全生命周期視角下裝配式建筑綜合效益研究

張 恒，吳仕露，王志遠

全生命周期視角下裝配式建筑綜合效益研究

張 恒，吳仕露，王志遠

(安徽財經(jīng)大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

裝配式建筑是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級和供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的方向，但我國裝配式建筑研究起步較晚，缺乏系統(tǒng)的理論研究與工程實踐，裝配式建筑效益分析不夠完善。從全生命周期視角出發(fā)，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)和研究文獻，系統(tǒng)分析裝配式建筑在經(jīng)濟、社會、環(huán)境三個方面的效益情況并建立裝配式建筑綜合效益指標體系，利用層次分析法確定指標體系權(quán)重。結(jié)果表明，在裝配式建筑綜合效益指標體系中，技術(shù)研發(fā)費用、資源節(jié)約效益、結(jié)構(gòu)工程成本占據(jù)比重較大，作用較為明顯，為后期裝配式建筑效益評價提供指標參考，促進裝配式建筑高質(zhì)量發(fā)展。

裝配式建筑；全生命周期；綜合效益；層次分析法

傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑具有建造周期長、環(huán)境破壞嚴重、安全隱患多以及建筑效率低等缺陷。裝配式建筑相對于傳統(tǒng)建筑方式，具有低碳、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢，是實現(xiàn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方式。然而，我國在積極探索發(fā)展裝配式建筑進程中，遇到了一些有待解決的問題。比如，如何完善相關(guān)技術(shù)規(guī)范、如何提高裝配式結(jié)構(gòu)水平、如何建立并推廣一套完整的標準化構(gòu)件模數(shù)體系等，尤其是裝配式建筑的綜合效益情況研究比較模糊，這些問題嚴重阻礙了裝配式建筑的快速推廣。因此，研究全生命周期視角下的裝配式建筑綜合效益對于其實現(xiàn)建筑工業(yè)化顯得尤為重要。裝配式建筑全生命周期綜合效益是指裝配式建筑在決策、設(shè)計、施工、運營以及回收拆除階段中所產(chǎn)生的經(jīng)濟、社會、環(huán)境等方面的綜合影響力。本文主要是通過文獻梳理及相關(guān)因素分析，建立全生命周期視角下的裝配式建筑綜合效益指標體系，并利用層次分析法來確定指標權(quán)重，為裝配式建筑的綜合評價提供依據(jù)。

一、全生命周期下裝配式建筑綜合效益分析

（一）經(jīng)濟效益

由于我國裝配式建筑起步較晚，相關(guān)技術(shù)不夠成熟，因而在決策階段需要花費更多的時間和成本，在信息收集和技術(shù)研發(fā)上會產(chǎn)生更多的決策成本。此外，裝配式建筑更加注重協(xié)同一體化的設(shè)計思路，強調(diào)深化設(shè)計，在施工圖設(shè)計基礎(chǔ)上新增構(gòu)件拆分圖、預(yù)制構(gòu)件詳圖、構(gòu)件運輸和現(xiàn)場吊裝、固定設(shè)施安裝孔的位置預(yù)留等設(shè)計，同時設(shè)計理念和技術(shù)體系還不夠完善，導(dǎo)致設(shè)計費用相對昂貴[1]。

施工階段，目前我國裝配式建筑存在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)規(guī)?；潭容^低、裝配式作業(yè)程度不足、設(shè)計施工管理一體化體系不夠健全等問題，導(dǎo)致裝配式建造成本仍然普遍高于傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑。其中，顏和平[2]從建筑結(jié)構(gòu)、裝飾、安裝方面對比分析兩者之間的施工成本差異，得出增加的結(jié)構(gòu)成本主要來自于預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸和吊裝等涉及的一系列直接費用和間接費用。同時裝配式建筑在安裝和裝飾方面體現(xiàn)的成本優(yōu)勢較為明顯，這主要歸功于預(yù)制構(gòu)件的標準設(shè)計以及構(gòu)件孔洞的預(yù)留設(shè)計減少了后期建造過程中砌筑工程量和抹灰工程量，并且這些成本會隨著裝配率的提高進一步降低。

裝配式建筑運營階段的經(jīng)濟效益主要包括管理維護成本和能耗成本[3]。管理維護成本主要是對建筑項目的相關(guān)設(shè)備設(shè)施進行計劃性管理和更新檢修所產(chǎn)生的費用。裝配式建筑的預(yù)制板、預(yù)制墻等構(gòu)件采用具有良好耐久性和耐熱性的材料，因此，裝配式建筑在維護階段產(chǎn)生的費用較低。此外，運營階段通常會產(chǎn)生大量的能耗成本，水電是最主要的能源消耗。但裝配式建筑設(shè)施大部分采用的是較為先進的節(jié)能材料，其能源消耗大大降低、建筑設(shè)施的壽命明顯增加，從而裝配式建筑的能耗成本也將減少。裝配式建筑回收拆除階段經(jīng)濟效益主要指廢舊建筑材料的回收價值和處置成本。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)建筑的最終回收價值大概在建筑總造價的3%，而裝配式建筑的最終回收價值約占總造價的10%[4]。

（二）社會效益

目前我國裝配式建筑正處于運營使用階段，文獻資料對裝配建筑回收拆除階段所產(chǎn)生的社會效益研究較少，因此本文側(cè)重分析裝配式建筑在施工階段和運營階段的社會效益。施工階段，構(gòu)件產(chǎn)業(yè)化、建造裝配化的建筑模式使建筑項目的管理模式發(fā)生較大轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)單一管理模式轉(zhuǎn)化為設(shè)計生產(chǎn)施工一體化管理模式，從傳統(tǒng)資源粗放型模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦铜h(huán)境集約型模式。裝配式建筑的一體化設(shè)計理念、產(chǎn)業(yè)化標準生產(chǎn)、自動化機械施工、智能化現(xiàn)場管理等提高了施工生產(chǎn)效率，使現(xiàn)場施工人員大量減少，從而大大提升了施工的安全性[5]。與此同時，裝配式建筑也帶動了關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[6]。運營階段，傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑由于施工技術(shù)有限、建筑材料良莠不齊、項目組織復(fù)雜，導(dǎo)致最終建造出的工程質(zhì)量難以保證，屋面漏水、墻面開裂甚至房屋塌陷的事故時有發(fā)生。而裝配式建筑通過將建筑部件劃分為不同類型，按標準對各類部件進行工業(yè)化生產(chǎn)，確保構(gòu)件出廠時的質(zhì)量達到要求，有效降低了建筑物的質(zhì)量風(fēng)險，提高了工程項目性價比，從而提高了用戶的滿意度。

（三）環(huán)境效益

裝配式建筑在施工階段的節(jié)能環(huán)保特征尤為顯著，部件裝配化安裝減少了混凝土養(yǎng)護用水量以及相關(guān)機械設(shè)備的使用，有效保護了建筑項目周圍的生態(tài)環(huán)境，大幅度減少了建筑垃圾，降低了施工噪音，減少了施工廢水和有害氣體的排放等。運營階段，裝配式建筑多采用新型節(jié)能材料和設(shè)備，有效提高了建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能，從而減少了能源消耗和溫室氣體排放。此外，裝配式建筑通常利用再生水回收技術(shù)來處理各類廢水和雨水，減少了不必要的水資源浪費[7]?；厥詹鸪A段，裝配式建筑更容易在建筑物拆除后回收到完整構(gòu)件。由于其裝配化特點，使得建筑物在拆除時只需依次進行拆除便能回收大部分完整構(gòu)件，還能減少建筑垃圾的排放，具有較高的回收價值。

二、裝配式建筑綜合效益指標體系構(gòu)建

（一）裝配式建筑綜合效益指標構(gòu)建

基于對上述全生命周期下各階段裝配式建筑綜合效益指標的研究，將各階段重要指標提取出來并將類似指標進行整理。

對于經(jīng)濟效益指標，首先，影響較大的指標有深化設(shè)計費用、結(jié)構(gòu)工程成本、建筑能耗成本；其次，通過查閱文獻選取了出現(xiàn)頻率較高的經(jīng)濟指標，主要有技術(shù)研發(fā)費用、管理維護成本[8]，而回收拆除階段的經(jīng)濟效益比較模糊，構(gòu)件的回收價值和處置成本便不再作為單一的指標，綜合到回收拆除成本中[9]。對于社會效益指標，項目管理模式的轉(zhuǎn)變、施工的勞動水平、施工安全性能、產(chǎn)業(yè)帶動能力、工程綜合質(zhì)量水平以及用戶認可度等指標影響較大且在研究文獻中出現(xiàn)頻率較高，可作為裝配式建筑社會效益指標[10]。對于環(huán)境效益指標，節(jié)水節(jié)材都是資源節(jié)約的一種表現(xiàn)，便將兩者綜合到資源節(jié)約效益中；固體廢棄物以及氣體排放物皆是屬于環(huán)境污染類，可綜合到固氣污染物排放中，更具有全面性；節(jié)能效益、拆除構(gòu)件的回收效益、噪音排放等也是影響環(huán)境效益的主要因素。

因此，基于上述分析，影響經(jīng)濟效益的指標主要是設(shè)計及施工階段的技術(shù)研發(fā)費用、深化設(shè)計費用、裝配式結(jié)構(gòu)工程成本、管理維護成本、能耗成本以及回收拆除成本；影響社會效益的指標體系主要是模式的轉(zhuǎn)變和施工安全及質(zhì)量水平的提高；影響環(huán)境效益的指標主要發(fā)生在施工階段及回收階段，選擇資源節(jié)約、節(jié)能及回收效益等指標[11]。綜上所述，最終確定的全生命周期下的裝配式建筑綜合效益指標體系如表1所示。

表1 全生命周期視角下裝配式建筑綜合效益指標體系

目標層(A)準則層(B) 指標層(C) 備注說明 裝配式建筑綜合效益（A）經(jīng)濟效益(B1)技術(shù)研發(fā)費用(C11)主要包括標準化模數(shù)、產(chǎn)業(yè)化部品研發(fā)所涉及的費用 深化設(shè)計費用(C12)主要指構(gòu)件設(shè)計所帶來的成本增量 結(jié)構(gòu)工程成本(C13)主要包括預(yù)制構(gòu)件的制定、運輸、安裝等涉及的一系列直接和間接費用 管理維護成本(C14)主要指建筑物的管理維修費用 建筑能耗成本（C15）主要指建筑物施工使用階段產(chǎn)生的能源耗費成本 回收拆除成本(C16)主要指拆除費用、構(gòu)件回收殘值以及建筑垃圾處理費用 項目管理模式轉(zhuǎn)變(C21)從傳統(tǒng)現(xiàn)澆式施工管理模式到新型裝配式管理模式轉(zhuǎn)變 施工勞動水平(C22)通過相關(guān)從業(yè)人員的年人均所完成建筑面積來計算

續(xù)表

目標層(A)準則層(B) 指標層(C) 備注說明 社會效益(B2)產(chǎn)業(yè)帶動能力(C23)反映建筑項目完成誘發(fā)其他國民產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的程度，一般用產(chǎn)業(yè)影響系數(shù)表示 施工安全水平(C24)施工現(xiàn)場人員接受的安全教育程度及現(xiàn)場施工的安全系數(shù) 工程綜合質(zhì)量水平(C25)主要指竣工交付使用后的建筑物的整體性能及質(zhì)量情況 用戶認可度(C26)住宅用戶對裝配式建筑各方面的認可度 環(huán)境效益(B3)節(jié)能效益(C31)主要指裝配式建筑全生命周期電能等能源的節(jié)約程度 資源節(jié)約效益(C32)主要指裝配式建筑在全生命周期水資源、鋼筋、木材等資源的節(jié)約程度 拆除構(gòu)件回收效益 (C33)主要指回收拆除階段構(gòu)件的回收對環(huán)境的影響 噪音排放(C34)主要指在施工階段機械設(shè)備所產(chǎn)生的噪音污染 固氣污染物排放(C35)主要包括建筑垃圾等固體污染以及氣體污染物

（二）利用層次分析法計算指標權(quán)重

層次分析法是對定性問題進行定量分析的一種靈活簡便的多準則決策方法，在實際運用中，常和德爾菲法（專家調(diào)查法）、百分權(quán)重法結(jié)合以此來確定評價指標的權(quán)重[12]。根據(jù)上述裝配式建筑綜合效益評價指標體系，邀請裝配式建筑生產(chǎn)企業(yè)、施工單位及高校教師共10位專家對同一層次的指標分別進行兩兩比較并打分，評分數(shù)值從1—9來表示兩因素對比（M與N相比較）的重要程度，數(shù)值倒數(shù)表示因素N與因素M對比重要性，經(jīng)過專家評分后，得到目標層及準則層判斷矩陣如下。

根據(jù)以上判斷矩陣，運用層次分析法中的方根法來計算各矩陣的特征向量、最大特征值以及一致性指標CR，主要計算公式及操作步驟如下。

1. 建立判斷矩陣A

2. 方根法計算指標權(quán)重

3. 計算一致性檢驗指標

4. 根據(jù)矩陣階數(shù)N查找一致性指標RI，計算一致性比例，=/，當(dāng)<0.10時，則認為所計算出的權(quán)重向量可作為指標權(quán)重，最終得出計算結(jié)果如表2所示。

通過上述分析，結(jié)果中各判斷矩陣均滿足一致性檢驗，意味著特征向量為所屬層的指標權(quán)重向量，并以此得出裝配式建筑的指標層對目標層的合成權(quán)重，結(jié)果如圖1所示。

表2 特征向量及一致性檢驗結(jié)果

判斷矩陣特征向量 最大特征值CR是否滿足一致性 B1-B3（0.5584,0.1220,0.3196）3.01830.0176是 C11-C16（0.3968,0.1104,0.2291,0.0558,0.1700,0.0380）6.40910.0660是 C21-C26（0.1756,0.1099,0.0378,0.2441,0.3807,0.0519）6.23330.0376是 C31-C35（0.2939,0.4704,0.1105,0.0445,0.0807）5.18890.0422是

圖1 裝配式建筑綜合效益指標權(quán)重

三、結(jié)語

本文從經(jīng)濟、社會、環(huán)境三個方面構(gòu)建了裝配式建筑全生命周期綜合效益評價指標體系，通過專家問卷及層次分析法計算了各指標權(quán)重。結(jié)果表明，在經(jīng)濟效益方面，裝配式建筑目前的決策成本、設(shè)計成本以及建造成本都略高于傳統(tǒng)式現(xiàn)澆建筑，主要是因為我國裝配化技術(shù)體系不夠完善，構(gòu)件制作標準還未統(tǒng)一，隨著裝配式建筑技術(shù)體系的不斷發(fā)展及制度的不斷健全，這些成本都將會有所降低。在社會效益方面，主要對裝配式建筑在施工及運營階段產(chǎn)生的社會影響進行分析，發(fā)現(xiàn)裝配式建筑在項目管理模式、生產(chǎn)率水平以及施工安全性能和產(chǎn)業(yè)帶動水平方面都高于傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑。在環(huán)境效益方面，主要對施工階段、運營階段以及回收階段進行了效益分析，發(fā)現(xiàn)裝配式建筑在節(jié)能環(huán)保方面具有極大的優(yōu)勢，在回收階段，裝配式構(gòu)件也具有較高的回收價值，從而減少了大部分污染物的排放。此外，影響裝配式建筑綜合效益的主要因素有技術(shù)研發(fā)費用、工程成本、資源節(jié)能效益等指標，為后續(xù)全生命周期裝配式建筑綜合效益評價提供了指標體系與理論支撐。

[1] 劉振德. 預(yù)制裝配式精裝修住宅的建筑設(shè)計管理流程[J].建材與裝飾, 2020(12): 98-99.

[2] 顏和平, 胡友良, 向明. 裝配式建設(shè)工程與傳統(tǒng)建設(shè)工程成本對比研究[J]. 建筑經(jīng)濟, 2017, 38(6): 58-61.

[3] 郭紅燕, 李勝強, 何勇毅. 一體化建造模式下裝配式建筑經(jīng)濟效益分析[J]. 江西建材, 2019(9): 198-200.

[4] 付超. 住宅產(chǎn)業(yè)化綜合效益分析與評價[D]. 大連: 大連理工大學(xué), 2015.

[5] 王葉鵬, 黃海燕. 裝配式建筑與傳統(tǒng)式建筑分析對比[J]. 安徽建筑, 2020, 27(2): 163.

[6] 汪士和. 2019年我國建筑業(yè)發(fā)展前景透析[J]. 建筑, 2019(1): 18-23.

[7] 張霞. 住宅產(chǎn)業(yè)化效益分析[D]. 唐山: 華北理工大學(xué), 2016.

[8] 楊洋. 裝配式建筑的綜合效益研究[D]. 合肥: 安徽建筑大學(xué), 2018.

[9] 鄭亞迪, 黃文德, 李小林, 等. 基于全壽命周期的裝配式建筑成本和效益綜合評價與分析[J]. 住宅與房地產(chǎn), 2019(6): 15-16.

[10] 孟巔. 裝配式住宅全生命周期的綜合效益分析[D]. 廣州: 華南理工大學(xué), 2018.

[11] 袁競. 裝配式建筑綜合效益分析[D]. 唐山: 華北理工大學(xué), 2019.

[12] 王爽, 朱欣蕊. 基于AHP-熵權(quán)法裝配式建筑綠色性評價[J]. 黑龍江工程學(xué)院學(xué)報, 2020, 34(2): 43-46.

F426.92；TU741

A

1674-327X (2021)02-0046-04

10.15916/j.issn1674-327x.2021.02.013

2020-07-07

安徽財經(jīng)大學(xué)校級科研項目(ACKYC20046)

張恒(1991-)，男，安徽亳州人，講師，碩士。

(責(zé)任編校：許偉麗)