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装配式剪力墙结构预制率与成本的相关性分析

装配式剪力墙结构预制率与成本的相关性分析

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本研究通过工程实例,定量对比分析了不同预制率下,装配式混凝土剪力墙建安工程费的成本增量及影响因素,提出了相应的成本控制措施。


1 不同建造方式下成本对比分析


某工程项目建筑高度为96.00 m,地上建筑面积为14 139.37 ㎡,地下建筑面积为486.29 ㎡,地上33层,地下2层,结构形式采用剪力墙结构,抗震等级为二级。该单体建筑中预制构件种类、单方成本见表1、表2。


表1 某单体建筑各施工方案

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表2 不同类型预制构件与现浇结构成本

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为满足造价分析的准确性,只考虑毛坯交房标准设计,对该楼地上部分工程造价进行估算分析。±0.000 m以上部分混凝土总用量为4 050.58 m³,现浇混凝土用量1 528.17 m³,预制构件混凝土用量2 522.41 m³,地上部分预制率约62.27 %。


通过对本项目的预制构件的组合进行重组,拟定了多套不同的施工方案,其中方案1为传统现浇式,方案2到方案6分为预制率不同的预制装配式,方案6为该单体建筑实际的预制构件组合方案。依据实测数据,对不同预制率下的成本构成要素和施工成本进行了定量分析。


2 不同建造模式下对比分析


依据实测数据,对不同预制率下的成本构成要素(人工费、材料费、机械费)和施工成本进行了定量分析。


2.1 工期对比


依据TY 01–89–2016《建筑安装工程工期定额》,采用转换系数法对6种施工方案施工工期进行估算,未明确提及的转化系数按照线性插值法确定。不同建造模式对应工期估算见表3,不同预制率下的各方案施工工期如图1所示。


表3 不同建造模式对应工期估算

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图1 不同预制率下的各方案施工工期


由图1可知,预制装配式建造模式的施工工期更短。相应地,建设投资周期也会缩短,降低利息,工程造价随之降低。


2.2 人工费对比


传统现浇式和预制装配式的6种施工方案的人工费差异详见表4、如图2所示。其中造价增幅是装配式与现浇式的差额所占现浇式项目费用比例计算得出,后文同理。从图表中可知,人工费随着预制率的升高而增大。相比于传统现浇式,预制率越高,装配式建造模式下的人工费造价增幅越大,人工费所占建安工程费用的比例越小。当预制率超过约16 %时,人工费增幅的下降速率增大。原因是预制装配式建造模式使机械化设备作业代替了人工现浇作业,减少了劳务人员数量,改善了人工作业环境,提高了工作效率。另外,工期的缩短也使人工费随之降低。


表4 不同预制率下人工费统计

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图2 预制率与人工费增幅关系


2.3 材料费对比


不同预制率下,材料费见表5、如图3所示。由图3可见,预制率增大,材料费增幅增大,造价增幅的增长速率较稳定。


当预制率超过60 %时,材料费增幅超过1,材料费所占建安工程费的比例也随之增加。当预制率较高,预制构件的数量随之增加。能看出预制率在38 %~46 %时,造价增幅提升最快。传统现浇结构中外墙板多为砌筑工程,相对造价较低。但预制构件生产制作时,模板及工具摊销成本有所降低。


表5 不同预制率下材料费统计

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图3 预制率与材料费增幅关系


2.4 机械费对比


不同方案的机械费对比见表6、如图4所示。


表6 不同预制率下机械费统计

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图4 预制率与机械费增幅关系


由表6可知,机械费在建安工程费中占比较小。总体来看,机械费随预制率的增高而减少,所占建安工程费的比例也随之稳定下降,但机械费增幅变化趋势的规律不明显,当预制率处于0 %~16 %以及20 %~40 %的时候,随预制率增高,机械费增幅的下降速率较低,变化曲线平缓。当预制率超过45 %时,下降速率较大。由于预制率增高工期会随之缩短,机械费与工期呈正相关关系,也会随之减少。另外,预制构件的使用减少了现场的工作量。


2.5 施工总成本


不同预制率下项目工程造价见表7。


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前述分别将预制率与建安工程费中某一构成要素(人工费、材料费、机械费)作为两个变量,进行定量分析。一方面,工期的缩短,意味着投资周期的缩短,贷款利息相应减少。另一方面,工期提前建筑承包商可以获得奖励。预制率的不同,工期差别较大。故除了对建安工程费进行分析外,考虑工期效益,进一步进行施工成本的定量分析。


根据一般的建设工程施工合同中的对工期提前滞后的奖罚约定,以及项目建设时期中国建设银行对外公布的企业抵押贷款年利率,进行估算。


结合工期效益与贷款利息,通过Origin软件进行曲线拟合,得到两条2阶多项式拟合曲线,如图5所示。

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图5 预制率与施工成本的关系


两条曲线分别为不同预制率下,不考虑工期效益时的造价增幅和考虑造价时的造价增幅。曲线的相关系数均大于0.99,曲线拟合程度较高。


由图5可知,随着预制率的增大,施工总成本增幅也在平缓增加,但均小于不考虑工期效益的成本增幅。在预制率小于20 %时,二者增加速率均较小。当预制率超过45 %时,二者差值与预制率呈正相关关系。预制率越高,工期效益越明显。


3 相应的成本控制措施


3.1 成本差异性原因分析


不同预制率下人材机费用占比如图6所示。

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图6 不同预制率下人材机费用占比


由前述内容及图6可以看出,总造价增幅随预制率的增加而增加。材料费在建安工程费中的占比更高,受预制率影响更明显。人工费和机械费的占比较小且不敏感。由分析可知,预制构件的使用是影响工程成本的关键因素。当预制率达到60 %时,材料费用在建安工程费用中占比高达70 %。从宏观角度分析,市场中有成熟的经验和技术能力的设计单位、施工单位不多。生产预制构件的建筑厂商能力有限,尚未形成有利于行业技术发展的市场化竞争格局。


3.2 成本控制措施


基于前文具体工程案例分析,提出以下成本控制措施。


(1)在设计阶段确定合理的预制率。在设计阶段,预制率与建安成本呈正相关关系。预制率越高,一方面降低了人工管理的费用,另一方面直接导致构件生产运输、吊装和安装等费用的增加。目前在我国装配技术仍未完全成熟的背景下,设计预制率高低和设计标准化程度是影响建造成本的重要因素。提高预制率,装配式住宅产业化的优势得以更好地发挥,但预制率并不是越高越好。


(2)在生产和运输阶段科学生产和管理。现阶段,我国尚未形成预制混凝土构件的标准化和通用化。预制构件生产类型一般分为流水生产线和固定模台生产线,相较而言后者经济效益更好。一方面降低了生产设备的投资成本,另一方面可以更好地保障构件质量和性能。根据设计方案中所运输构件的尺寸、形状等差异,制订高效安全的运输方案,控制生产运输成本。


(3)施工阶段加强组织管理。加强施工组织管理是控制施工安装阶段成本的有效措施。依据前文分析,人工费受预制率变化的影响不敏感,可以适当增加投入,实行精细化管理,定期组织人员培训,提高专业素养。同时充分利用现场机械设备,提高安装成功率,降低工程造价。


4 结束语


装配式剪力墙结构的高成本现状是制约其发展的重要影响因素,本研究以南通市某项目中一幢装配式剪力墙结构的单体建筑为背景,分析了不同预制率下,工期及建安工程费中的人工费、材料费、机械费的变化规律,分析工程造价高的具体原因后,结合工期效益,对总体建造成本与预制率的关系,进行了定量分析。


进而分析了装配式剪力墙结构工程造价高的直接原因,提出了不同建造流程中进行成本控制的相应措施,对实际应用中把握装配式剪力墙结构的工程造价方面具有参考意义。


摘自《建筑技术》2023年4月,刘 琳, 刘家彬


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