装配式建筑是将工厂化生产的各类预制构件 (precast concrete, 简称PC构件) 通过物流配送运到施工现场, 并采用可靠的连接方式, 将构件进行组装, 以满足建筑功能要求的新型建筑技术体系。与传统建筑形式相比, 装配整体式建筑具有提高劳动效率、改善工程质量、缩短施工周期、四节一环保等优点, 是发展绿色建筑的重要途径。研究表明, 不同的结构形式、技术体系、预制率、管理模式、项目规模、建筑高度等都会在很大程度上影响装配式建筑的综合经济成本。但是, 预制率是其中较为突出的因素。预制率, 是指在建筑单体范围内, 预制构件混凝土体积占所使用的所有混凝土体积的比率^[1,2,3]。

　　 本文以实际装配式项目成本构成为切入点, 根据装配式建筑的特点, 从施工成本、使用成本和工期效益三个方面, 对比装配式建造方式和传统现浇建造方式的成本差异, 探究不同预制率条件下装配式建筑的综合经济效益, 以求得装配式建筑的最优预制率范围。

　　 为便于客观比较, 准确反映不同预制率对建造成本的影响, 在项目中针对不同预制率选择了不同的预制构件进行预制, 并根据不同的预制率制定了4套施工方案, 同时要求现场管理水平相同, 施工时间相近。

　　 本工程位于湖南省长沙市, 包含A, B两栋楼, 本文主要对B栋建筑进行成本分析。该项目建筑抗震设防烈度为6度, 设计基本加速度值为0.05g, 设计地震分组为第一组, 场地类别为Ⅱ类, 设计特征周期为0.35s, 剪力墙抗震等级为三级。建筑外墙采用真石漆, 内装饰按毛坯交房标准设计。项目效果图及B栋标准层平面布置见图1, 项目工程概况见表1。

　　 为满足建造成本分析的准确性, 本文所选的建筑单体均为纯住宅建筑, 不含商业部分, 所含1层地下室不作为对比分析对象, 本文仅针对±0.00以上单体建筑进行研究分析。

　　 建设项目施工成本是指建设项目在施工过程中发生全部生产费用的总和, 主要由直接费 (含材料费、人工费、机械费、措施费) 、间接费 (主要为管理费) 、利润、规费、税金等构成。其中直接费是构成建造成本的主体部分, 直接费的变化对工程造价变化起决定性作用^[4,5]。

　　 大量的项目数据表明:预制装配式住宅的建造流程与传统住宅存在较大差异, 主要体现在主体结构部分和装饰装修部分的直接成本构成上。因此, 本文重点对比分析两种建造模式下与装配式施工相关的及存在差异的地方, 即主体结构的人工费、材料费、施工机械使用费、措施费, 以及装饰装修的人工费、材料费, 同时考虑预制构件生产、运输、安装对施工成本的特殊影响。对于门窗安装、屋面保温及防水、公共部位装饰装修等施工成本几乎无差别的分项工程不予考虑。

　　 两种施工方式的四种施工方案在人工费上的差异对比详见表2、图2。由图表可以看出:1) 随着预制率的提高, 主体部分人工费呈先下降后上升趋势。当预制率为51%时, 主体部分人工费相对最小, 与传统施工方式相比, 可节约人工费用49.1%。但是, 当预制率大于51%时, 人工费又有所上升, 其原因为随预制构件数量增加, 预制构件的吊装费用增长显著, 使主体部分的总人工费有较大增加。2) 装饰部分的人工费总体呈下降趋势。当预制率为65%时, 装饰部分人工费仅占传统现浇方式人工费的16.3%, 可以节约装饰部分人工费83.7%。总结原因为装配式施工将现场大量湿作业由机械化装配替代, 施工机械台班的消耗量增加, 从而减少了相应劳务人员的用量;同时, 改善了工人的工作环境、提高了工作效率。

　　 此外, 预制构件在工厂内生产制作, 表面平整度更好, 吊装就位后墙面不需要抹灰, 大幅减少了内、外墙抹灰的工程量。

　　 材料费对比见表3及图3, 由图表可以看出:1) 随着预制率的提高, 预制构件的数量随之增加, 因为预制构件的成本较高, 从而导致材料费的大幅增长。如方案4中当预制率为65%时, 材料费为方案1的5.8倍。2) 预制构件以成品状态运至施工现场, 大量减少了砌体砌筑、内外墙粉刷等工程量, 可节约大量装饰材料, 当预制率为65%时, 装配式施工方式可节约装饰部分材料费的83.1%。3) 本项目装配式施工采用“三明治外墙”技术, 预制外墙构件中已包含保温材料费用, 故现场施工过程中仅1~2层现浇部分 (底部加强区) 考虑外墙保温工程, 其他楼层不再考虑保温工程。

　　 机械费对比见表4及图4。由图表可以看出:随着预制率的提高, 该项目的机械费成递减变化。其具体原因为随着预制率的提高, 大量的预制构件在工厂生产完成, 减少了施工现场的工作量, 从而使施工周期大幅缩短。而机械费与施工周期成正比关系, 所以随着预制率的提高, 机械费不断下降。

　　 措施费对比见表5及图5。由图表可以看出:随预制率提高, 措施费不断下降, 且当预制率达到65%时, 装配式施工可节约措施费42.6%, 总结原因为:1) 装配式施工所用周转材料回收率高, 大幅降低摊销成本;2) 装配式施工方式以机械生产代替了大量的现场作业, 减少施工人员数量, 从而减少临建费;3) 预制构件在工厂进行蒸汽养护, 构件吊装替代大量现场湿作业, 从而减少现场用水;4) 预制构件的采用减少了混凝土泵送机械台班, 同时工业化建造方式缩短工期, 使得用电量较传统施工大幅减少。

　　 装配式建筑的建造成本构成和核算方式与传统建筑存在较大区别。本文主要就构件和部品从施工成本效益、使用成本效益和工期效益三个方面对建造成本进行核算, 得到装配式建筑的单位面积造价, 并与传统建筑的单位面积造价对比, 从而分析装配式建筑建造成本所具有的经济效益。

　　 通过对装配式和现浇式建造成本的数据 (图6, 7) 进行分析可知, 虽然装配式建筑与传统建筑相比能够减少现场混凝土的浇筑量、内墙抹灰工程量以及砌筑工程量, 但是预制构件的生产和安装成本却大大增加, 导致装配式建筑的建造成本居高不下, 制约其快速高效的发展。例如, 当本项目的预制率为51%时, 成本增量为368元/m², 当预制率为65%时, 成本增量高达494.8元/m²。

　　 装配式建筑的使用成本要明显低于传统建筑, 使得其全生命周期成本最终会低于传统建筑。根据本项目实例及其他几个典型的装配式建筑的调研资料来初步估计其在使用阶段的成本, 进而阐述其明显效益优势。

　　 装配式建筑在建造过程中采用了高新技术和新型材料, 在后期的使用阶段管理成本要高于传统建筑。通过对装配式建筑的管理费用资料的统计, 装配式建筑的管理成本为26.4元/m², 现浇式建筑为24元/m²。

　　 装配式建筑是节能环保的新型建筑, 其能耗成本的降低是显著的。能耗成本主要考虑其在使用阶段的采暖费、电费、制冷费以及燃气费。经调研资料显示, 在建筑的全寿命周期内, 装配式建筑的能耗成本为11.65元/m², 现浇式建筑为27.39元/m²。

　　 装配式建筑在建造过程中使用的材料都具有很好的强度和耐久性, 所需维修费用比现浇式建筑少。经统计资料分析表明, 防水工程和主体结构的维修周期分别为5年和20年, 装配式建筑和现浇式建筑的寿命均按50年计算。其中, 装配式建筑防水工程的维修费用为3.8元/m², 主体的维修费用为15.4元/m², 20年后主体结构的维修费用为30.8元/m², 而现浇建筑的防水工程维修费用为5.7元/m², 主体的维修费用为30.8元/m², 20年后主体结构维修费为61.7元/m²。

　　 装配式建筑的使用效益为: (26.4+11.65+3.8+15.4+30.8) - (24+27.39+5.7+30.8+61.7) =-61.54元/m²。

　　 通过对本项目及其他多个项目的统计分析可知, 对于主体结构, 两种建造方式的工期基本相同。但是, 因为装配式建造方式提前了室内外装修作业的进场时间、缩短了外墙装饰作业时间, 提前了室外工程的开始时间, 可以使总工期提前1~3个月, 如图8所示。

　　 对于本项目, 当预制率为65%时, 总建安成本按照2 000元/m²计算, 施工投资额为2 300万元。根据表1中数据, 以总工期缩短2个月计算, 年息8%, 分3次回款, 可节省利息12万元, 折算后为-10.5元/m²。

　　 本文以长沙某项目为背景, 分析了不同预制率对装配整体式建造方式建造成本的影响, 揭示了影响装配式建筑建造成本的主要原因;并且从建造成本效益、使用成本效益和工期效益三个方面, 论证预制装配整体式建造模式与现浇整体式建造模式差异点, 为装配整体式剪力墙技术体系的发展提供参考。