和税金等构成。目前国内多数省份的管理费、利润、规费的计取基数基本上都与直接费相关, 例如管理费是以定额人工和机械为基数, 规费是直接费、管理费、利润之和乘以相应的费率, 利润是企业自定的, 税金也是按相应规定乘以相应的税率。由此可见, 直接费的变化对工程成本影响巨大。因此本文主要讨论建筑构件的直接费, 即人工费、材料费、机械费对施工构配件选择的影响。

随着我国经济的发展, 清单计价模式在我国建筑行业应用越来越广。清单计价采取“量价分离”, 更符合市场经济, 使市场经济充满竞争活力, 推动建筑业企业的发展。而且由于“使用国有资金投资的建设工程发承包, 必须采用工程量清单计价”, 如今的工程造价管理已由消耗量定额与价格信息并重向价格信息为主、消耗量定额为辅转变, 造价管理的信息化水平需提高、市场化程度需增强。

装配式建筑由于在我国正处于起步阶段, 相应的规范及标准还未完全建立。装配式建筑由原先的在施工现场浇筑梁、板、柱、墙等构件转变成采购现成的预制构件运输到现场进行组装, 原有的套取消耗量定额报价的做法已不完全适用, 这是因为预制构件生产厂商为了尽快获利, 必然会将设备、厂房以及土地费用加速分摊到构件上, 套用消耗量定额并不能很好地反映这一现象。现场建造方式变为构件工厂化生产, 原有的人材机消耗量对构件的影响程度降低, 构件的市场价格显得尤为重要, 所以对于装配式建筑应选用清单计价方式, 实现其量价分离。本文采用预制构件的采购价和现场安装的消耗量定额能更好地反映现阶段装配式建筑真实的生产状况, 因此在清单计价模式下研究装配式建筑构件将更加科学合理。

2017年3月1日起开始执行的《装配式建筑工程消耗量定额》与原有的《房屋建筑和装饰工程消耗量定额》 (TY01-31-2015) 配套使用, 这两个定额规定了分部分项工程所需人力和物力的消耗量标准和额度, 决定了装配式建筑单项工程的成本和造价, 是编制工程投资估算、投标控制价、施工图预算、竣工结算的依据, 可以为业主和施工单位进行工程计价活动提供参考依据。因此在两种消耗量定额的基础上, 根据工料机的市场价或信息价分析建筑构配件的成本, 可以使研究成果更符合真实情况, 更好地为造价确定和控制服务。

目前我国的装配式构件生产技术和能力较之以往大幅提高, 如万科集团的VSI体系和装配整体式剪力墙体系, 中南集团的全预制装配整体式剪力墙结构 (NPC体系) , 安徽西伟德的复合板式剪力墙体系, 上海城建集团的装配式框架剪力墙结构等。几乎各种预制构配件都能像商品一样买到, 本文主要选择柱、梁、板、外墙、隔墙、承重墙、楼梯、阳台和空调板等9种主要构件, 分析其装配式与现浇建造方式的成本差异。

传统现浇建造方式的直接费主要包括混凝土工程、钢筋工程、模板工程以及脚手架工程费用。而对于装配式建造方式的直接费主要包括采购预制构件的费用、运输费用、起吊以及安装费用。本文主要分析装配式施工方式与现浇建造方式在人工、材料以及机械等成本方面的差异, 测算增量成本从而为在施工中选择构配件提供参考依据。

建筑物的构配件的选择需要根据建筑项目的结构、位置、荷载等具体要求进行截面计算和配筋。为了便于研究, 本文根据相关的设计规范, 选取构配件的截面和钢筋型号, 与市场上的预制构件进行比较, 求得单方构件的费用差。装配式建筑为了保证可靠的工程质量, 在节点安装处会消耗多一点的钢筋和混凝土, 装配式建筑的钢筋混凝土用量包括已包含在构件采购价格以及在安装过程中的消耗量, 假设现浇建造的构件钢筋混凝土的含量与预制构件的出厂含量相等。此外本文是对构件进行横向比较, 单方构件的起吊以及泵送费用对增量成本的研究影响不大, 在此不多做比较。

根据相应的设计规范、标准以及验收规范, 本文总结梳理了各主要构配件的参数如表1所示。

本研究中选择的是预制外墙PCF板 (外页墙+保温:80mm+30mm) , 为了具有可比性, 现浇建筑的外墙假设为剪力墙外加外墙面板PFC板, 装配式建筑的隔墙为剪力墙, 现浇建造方式的隔墙为砌块加抹灰。通过研究现浇建造方式的消耗量, 发现其分为混凝土工程、钢筋工程、脚手架工程以及模板工程, 为了便于比较必须将现浇构件与同规格的预制构件进行比较, 因此要按预制构件为标准换算出现浇构件混凝土、钢筋等工程的工程量, 在此基础上进行增量成本的测算比较。具体的换算如下 (以框架柱为例) 。

例如, 市场上预制柱钢筋的含量为230kg/m³, 查表可知直径18mm的钢筋的线密度为2kg/m。同规格单方现浇柱的钢筋长度为:l=230÷2=115m;则单方柱钢筋的体积为:V_钢筋=π× (0.018/2) ²×115≈0.029m³;单方柱混凝土的体积为:V_砼=1-0.0 29=0.9 71m³;柱底面积为:S=0.5×0.5=0.25m², 单方柱模板高度为:h=1÷0.25=4m, 则单方柱模板工程量为:0.5×4×4=8m²。

此外满堂脚手架的工程量按投影面积计算, 按照上述方法可以计算出各现浇构件的钢筋、混凝土、模板以及脚手架的工程量。此外需要特别注意的是消耗量定额中楼梯的工程量都是按投影面积计算, 根据经验数据可知100m²水平投影的楼梯的混凝土用量为26.4m³, 据此可知单立方米楼梯的水平投影面积为3.79m², 即楼梯的模板、脚手架工程量为3.79m²。本研究采用的市场预制构件的规格以及价格如表2, 同规格各现浇构件单方的工程量见表2。

相关文献研究表明装配式建筑较传统建筑的成本高, 所以通过对各构件增量成本进行对比研究, 可以为业主选择装配式建筑构配件提供参考依据。

装配式建筑的增量成本为:

装配式建筑的成本由采购费用以及装配式建筑安装过程中的人材机费用两部分构成, 现浇建筑构件的成本为各分部工程人材机费用和。因此装配式建筑和现浇建筑各构件的成本分别为:

上式中, G表示预制构件费用, R表示总人工费, C表示总材料费, J表示总机械费。R、C、J表示的是各分部工程的总费用。其中:R=r₁+r₂+r₃+…+r_i, C=c₁+c₂+c₃+…+c_i, J=j₁+j₂+j₃+…+j_i。

装配式建筑主要涉及的是安装人工 (假设运输人工也为安装人工) , 现浇式建筑的人工主要包括建筑人工 (包括混凝土工程人工和钢筋工程的人工) 、模板人工和脚手架人工。消耗量定额中将人工分为普工、一般技工和高级技工, 在此只计算总人工, 不区分等级, 人工费取平均值以消除误差。人工费的计算如下:

其中, X₁、X₂、X₃、X₄分别为建筑人工费、安装人工费、模板人工费和脚手架人工费;Y₁、Y₂、Y₃、Y₄分别为建筑、安装、模板以及脚手架人工工日。通过广材网查询北京市建筑工程最低人工费为97元/工日, 最高为101元/工日, 取平均值99元/工日;安装工程最低人工费为83元/工日, 最高为91元/工日, 取平均值87元/工日;模板工的人工费取130元/工日, 脚手架工的人工费取240元/工日。

装配式建筑的材料费主要包括材料的出厂价以及安装和运输过程中的材料消耗费, 现浇建筑的材料费主要包括混凝土工程、钢筋工程、模板以及脚手架工程中的材料, 包含水电费。其他材料的费用由消耗量定额以及通过广材网的市场价确定。由于消耗量定额中的模板以及脚手架的用量为摊销量, 因此可以直接计算, 不再考虑周转次数。材料费用的计算如下:

式中, P_i表示各种材料的价格, N_i表示各材料的用量。

装配式建筑的机械费主要是运输的车辆和汽车起重机以及安装时的机械费用, 现浇建筑的机械主要包括钢筋弯曲机、切断机、木工圆锯机等机械。根据消耗量定额, 按单体的体积、面积以及长度, 假设柱、梁、板、外墙、承重墙、隔墙为二类构件, 楼梯、阳台、空调板为一类构件。消耗量定额中的构件运输适用于从构件堆场或构件生产厂运输到施工现场的运输, 运距以30km考虑, 超过30km另行计算。机械费计算如下:

式中, Q_i表示各种机械的台班, T_i表示各机械台班的价格。

建设项目的成本主要是由直接费决定的, 其他费用大多是在直接费的基础上乘以一定比率而得, 因此直接费的高低可以间接代替构件成本为决策提供依据。通过收集各材料等的信息价或市场价, 利用消耗量定额, 按上述方法计算装配式建筑与传统现浇建筑的成本, 并测算其增量成本。装配式建筑与现浇建筑的增量成本对比见表2。

通过对装配式建筑增量成本的分析, 装配式构配件选择的顺序为空调板、楼梯、阳台、承重墙、板、柱、梁、外墙、隔墙。装配式建筑相比传统建筑, 具有节约人工的优势, 费用主要在材料费用以及运输费用上。

装配式建筑的人工费比现浇建筑的人工费用要低, 主要是因为装配式建筑的预制构件是在工厂预先生产好的, 工厂部分的人工费等已经计量在预制构件的价格里。

装配式建筑的材料费都高于现浇建筑, 这主要是由于现浇构件在我国才刚开始发展, 没有统一的规范和模数, 且构件厂大多数是新建的, 厂商为了回本, 会将工厂、土地、设备等费用提前加速折旧到构件中, 因此造成了材料费用的偏高。

装配式建筑的机械费用远远高于现浇式建筑, 主要的费用发生在构件的运输过程中。同时发现各构件机械费用大致相等。假设不考虑运输费用, 总的来说装配式建筑的机械费用比现浇的费用低, 这是因为装配式建筑的大量机械的使用在构件生产厂, 机械费已包含在预制构件的材料费中。

本研究收集了一些地区已完工的装配式建筑, 通过其所选取的预制构件的类型来验证本研究结果, 对指导实践有一定的参考价值。选取的具体项目如表3。

通过上述14个项目可以发现随着预制率的提高, 预制构件增加的顺序大致为楼梯、楼板、内墙、阳台、空调板、外墙、梁。这与借助消耗量定额, 通过成本比较选择预制构件的结果大致相同。

在构件选择时不仅要考虑成本因素, 还要结合项目具体情况进行选择, 这就会造成上述的差异。如在构件的选择中有时为了到达标准化, 选择构件时还需要考虑构件在整体结构中的占比, 因此有些构件的成本虽然偏低, 但是它在构件中占比少, 数量少, 所以也会被推后选用, 如阳台、空调板的选用顺序比内墙靠后。此外, 政策也会影响装配式构配件的选择, 如上海市对总建筑面积达到3万平方米以上, 且预制装配率达到45%及以上的装配式住宅项目, 每平方米补贴100元, 单个项目最高补贴1000万元;对自愿实施装配式建筑的项目给予不超过3%的容积率奖励;装配式建筑外墙采用预制夹心保温墙体的, 给予不超过3%的容积率奖励。因此即使外墙成本费用偏高, 建设单位也会优选用外墙, 建设项目的结构设计也是影响结构构件选择的重要因素。

由上表可知相同的装配率, 由于选择了不同构件成本增幅会有不同, 充分证明了构件选择的重要性, 如项目1和项目2同样10%的预制率, 构件选择不同, 成本增幅也不同。同时即使选用相同的构件, 成本增幅也会不同, 这与项目的规模、项目的独特性, 所处的位置不同以及项目管理水平的高低等都有很大的关系。总的来说, 随着装配率的提高, 选择的预制构件的种类增多, 增量成本的增幅趋缓。

随着建筑产业化的发展、构件标准化规范化、生产技术的进步以及构件厂成本的收回, 装配式建筑材料的成本能够大大降低, 加之其在节能节水节地以及在环保等方面的效益的凸显, 装配式建筑将会迎来很好的发展机遇。建设单位、施工单位科学合理地选择装配式构件, 可以在最大程度节约成本的情况下争取政府的奖励, 从而实现建筑企业的转型升级。同时装配式建筑效益的量化、全生命周期的成本、信息价等的确定等, 可以为推动装配式建筑的发展提供理论支撑, 值得进行深入研究。